[发明专利]用于鉴别气体的化学组成的方法及设备

说明书

相关申请交叉参考

本非临时专利申请要求2007年8月7日提交的美国临时专利申请第 60/963,974号与2008年1月11日提交的美国临时专利申请第61/020,457号的优先 权，该两个申请案的全部内容出于所有目的以引用方式并入本文中。

背景

集成电路或″IC″已自少数在单一硅晶片上制造的互连器件发展成数百万 规模的器件。当前的IC提供远超过最初所想象的效能与复杂性。为了实现复杂 性与电路密度(即能够封装于给定芯片面积上的器件数目)的改良，最小器件特 征(亦称为器件″几何形状″)的尺寸已随着每一代IC的发展而变得更小。半导体 器件现在是以小于四分的一微米宽的特征来制造。

仅作为一范例，蚀刻程序常用以移除或部分移除一层以自其形成结构。常 使用蚀刻工具来实行蚀刻，例如干式蚀刻器或湿式蚀刻器。该湿式蚀刻器常包 括容器，其中容纳蚀刻剂化学品以自另一材料选择性移除材料。该干式蚀刻器 常包括等离子源与处理室。该干式蚀刻器常使用诸如含氟物质与含氯物质的气 体来移除半导体材料，例如硅、或诸如铝的金属、或诸如氧化硅的介电材料。

人们已经进行了大量工作以使用即时度量来表征半导体制造工艺及此等 工艺对处理的晶片的效应。与允许对晶片表面进行详细检查的移地度量法形成 对比，即时度量要求原位测量，其很少允许晶片的紧密研究。因此，人们需要 测量诸如递送至加工室中的功率的参数或加工室内部的气体以便推断该晶片 的状态。

针对半导体工艺的即时度量的典型目标包括：识别特定的晶片状态，例如 于其一特定薄膜在等离子蚀刻程序中完全蚀刻的点(终点)；或表征关键工艺参 数，例如沉积或蚀刻薄膜的速率。

一种测量加工室内部的气体的方法是使用分光光度计来测量自该加工室 内部的等离子体发射的光。测量加工室内部的气体的另一方法是使用包括自持 等离子室的系统与分光光度计来测量从该自持等离子体发射的光。例如，使用 此一系统，该检测设备的自持等离子室会与该加工室流体连通，使得来自该加 工室的气体可流入及/或扩散入该检测器设备的等离子室中。

在此等方法两者中，当该气体系藉由该自持等离子体激发时，一小部分气 体粒子(其可包括原子、分子及分子碎片)将使其一个或多个电子激发至更高能 量状态。当此电子落回其更低能量状态时，能量等于该电子损失的能量的光子 从该气体粒子发射。所述各光子的能量都表现出发射该光子的粒子(原子、分 子或分子碎片)的特性。

因为该光子能量表现出发射该光子的气体粒子的特性，并且在光子能量与 波长(或频率，其与波长成反比)之间存在一一对应关系，故该发射的光的强度 与波长的函数关系的测量可提供存在于该等离子体中的气体粒子的信息，因而 提供该气体的化学组成的信息。

例如，图1显示从包含空气的等离子室获取的常规发射光谱。图1的y轴指 示该发射的强度(任意单位)，其一般随着该气体混合物中的发光粒子的浓度增 大而增加。图1的x轴指示该发射的光的波长，其单位为纳米。

图1的光谱显示了分子形式的氮气的特性，考虑到空气包含约80％的此类 分子氮，预期会产生此种光谱。然而，除揭示分子氮的存在以外，图1的发射 光谱提供相对较少的信息。

具体来说，除氮以外，空气还包含约20％的氧气。然而，图1的光谱缺少 存在氧的任何有意义的指示。

这是因为气体混合物通常会包含许多不同的分子及/或原子。分子形式的 气体一般产生对应于对应电子跃迁的谱带组成的光谱，该等谱带包含对应振动 状态的跃迁的子谱带，并且此等子谱带本身包含对应不同旋转状态的跃迁的许 多独立的线。该分光光度计的有限分辨率将此等许多线一起模糊成连续谱带。 虽然针对分子氮的光谱展现比大部分分子或分子碎片更多的谱带，但大部分分 子形式的气体的典型光谱仍通常挤满谱带，这些气体组分的谱带一般彼此重 迭。这使得当气体混合物中以分子形式的气体占主导时难以使用常规分光技术 来确定气体混合物的真实化学组成。相比之下，原子的发射光谱倾向于由隔离 的线组成，这些线许多都在波长上充分分离使得其可通过常规分光光度计予以 解析。