TWI792161B

TWI792161B - 以光譜量測物質的物理狀態之裝置及其方法

Info

Publication number: TWI792161B
Application number: TW110102807A
Authority: TW
Inventors: 莊寬福; 潘瑞寶
Original assignee: 富蘭登科技股份有限公司
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2023-02-11
Also published as: JP2024028965A; US20220236168A1; US20240328929A1; KR102842303B1; KR20220107897A; JP2022114415A; TW202229838A; CN114791416A

Abstract

本發明係以光譜量測物質的物理狀態之裝置及其方法，該裝置包括：容置一待測物質的第一作用路徑、偵測光譜的偵測單元、以及基於該光譜得到相關該待測物質之沉積狀態的處理單元。本發明能在形成沉積物時即提供先期監測，從而可即時觀察及/或控制沉積過程，以大大提高良率及自動化程度。

Description

以光譜量測物質的物理狀態之裝置及其方法

本發明是關於電漿相關製程監控之領域，更特定而言是關於以光譜監控使用電漿進行沉積製程的裝置及其方法。

在先前技術之相關電漿製程的實行中，尤其是例如使用電漿的沉積製程，往往在製程結束後才能對工件的沉積結果進行檢查。因此在製程中發生之例如但非限定的沉積不足、沉積過度、雜質等問題無法即時發現，甚至未經發現即流入後段而產生良率風險。

申請人有鑑於此，經不斷研究、實驗，遂萌生設計一種以光譜量測物質的物理狀態之裝置及方法，從而可即時觀察及/或控制沉積過程，並大大提高良率及自動化程度。

本發明之主要目的，即在提供一種以光譜量測物質的物理狀態之裝置及其方法。本發明可以偵測單元偵測第一作用路徑、第二作用路徑及/或管體中的物質光譜，且以處理單元基於該光譜得到至少相關該待測物質之沉積狀態。本發明並進而能以處理單元基於相關該待測物質之光譜的變化而控制作用條件。

因此，本發明藉由上述以光譜量測物質的物理狀態之裝置及其方法而能即時觀察及/或控制沉積過程，從而在形成沉積物時即提供先期監測，避免例如但非限定之沉積不足、沉積過度、雜質等問題未經發現即流入後段的良率風險。

1:以光譜量測物質的物理狀態之裝置

10:第一作用路徑

11:偵測單元

12:處理單元

13:節流閥

14:真空幫浦

15:淨氣器

16:顯示單元

17:通訊單元

18:控制單元

19:資料傳輸單元

20:第二作用路徑

30:管體

41:記憶單元

42:人工智慧單元

S61、S62:步驟

圖1係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置的態樣方塊圖；

圖2係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置的另一態樣方塊圖；

圖3係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置的另一態樣方塊圖；

圖4A及圖4B係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置包含其它構件的態樣示意圖；

圖5係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置包含其它構件的另一態樣示意圖；

圖6係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置包含其它構件的另一態樣示意圖；

圖7係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之方法的方塊圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

請參考圖1，係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置1的態樣方塊圖。其包括容置一待測物質的第一作用路徑10、偵測光譜的偵測單元11及基於該光譜得到相關該待測物質之沉積狀態的處理單元12。

在一範例中，至少一部分之該待測物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該待測物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該第一作用路徑10中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊以得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，該待測物質之光譜強度低於或高於閾值時可得到該待測物質之沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

在另一範例中，其它物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該第一作用路徑10中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊，以由其它物質之該光譜得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，其它物質之該光譜之強度低於或高於閾值時可由其它物質與該待測物質之化學反應式關係及通入莫耳數等得到該待測物質之沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

在另一範例中，該第一作用路徑10可連通第二作用路徑。在第二作用路徑中可容置該待測物質及/或其它物質。

請參考圖2，係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置1的另一態樣方塊圖。該第一作用路徑10可連通第二作用路徑20，該待測物質之至少一部分可來自該第二作用路徑20，且該偵測單元11偵測該第二作用路徑20中的光譜。在一範例中，至少一部分之該待測物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該待測物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該第二作用路徑20中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊以得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，該待測物質之光譜強度低於或高於閾值時可得到該待測物質於該第一作用路徑10及/或該第二作用路徑20中之沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

在另一範例中，其它物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該第二作用路徑20中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊，以由其它物質之該光譜得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，其它物質之該光譜之強度低於或高於閾值時可由其它物質與該待測物質之化學反應式關係及通入莫耳數等得到該待測物質之沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

請參考圖3，係本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置1的另一態樣方塊圖。該第一作用路徑10可以管體30連通第二作用路徑20，該待測物質之至少一部分可經該管體30而來自該第二作用路徑20，且該偵測單元11偵測該管體30中的光譜。在一範例中，至少一部分之該待測物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該待測物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該管體30中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊以得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，該待測物質之光譜強度低於或高於閾值時可得到該待測物質於該管體30、該第一作用路徑10及該第二作用路徑20中之至少一者的沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

在另一範例中，其它物質可處於電漿態且該光譜可為電漿態之該物質所發出光的光譜，而該偵測單元11偵測該管體30中之光譜。該處理單元12得到該光譜後可獲得例如但不限於強度、波長、半高寬等之資訊，以由其它物質之該光譜得到相關該待測物質之沉積狀態。舉例而言但不限於，其它物質之該光譜之強度低於或高於閾值時可由其它物質與該待測物質之化學反應式關係及通入莫耳數等得到該待測物質之沉積狀態達到某一程度，例如但不限於厚度、結晶度、聚結度等。

上述之該第一作用路徑10及該第二作用路徑20之作用可為例如但不限於填充、反應、加減壓及/或升降溫等物理及/或化學作用。該第一作用路徑10可為例如但不限於腔室、含多個連通之獨立及/或非獨立反應區域之腔室等。

值得注意的是，上述之該待測物質及其它物質可共處同一作用路徑而不反應，直到到達工件時才進行反應。

上述之該第一作用路徑10可連通有節流閥13、真空幫浦14、淨氣器15等，可由該第二作用路徑20依據相關該待測物質之沉積狀態適量釋出或降低反應物質後，再經由該管體30，於該第一作用路徑10中完成沉積作業，再配合真空幫浦14、淨氣器15等構成真空排氣。上述之偵測單元11可設置於該第一作用路徑10及/或該第二作用路徑20外，以透過例如窗而感測該待測物質及/或其它物質之光譜。

上述之該處理單元12可直接或間接連接該偵測單元11。該處理單元12可為晶片、處理器、機械式計算機、電路及/或微處理器，而連接可為電性連接、量子耦接(量子纏結)及/或光學連接等可傳遞訊號或指令的連接方式。

特定而言，上述之該處理單元12可更基於該待測物質及/或其它物質之該光譜的變化而得到該待測物質及/或其它物質之沉積狀態。舉例但非限定而言，該處理單元12可更基於該待測物質及/或其它物質之該光譜的強度變化(例如強度對時間作圖之斜率、半高寬對時間作圖之斜率等)而得到該待測物質及/或其它物質之沉積狀態。更特定而言，上述之該處理單元12可更基於該待測物質及/或其它物質之該光譜的變化而控制該待測物質及/或其它物質之作用條件，舉例但非限定而言，該待測物質及/或其它物質之通入的開關或數量、溫度、壓力、前驅物、觸媒之提供等。

藉此，本發明可在形成沉積物時即提供先期監測，從而避免例如但非限定的沉積不足、沉積過度、雜質等問題未經發現即流入後段的良率風險。更進一步而言，本發明可即時觀察及/或控制沉積過程，從而大大提高良率及自動化程度。

本發明之設置範疇可應用於所有需量測氣體沉積狀態之設備及/或裝置，其包括但不限於半導體、光電或面板等產業中的物理氣相沉積設備、化學氣相沉積設備或蝕刻設備等相關設備，也可直接設置於Remote Plasma Source(遠端電漿源)設備內，另外，也可應用在生技業、化學業及應用物理之相關行業的檢驗測試設備，更可進一步應用在以上相關行業之設備維修業的檢驗設備或測試平台。

如圖4A所示，本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置更包括一顯示單元16，其可至少顯示包含該光譜之相關資料、沉積狀態之相關資料或其二者之結合。該顯示單元16可與該處理單元12連接。而以光譜量測物質的物理狀態之裝置1之該處理單元12可藉由至少一通訊單元17與該偵測單元11、該顯示單元16或其至少二者之結合，進行有線、無線或其組合之傳輸。該通訊單元17可內含於以光譜量測物質的物理狀態之裝置1，或獨立於以光譜量測物質的物理狀態之裝置1，如圖4B所示。

該顯示單元16亦可顯示以光譜量測物質的物理狀態之裝置1各構件的狀態。該顯示單元16之種類可包含液晶顯示器(LCD)、電子紙、燈號、微型發光二極體顯示器(micro LED)、量子點顯示器(QLED)、有機發光顯示器(OLED)或是機械式顯示器(例如翻動之顯示牌等)，並不需特別限制，且該液晶顯示器(LCD)的背光源可以是發光二極體(LED)或微型發光二極體(micro LED)。除上述顯示器外，該顯示單元16亦可包含一通知模組(圖中未示)，使該顯示單元16可以透過不同信號形式(例如音訊、燈號等)輸出通知信號。在上述之使用態樣中，該顯示單元16可顯示例如解離氣體之預設狀態為20ppm、實際狀態為18ppm、理論狀態為20mg及調整參數為2mg等資訊。

舉例但非限制而言，當該第一作用路徑10的內部空間為1公升，預設其內部含有解離氣體20ppm(即預設狀態)時，該處理單元12即輸入20mg的解離氣體(即理論狀態)至該第一作用路徑10中，以使該第一作用路徑10可含有20ppm的解離氣體(即預設狀態)供相關製程使用(如反應室清潔、薄膜蝕刻或電漿輔助沉積等)；經該偵測單元11偵測，該第一作用路徑10內解離氣體的實際偵測結果為18ppm(即實際狀態)，代表製程持續使用解離氣體；該處理單元12接收解離氣體偵測結果為18ppm後，比較18ppm及20ppm之差異(即計算解離氣體的實際狀態及預設狀態之差異)，獲得該第一作用路徑10內部需再增加2ppm(即調整參數)，才可使該第一作用路徑10內解離氣體為20ppm之達成理論狀態(反應完成)。隨後，使用者由例如報表及/或燈號等獲得解離氣體之氣體狀態資料後，以人工方式輸入指令給該處理單元12，使該處理單元12再持續輸入解離氣體(即理論狀態)至該第一作用路徑10中，以使該第一作用路徑10內的解離氣體為20ppm(即預設狀態)；經輸入後，直到該偵測單元11偵測該第一作用路徑10內解離氣體為20ppm(即實際狀態)，即完成使該第一作用路徑10含有解離氣體20ppm之理論狀態值，表示製程反應完成，無須再輸入氣體至該第一作用路徑10。

另外，本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置更包括一控制單元18，其與該處理單元12連接，以替代該處理單元12基於該待測物質及/或其它物質之該光譜的變化而控制該待測物質及/或其它物質之作用條件，舉例但非限定而言，該待測物質及/或其它物質之通入的開關或數量、溫度、壓力、前驅物、觸媒之提供等。控制單元18可直接或間接連接該處理單元12。該控制單元18可為晶片、處理器、機械式計算機、電路及/或微處理器，而接連可為電性連接、量子耦接(量子纏結)及/或光學連接等可傳遞訊號或指令的連接方式。

該控制單元18所接受的設定指令可為人工方式輸入的指令及/或該處理單元12所發出的指令，該指令包含控制參數。該控制單元18與該顯示單元16之間的工作方式可為使用者經查看該顯示單元16後，判別欲調整的控制內容，以人工方式輸入指令給該控制單元18，使該控制單元18調控後續相關操作程序；或者，該控制單元18與該處理單元12之間設有自動監測機制(圖中未示)，該自動監測機制會自動判別欲調整的作用條件，並發出指令給該控制單元18，供該控制單元18調控後續相關操作程序。

如圖5所示，以光譜量測物質的物理狀態之裝置1更包括一資料傳輸單元19，其與該處理單元12連接且以有線、無線或其組合之方式連接外部之網路3，以利用人工智慧進行大數據演算，且基於該大數據演算令該處理單元12及/或控制單元18進行操作。該接外部之網路3可為製造場所的內部網路、跨製造場所的內部網路、網際網路或其至少二者之結合。而大數據演算可為人工智慧、雲計算等具計算及/或儲存能力之電腦、筆電、手機、隨身行動裝置、伺服器、超級電腦、主機、分散式計算架構等所進行者。該大數據演算可基於製造場所、機台、原料、加工件之屬性(例如，材料、前後製程、設計等)、該光譜、良率或其至少二者之結合進行統計，以提供改進之依據，惟本發明不限於此。須注意的是，上述該顯示單元16及/或該通訊單元17亦可參酌上述實施態樣而組合於本態樣中。

以光譜量測物質的物理狀態之裝置1更包括一記憶單元41，其與該處理單元12及該資料傳輸單元19連接，該記憶單元41可位於該處理單元12與該資料傳輸單元19之間，或該處理單元12可位於該記憶單元41與該資料傳輸單元19之間，即該以光譜量測物質的物理狀態之裝置1內含該記憶單元41，或者該記憶單元41可獨立於以光譜量測物質的物理狀態之裝置1，且與該資料傳輸單元19以有線、無線或其組合之方式連接，以至少儲存作用條件、該理論狀態、該實際狀態、該預設狀態、該調整參數、該處理單元12之應用軟體、該處理單元12之處理資料等或其至少二者之結合。該記憶單元41可包含來自以下各者中的至少一個儲存媒體：快閃記憶體、硬碟、多媒體卡微型記憶體、卡型記憶體(例如，安全數位(secure digital；SD)卡或極端數位(extreme digital；XD)卡)、隨機存取記憶體(random access memory；RAM)、靜態隨機存取記憶體(static random access memory；SRAM)、唯讀記憶體(read-only memory；ROM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory；EEPROM)、可程式化唯讀記憶體(programmable read-only memory；PROM)、磁性記憶體、磁碟或光碟。另外，儲存於該記憶單元41中的程式可包含作業系統程式及各種應用程式。

所述的記憶單元41可供該網路3使用及儲存數據以供分析，具體例如儲存該待測物質及/或其它物質之作用條件、理論狀態、實際狀態、預設狀態及/或該調整參數以及反應時間等，惟本發明並不限於此等。

以光譜量測物質的物理狀態之裝置1可更包括一記憶單元41及一人工智慧單元42，如圖6所示，該記憶單元41及該人工智慧單元42與該處理單元12連接，該記憶單元41儲存該待測物質及/或其它物質之光譜、作用條件、該理論狀態、該實際狀態、該預設狀態、該調整參數或其至少二者之結合，該人工智慧單元42讀取該待測物質及/或其它物質之光譜、作用條件、該理論狀態、該實際狀態、該預設狀態、該調整參數或其至少二者之結合，以利用人工智慧進行大數據演算，且基於該大數據演算令該控制單元18進行操作。即該記憶單元41及該人工智慧單元42內含於以光譜量測物質的物理狀態之裝置1，惟該待測物質及/或其它物質之光譜、作用條件、該理論狀態、該實際狀態、該預設狀態、該調整參數等或其至少二者之結合的資料仍可與該網路3分享。須注意的是，上述該顯示單元16、該通訊單元17及/或該資料傳輸單元19亦可參酌上述實施態樣而組合於本態樣中。

以光譜量測物質的物理狀態之裝置1之另一種實施方式態樣可為該記憶單元41與該處理單元12連接、該人工智慧單元42與該記憶單元41連接、且一自動化程序單元與該人工智慧單元42及該控制單元18連接。所述的人工智慧單元42可讀取該記憶單元41並利用人工智慧進行大數據演算，以供該自動化程序單元進行操作。須注意的是，上述該顯示單元16、該通訊單元17及/或該資料傳輸單元19亦可參酌上述實施態樣而組合於本態樣中。另外值得注意的是，上述偵測單元11、節流閥13、真空幫浦14、淨氣器15、第二作用路徑20及管體30之各態樣皆可應用於圖4A至圖6之各態樣中。

所述的自動化程序單元可接收該人工智慧單元42所發出的指令，以光譜量測物質的物理狀態之裝置1。當以光譜量測物質的物理狀態之裝置1用於製程，可與其他裝置及/或共構(例如電漿清潔裝置)，即該自動化程序單元不僅可控制以以光譜量測物質的物理狀態之裝置1，亦可控制其他共構裝置進行自動化程序，例如清洗程序、維修程序或檢測程序等。

本發明另提供一種以光譜量測物質的物理狀態之方法，如圖6所示，其包括步驟S61及步驟S62。在步驟S61中，偵測光譜。特定而言，可以偵測單元11偵測光譜，且該光譜可自第一作用路徑中偵測，或者該光譜可自連通第一作用路徑之第二作用路徑中偵測，或者該光譜可自連通第一作用路徑與第二作用路徑的管體中偵測。在步驟S62中，基於該光譜得到相關待測物質之沉積狀態。特定而言，可以處理單元12基於該光譜得到相關待測物質之沉積狀態。

本發明的一種以光譜量測物質的物理狀態之方法更包括在步驟S61後，該處理單元12可更基於相關該待測物質及/或其它物質之該光譜的變化而控制該待測物質及/或其它物質之作用條件，舉例但非限定而言，該待測物質及/或其它物質之通入的開關或數量、溫度、壓力、前驅物、觸媒之提供等。本方法之其它細節如上所述，不再贅述。

值得注意的是，該連接可為電性連接、量子耦接(量子纏結)及/或光學連接等可傳遞訊號或指令的連接方式，而該連接之順序方式可為直接連接或間接連接。另外，上述所有運算之預先運算資料(例如參數、設定、方程式、邏輯等)、運算中間資料(例如數值、邏輯判斷等)及運算結果資料亦可由記憶單元儲存且與處理單元交換傳輸，惟本發明不限於此。而有線、無線或其組合之傳輸係指先有線再無線、先無線再有線或同時有線及無線等。

另值得注意的是，在增加其他作用路徑及/或管體的情況下，可相應增加其他偵測單元而使用上述方式以光譜量測其他作用路徑及/或管體之物質的物理狀態，或者可以單一或少數偵測單元使用例如移動或轉動透過窗以光譜量測其他作用路徑及/或管體之物質的物理狀態。另外，該偵測單元可與該處理單元結合成一組件，所有連接該處理單元之單元則連接該組件。

本發明之以光譜量測物質的物理狀態之裝置及方法可用於各種需偵測沉積狀態的製程設備，特別係使用電漿之設備。具體例如，將需輸入物質進行沉積、改質等之腔室等。另外，本發明可在形成沉積物時即提供先期監測，從而避免例如但非限定之沉積不足、沉積過度、雜質等問題未經發現即流入後段的良率風險。更進一步而言，本發明可即時觀察及/或控制沉積過程，從而大大提高良率及自動化程度。再者，以光譜量測物質的物理狀態之裝置及方法可利用大數據演算而可基於多數資料進行統計，以提供改進之依據。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。