腔廢氣監測系統、半導體加工系統，以及使用方法技術方案

一種新型的腔廢氣監測系統。該系統包括一個外部接有排氣管的腔。排氣管包括一個取樣區，基本上全部廢氣均通過取樣區。該系統還包括一個用于檢測氣相各種分子形式的吸收光譜學測量系統。測量系統包括光源，以及一個經一個或幾個光傳輸窗與取樣區在光路上相連的主檢測器。光源發出的光束經一個或幾個光傳輸窗中的一個射入取樣區。光束通過取樣區，并經一個或幾個光傳輸窗中的一個射出取樣區。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型的腔廢氣監測系統和一種半導體加工系統，后者包括一個用于測量氣相各種分子形式的吸收光譜學測量系統。本專利技術還涉及一種在本專利技術的加工腔廢氣監測系統和本專利技術的半導體加工系統中檢測氣相各種分子形式的方法。在制造半導體集成電路(IC)的過程中，加工腔中具有非常低的分子雜質的分壓力是重要的。特別是水蒸汽對于加工裝置中制造的器件是十分有害的。比如，為了進行可重復的蝕刻加工，在鋁蝕刻腔中必須清除或盡量減少水蒸汽。同時，在加工過程中受到水蒸汽的影響，就會加速對器件金屬化層的腐蝕，從而顯著地降低產量。分子雜質可能是通過多種不同的方式進入加工腔的。比如分子雜質可能存在于加工過程中引入腔中的加工用的氣體之中。而當加工裝置維修時，加工腔暴露在大氣中，存在于大氣中的分子雜質如水分就可能進入腔中?？諝夂退部赡苁窃诨环湃爰庸で恢袝r被引入腔中。分子雜質也可能是放入處理腔中的基片自身釋放的或是由加工條件本身造成的。比如在等離子體加工和快速熱加工中，分子雜質可能以活性的副產品的形式出現，或者，如在有水蒸汽的場合下，可能是在加熱時由基片和加工腔表面釋放出來的。和基片一起被引入加工腔的分子雜質換般采用以下方法加以清除以某種純氣體凈化加工腔；將加工腔抽真空；或進行一系列加壓-抽真空循環的方式。在對加工腔抽真空的場合，腔中底部壓力被作為分子雜質清除程度的度量標準。與其不同，當依賴于腔凈化技術時，在一段時間內腔中充滿了某種純氣體，而這段時間的長短則由操作人員根據經驗來決定。從加工腔中清除大氣沾污的程度也可以用測量腔中水蒸汽的濃度來確定。當沾污是由于在維護過程中加工腔暴露在大氣中和由于將基片放入腔中引起的場合，上述技術就特別有用。水蒸汽可能會附著在加工腔的內表面和基片的表面。水蒸汽在大氣中的含量大約為1-2％，而且通常是大氣中最難于借抽真空或凈化的方式除去的成分。在現代化的生產廠中，常采用粒子監測器來就地監測粒子的沾污。在加工裝置的排氣管中安裝粒子監測器的作法早已為人們所熟知。(如見，P.Borden，Monitoring Vacuum Process EquipmentInSitu Monitors-Design and Specification，Microcontamination，9(1)，pp.43-47(1991))。雖然上述粒子監測器對于產生粒子的加工過程進行跟蹤監視可能是有用的，但它們不可能用來監測分子的濃度。通常稱為殘留氣體分析儀器(RGA)的質譜儀是可以用來測量分子沾污的分析儀器中的一種(如見，D.Lichtman，Residual GasAnalysisPast，Present and Future，J.Vac.Sci.Technol.，A8(3)(1990))。質譜儀通常要求工作壓力在約為10-5torr的范圍，而半導體加工裝置的工作壓力往往在0.1-760torr的范圍。因此質譜儀的應用要求有取樣系統和專用的真空泵。質譜儀通常既貴體積又大。不僅如此，安裝質譜儀的差動泵腔成為高殘留的水蒸汽水平的原因之一，由于其難以除去從而嚴重地影響了對水蒸汽測量的質譜儀的靈敏度。發光攝譜儀在監測等離子體加工中被大量地采用。原則上，發光攝譜儀可以用來監測加工裝置中的分子沾污。但發光攝譜儀非常復雜，并且這種方法不能用于非等離子體加工的測量。其他光譜技術一直廣泛地應用于過程化學的研究之中(如見，Dreyfus et al.，Optical Diagnostics of Low Pressure Plasmas，Pure andApplied Chemistry，57(9)，PP.1265-1276(1985))。但這些技術通常均要求對加工腔進行特別的改造并且一般還沒有用于沾污的研究。比如利用腔內激光分光學就地監測濕度的可能性曾經在一篇關于該技術的評論文章中一般性地提及。(如見，G.W.Atrinson，High Sensitivity Detection of Water Via Intracavity Laser Spectvas-copy，Microcontamination，94 Proceedings Canon Communications(1994))。常規的氣體分析儀器已被用于對濕氣的就地測量，通常用于工作壓力為大氣壓或接近大氣壓的過程。(如見，Smoak et al.，GasControl Improves Epi Yield，Semiconductor International，PP.87-92(June 1990))。根據上述技術，一部分加工腔氣體被抽入探頭，然后再將探頭中氣體樣本提供給分析儀器。但在測量濕氣時采用探頭的方法是不滿意的，因為濕氣會附著在探頭的表面。不僅如此，此方法也往往是不實用的，因為常規的氣體分析儀器的安裝需要相當大的空間。而如所周知在半導體制造凈腔中的自由空間通常都被減小到最低限度。Tapp等人在美國專利5,241,851中公開了一種用于測量瞬時濕氣濃度和加工環境干燥特性的方法。根據此方法，一種濕氣分析儀交替地對加工腔的廢氣和由標準氣體發生器發生的氣體進行取樣。對標準氣體發生器的輸出進行調節直到分析儀對廢氣和標準氣流的指示相同為止。因為標準氣體發生器中的水分含量是已知的，因此在廢氣中水分的含量就可以確定了。但該系統既不方便又很復雜，因為它要求一個標準的氣體發生器和復雜的管道在廢氣和標準氣流之間實現切換。不僅如此，它還存在由標準氣體發生器向加工腔發生回流造成沾污的危險。為了滿足半導體加工工業的要求和克服現有技術的缺點，本專利技術的目的是提供一種新型的加工腔廢氣監測系統和一種新型的半導體加工系統，該系統中包括一個吸收式的分光鏡系統以檢測氣相分子雜質，它可以精確地，即時地和就地測定半導體加工裝置中氣相分子雜質。本專利技術還有一個目的是提供一種在本專利技術的加工腔廢氣監測和半導體加工系統中對氣相各種分子形式進行檢測的方法。關于本專利技術的其他目的和方面，在閱讀完詳細說明，附圖和權利要求書后，對于一個普通的熟練的技術人員來說將會變得十分清楚。本專利技術的第一個方面是提供了一個加工腔廢氣監測系統。該系統包括一個外部連有排氣管的加工腔，該排氣管具有一個取樣區，基本上加工腔所排出的所有廢氣均經過取樣區。該系統還包括一個吸收式的分光鏡測量系統用于檢測氣相各種分子形式。測量系統包括一個光源和一個主檢測器，該主檢測器通過一個或幾個光傳輸窗在光學上與取樣區相連。光源發出的光束通過一個或幾個光傳輸窗中的一個射入取樣區，而在通過取樣區后光束通過一個或幾個光傳輸窗中的一個射出取樣區。主檢測器對由取樣區射出的光束發生響應。本專利技術的第二個方面是提供了一個半導體加工系統。該半導體加工系統包括一個用于對半導體基片進行加工的加工腔。加工腔具有一個在外部與其相連的排氣管。排氣管包括一個取樣區，基本上加工腔的全部廢氣均通過此取樣區。加工系統還包括一個吸收光譜學測量系統，用于測量氣相分子的種類，參見前述的腔廢氣監測系統。本專利技術的第三個方面是一種檢測加工腔廢氣中氣相各種分子形式的方法。在本專利技術的方法中具有一個加工腔其外部連有一個排氣管。排氣管中具有一個取樣區?；旧先考庸で坏膹U氣均通過排氣管排出并穿過取樣區。氣相分子的種類是利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種腔廢氣監測系統，包括：一個具有外接排氣管的腔，該排氣管包括一個取樣區，基本上所有的腔中廢氣均通過取樣區；一個用于檢測氣相各種分子形式的吸收光譜學測量系統，它包括一個光源和一個主檢測器，該檢測器通過一個或幾個光傳輸窗在光路上與取樣 區相連，光源通過一個或幾個光傳輸窗中的一個向取樣區入射光束，光束通過取樣區并通過一個或幾個光傳輸窗中的一個射出，主檢測器對射出取樣區的光束產生響應。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：詹姆斯邁克安德魯，王華赤，小本吉明J朱茨克，
申請(專利權)人：液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司，
類型：發明
國別省市：FR[法國]