在蒸发期间防止金喷溅且抗蚀剂交联的电子辐射监测系统

摘要

提供用于在电子束金属蒸发/沉积系统中采用的小金属块上原位测量杂质以及增加使用电子束金属蒸发/沉积系统的半导体制造工艺的产率的系统和方法。监测电子束金属蒸发/沉积系统的沉积室中设置的电极上的电压和/或电流水平，并且将该电压和/或电流水平用于测量小金属块的污染。如果电压和电流达到一定水平，则完成沉积，并且检查系统的污染。

说明书

相关申请

本申请要求于2010年2月10提交的标题为“ELECTRON RADIATION MONITORING SYSTEM TO PREVENT GOLD SPITTING AND RESIST CROSS LINKING DURING EVAPORATION”的美国临时申请No.61/303,040 在35U.S.C.§119（e）下的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及金属沉积系统，特别是，涉及用于检测和/或纠正由电 子束金属蒸发/沉积中采用的金属蒸发源中的杂质引起的条件的系统和方法。

背景技术

为了形成用于电子装置的微芯片，处理半导体晶片中的各种步骤涉及在 半导体晶片上沉积一层或多层金属。例如，这些金属膜用于形成金属接触或 导电通道。金属膜通常通过采用化学气相沉积（CVD）系统或物理气相沉积 （PVD）系统沉积在半导体晶片上。PVD系统通常分成溅射系统和蒸发系统。

在溅射系统中，有能量的离子束，例如，氩离子，定向在真空室中的金 属目标。有能量的离子撞击金属原子使其从目标释放。释放的金属原子传播 通过真空室且沉积在也呈现在真空室中的一个或多个晶片上。

在蒸镀系统（这里也称为蒸发/沉积系统）中，金属源（这里也称为小金 属块metal slug）在真空室中加热，在某些系统中保持在约10^-7Torr，直到该 金属熔化且原子从金属源蒸发。金属源可通过很多方法的任何一个加热，例 如包括电阻加热，或者通过定向电子束在金属源中。从金属源蒸发的金属原 子传播通过真空室，并且沉积在也呈现在真空室中的一个或多个半导体晶片 上。

在半导体晶片上沉积金属期间，根据某些半导体制造工艺，半导体晶片 可由阻挡材料覆盖，传统上称为“掩模”，阻挡材料覆盖在晶片中不希望形 成金属膜的区域上。例如，掩模可由光致抗蚀剂（这里也称为“抗蚀剂”） 的图案化层形成。掩模中的开口区域形成在其中希望金属膜沉积在晶片上的 区域。这些开口区域例如通过施加一层光致抗蚀剂到晶片且曝光该光致抗蚀 剂而形成，曝光的光通过光刻掩模，其包括希望形成在光致抗蚀剂中的图案。 曝光的光致抗蚀剂发生聚合。随后的显影步骤化学地去除非聚合的光致抗蚀 剂。其余的光致抗蚀剂被烘焙以去除挥发的化学药剂。所希望的是，其余的 光致抗蚀剂被聚合，而不交联，即硬化。这里公开的方法和设备的方面和实 施例不限于采用任何特定掩模形成工艺的半导体制造工艺。

在沉积金属膜后，在称为金属剥离的工艺中，去除掩模以及沉积在掩模 上的任何金属。所留下的是半导体晶片上没有被掩模阻挡的区域中形成的金 属膜。

在某些半导体制造工艺中，金属化的晶片放在溶剂中进行湿剥离工艺， 溶剂例如为N-甲基吡咯烷酮（NMP）或乙二醇，以溶解用作掩模的光致抗 蚀剂，以限定所希望的金属化图案，剥离不希望要的金属，并且形成电路的 所希望部分。

如果暴露于过分的热或光，大部分可用的光致抗蚀剂可能交联。交联或 硬化的光致抗蚀剂在某些制造工艺中常规使用的湿剥离化学药剂中不完全 溶解。因此，如果晶片上的光致抗蚀剂在剥离工艺前变为交联，则在剥离工 艺后，光致抗蚀剂残留物将保留在晶片上。尽管光致抗蚀剂残留物通常可通 过采用更激进（aggressive）的湿和/或干剥离工艺再处理而去除，但是附加 的再处理步骤负面地影响生产流程和制造日程。

此外，如果存在于半导体晶片上的污染物，例如，如下面讨论的来自金 属“喷溅”的光致抗蚀剂残留物或节结，没有在晶片上被检测到，则该污染 物可能导致下游工艺步骤的进一步问题。这样的问题例如可包括后续沉积层 的不佳粘合性或平面性。这些问题可导致线产率（制造期间没有报废的晶片 量）和/或芯片产率（制造工艺中形成的每个晶片的有效装置量）上的降低。 没有检测的污染物还可能导致可靠性问题，包括在场中的装置失效。

发明内容

该发明内容提供为以简化的方式引入概念的选择，在下面的具体实施方 式中进一步描述。该发明内容不意味着确定权利要求的主题事项的关键特征 或基本特征，也不意图限制权利要求的主题事项的范围。

申请人已经发现，某些光致抗蚀剂不仅通过暴露于热或光可交联，而且 通过来自用于加热蒸发器中小金属块的电子束的背散射电子束的轰击也可 交联。此外，申请人发现，交联以及金属“喷溅”的量与小金属块中杂质量 相关。

根据本发明实施例，提供了在电子束金属蒸发/沉积工艺期间检测电子束 蒸发器中设置的小金属块中杂质的方法。该方法包括在电子束金属蒸发/沉积 工艺期间监测由在电子束蒸发器的沉积室中设置且与小金属块物理地分开 的电极提供的第一电信号，在电子束金属蒸发/沉积工艺期间检测第一电子信 号的改变，以及响应于检测的第一电子信号的改变，指示小金属块中增加的 杂质浓度。

根据某些方面，检测的动作包括将第一电子信号与阈值比较，并且响应 于第一电子信号超过阈值大于预定量，确定限定浓度之上的杂质存在于小金 属块中。

根据某些方面，阈值通过在电子束金属蒸发/沉积工艺的时间周期上监测 由电极提供的第二电信号而确定，其中阈值从第二电子信号确定。

根据某些方面，监测第一电信号和第二电信号的至少一个包括监测电压 读数和监测电流读数的至少一个。根据进一步方面，监测第一电子信号和第 二电子信号的至少一个分别包括监测第一系列周期读数和第二系列周期读 数的至少一个。根据进一步方面，该方法还包括建立用于第二系列周期读数 的基线平均值和基线标准偏差。根据方法的进一步方面，确定在限定浓度之 上的杂质存在于小金属快中包括：响应于观察到具有从基线平均值偏移超过 预定量的均值的来自电极的第一系列周期读数，以及观察到具有从基线标准 偏差偏移超过预定量的标准偏差的来自电极的第一系列周期读数，进行确 定。根据其他方面，该方法还包括提供第一系列周期读数和第二系列周期读 数到计算机系统，该计算机系统被编程为响应于违反一套统计过程控制 （SPC）规则的第一系列周期读数而产生警报，根据第二系列周期读数建立 所述一套统计过程控制（SPC）规则。

根据某些方面，该方法还包括：响应于确定杂质以超过预定浓度的浓度 存在于小金属块中，而给生产控制系统提供电子束金属蒸发/沉积系统不适合 于处理半导体产品晶片的指示。

根据某些方面，该方法还包括定向电子束到小金属块的表面，其中监测 第一和第二电子信号的动作包括监测来自电子束与小金属块中的杂质撞击 的背散射电子。根据进一步方面，该方法还包括通过提供背散射电子束以撞 击电极而提供电极的电压和流经电极的电流至少一个的改变。

根据某些方面，该方法还包括响应于在限定浓度之上的杂质存在于小金 属块中的判定而更换小金属块。

根据本发明的另一个实施例，提供一种方法。该方法包括在电子束金属 蒸发/沉积工艺期间在电子束金属蒸发/沉积系统的真空室中沉积从小金属块 获得的金属在半导体晶片上，在电子束金属蒸发/沉积工艺期间监测真空室中 设置的电极提供的电信号，在电子束金属蒸发/沉积工艺期间检测电信号上的 改变，以及响应于指示小金属块中增加的杂质浓度的电信号上的改变、进行 停止在电子束金属蒸发/沉积系统上处理半导体晶片和在电子束金属蒸发/沉 积系统上执行预防性维护中的至少一个。

根据某些方面，该方法还包括在检查电信号上改变时检查电子束金属蒸 发/沉积系统中正在处理的半导体晶片。根据进一步方面，该方法还包括在检 测到电信号的改变时再处理电子束金属蒸发/沉积系统中正在处理的半导体 晶片。

根据某些方面，该方法还包括将电极与接地电隔离。

根据某些方面，执行预防性维护包括更换小金属块。

根据某些方面，在电子束金属蒸发/沉积工艺期间监测电极提供的电信号 包括监测从小金属块中的杂质背散射在电极上的电子产生的电信号。

根据某些方面，产率上的提高通过在电子束金属蒸发/沉积系统中的处理 期间降低包括交联的光致抗蚀剂的半导体晶片数而实现。

根据某些方面，产率上的提高通过在电子束金属蒸发/沉积系统中的处理 期间减少包括由金属喷溅产生的金属节结的半导体晶片数实现。

根据本发明的另一个实施例，提供一种电子束金属蒸发/沉积系统。该电 子束金属蒸发/沉积系统包括电极和联接到电极的电气仪表，该电极构造为设 置在电子束金属蒸发/沉积系统的真空室内且与接地隔开，该电极构造为设置 成在电子束金属蒸发/沉积系统运行期间电极的一部分和小金属块的表面之 间具有无障碍直线路径，该电极还构造为设置成不妨碍小金属块的表面以及 电子束金属蒸发/沉积系统中处理的晶片之间的电子路径。

根据某些方面，电气仪表是电压计和电流计的至少一个。

根据某些方面，该设备还包括控制器，该控制器构造为接收来自电气仪 表的信号，以检测信号相对于基线的改变，并且向操作者报警该信号的改变。

附图说明

附图不意图按比例示出。在附图中，不同图中示出的每个相同或近似相 同的部件由相同的标号表示。为了清楚起见，并未在每个附图中标出每个部 件。在附图中：

图1是半导体晶片的表面上的光致抗蚀剂残留的扫描电子显微镜 （SEM）图像；

图2是半导体晶片的截面中的光致抗蚀剂残留的SEM图像；

图3是传统半导体制造工艺流程的部分流程图；

图4是根据本发明实施例包括电极的电子束金属蒸发/沉积系统的截面 图；

图5是在电子束金属蒸发/沉积系统的沉积室中安装的图4的电极的等距 例视图；

图6是根据本发明实施例的电联接至电极的电器仪表的示意图；

图7示出了在本发明一个或多个实施例中可用的计算机控制系统；

图8示出了根据本发明一个或多个实施例可用于图7中的计算机化控制 系统的存储系统；

图9是根据本发明实施例的一半导体制造工艺流程的一部分的流程图；

图10是电子束功率和电压读数的图线，来自电子束金属蒸发/沉积系统 中安装的根据本发明实施例的电极的试验；

图11是电子束功率和电压读数的图线，来自电子束金属蒸发/沉积系统 中安装的根据本发明实施例的电极的另一个试验；以及

图12是电子束功率和电压读数的图线，来自电子束金属蒸发/沉积系统 中安装的根据本发明实施例的电极的又一个试验。

具体实施方式

本发明不限于其下面的描述中阐述或附图中示出的部件详细结构和设 置方案的应用。本发明可具有其它的实施例，并且可以各种方式实施或实现。 再者，这里所用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应解释为限制。“包 括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变化意味着包括其后所列项 目及其等同物以及附加项目。

本发明总体上针对于检测电子束（e-束）金属蒸发/沉积系统（这里也称 为“蒸发器”、“e-束蒸发器”或“金属蒸发器”）中采用的小金属块中杂质的系 统和方法。所希望的是在通过装配有污染小金属块的蒸发器处理很多晶片前 检测这些小金属块中的杂质。该杂质可引起很多形式的缺陷，其可在通过e- 束金属蒸发/沉积系统处理的晶片上观察到，或者不可能立即观察到，而导致 后续工艺步骤期间或工作中的失效。

例如，诸如碳的杂质可能存在于小金块中。在小金块制造的拉制和锻造 过程中可能与碳结合，这里油用作润滑剂。在蒸发器中取出小金块时不佳的 超净间操作和不适当的处理技术也可能将碳引入小金块。

在由e-束加热小金属块以蒸发金时，金的小金属块中诸如碳的杂质引起 产生高能量背散射电子束。这些背散射电子束可能撞击e-束金属蒸发/沉积 系统要处理的晶片上的光致抗蚀剂区域，并且引起光致抗蚀剂交联。如上所 述的交联的光致抗蚀剂可能在后续的光致抗蚀剂剥离工艺中不被完全去除， 留下光致抗蚀剂残留物，这要求重新处理和/或另外清洗晶片以去除。根据该 机理的半导体晶片上形成的光致抗蚀剂残留物10的示例如图1和2所示。

撞击熔化的小金属块的电子束还从小金属块产生二次电子发射。该二次 电子由电子束中的电子形成，该电子束将电子碰撞出小金属块中的原子，或 者该二次电子由电子束中被吸收然后从小金属块中的原子再发射出的电子 形成。二次电子典型地具有远低于背散射电子的能量，并且因此即使有也不 像背散射电子束那样贡献于光致抗蚀剂交联，如果其有贡献的话。

熔化的小金块中的碳杂质漂浮到该熔化的小块的表面，形成“皮肤 （skin）”。当定向到小金块的表面的电子束遇到碳时，来自电子束的一些电 子被弹性地背散射。背散射电子束不能有效地传输它们的能量到小金块以熔 化小金块。则背散射电子束保持大部分（如果不是全部的话）在电子束形成 时赋予其的能量。背散射电子束的能量在典型e-束（e-beam）金属蒸发器系 统中约为10千伏。如果背散射电子束以足够的量达到e-束金属蒸发/沉积系 统中要处理的晶片上的一部分光致抗蚀剂，则它们可能赋予光致抗蚀剂足够 的能量以引起该部分光致抗蚀剂变为交联。

熔化的小金块中的碳粒子倾向于从施加的电子束背散射电子的准确原 因不完全清楚。然而，已经发现被电子束撞击时固相材料产生的自由电子显 著大于该材料处于液相时。当电子束碰撞固体源时，它产生很多有能量的电 子。当固体源熔化时，发射水平下降。由于其非常高的熔点，碳以固相形式 保持在处于e-束金属蒸发/沉积系统中通常采用的温度上的熔化的小金块， 并且因此可有效阻挡电子束到达小块中的金并将其熔化，导致电子弹性地背 散射而不被吸收进入小金块中。

用作金属沉积工艺掩模的图案化的光致抗蚀剂的侧壁在整个沉积工艺 中暴露，而在进行金属沉积工艺时由于光致抗蚀剂的表面变为被金属覆盖而 被遮蔽。在沉积了首批几百埃的金属后，在大的金属化结构部下的光致抗蚀 剂将受到遮蔽而免于背散射电子束的进一步轰击。因此，光致抗蚀剂侧壁比 光致抗蚀剂的表面更多地交联。这导致在化学剥离残留光致抗蚀剂后光致抗 蚀剂残留物的线状或条状图案，如图1所示。

小金块中的碳杂质还可贡献于金“喷溅”，其中液态金的小滴从熔化的 小金属块排出。这些熔化的小滴可沉积在e-束金属蒸发/沉积系统中要处理 的晶片上，并且在某些情况下可能导致晶片上要形成的装置上相邻金属线或 其它结构之间的短路。例如，金属-绝缘体-金属（MIM）电容器的电极内侧 表面上的金“溅渍（spit）”可导致可靠性问题。通过金“喷溅”沉积的金粒 子也可损坏微芯片电路试验中所用的探针尖或者昂贵的隔膜探针。

在一些半导体制造工艺中，通过加钽到小金块，进行了减小金蒸发器中 采用的小金块中的碳杂质造成的缺陷的努力。钽吸附碳，因此减少了不受约 束而在金属小块的表面形成膜、且造成“喷溅”或电子背散射的碳的量。然 而，该方法并非没有问题。e-束蒸发器中采用的用于保持金（或其它金属） 小块的坩埚典型地由诸如钼、钨、碳化硅或碳的材料形成。给小金块加钽可 能诱导保持小金块的坩埚的润湿（wetting）。如果坩埚被熔化的金润湿，则 坩埚可能由于冷却时坩埚材料和金之间的不同的热收缩而开裂。此外，给小 金块加钽不是在所有的情况下都导致无喷溅的工艺（spit-free process）。因此， 所希望的是在被污染的小块导致大量晶片上的缺陷之前提供污染小块的识 别，而不是试图通过例如给小金属块加吸附材料来减轻可能污染物的作用。

典型的半导体制造工艺通常包括一系列的工艺步骤，类似于图3的流程 图所示。金属沉积工艺典型地包括图3中的动作410-450。在步骤410中，晶 片例如通过将它们浸渍在诸如盐酸的酸溶液中而清洗。在预沉积清洗后，晶 片加载在金属蒸发器中（动作420）并且运行金属沉积配方（动作430）。在 完成金属沉积时，晶片从金属蒸发器去除（动作440），并且另外的一批预清 洗后的晶片引入蒸发器中（动作450）。

接受金属沉积的晶片经受剥离工艺（动作460），其中可能已经使用的光 致抗蚀剂和/或另外的金属沉积掩模以及沉积在掩模上的金属一起从晶片上 去除。然后，晶片通常进行到检查操作（动作470），在这里一部分晶片的检 查，或者在某些工艺中所有晶片的检查，例如通过自动光学检查工具进行。 在某些工艺中，检查操作手动执行。在检查操作470期间，确定诸如抗蚀剂 残留物或者金属“溅渍”节结的缺陷是否存在于处理的晶片上（动作480）。 如果观察到低于预定量的缺陷，则处理后的晶片传送到后续处理操作，并且 晶片在蒸发器中的操作继续（动作490）。

然而，如果在检查的晶片上观察到不可接受量的缺陷，则蒸发器不再服 役（动作500）且进行故障检测（动作520）。在被发现包括具有来自金属沉 积工艺的缺陷的一批晶片之后通过金属蒸发器处理的晶片将会受到怀疑。如 果在第一个坏批次中发现的缺陷确实由诸如蒸发器中小金属块的污染的问 题引起，则很可能在第一个发现的坏批次后处理的批次也会具有由被污染的 小金属块引起的缺陷。因此，这些批次也很可能需要重新处理或废弃。在动 作480中确定为具有不可接受的大量缺陷的晶片之后通过蒸发器处理的晶片 的样本，或者在某些情况下所有的晶片因此被检查（动作510）。

如果这些随后加工的晶片也显示出不可接受水平的缺陷则进行确定（动 作530）。如果晶片呈现为可接受，则它们转送常规的后续处理（动作540）。 然而，如果这些晶片显示不可接受的高水平缺陷，则确定它们是否例如可通 过附加的清洗操作而再处理（动作550），以去除观察到的抗蚀剂残留物。

如果晶片决定为可再处理，则它们被再处理（动作560），然后转送后续 处理（动作540）。在一些情况下，再处理后的晶片在送到后续处理前可能被 再一次检查。如果在动作560中确定晶片不可再处理，例如，如果它们具有 不可接受的高水平的不可去除的金属“溅渍”，则该晶片被废弃（动作570）。

在典型的半导体制造工艺中，在不好的小金属块开始引起通过其处理的 晶片上的缺陷出现与这些缺陷在下游检查步骤被发现的时间之间，可能通过 金属蒸发器处理了很多批次的晶片。在小金属块的问题被发现前，很多批次 的晶片可能受影响。被污染的小金属块因此可能引起例如为了去除抗蚀剂残 留物而再处理晶片的时间和生产量上的大量成本。如果晶片上发现的缺陷不 能通过再处理工艺补救，则也可能引起显著的成本，并且受到影响的晶片必 须废弃。

为了便于减小这些可能的损失，已经开发了以小于此前已知工艺中的时 间检测（并且在某些实施例中，在蒸发器运行期间实时检测）蒸发器中被污 染的小金属块存在的方法和设备。已经发现，通过制造电极510（见图4和 5）以配合在蒸发器沉积室505内，可监测在蒸发器运行期间由小金属块（例 如，小金块）产生的总电子辐射。在一些实施例中，电极510通过一个或多 个绝缘体520与蒸发器的内表面515以及接地550电隔离。在某些实施例中， 电极电联接到高阻抗伏特计710和/或电流计（见图6）。

在某些实施例中，电极510和/或绝缘体520在定期计划的预防性维护操 作期间与蒸发器遮蔽件的其它各件一起清洗或更换。

在操作期间，e-束537由电子枪535产生，并且定向到坩埚530中的小 金属块。e-束537撞击小金属块产生的电子将背散射且撞击电极510，导致 来自电极的负电压和/或电流。测得的电压与产生的背散射电子束量成比例， 并且因此与小金属块中的杂质量，例如，小金块中的碳杂质成比例。小金块 中的碳浓度越高，电极上的负电压越大。类似地，小金块中的碳浓度越高， 撞击电极的背散射电子越多，并且产生的电流越大。当小金块上的碳量达到 阈值时，如电极产生的电流和/或电极的电压所示，将发生抗蚀剂交联和/或 金喷溅。因此，电极上的电压和/或电极产生的电流可被监测，并且当电压和 /或电流达到或超过阈值时，关闭蒸发器以更换小金属块。电极上产生的电压 在某些实施例中可能是负电压，从而超过阈值可为显示比阈值负电压更负的 电压。

如上所述，在金属沉积工艺期间不检测小金属块中杂质（或多种杂质） 的情况下，对于很多批次可能没有检查出问题（例如，金喷溅和/或抗蚀剂交 联），直到受影响的晶片到达制造工艺中晚得多的检查。这可能导致很多的 废品量和损失的收入。本发明的一些实施例可在这些问题开始出现时即识别 出其原因。

本发明的实施例可向操作者提供合适更换蒸发器中的金属源的提示。在 某些实施例中，该提示在诸如抗蚀剂交联和/或金属喷溅的问题发生前给出。 通过监测电极电压，或者在某些实施例中，通过监测电极电流，可建立适当 的阈值电压或电流，该阈值电压或电流标示立刻更换被污染的小金属块的希 望。

如图4和5所示，在一个实施例中，电极510制作成镀铜环的形式。采 用铜作为电极材料有两个原因。第一，铜是非常好的导体。第二，铜是与高 真空系统兼容的金属。然而，任何真空兼容的导电金属（例如，不锈钢）可 用在商业系统中，这是因为本发明不限于特定类型的电极材料。

在一个实施例中，隔离电极510于蒸发器的内部表面515以及与接地的 绝缘体520由氧化铝、绝缘陶瓷材料构成。在其它实施例中，绝缘体520由 其它陶瓷构造，例如，二氧化钛、二氧化硅（石英）或传统的玻璃。在其它 实施例中，绝缘体520由诸如PVDF的塑料材料形成。任何真空兼容且具有 足够机械强度以支撑电极的非导电材料可用于绝缘体520。

在图4和5所示的实施例中，电极510设置在蒸发器沉积室505中，从 而，在蒸发器运行时，存在蒸发器的坩埚530内的小金属块和电极510之间 的无障碍路径。电极510还设置为使其不阻碍小金属块和蒸发器中金属沉积 期间晶片支撑结构540上可能安装晶片的位置之间的路径551。电极的这样 的定位允许电极收集来自小金属块的背散射（以及二次）电子，而不阻挡金 属沉积在晶片上。

尽管示出为镀铜环，但是在替换实施例中电极可形成为任何的形状和构 造。例如，在一个实施例中，电极为一个或多个电线环的形式。在另一个实 施例中，电极510由蒸发器沉积室内的多个板形成。在又一实施例中，电极 510由金属网形成。本领域的技术人员可以任何形状和尺寸形成电极510以 配合在任何特定型号的蒸发器内。

在运行中，监测在采用已知的良好（即污染最小化）的小金属块的蒸发 器的运行中在电极510上产生的电压和/或电流，以建立电压和/或电流的基 线水平。在时间上以给定的频率（例如，每半秒一个数据点，或者在某些实 施例中，每秒一个数据点）取样多个电压和/或电流数据点。其它实施例可采 处于用任何方便速率上或者位于与电极结合使用的数据记录设备的能力内 的数据采样频率。这些数据点用于产生基线平均值、基线范围或标准偏差， 或者在一些实施例中，在具有已知良好小金属块的蒸发器的运行期间由电极 产生的电压和电流之一或二者的基线平均值和标准偏差或范围二者。

本发明的实施例可用于检查多种类型小金属块中的杂质，例如，金、铝、 钛或金属蒸发器中可用的任何其它金属。在由e-束撞击时，这些不同的金属 产生不同量的背散射和二次电子。所产生的背散射和二次电子量还根据所采 用的特定类型的蒸发器和施加给小金属块的e-束的强度而变化。此外，特定 电极的结构的特定设计、形状、定位和材料（或多种材料）影响电极捕获的 电子量。因此，具有特定电极构造的特定蒸发器上特定类型小金属块产生的 电压和/或电流的基线与具有不同类型的小金属块和/或电极构造的蒸发器上 产生的基线不同。然而，清洁小金属块产生的电压和/或电流中建立的基线与 表示污染小块的该基线的偏离之差可被检测出，而与所建立的基线参数（或 多个参数）的特定值（或多个特定值）无关。

所建立的基线也可例如因时间上金属在电极上的累积或者不同小金属 块的尺寸、形状或表面性质而在相同的蒸发器上从一个小金属块到另一个变 化。在一些实施例中，为蒸发器中电极所建立的电压和/或电流基线在蒸发器 中的小金属块因蒸发而损耗质量时（或之后）被周期性地校准，因此在电极 累积沉积金属时（或之后）或二者，增加了非蒸发污染材料的浓度。

在其它实施例中，电压和/或电流基线的参数（例如，平均值、范围和/ 或标准偏差）对于具有类似或相同真空室和电极构造的蒸发器可基本上相 同。因此，在某些实施例中，一个蒸发器上建立的电压和/或电流基线的参数 可应用于其它的类似构造的蒸发器。因此，在一些实施例中，没必要为每个 单个蒸发器的特定类型的小金属块建立电压和/或电流基线。相反，在一个有 代表性的蒸发器上采用已知的良好小金属块（并且，在一些实施例中，已知 污染的小金属块）建立的电压和/或电流基线可提供该数据，以建立可接受的 电极电压和/或电流参数的阈值和/或控制极限，其可用于监测具有类似构造 的蒸发器的组中的任意一个中可能的污染的小金属块的存在。在一些实施例 中，蒸发器的制造者将校准蒸发器，以在运行良好和污染的小金属块时产生 电极电压和/或电流的特定参数。该制造者校准在某些实施例中可减小或消除 蒸发器的使用者执行基线测量的需求，以建立用于在电极上测量的电气参数 的控制图表，从而可用于区别良好的小金属块与污染的小金属块。

一旦建立了电压和/或电流中的基线，该基线的参数上的偏差就表示小金 属块的可能的污染。例如，在蒸发器运行期间电压的下移和/或到电极或来自 电极的电流上的增加将表示产生的背散射电子的数量上的可能增加，并且因 此表示可能的污染的小金属块。类似地，标准偏差或读数范围上的增加在某 些实施例中将可表示污染的小金属块。在一些实施例中，在具有特定基线平 均值和标准偏差的蒸发器中从电极观察的电压信号可表示小金属块的表面 污染时平均值的下移和标准偏差增加二者。

电极上测量的电信号的很多其它改变中的任何一个都可用于提供可能 的污染小金属块的指示。例如，如果该倾向的大小在考虑到读数的固有变动 时统计学地不可能时，电压或电流读数的倾向（即一些列数据点形成的曲线 的一阶导数）可表示可能的污染的小金属块。在其它实施例中，考虑到读数 的固有变动时统计学地不可能的一系列电压和/或电流读数（例如，连续的三 个或五个读数）的移动平均值上的改变可表示可能的污染的小金属块。在进 一步实施例中，考虑到读数的固有变动时统计学地不可能的一系列数据点的 范围上的改变（例如，最后的连续的三个或五个读数与一系列此前的读数相 比）可表示可能的污染的小金属块。

工艺控制领域的普通技术人员将能够设定在一套基线电压和/或电流读 数周围的控制极限（例如，统计程序控制极限），当违反时，将表示可能的 污染的小金属块。在一些实施例中，将建立用于来自电极的电压和/或电流读 数的控制图表，并且用于电压和/或电流读数的数据点绘制在这些控制图表 上。如果绘制的数据点违反了一个或多个统计程序控制（SPC）规则，则这 将表示可能的污染的小金属块。

在一些实施例中，控制图表可建立和绘制用于监测违反一个或多个西部 电气SPC规则（Western Electric SPC rules）的数据点。这些规则如下：

1）一点在上控制极限或下控制极限外

上控制极限和下控制极限设定在距平均值三个标准偏差处。如果一个点 位于这些极限的任何一个之外，则仅有0.3%的机会其由正常的过程引起。

2）八点在平均值的相同侧

任意给定的点落入平均值之上或之下的机会相等。一个点与之前的一个 落入平均值相同侧的机会为二分之一。后续点也落入平均值相同侧的几率为 四分之一。八点在平均值的相同侧的可能性仅为约1%。

3）八点增加或减小

此处使用的逻辑和“平均值相同侧”上的八点所用的相同。有时，该规则 变动为七点上升或下降。

4）三个点中的两个在警告极限外

警告极限通常设定在距离平均值两个标准偏差（即两个Σ）处。任何点 落入警告极限外的可能性仅为5%。连续的三个点中两个点落入警告极限外 的机会仅为约1%。

5）五个点中的四个落入一个Σ之外

在通常的处理中，68%的点落入平均值的一个Σ内，并且32%的点落入 它之外。五个点中的四个点落入一个Σ之外的可能性仅为约3%。

6）十四个点交替方向

该规则将每对相邻点当作一个单元。对于全部七对，第二点总是高于（或 总是低于）前点的机会仅为约1%。

7）连续十五个点位于一个Σ内

在常规操作中，68%的点落入平均值的一个Σ内。连续15个点都这样 的可能性小于1%。

8）连续八个点位于一个Σ外

因为68%的点位于平均值的一个Σ内，所以连续八个点落入一个Σ线之 外的可能性小于1%。

在其它实施例中，可采用这样的控制图表，其中违反一个或多个Wheeler 或Nelson SPC规则（这对熟悉统计程序控制的人士来说是知名的）可用作 可能的污染小金属块的指示器。

在一些实施例中，在操作蒸发系统中来自电极的电压和/或电流由伏特计 和/或电流计自动地周期性地测量，并且测量的结果提供给监测计算机或控制 器，该计算机或控制器编程为如果测量的一个或多个参数偏离至阈值之上或 之下、偏离在可接受范围之外或者违反一个或多个SPC规则，则发出警报。 在一些实施例中，测量参数的可接受阈值或范围通过在来自被监测的特定小 金属块的特定蒸发器上的电极执行基线测量事先决定。

在不同实施例中，用于监测来自电极510的电参数的监测计算机或控制 器可实施为许多形式的任何一个。在一个示例中，用于这里公开的系统的实 施例的计算机化的控制器采用如图7示范性示出的一个或多个计算机系统 600实现。计算机系统600例如可为通用目的计算机，例如，基于Intel 或Core^TM处理器、Motorola处理器、Sun处理器、Hewlett-Packard处理器或任何其它类型处理器或其结合的 那些计算机。替换地，计算机系统可包括特别编程的、特别目的的硬件，例 如，特定用途集成电路（ASIC）或专用于半导体晶片处理设备的控制器。

计算机系统600可包括一个或多个处理器602，其典型地连接到一个或 多个存储装置604，例如，可包括一个或多个磁盘驱动存储器、闪存装置、 RAM存储装置或其它用于存储数据的装置的任何一个。存储器604典型地 用于在控制器和/或计算机系统600操作期间存储程序和数据。例如，存储器 604可用于存储与一段时间上电极510的测量电气参数相关的历史数据以及 电流传感器测量数据。软件，包括实施本发明实施例的程序代码，可存储在 计算机可读和/或可写非易失性记录介质（参考图8进一步描述）上，然后复 制在存储器604中，其中它可由处理器602执行。这样的编程代码可以多个 编程语言的任何一个写入，例如，Java、Visual Basic、C、C#或C++、Fortran、 Pascal、Eiffel、Basic、COBAL或其组合的任何种类。

计算机系统600的部件可由互连机构606连接，该互连机构可包括一个 或多个总线（例如，在相同装置内集成的各部件之间）和/或网络（例如，在 位于各喷溅装置的部件之间）。该互连机构典型地能使信息（例如，数据、 指令）在系统600之间交换。

计算机系统600还可包括一个或多个输入装置608，例如，键盘、鼠标、 轨迹球、麦克风、触摸屏，以及一个或多个输出装置610，例如，打印装置、 显示屏或扬声器。计算机系统可电连接或其它方式连接到电气传感器614， 例如可包括一个或多个电流计和伏特计，该电流计和伏特计构造为测量电极 510的电气参数。另外，计算机系统600可包含一个或多个接口（未示出）， 其可连接计算机系统600到通讯网络（附加地或替换可由系统600的一个或 多个部件形成的网络）。在一些实施例中，该通讯网络形成半导体生产线的 工艺控制系统的一部分。

根据一个或多个实施例，一个或多个输出装置610联接到另一个计算机 系统或部件，以在通讯网络上与计算机系统600通讯。这样的构造允许一个 传感器设置为远离另一个传感器，或者允许任何传感器设置为距离任何的子 系统和/或控制器以任意显著的距离，而仍在其间提供数据。

如图8示范性所示，控制器/计算机系统600可包括一个或多个计算机存 储介质，例如，可读和/或可写的非易失性记录介质616，其中可存储限定出 一个或多个处理器620（例如处理器602）所执行的程序的信号。介质616 例如可为磁盘存储器或闪存器。在典型的操作中，处理器620可导致数据（例 如，实施本发明的一个或多个实施例的编码）从存储介质616读入存储器 618，该存储器允许比介质616更快地由一个或多个处理器存取信息。存储 器618典型地为易失性随机存取存储器，例如，动态随机存取存储器（DRAM） 或静态存储器（SRAM）或利于信息传输到处理器620和从其传输信息的其 它合适的装置。

尽管计算机系统600示例性地示出为一种计算机系统，其上可实施本发 明的各方面，但是应当理解的是本发明不限于示范性示出的软件或计算机系 统中实施。实际上，不同于例如实施在通用目的的计算机系统上，控制器或 其部件或部分上可替换地实施为专用的系统或专用的可编程逻辑控制器 （PLC）或分布式控制系统。此外，应当理解的是，控制系统的一个或多个 特征或方面可实施在软件、硬件或软硬件组合或其任何组合中。例如，计算 机系统600可执行的一段或多段运算法则可在分立的计算机中执行，这些分 立的计算机继而可通过一个或多个网络通讯。

图9示出了用于操作包括根据本发明一个实施例的电极的蒸发器的程 序。在图9的程序中，沉积操作包括动作810-870。动作810-830和860-870 分别与上述图3的动作410-430和440-450基本上相同。与图3不同，图9 的程序另外包括监测电极的电气特性的动作（动作840）。在一个实施例中， 监测来自电极的电压，并且计算监测电压的平均值和标准偏差。在另一个实 施例中，监测来自电极的电流，并且计算监测电流的平均值和标准偏差。在 动作850中，监测的电气参数与事先针对该参数建立的基线比较，为此确定 测量的参数是否落入可接受的容限极限内。

如果确定测量的参数在容限内，则完成了金属化的配方，晶片被卸下（动 作860），并且输送至正常的下游工艺（动作880），且新一批次的预清洗晶 片引入到蒸发器中（动作870）。替换地，如果在动作850中，测量的参数被 发现在容限之外，则在卸下晶片（动作890）时，它们被送去检查（动作900）。 如果确定为诸如金属溅渍和/或抗蚀剂残留物的缺陷以不可接受的水平存在 于晶片中（动作910），则晶片可被废弃，或在一些实施例中，如果可能，被 再处理（动作930）。产生容限外信号和有缺陷晶片的蒸发器将停止生产，并 且经受故障调查（动作940）。如果发现蒸发器中的小金属块被污染，则它在 使蒸发器返回到生产线继续工作前被更换（动作940）。

如果在动作910中发现来自显示出容限外参数的蒸发器的晶片具有可接 受的低缺陷密度，则它们被传送以进一步处理，但是作为预防性的措施，蒸 发器会经受故障调查，并且任何被污染的小金属块在通过蒸发器处理额外的 晶片前被更换（动作940）。

应当理解的是，图9所示的各种动作仅为示范性的。在不同实施例中， 不同的动作或更多的这些动作以不同的顺序执行。在其它实施例中，该程序 中包括附加的动作，并且在进一步实施例中，省略或取代一个或多个所示的 动作。

包括这里所述电极的蒸发器的操作方法的其它实施例对本领域的技术 人员是显而易见的。在一个替换性实施例中，正电压施加给电极。该正电压 可吸引电子，因此增加了电极捕获电子的量，使设备对背散射电子束的存在 更加敏感。电极上的正电荷还可将背散射电子束朝着沉积室的侧壁且远离晶 片支架中的晶片偏转（至少在一定程度上）。偏转量将随着施加给电极的电 压量变化。在利用正偏压电极的某些实施例中，来自电极的电流的平均值和 /或标准偏差可用作监测的电气参数，从而可在电极上保持不变的电压。在其 它实施例中，施加给电极的电压可被使得或允许为随时间变化。与前述实施 例一样，监测电流和/或电压平均值或标准偏差相对于基线值的改变可表示可 能的污染的小金属块。在接收来自控制器或其它用于监测蒸发器表示可能的 污染电极的系统的信号时，操作者可对蒸发器故障调查，且如果确实需要则 更换嫌疑小金属块。

在另一个实施例中，电荷（正电荷或负电荷）可施加给电极510。电极 上的电荷可在蒸发器的运行期间随时测量。电极上测量的电荷的改变或电荷 的改变率的改变可表示可能的污染的小金属块。

示例

为了研究背散射电子辐射源，进行了一系列的实验，以比较e-束金属蒸 发/沉积系统中蒸发工艺期间从不同材料产生的有能量的自由电子的量。电极 制造为装配在e-束金属蒸发/沉积系统的真空室内。该电极提供为比较由撞 击不同材料产生的电子束产生的有能量的电子的数量。电极由弯成环的铜板 形成。铜电极板与接地通过真空室中的陶瓷绝缘体电隔离。利用铜线连接电 极到具有数据逻辑能力的高阻抗伏特计（Keithley 2420电源电表），其中来 自电极的电压信号被监测且写入数据文档。因为该装置没有针对一定的标准 进行校准，所以测量的电位与电极上的实际电荷量不能关联。

具有15KW电源的Temescal FC2700蒸发器用于该实验。产生这样的配 方，30秒上升到45%不变功率输送周期用于熔化小金属块，并且30秒上升 到50%不变功率输送周期用于保持熔化的小金属块在金属蒸发的温度。两个 不变功率周期的保持时间都是30秒。从不同的小金块熔化的不同金采用该 配方运行，且记载电极上收集的电压。

第一实验采用小金块进行，该小金块在表面上被估计1ppm的碳污染。 从该实验获得的数据示于图10中。在该图中，电子束功率由“束功率”数据 点表示，并且电极上观察的电压由“电极电位”数据点表示。导通10KV高压 且发射器闲置时，电极电位相对于接地为0V（“A”点处标示的点左侧的图 表的部分）。只要有束发射电流而功率上升且束开始呈现在金熔体上，SMU 测量为约-1.25V（“A”表示的点）。随着功率继续上升到最大值的45%（“A” 表示的点和“B”表示的点之间的数据点）时，电压保持相对不变。当小金块 开始熔化时，电压突然下降到-0.5V（“B”表示的点紧前方的点）。进一步增 加功率到50%导致电极电压下降到-0.4V（大约在“C”表示的点开始）。在点 “D”，在1ppm碳污染样品试验中使用的施加给小金块的束功率突然截止， 并且电极电压恢复到0V。

在图10中，用于“束功率”的数据点表示束在点“D”处仍在50%功率上， 然而，这是数据收集方法论的假象。用于1ppm碳污染样品试验和用于30 ppm碳污染样品试验的数据（下面参考图11描述）在不同的轮次取得然后 合并。“束功率”数据点在时间上更紧密对应于30ppm碳污染样品试验的“电 极电位”数据点，这就是30ppm碳污染样品试验数据点在图表右手侧不显示 为返回到0V的原因；束功率在图表的右手侧采集30ppm碳污染样品试验 数据点期间仍然接通。

采用圆形电子束的熔化配方扫描了2Hz的图案，并且数据记载采样率 为1秒。束的圆形扫描运动对应于图10和11记录且示出的电压峰值。当束 扫过小金属块表面的不同部分时束焦改变。在各自通过小金属块时，当通过 没有污染的金时束焦缩小，而通过高碳区域时束扩散，导致背散射电子辐射 变化。当束通过包括碳污染的熔化的金的部分时，被散射的电子量大于束通 过没有污染的区域的熔化的金时。当电子束通过熔化的金的“脏”区域与“清 洁”区域时背散射电子量上的改变反应在图10和11中的数据点上观测到的 电压水平上的改变。对于1ppm碳污染的熔化的金的数据点（图10），当电 子束通过熔化的金的“清洁”区域与“脏”区域时获得的数据点之间观察到 约0.5V的电压差。对于30ppm碳污染的熔化的金的数据点（图11），该电 压差约为1V，是对于1ppm碳污染的熔化的金的数据点观测的电压差的约 两倍。

当实验用静态束和1ppm碳污染的小金块重复时，电压没有波动，尽管 观察到如图10所示的类似的数据上的倾向。该静态束试验中获得的数据示 于图12中。在图12中，点“A”、“B”、“C”和“D”表示图10示出的类似点。 图12还包括点“E”，其中，随着电子束功率的下降，熔化的金固化，并且来 自电极的电压降至约-1.6V。观测的电压上的波动没有发生，因为电子束保 持聚焦在小金块的单个部分上而不是扫过小金块的“清洁”和“脏”区域。

利用与2Hz圆形束扫描图案相同的配方参考图10描述的实验采用具有 表面上约30ppm的碳的熔化的金重复。来自该重复实验的数据示于图11中。 图10和图11之间的比较示出了“清洁”的1ppm碳污染的小块和“脏”的30 ppm碳污染的小块之间观察到的电压差。当束在点“A”处撞击30ppm碳污染 的小块时，接地的电极电位为-2.2V，是对于1ppm碳污染的小块观测到的 值的约两倍。熔化30ppm碳污染的小块比熔化1ppm碳污染的小块需要更 大的功率和更长的时间（注意图11中的点“B”和“C”从图10中的点“B”和“C” 向右方偏移）。

在采用30ppm碳污染的小块的上升和不变功率周期的整个过程中，电 极上产生的电压伴随着与采用1ppm碳污染的小块的实验相同的倾向，尽管 整个曲线朝着更负的电压偏移，表示更多的电子被电极采集。当30ppm碳 污染的小金块成为熔体时，电压下降，但是它停留在比观察到的1ppm碳污 染的熔化的小块高的总负电压。来自熔化的30ppm碳污染的小金块的电压 读数的范围和标准偏差显著地大于1ppm碳污染的小金块，如由图10与图 11的比较可见。

发现表面碳大于约30ppm的小金块将不会完全熔化，即使在电子束处在 从15KW电源提供的90%的束功率时。这表示该碳污染的水平足以从小金 块的表面反射或背散射如此多的电子，以至于没有足够的电子可达到小金块 以赋予足够的能量来完全熔化小块。

尽管1ppm和30ppm碳污染的小金块二者呈现为光学地清洁和闪光， 但是30ppm碳污染的小块的SEM检测显示出表面上的碳粒子斑点。由低碳 含量材料（<1ppm）制成的熔化的金在SEM检查中没有发现碳粒子。30ppm 碳污染的小金块的EDX测量显示出很强的碳信号，表示小块上的碳污染。 <1ppm碳污染的小金块的EDX检测与30ppm碳污染小金块的EDX检测相 比显示出碳峰值大大被削弱。

采用电极电位作为基准，观测到的电压-0.4V确定为良好清洁的熔化的 金的基线电压，而小于-0.8V的电压确定为表示碳污染的熔化的金。

根据该数据，-0.8伏特的电压可建立为利用在该实验中使用的蒸发器构 造的阈值电压水平。如果电压数据点峰值观测为低于-0.8伏特，则这表示在 该实验中采用的特定蒸发器中可能的污染的小金块。应当理解的是，其它的 金属和/或蒸发器可具有不同的电压阈值。然而，申请人已经确定清洁和污染 的小金属块之间关于e-束蒸发器的沉积室中设置的电极上观测到的电压数 据点的平均值和标准偏差或范围上的偏移的差别将表现出和在该实验中观 察到的类似的结果。

该试验还显示，在金属蒸发器中，具有相对低碳污染的第一小金块显示 出的金属蒸发器的沉积室中设置的电极上的电压下降幅度低于具有较高量 碳污染的小金块的电压降。此外，对于使用较脏的小金块运行的金属蒸发器， 其电极上的电压读数波动显著地大于采用较清洁的小金块时电压读数的波 动。

这里已经描述了本发明至少一个实施例的几个方面，本领域的技术人员 可容易地进行各种替换、修改和改进。这样的替换、修改和改进旨在是本公 开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附 图仅为示例的方式。