[发明专利]原位检测衬底处理系统的衬底区域中的氧的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月28日提交的美国临时申请No.62/400,860的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及用于在衬底处理系统中原位检测分子氧的系统和方法。

背景技术

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可用于在诸如半导体晶片之类的衬底上蚀刻膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置和衬底支撑件。在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中。射频(RF)等离子体可用于激活化学反应。

在某些情况下，重要的是在衬底的上表面附近检测分子氧(O₂)的痕量水平(trace level)。例如，一些光致抗蚀剂剥离工艺或表面改性工艺对下伏膜的氧化非常敏感。用于测量真空室中的分子氧的痕量水平的当前方法通常使用残留气体分析仪(RGA)。使用可根据四极光谱(quadrupole spectroscopy)来电离气体并检测质量的开放式离子源(OIS)或封闭式离子源(CIS)来实现RGA的操作。RGA通常具有小于百万分之一(ppm)的灵敏度。OIS检测系统直接安装到处理室，并且其最大工作压强为10^-4托。CIS检测系统通常需要差分泵送系统，因此具有降低的灵敏度。此外，由于气体腐蚀，随着时间(在分子氢(H₂)工艺的情况下为约1年)的推移，RGA的灵敏度将会降低，因此需要昂贵的更换。

发明内容

用于测量衬底上方的中性气体物质浓度的测量系统包括位于室中以支撑衬底的衬底支撑件。等离子体源在所述室中在所述衬底上方产生等离子体。所述等离子体产生比中性气体物质具有更高的电离能的亚稳态物质。所述亚稳态物质激发位于所述衬底上方的所述中性气体物质。光学发射光谱仪(optical emission spectrometer，OES)传感器在由所述等离子体源产生所述等离子体的同时测量来自所述衬底上方的位置的光谱。控制器被配置为基于测得的所述光谱来确定所述衬底上方的区域中的所述中性气体物质的浓度。

在其他特征中，所述控制器被配置为基于所述浓度选择性地处理所述衬底。

在其他特征中，所述控制器通过将在预定波长下的测得的所述光谱的强度与预定参考值进行比较来确定所述中性气体物质的所述浓度。所述控制器使用由在预定波长下的测得的所述光谱的强度索引(index)的查找表来确定所述中性气体物质的所述浓度。所述控制器使用预定函数以及在预定波长下的测得的所述光谱的强度来确定所述中性气体物质的所述浓度。

在其他特征中，所述等离子体源使用不包括所述中性气体物质的等离子体气体混合物来产生所述等离子体。提供给所述等离子体源的等离子体气体混合物包括氦。所述亚稳态物质包括氦亚稳态物质。

在其它特征中，所述等离子体气体混合物还包括选自由氩、氖和分子氮组成的组中的至少一种气体。所述中性气体物质包括分子氧。所述中性气体物质包括分子氮。所述OES传感器测量平行于包括所述衬底的平面行进的光谱。所述室包括视口。在所述视口和所述OES传感器之间设置准直管，以准直所述光谱。所述准直管的深宽比(aspect ratio)大于5：1。所述中性气体物质包括氧物质，并且所述氦亚稳态物质增强所述氧物质在777nm和844nm中的至少一个下的特征发射光谱。

用于测量衬底上方的中性气体物质的浓度的方法包括将衬底布置在室中的衬底支撑件上；在所述室中在所述衬底上方产生等离子体。所述等离子体产生比中性气体物质具有更高的电离能的亚稳态物质。所述亚稳态物质激发位于所述衬底上方的所述中性气体物质。所述方法包括在存在所述等离子体的同时使用光学发射光谱仪(OES)传感器测量来自所述衬底上方的位置的光谱；并且基于测得的所述光谱确定所述衬底上方的区域中的所述中性气体物质的浓度。

在其他特征中，所述方法还包括基于所述浓度选择性地处理所述衬底。

在其它特征中，确定所述中性气体物质的所述浓度包括将预定波长下的测得的所述光谱的强度与预定参考值进行比较。确定所述中性气体物质的所述浓度包括使用由在预定波长下的测得的所述光谱的强度索引的查找表。