專利名稱：用于芯片處理的集成全波長分光計的制作方法
背景技術：
本發明涉及處理裝置。具體地，本發明涉及在半導體處理裝置中使用分光計。
在等離子體室中使用等離子體的制造工藝中，需要監控等離子體室內的工藝。
為便于討論，
圖1示意性地示出了現有技術的等離子體處理裝置10和分光計12。等離子體處理室10包括等離子體處理室14和裝置計算機16。分光計12由分光計計算機17控制。分光計計算機17通過串聯連接18鏈接到裝置計算機16，串聯連接18例如為RS-232連接，具有每秒鐘9600字節的通信速度。等離子體處理室14支持電源19。分光計12包括衍射光柵22和一維電荷耦合器件(CCD)陣列23。陣列具有1,000-3,000之間的元件。
由于分光計12通過串聯連接18鏈接到裝置計算機16的分光計計算機17控制，因此很難將CCD陣列的1000-3000元件提供的大量數據以每秒200次掃描數量級的掃描速率實時提供到裝置計算機16，以便裝置計算機16能夠分析數據并控制等離子體處理室14中的工藝。因此，在現有技術中，來自分光計的數據被分光計計算機17還原。然后還原的數據傳輸到裝置計算機16。此外，分光計計算機17需要獨立于裝置計算機16編程，增加了安裝時間。例如，為了減少數據尺寸，考慮到窄光譜，編程分光計計算機17僅傳送數據。裝置計算機16也需要編程接收來自窄光譜的數據。為了編程分光計計算機17，分光計計算機17需要它自己的輸入和輸出硬件，例如顯示器和鍵盤，增加了成本和整個硬件的占地面積。此外，分光計計算機17和裝置計算機16之間的數據傳送占用了裝置計算機16的CPU時間。
鑒于以上，需要提供一種具有分光計的等離子體處理裝置，該裝置能夠實時接收和處理來自分光計的大量數據，以根據來自分光計的大量數據實時控制等離子體處理裝置。
發明概述在一個實施例中，本發明涉及一種等離子體處理裝置，包括等離子體處理室；連接到等離子體處理裝置的計算機，包括第一CPU；連接到第一CPU的CPU總線；連接到CPU總線的第一輸入板；以及連接到輸入板的分光計。
在下面結合附圖的本發明的詳細說明中更詳細地介紹本發明的這些和其它特點。
附圖簡介本發明通過例子進行說明，而不是作為限制，在附圖中相同的參考標記指同樣的元件，其中圖1為現有技術等離子體處理裝置的示意圖。
圖2為本發明的優選實施例中使用的等離子體處理裝置的示意圖。
圖3示出了在本發明的優選實施例中使用的計算機系統的示圖。
圖4為圖3所示的計算機系統的方框圖。
圖5為本發明的優選實施例中使用的輸入板的示意圖。
優選實施例的詳細說明下面參考在附圖中示出的幾個優選實施例詳細介紹本發明。在下面的說明中，為了更全面的理解本發明陳述了大量的具體細節。然而，顯然，對于本領域的技術人員來說，可不采用部分或全部這些具體細節實施本發明。在其他情況，沒有詳細地介紹公知的工藝步驟和/或結構以便不混淆本發明。
為便于討論，圖2示意性地示出了等離子體處理裝置110、干涉儀113以及光發射分光計112的優選實施例。等離子體處理裝置110包括等離子體處理室114和裝置計算機116。干涉儀113和光發射分光計112一體地連接到裝置計算機116。等離子體處理室114支持電源119。干涉儀113包括光源130以及具有衍射光柵127和一維電荷耦合器件(CCD)陣列128的分光計131。在另一實施例中，分光計可以是別的棱鏡裝置和光電二極管陣列。在另一實施例中，可以使用一個兩維CCD陣列。陣列可以具有1,000-3,000之間的光敏元件(例如光電二極管或CCD元件)。光發射分光計112包括衍射光柵122和一維或二維電荷耦合器件(CCD)陣列123。在本發明的一個優選實施例中，干涉儀113直接位于等離子體處理室114之上，光發射分光計112位于等離子體處理室114的一側。
圖3和4示出了計算機系統900，適合于本發明不同實施例的裝置計算機116。圖3示出了計算機系統的一種可能的物理形式。當然，計算機系統可以具有許多物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板、以及小手持裝置到大型超級計算機。計算機系統900包括監視器902、顯示器904、機箱906、磁盤驅動器908、鍵盤910和鼠標912。磁片914為計算機可讀取的介質，用于向計算機系統900傳送數據和傳送來自計算機系統900的數據。
圖4為計算機系統900的方框圖的一個例子。連接到系統總線920的是很多種子系統。處理器922(也稱做中央處理單元，或CPU)耦連到包括存儲器924的存儲裝置。存儲器924包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。本領域中公知，ROM起單向地將數據和指令傳送到CPU的作用，RAM通常用于以雙向方式傳送數據和指令。這兩種存儲器包括以下介紹的任何適合類型的計算機可讀取介質。固定磁盤926也雙向地耦連到CPU922；它提供了額外的數據存儲容量，也包括以下介紹的任何適合類型的計算機可讀取介質。固定磁盤926用于存儲程序、數據等，通常為二級存儲介質(例如固定磁盤)，比主存儲器慢。應該理解信息保存在固定磁盤926內，在適當的情況下，以標準方式放入存儲器924中作為虛擬存儲器。可移動盤914可以是以下介紹的任何適合類型的計算機可讀取介質形式。
CPU922也耦連到多種輸入/輸出裝置，例如顯示器904、鍵盤910、鼠標912以及揚聲器930。一般來說，輸入/輸出裝置可以是以下任何一種視頻顯示器、跟蹤球、鼠標、鍵盤、麥克風、觸控式顯示器、讀卡機的轉換器、磁帶或紙帶讀取器、圖形輸入板，計錄筆，語音和手寫識別器，生物計量閱讀器，或其他計算機。CPU922可選地使用網絡接口940耦連到其它計算機或通訊網絡。采用這種網絡接口，計劃在進行以上介紹的方法步驟過程中，CPU接收來自網絡的信息，或將信息輸出到網絡。此外，本發明的方法實施例可以在CPU922上單獨執行或結合參與一部分處理的遠程CPU在如因特網的網絡上執行。
此外，本發明的各實施例還涉及具有計算機可讀取介質的計算機存儲產品，計算機可讀取介質其上具有計算機代碼，用于進行各種計算機執行的操作。介質和計算機代碼可以是專為本發明設計和編制的，或者可以是計算機軟件領域中的技術人員公知和可得到。計算機可讀取介質的例子包括，但不限于磁性介質例如固定磁盤、軟盤及磁帶；光學介質例如CD-ROM和全息照相裝置；磁光介質例如可讀光盤；以及專門配置用于存儲和執行程序代碼的硬件裝置，例如專用集成電路(ASIC)，可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和RAM器件。
圖5為裝置計算機116的輸入板504的更詳細的示意圖。在本發明的優選實施例中，輸入板504為VME總線板。輸入板504具有連接到干涉儀113的分光計131的第一輸入508，和連接到光發射分光計112的第二輸入512。第一和第二輸入508，512連接到狀態機518，該機為模-數轉換器的定時脈沖發生器，控制分光計的曝光時間和掃描速率。狀態機518通過第一和第二輸入508，512同步來自干涉儀分光計131和光發射分光計112的數據并將數據數字化。然后數據傳遞到加法器電路520。加法器520能夠將1到16的光譜一個像素接著一個像素地求和。來自加法器520的數據存儲在雙端口存儲器(DPM)524。雙端口存儲器524能被加法器電路520和CPU總線528同時訪問，總線將雙端口存儲器524與第一CPU530和第二CPU532相連。CPU總線528通過輸入板連接器536連接到雙端口存儲器524。CPU總線528通過輸入板連接器536也連接到控制寄存器534。控制寄存器534向狀態機518和加法器電路520提供控制輸入。在本發明的優選實施例中，輸入板連接器536為VME總線板連接器。
在本發明的優選實施例中，模擬輸入550、模擬輸出554、數字輸入558、數字輸出562以及步進器控制566都支撐在輸入板504上。模擬輸入550、模擬輸出554、數字輸入558、數字輸出562以及步進器控制566接收來自CPU總線528的輸入并將輸出提供到控制寄存器534和CPU總線528。模擬輸入550連接并接收來自模擬傳感器的模擬輸入，例如壓力換能器和質量流量傳感器570。模擬傳感器提供各種幅度的測量值，代替具有兩個狀態的數字數據。模擬輸出連接到如RF發生器控制器574并向其提供輸出，RF發生器控制器574需要各種幅值，(即，多少RF功率)，代替具有兩個狀態的數字數據。數字輸入558連接并接收來自數字傳感器的輸入，數字傳感器提供僅有兩個狀態(即，1和0)的數字輸入，例如安全開關578。數字輸出562連接并提供輸出到僅具有兩個輸入狀態的數字控制器，例如氣體開和關控制器582。步進控制器566連接并提供輸出到需要步進輸出的控制器，例如用于匹配阻抗的旋轉電容器586。
在本發明的操作中，基片140(圖2)放置在等離子體處理室114中。基片140可以用中間層144覆蓋，中間層144可以用掩模146部分覆蓋。第一和第二CPU 530，532(圖5)在CPU總線528上將命令穿過輸入板連接器536發送到數字輸出562，以接通氣體控制器582將氣體提供到等離子體處理室114。壓力換能器和質量流量傳感器570將信號提供到模擬輸入550。來自模擬輸入550的數據發送到第一和第二CPU 530，532。如果所有的安全結構可以工作，那么可以設置安全開關578以便沒有信號發送到數字輸入558，由此沒有信號從數字輸入558發送到第一和第二CPU 530，532允許進行等離子體工藝。在另一實施例中，可以設置安全開關578以使要求信號由安全開關發送到數字輸入558以允許進行工藝。
第一和第二CPU 530，532提供信號穿過CPU總線528并穿過輸入板連接器536到達模擬輸出554到達RF發生器控制器574，使RF發生器提供特定副度的RF信號。第一和第二CPU 530，532也提供信號穿過CPU總線528并穿過輸入板連接器536到達步進器控制器566，步進器控制器566將信號發送到電容器控制器586以調節電容器。RF發生器和在匹配網絡中調節電容器激發氣體產生等離子體。
光發射分光計112測量由等離子體產生的光。在本發明的優選實施例中，光發射分光計112具有2048個CCD元件，每個元件產生兩個字節的數據。在優選實施例中，光發射分光計112的掃描速率約每秒10到200次掃描。更優選掃描速率大于每秒80次掃描。來自光發射分光計112的4,096字節的數據穿過第一輸入508達到狀態機518。在處理開始時，需要詳細的數據，所以第一和第二CPU 530，532發送信號穿過CPU總線528和輸入板連接器536到達控制寄存器534，控制寄存器向加法器520發信號不將任何光譜相加，但允許4,096字節的每個光譜n1傳給DPM524。狀態機518接收來自光發射分光計112的4,096字節光譜并將4,096字節的數據傳送到加法器520。加法器520獲得4,096字節的單個光譜并且由于控制寄存器設置n＝1，用每次掃描將4,096字節的數據傳送到雙端口存儲器524。通過設置n＝1，最大量的數據提供有最大量的噪聲。第一和第二CPU能夠使用DPM524中的數據，和來自模擬輸入550和數字輸入558的數據以提供到模擬輸出554、數字輸出562以及步進器控制566的控制信號。來自光發射分光計112的光譜用于指示等離子體中或基片140上是否存在化學物質。
但等離子體產生并穩定之后，腐蝕沒有被掩模146覆蓋的部分中間層144。可以編程裝置計算機116以需要少量的來自光發射分光計測量112的數據，由此控制寄存器534將信息發送到加法器520，設置n＝16。結果，因為對頻譜求和具有平均頻譜的效果，所以加法器520將4,096字節光譜中的16個相加，得到具有較小噪聲的較少數據。因此，每16次掃描將4096字節數量級的數據從加法器520傳送到DPM524中。干涉儀113用于測量中間層144的腐蝕速度。這可以通過測量由光源130產生的反射光的強度來實現，其中的一些透過中間層144產生相長或相消干涉。為了限制噪聲的數量，控制寄存器534將消息發送到加法器520，設置n＝16。在這種情況下，對來自干涉儀113的16個頻譜求和，然后存儲在DPM 524中。第一和第二CPU 530、532可訪問僅用于光譜的單波長的數據以測量中間層144的厚度的變化，或者訪問多波長的數據并進行計算以確定中間層144的厚度。
如果第一和第二CPU 530、532計算得知中間層144的厚度變化小于設定值，或者中間層144的厚度大于設定值，則第一和第二CPU 530、532通過輸入板504通知等離子體處理裝置110繼續進行腐蝕處理。這可以通過數字輸出562通知氣體開/關控制器582繼續提供氣體和模擬輸出554通知RF發生器控制器574繼續提供RF輸出來實現，這些足以激勵氣體的等離子化。此外，步進器控制566繼續向電容器控制器586提供信號以實現阻抗匹配。
如果第一和第二CPU 530、532計算得知中間層144的厚度變化超過或等于設定值，或者中間層144的厚度小于或等于設定值，則第一和第二CPU 530、532通過輸入板504通知等離子體處理裝置110停止腐蝕處理。這可以通過數字輸出562通知氣體開/關控制器582停止提供氣體或通過模擬輸出554通知RF發生器控制器574停止RF輸出來實現。
此外，來自光發射分光計112的數據可由第一和第二CPU530、532分析，以檢測在等離子體中氯化硅(silicon chlorine)(SiCl2)的出現。氯化硅的出現可用來指示腐蝕穿過中間層144到達硅層，以允許合成氯化硅。
在本例中，干涉儀113和光發射分光計112與裝置計算機116集成在一起，以允許裝置計算機116分析由干涉儀113和光發射分光計112得到的數據，并用這些數據控制等離子體處理裝置110。該集成允許分光計的數據實時地放入存儲器中，存儲器可由CPU訪問，但是數據放到存儲器中需要少量的CPU時間。
雖然根據幾個優選實施例介紹了本發明，但在本發明的范圍內可以有修改、變型和等效變換。還應注意還有其它許多方式可以實施本發明的方法和裝置。因此附帶的權利要求書意在包括落在本發明精神和范圍內的所有這種修改、變型和等效變換。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，包括等離子體處理室；連接到等離子體處理裝置的計算機，包括第一CPU；連接到第一CPU的CPU總線；以及連接到CPU總線的第一輸入板；和連接到輸入板的第一分光計。
2.如權利要求1中所述的等離子體處理裝置，其中輸入板包括連接到第一分光計的第一輸入口；連接到第一輸入口的狀態機；連接到狀態機的加法器；以及連接在加法器和CPU總線之間的雙端口存儲器。
3.如權利要求2中所述的等離子體處理裝置，其中輸入板還包括連接到CPU總線、狀態機和加法器的控制寄存器。
4.如權利要求3中所述的等離子體處理裝置，其中輸入板還包括連接到控制寄存器和CPU總線的模擬輸入；以及連接到控制寄存器和CPU總線的模擬輸出。
5.如權利要求3-4中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中輸入板還包括連接到控制寄存器和CPU總線的數字輸入；連接到控制寄存器和CPU總線的數字輸出；以及連接到控制寄存器和CPU總線的步進器控制。
6.如權利要求2-5中的任一個所述的等離子體處理裝置，還包括連接到輸入板的第二分光計，并且其中輸入板還包括連接在第二分光計和狀態機之間的第二端口。
7.如權利要求5-6中的任一個所述的等離子體處理裝置，還包括電連接到數字輸入的多個安全開關；以及電連接到數字輸出的氣體開/關控制器。
8.如權利要求5-7中的任一個所述的等離子體處理裝置，還包括電連接到模擬輸出的RF發生器控制器；電連接到模擬輸入的壓力換能器；以及電連接到步進器控制的電容器控制。
9.如權利要求5-8中的任一個所述的等離子體處理裝置，還包括電連接到數字輸入的多個安全開關；以及電連接到數字輸出的氣體開/關控制器。
10.如權利要求5-9中的任一個所述的等離子體處理裝置，還包括電連接到模擬輸出的RF發生器控制器；電連接到模擬輸入的壓力換能器；以及電連接到步進器控制的電容器控制器。
11.如權利要求1-10中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中第一分光計包括具有超過1000個光敏元件的陣列。
12.如權利要求1-10中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中第一分光計包括具有超過2000個元件的CCD陣列。
13.如權利要求6-12中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中第二分光計包括具有超過1000個光敏元件的陣列。
14.如權利要求6-12中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中第二分光計包括具有超過2000個元件的CCD陣列。
15.如權利要求6-14中的任一個所述的等離子體處理裝置，其中第一分光計為干涉儀的一部分，第二分光計為光發射分光計。
16.一種制造方法，包括以下步驟提供從裝置計算機的CPU通過數字輸出到氣體控制器的信號以通知氣體控制器允許氣流進入等離子體處理室；提供從裝置計算機的CPU通過模擬輸出到RF發生器控制的信號以通知RF發生器控制使RF發生器提供RF信號以在等離子體處理室中產生等離子體；將光從等離子體處理室傳送到光敏元件陣列；收集由光敏元件陣列得到的數據；將數據從光敏元件陣列傳送到裝置計算機的輸入板上的狀態機；將數據從狀態機傳送到輸入板上的加法器；在加法器中對數據的至少一個頻譜求和；以及將求和后的頻譜傳送到雙端口存儲器中。
17.如權利要求16中的方法，還包括下述步驟將數據從雙端口存儲器傳送到CPU；處理從雙端口存儲器傳來的數據；以及根據雙端口存儲器中處理的數據從CPU傳送信號到數字輸出和模擬輸出。
18.如權利要求17中的方法，其中從光敏元件陣列傳送數據以每秒超過100次的速率進行，并且其中光敏元件陣列中的元件超過1000個。
全文摘要
具有控制處理室的計算機系統的處理室連接到一個或多個分光計。分光計可能是干涉儀的一部分或者可能是光發射分光計。分光計可以是2048個元件的CCD或光敏二極管陣列。輸入板形成計算機系統的一部分，并直接連接到分光計。輸入板將分光計的數據提供到可由計算機系統的CPU直接訪問的雙端口存儲器中。在輸入板上狀態機和加法器的使用允許將分光計的數據計算和放置到雙端口存儲器中，從而不需要CPU進行這種放置。
文檔編號H01J37/32GK1447915SQ01809894
公開日2003年10月8日 申請日期2001年3月16日 優先權日2000年3月30日
發明者倪圖強, T·恩戈, C·－H·黃, A·劉, F·卡維 申請人:蘭姆研究有限公司