監測等離子體工藝制程的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種監測等離子體工藝制程的方法，將一基片放置在一等離子體處理腔室內進行等離子體處理，所述等離子體處理裝置連接一入射光源和一光譜儀；等離子體在對所述基片進行處理的過程中發射背景光信號，所述背景光信號中包括波長已知的參考光信號；啟動所述入射光源向所述基片發射入射光信號；啟動所述光譜儀接收經基片反射后的入射光信號及所述背景光信號，利用所述參考光信號實現對所述光譜儀的校準；利用校準后的光譜儀對讀取的入射光信號的波長進行校準，得到準確的入射光信號波長；利用該準確的入射光信號波長計算基片的處理速率，實現對基片處理工藝的監測。

Apparatus and method for monitoring plasma process

The invention discloses a method for monitoring the plasma process, the substrate is placed in a plasma processing chamber of a plasma processing, the plasma processing device is connected with an incident light source and a plasma emission spectrometer; background light signal in the processing of the substrate, the reference optical signal including known wavelength the optical signal in the background; the incident light emission signal to the substrate to start the incident light source; start the spectrometer after receiving the incoming optical signal reflected by the substrate and the background light signal, the realization of calibration of the spectrometer reference signal; calibrated wavelength of incident light read the signal using the spectrometer after calibration, incident wavelength of the optical signal processing speed is calculated accurately; the substrate using the incident wavelength of the optical signal of the accuracy of the To realize the monitoring of substrate processing.

【技術實現步驟摘要】
監測等離子體工藝制程的裝置和方法
本專利技術涉及等離子體工藝處理
，尤其涉及一種對等離子體處理制程進行監測的

技術介紹
等離子體處理技術廣泛應用于半導體制作工藝中。在對半導體基片進行沉積或刻蝕過程中，需要對工藝制程進行密切監控，以確保沉積工藝或刻蝕工藝結果得到良好控制。目前常用的一種刻蝕工藝控制方法為光學發射光譜法（OES）。等離子體中的原子或分子被電子激發到激發態后，在返回到另一個能態過程中會發射出特定波長的光線。不同原子或者分子所激發的光波的波長各不相同，而光波的光強變化反映出等離子體中原子或者分子濃度變化。OES是將能夠反映等離子刻蝕過程變化的、與等離子體化學組成密切相關的物質的等離子體的特征譜線（OES特征譜線）提取出來，通過實時檢測其特征譜線信號強度的變化，來提供等離子體刻蝕工藝中的反應情況的信息，這種方法的局限在于只能監測到薄膜刻蝕完成后的狀態，只有當一種被刻蝕的目標層刻蝕完畢，等離子體刻蝕到下一層目標層時，即兩個目標刻蝕層的交界面時，對應的等離子體的特征譜線才會有明顯變化，因此該方法通常用于刻蝕工藝的終點監測。隨著集成電路中的器件集成密度及復雜度的不斷增加，對半導體工藝過程的嚴格控制就顯得尤為重要。對于亞深微米的多晶硅柵刻蝕工藝而言，由于柵氧層的厚度已經變得非常的薄，如何精確控制等離子體刻蝕過程是人們面臨的一個技術上的挑戰。目前半導體工業上所使用的高密度等離子體刻蝕機，如電感耦合等離子體(ICP)源，電容耦合等離子體(CCP)源，以及電子自旋共振等離子體(ECR)源等。其所產生的等離子體具有較高的刻蝕速率，如果工藝控制不合理，出現的過度刻蝕很容易會造成下一層材料的損傷，進而造成器件的失效。因此必須對刻蝕過程中的一些參數，如刻蝕用的化學氣體、刻蝕時間、刻蝕速率及刻蝕選擇比等參數進行嚴格控制。此外，刻蝕機狀態的細微改變，如反應腔體內氣體流量、溫度、氣體的回流狀態、或是批與批之間晶片之間的差異，都會影響到對刻蝕參數的控制。因而必須監控刻蝕過程中各種參數的變化情況，以確保刻蝕過程中刻蝕的一致性。而干涉終點法（IEP）就是為了實現對刻蝕過程進行實時監控而設計的。干涉終點法（IEP）為入射一光信號至半導體基片表面，入射光信號經半導體基片發射后攜帶了基片薄膜厚度變化的信息，通過對反射后的光信號波長進行測量，并根據測量結果進行分析計算，可以實現實時監控基片薄膜的刻蝕過程。但是在對光譜監測過程中，由于入射光源置身于非恒溫環境，可能受系統環境溫度變化的影響，光波長會發生變化，加上光譜儀在使用過程中會存在偏差，使得讀取到的光波長不夠準確，從而導致監控結果不夠準確，影響工藝制程的控制精確度。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術公開了一種監測等離子體工藝制程的方法，所述方法包括下列步驟：提供一等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置連接一入射光源和一光譜儀；將基片放置在所述等離子體處理腔室內進行等離子體處理，等離子體在對所述基片進行處理的過程中發射背景光信號，所述背景光信號中包括至少一波長已知的參考光信號；啟動所述入射光源向所述基片發射入射光信號；啟動所述光譜儀接收經基片反射后的入射光信號及所述背景光信號，利用所述參考光信號實現對所述光譜儀的校準；利用校準后的光譜儀對讀取的入射光信號的波長進行校準，得到準確的入射光信號波長；利用該準確的入射光信號波長計算基片的處理速率，實現對基片處理工藝的監測。進一步的，所述光譜儀的校準方法為所述光譜儀讀取所述背景光信號中的參考光信號波長，根據讀取到的參考光信號波長和參考光信號已知的波長進行比較，確定光譜儀的讀取偏差，實現對所述光譜儀的校準。所述參考光信號為氬氣解離時發出的光信號，所述參考光信號可以為任意工藝處理過程中參與的反應氣體解離時發出的光信號，優選的，所述參考光信號選擇在處理工藝中持續存在且光波長穩定的光信號。可選的，所述光譜儀的校準方法為手動校準或自動校準。優選的，所述入射光源為單波長光源。優選的，所述入射光源為LED光源或激光光源。優選的，所述入射光信號入射到所述基片表面為開-關-開-關的脈沖模式。優選的，獲得所述入射光信號的方法為所述光譜儀在所述入射光源打開狀態下接收到的光信號減去所述入射光源關閉狀態下接收到的光信號。可選的，所述等離子體處理工藝為等離子體刻蝕工藝或等離子體沉積工藝。可選的，所述光譜儀為CCD圖像傳感器。本專利技術在等離子體處理裝置連接一入射光源和一光譜儀實現對工藝進程的實時監測；選取氣體解離為等離子體時發出的穩定的光信號波長作為參考光信號實現對光譜儀的準確校準，然后利用校準后的光譜儀讀取入射光源中的光信號在基片薄膜上反射的光信號波長。保證讀取到的光波長的準確性，避免入射光源在非恒溫環境，受系統環境溫度變化的影響，光波長可能發生的變化給計算處理速率帶來的影響，進而保證了處理工藝的準確監控，正確判斷工藝終點或需要調整工藝參數的節點。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施方式所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1示出一種設置干涉終點監測裝置的等離子體處理裝置結構示意圖；圖2示出光譜儀測得的等離子體刻蝕薄膜發出的光信號波長與實際光波長的示意圖；圖3示出計算入射光波長的過程示意圖。具體實施方式為使本專利技術的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本專利技術的內容作進一步說明。當然本專利技術并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本專利技術的保護范圍內。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。圖1示出一種設置干涉終點監測裝置的等離子體處理裝置結構示意圖。圖1中，等離子體處理裝置100內部放置半導體基片10，基片10通常放置在一基座上，并在處理工藝中被基座固定夾持，由于本專利技術不涉及基座支撐基片的細節技術，故在圖1中省略了基座的結構及其他與本專利技術不直接涉及的技術特征。等離子體處理裝置100內部通入的反應氣體在施加到等離子體處理裝置100的射頻功率的作用下解離成等離子體，所述等離子體對基片10進行刻蝕。基片10上通常包括若干層待刻蝕薄膜，刻蝕不同的薄膜層需要用到不同的反應氣體和刻蝕工藝參數。不同等離子體在刻蝕不同薄膜過程中會發出不同波長的光信號，這些光信號由于是原子能級的，其波長受反應腔內溫度影響不大，光波長相對比較穩定。這些等離子體發出的不同波長的光信號作為背景光信號，隨著刻蝕過程的一直持續，等離子體刻蝕薄膜層產生的背景光信號也一直存在。本專利技術公開了一種干涉終點法（IEP）監測等離子體處理過程的裝置及方法，在本專利技術中，一干涉終點監測裝置設置用于對等離子體處理裝置100進行終點監測。所述干涉終點監測裝置包括一入射光源101及一光譜儀102，一光信號出入口103設置在等離子體處理裝置100的頂壁上，用以允許入射光源101發射的光信號進入等離子體處理裝置，入射到基片表面，并允許反射后的光信號進入設置在等離子體處理裝置100外的光譜儀102。入射光源101通常選擇單波長光源，以方便光譜儀102對接收到的反射光信號的波長進行測量計算，具體工作原理為：入射光源101發射單波長入射光信號至被刻蝕薄膜表面后，薄膜上表面反射的光線與穿透該薄膜后被下層薄膜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種監測等離子體工藝制程的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：提供一等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置連接一入射光源和一光譜儀；將基片放置在所述等離子體處理腔室內進行等離子體處理，等離子體在對所述基片進行處理的過程中發射背景光信號，所述背景光信號中包括至少一波長已知的參考光信號；啟動所述入射光源向所述基片發射入射光信號；啟動所述光譜儀接收經基片反射后的入射光信號及所述背景光信號，利用所述參考光信號實現對所述光譜儀的校準；利用校準后的光譜儀對讀取的入射光信號的波長進行校準，得到準確的入射光信號波長；利用該準確的入射光信號波長計算基片的處理速率，實現對基片處理工藝的監測。

【技術特征摘要】
1.一種監測等離子體工藝制程的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：提供一等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置連接一入射光源和一光譜儀；將基片放置在所述等離子體處理腔室內進行等離子體處理，等離子體在對所述基片進行處理的過程中發射背景光信號，所述背景光信號中包括至少一波長已知的參考光信號；啟動所述入射光源向所述基片發射入射光信號；啟動所述光譜儀接收經基片反射后的入射光信號及所述背景光信號，利用所述參考光信號實現對所述光譜儀的校準；利用校準后的光譜儀對讀取的入射光信號的波長進行校準，得到準確的入射光信號波長；利用該準確的入射光信號波長計算基片的處理速率，實現對基片處理工藝的監測。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述光譜儀的校準方法為所述光譜儀讀取所述背景光信號中的參考光信號波長，根據讀取到的參考光信號波長和參考光信號已知的波長進行比較，確定光譜儀的讀取偏差...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃智林，王紅軍，
申請(專利權)人：中微半導體設備上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31