CN1447915A - 用于芯片处理的集成全波长分光计 - Google Patents

Abstract

具有控制处理室的计算机系统的处理室连接到一个或多个分光计。分光计可能是干涉仪的一部分或者可能是光发射分光计。分光计可以是2048个元件的CCD或光敏二极管阵列。输入板形成计算机系统的一部分，并直接连接到分光计。输入板将分光计的数据提供到可由计算机系统的CPU直接访问的双端口存储器中。在输入板上状态机和加法器的使用允许将分光计的数据计算和放置到双端口存储器中，从而不需要CPU进行这种放置。

Description

用于芯片处理的集成全波长分光计

                        发明背景

本发明涉及处理装置。具体地，本发明涉及在半导体处理装置中使用分光计。

在等离子体室中使用等离子体的制造工艺中，需要监控等离子体室内的工艺。

为便于讨论，图1示意性地示出了现有技术的等离子体处理装置10和分光计12。等离子体处理室10包括等离子体处理室14和装置计算机16。分光计12由分光计计算机17控制。分光计计算机17通过串联连接18链接到装置计算机16，串联连接18例如为RS-232连接，具有每秒钟9600字节的通信速度。等离子体处理室14支持电源19。分光计12包括衍射光栅22和一维电荷耦合器件(CCD)阵列23。阵列具有1,000-3,000之间的元件。

由于分光计12通过串联连接18链接到装置计算机16的分光计计算机17控制，因此很难将CCD阵列的1000-3000元件提供的大量数据以每秒200次扫描数量级的扫描速率实时提供到装置计算机16，以便装置计算机16能够分析数据并控制等离子体处理室14中的工艺。因此，在现有技术中，来自分光计的数据被分光计计算机17还原。然后还原的数据传输到装置计算机16。此外，分光计计算机17需要独立于装置计算机16编程，增加了安装时间。例如，为了减少数据尺寸，考虑到窄光谱，编程分光计计算机17仅传送数据。装置计算机16也需要编程接收来自窄光谱的数据。为了编程分光计计算机17，分光计计算机17需要它自己的输入和输出硬件，例如显示器和键盘，增加了成本和整个硬件的占地面积。此外，分光计计算机17和装置计算机16之间的数据传送占用了装置计算机16的CPU时间。

鉴于以上，需要提供一种具有分光计的等离子体处理装置，该装置能够实时接收和处理来自分光计的大量数据，以根据来自分光计的大量数据实时控制等离子体处理装置。

                    发明概述

在一个实施例中，本发明涉及一种等离子体处理装置，包括：等离子体处理室；连接到等离子体处理装置的计算机，包括：第一CPU；连接到第一CPU的CPU总线；连接到CPU总线的第一输入板；以及连接到输入板的分光计。

在下面结合附图的本发明的详细说明中更详细地介绍本发明的这些和其它特点。

                      附图简介

本发明通过例子进行说明，而不是作为限制，在附图中相同的参考标记指同样的元件，其中：

图1为现有技术等离子体处理装置的示意图。

图2为本发明的优选实施例中使用的等离子体处理装置的示意图。

图3示出了在本发明的优选实施例中使用的计算机系统的示图。

图4为图3所示的计算机系统的方框图。

图5为本发明的优选实施例中使用的输入板的示意图。

                   优选实施例的详细说明

下面参考在附图中示出的几个优选实施例详细介绍本发明。在下面的说明中，为了更全面的理解本发明陈述了大量的具体细节。然而，显然，对于本领域的技术人员来说，可不采用部分或全部这些具体细节实施本发明。在其他情况，没有详细地介绍公知的工艺步骤和/或结构以便不混淆本发明。

为便于讨论，图2示意性地示出了等离子体处理装置110、干涉仪113以及光发射分光计112的优选实施例。等离子体处理装置110包括等离子体处理室114和装置计算机116。干涉仪113和光发射分光计112一体地连接到装置计算机116。等离子体处理室114支持电源119。干涉仪113包括光源130以及具有衍射光栅127和一维电荷耦合器件(CCD)阵列128的分光计131。在另一实施例中，分光计可以是别的棱镜装置和光电二极管阵列。在另一实施例中，可以使用一个两维CCD阵列。阵列可以具有1,000-3,000之间的光敏元件(例如光电二极管或CCD元件)。光发射分光计112包括衍射光栅122和一维或二维电荷耦合器件(CCD)阵列123。在本发明的一个优选实施例中，干涉仪113直接位于等离子体处理室114之上，光发射分光计112位于等离子体处理室114的一侧。

图3和4示出了计算机系统900，适合于本发明不同实施例的装置计算机116。图3示出了计算机系统的一种可能的物理形式。当然，计算机系统可以具有许多物理形式，范围从集成电路、印刷电路板、以及小手持装置到大型超级计算机。计算机系统900包括监视器902、显示器904、机箱906、磁盘驱动器908、键盘910和鼠标912。磁片914为计算机可读取的介质，用于向计算机系统900传送数据和传送来自计算机系统900的数据。

图4为计算机系统900的方框图的一个例子。连接到系统总线920的是很多种子系统。处理器922(也称做中央处理单元，或CPU)耦连到包括存储器924的存储装置。存储器924包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。本领域中公知，ROM起单向地将数据和指令传送到CPU的作用，RAM通常用于以双向方式传送数据和指令。这两种存储器包括以下介绍的任何适合类型的计算机可读取介质。固定磁盘926也双向地耦连到CPU922；它提供了额外的数据存储容量，也包括以下介绍的任何适合类型的计算机可读取介质。固定磁盘926用于存储程序、数据等，通常为二级存储介质(例如固定磁盘)，比主存储器慢。应该理解信息保存在固定磁盘926内，在适当的情况下，以标准方式放入存储器924中作为虚拟存储器。可移动盘914可以是以下介绍的任何适合类型的计算机可读取介质形式。

CPU922也耦连到多种输入/输出装置，例如显示器904、键盘910、鼠标912以及扬声器930。一般来说，输入/输出装置可以是以下任何一种：视频显示器、跟踪球、鼠标、键盘、麦克风、触控式显示器、读卡机的转换器、磁带或纸带读取器、图形输入板，计录笔，语音和手写识别器，生物计量阅读器，或其他计算机。CPU922可选地使用网络接口940耦连到其它计算机或通讯网络。采用这种网络接口，计划在进行以上介绍的方法步骤过程中，CPU接收来自网络的信息，或将信息输出到网络。此外，本发明的方法实施例可以在CPU922上单独执行或结合参与一部分处理的远程CPU在如因特网的网络上执行。

此外，本发明的各实施例还涉及具有计算机可读取介质的计算机存储产品，计算机可读取介质其上具有计算机代码，用于进行各种计算机执行的操作。介质和计算机代码可以是专为本发明设计和编制的，或者可以是计算机软件领域中的技术人员公知和可得到。计算机可读取介质的例子包括，但不限于：磁性介质例如固定磁盘、软盘及磁带；光学介质例如CD-ROM和全息照相装置；磁光介质例如可读光盘；以及专门配置用于存储和执行程序代码的硬件装置，例如专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)以及ROM和RAM器件。

图5为装置计算机116的输入板504的更详细的示意图。在本发明的优选实施例中，输入板504为VME总线板。输入板504具有连接到干涉仪113的分光计131的第一输入508，和连接到光发射分光计112的第二输入512。第一和第二输入508，512连接到状态机518，该机为模-数转换器的定时脉冲发生器，控制分光计的曝光时间和扫描速率。状态机518通过第一和第二输入508，512同步来自干涉仪分光计131和光发射分光计112的数据并将数据数字化。然后数据传递到加法器电路520。加法器520能够将1到16的光谱一个像素接着一个像素地求和。来自加法器520的数据存储在双端口存储器(DPM)524。双端口存储器524能被加法器电路520和CPU总线528同时访问，总线将双端口存储器524与第一CPU530和第二CPU532相连。CPU总线528通过输入板连接器536连接到双端口存储器524。CPU总线528通过输入板连接器536也连接到控制寄存器534。控制寄存器534向状态机518和加法器电路520提供控制输入。在本发明的优选实施例中，输入板连接器536为VME总线板连接器。

在本发明的优选实施例中，模拟输入550、模拟输出554、数字输入558、数字输出562以及步进器控制566都支撑在输入板504上。模拟输入550、模拟输出554、数字输入558、数字输出562以及步进器控制566接收来自CPU总线528的输入并将输出提供到控制寄存器534和CPU总线528。模拟输入550连接并接收来自模拟传感器的模拟输入，例如压力换能器和质量流量传感器570。模拟传感器提供各种幅度的测量值，代替具有两个状态的数字数据。模拟输出连接到如RF发生器控制器574并向其提供输出，RF发生器控制器574需要各种幅值，(即，多少RF功率)，代替具有两个状态的数字数据。数字输入558连接并接收来自数字传感器的输入，数字传感器提供仅有两个状态(即，1和0)的数字输入，例如安全开关578。数字输出562连接并提供输出到仅具有两个输入状态的数字控制器，例如气体开和关控制器582。步进控制器566连接并提供输出到需要步进输出的控制器，例如用于匹配阻抗的旋转电容器586。

在本发明的操作中，基片140(图2)放置在等离子体处理室114中。基片140可以用中间层144覆盖，中间层144可以用掩模146部分覆盖。第一和第二CPU 530，532(图5)在CPU总线528上将命令穿过输入板连接器536发送到数字输出562，以接通气体控制器582将气体提供到等离子体处理室114。压力换能器和质量流量传感器570将信号提供到模拟输入550。来自模拟输入550的数据发送到第一和第二CPU 530，532。如果所有的安全结构可以工作，那么可以设置安全开关578以便没有信号发送到数字输入558，由此没有信号从数字输入558发送到第一和第二CPU 530，532允许进行等离子体工艺。在另一实施例中，可以设置安全开关578以使要求信号由安全开关发送到数字输入558以允许进行工艺。

第一和第二CPU 530，532提供信号穿过CPU总线528并穿过输入板连接器536到达模拟输出554到达RF发生器控制器574，使RF发生器提供特定副度的RF信号。第一和第二CPU 530，532也提供信号穿过CPU总线528并穿过输入板连接器536到达步进器控制器566，步进器控制器566将信号发送到电容器控制器586以调节电容器。RF发生器和在匹配网络中调节电容器激发气体产生等离子体。

光发射分光计112测量由等离子体产生的光。在本发明的优选实施例中，光发射分光计112具有2048个CCD元件，每个元件产生两个字节的数据。在优选实施例中，光发射分光计112的扫描速率约每秒10到200次扫描。更优选扫描速率大于每秒80次扫描。来自光发射分光计112的4,096字节的数据穿过第一输入508达到状态机518。在处理开始时，需要详细的数据，所以第一和第二CPU 530，532发送信号穿过CPU总线528和输入板连接器536到达控制寄存器534，控制寄存器向加法器520发信号不将任何光谱相加，但允许4,096字节的每个光谱n1传给DPM524。状态机518接收来自光发射分光计112的4,096字节光谱并将4,096字节的数据传送到加法器520。加法器520获得4,096字节的单个光谱并且由于控制寄存器设置n＝1，用每次扫描将4,096字节的数据传送到双端口存储器524。通过设置n＝1，最大量的数据提供有最大量的噪声。第一和第二CPU能够使用DPM524中的数据，和来自模拟输入550和数字输入558的数据以提供到模拟输出554、数字输出562以及步进器控制566的控制信号。来自光发射分光计112的光谱用于指示等离子体中或基片140上是否存在化学物质。

但等离子体产生并稳定之后，腐蚀没有被掩模146覆盖的部分中间层144。可以编程装置计算机116以需要少量的来自光发射分光计测量112的数据，由此控制寄存器534将信息发送到加法器520，设置n＝16。结果，因为对频谱求和具有平均频谱的效果，所以加法器520将4,096字节光谱中的16个相加，得到具有较小噪声的较少数据。因此，每16次扫描将4096字节数量级的数据从加法器520传送到DPM524中。干涉仪113用于测量中间层144的腐蚀速度。这可以通过测量由光源130产生的反射光的强度来实现，其中的一些透过中间层144产生相长或相消干涉。为了限制噪声的数量，控制寄存器534将消息发送到加法器520，设置n＝16。在这种情况下，对来自干涉仪113的16个频谱求和，然后存储在DPM 524中。第一和第二CPU 530、532可访问仅用于光谱的单波长的数据以测量中间层144的厚度的变化，或者访问多波长的数据并进行计算以确定中间层144的厚度。

如果第一和第二CPU 530、532计算得知中间层144的厚度变化小于设定值，或者中间层144的厚度大于设定值，则第一和第二CPU 530、532通过输入板504通知等离子体处理装置110继续进行腐蚀处理。这可以通过数字输出562通知气体开/关控制器582继续提供气体和模拟输出554通知RF发生器控制器574继续提供RF输出来实现，这些足以激励气体的等离子化。此外，步进器控制566继续向电容器控制器586提供信号以实现阻抗匹配。

如果第一和第二CPU 530、532计算得知中间层144的厚度变化超过或等于设定值，或者中间层144的厚度小于或等于设定值，则第一和第二CPU 530、532通过输入板504通知等离子体处理装置110停止腐蚀处理。这可以通过数字输出562通知气体开/关控制器582停止提供气体或通过模拟输出554通知RF发生器控制器574停止RF输出来实现。

此外，来自光发射分光计112的数据可由第一和第二CPU530、532分析，以检测在等离子体中氯化硅(silicon chlorine)(SiCl₂)的出现。氯化硅的出现可用来指示腐蚀穿过中间层144到达硅层，以允许合成氯化硅。

在本例中，干涉仪113和光发射分光计112与装置计算机116集成在一起，以允许装置计算机116分析由干涉仪113和光发射分光计112得到的数据，并用这些数据控制等离子体处理装置110。该集成允许分光计的数据实时地放入存储器中，存储器可由CPU访问，但是数据放到存储器中需要少量的CPU时间。

虽然根据几个优选实施例介绍了本发明，但在本发明的范围内可以有修改、变型和等效变换。还应注意还有其它许多方式可以实施本发明的方法和装置。因此附带的权利要求书意在包括落在本发明精神和范围内的所有这种修改、变型和等效变换。

Claims (18)

1.一种等离子体处理装置，包括：

等离子体处理室；

连接到等离子体处理装置的计算机，包括：

    第一CPU；

    连接到第一CPU的CPU总线；以及

    连接到CPU总线的第一输入板；和

连接到输入板的第一分光计。

2.如权利要求1中所述的等离子体处理装置，其中输入板包括：

连接到第一分光计的第一输入口；

连接到第一输入口的状态机；

连接到状态机的加法器；以及

连接在加法器和CPU总线之间的双端口存储器。

3.如权利要求2中所述的等离子体处理装置，其中输入板还包括连接到CPU总线、状态机和加法器的控制寄存器。

4.如权利要求3中所述的等离子体处理装置，其中输入板还包括：

连接到控制寄存器和CPU总线的模拟输入；以及

连接到控制寄存器和CPU总线的模拟输出。

5.如权利要求3-4中的任一个所述的等离子体处理装置，其中输入板还包括：

连接到控制寄存器和CPU总线的数字输入；

连接到控制寄存器和CPU总线的数字输出；以及

连接到控制寄存器和CPU总线的步进器控制。

6.如权利要求2-5中的任一个所述的等离子体处理装置，还包括连接到输入板的第二分光计，并且其中输入板还包括连接在第二分光计和状态机之间的第二端口。

7.如权利要求5-6中的任一个所述的等离子体处理装置，还包括：

电连接到数字输入的多个安全开关；以及

电连接到数字输出的气体开/关控制器。

8.如权利要求5-7中的任一个所述的等离子体处理装置，还包括：

电连接到模拟输出的RF发生器控制器；

电连接到模拟输入的压力换能器；以及

电连接到步进器控制的电容器控制。

9.如权利要求5-8中的任一个所述的等离子体处理装置，还包括：

电连接到数字输入的多个安全开关；以及

电连接到数字输出的气体开/关控制器。

10.如权利要求5-9中的任一个所述的等离子体处理装置，还包括：

电连接到模拟输出的RF发生器控制器；

电连接到模拟输入的压力换能器；以及

电连接到步进器控制的电容器控制器。

11.如权利要求1-10中的任一个所述的等离子体处理装置，其中第一分光计包括具有超过1000个光敏元件的阵列。

12.如权利要求1-10中的任一个所述的等离子体处理装置，其中第一分光计包括具有超过2000个元件的CCD阵列。

13.如权利要求6-12中的任一个所述的等离子体处理装置，其中第二分光计包括具有超过1000个光敏元件的阵列。

14.如权利要求6-12中的任一个所述的等离子体处理装置，其中第二分光计包括具有超过2000个元件的CCD阵列。

15.如权利要求6-14中的任一个所述的等离子体处理装置，其中第一分光计为干涉仪的一部分，第二分光计为光发射分光计。

16.一种制造方法，包括以下步骤：

提供从装置计算机的CPU通过数字输出到气体控制器的信号以通知气体控制器允许气流进入等离子体处理室；

提供从装置计算机的CPU通过模拟输出到RF发生器控制的信号以通知RF发生器控制使RF发生器提供RF信号以在等离子体处理室中产生等离子体；

将光从等离子体处理室传送到光敏元件阵列；

收集由光敏元件阵列得到的数据；

将数据从光敏元件阵列传送到装置计算机的输入板上的状态机；

将数据从状态机传送到输入板上的加法器；

在加法器中对数据的至少一个频谱求和；以及

将求和后的频谱传送到双端口存储器中。

17.如权利要求16中的方法，还包括下述步骤：

将数据从双端口存储器传送到CPU；

处理从双端口存储器传来的数据；以及

根据双端口存储器中处理的数据从CPU传送信号到数字输出和模拟输出。

18.如权利要求17中的方法，其中从光敏元件阵列传送数据以每秒超过100次的速率进行，并且其中光敏元件阵列中的元件超过1000个。

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