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了一種監測工藝制程的等離子體處理裝置，包括一處理基片的等離子體反應腔及監測基片處理制程的一監測裝置，所述監測裝置包括一入射光源，用于向等離子體處理裝置內的基片表面發射脈沖光信號；一光譜儀，用于接收等離子體處理裝置內發出的光信號，其工作模式為脈沖模式；所述入射光源與所述光譜儀之間設置一同步控制系統，所述同步控制系統控制所述入射光源的時鐘信號和所述光譜儀的時鐘信號具有相同的上升沿。本發明專利技術在光譜儀中直接進行減法運算可以大大降低計算機系統的運算負載，同時避免計算機系統的運算周期與入射光源的工作周期無法一致（或同步）造成的計算不準確的問題。

Apparatus and method for monitoring plasma process

The invention discloses a plasma processing apparatus monitoring process, comprises a substrate plasma reaction chamber and monitoring substrate processing process monitoring device, the monitoring device comprises an incident light source, used in the device substrate surface emitting light pulse signal into the plasma processing; a spectrometer. For receiving the plasma optical signal processing device issued, its working mode for pulse mode; between the incident light source and the spectrometer set a synchronous control system, clock clock signal for the synchronous control system to control the incident light source and the spectrometer has the same rising edge. The present invention in spectrometer direct subtraction can greatly reduce the computer system operation load, while avoiding the work cycle of computer system operation cycle and the incident light source can not be the same (or synchronous) caused by the problem of inaccurate calculation.

【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，對應的等離子體的特征譜線才會有明顯變化，因此該方法只能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，可以得出實際的刻蝕速率，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，等離子體中的原子或分子被電子激發到激發態后會發射的特定波長的光信號一直存在，且強度較大，有時甚至等離子體發出的光信號強度會超過入射光信號強度，干擾對反射后的入射光信號的讀取使得測量入射光信號變得困難。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種監測工藝制程的等離子體處理裝置，包括一處理基片的等離子體反應腔及監測基片處理制程的一監測裝置，所述監測裝置包括一入射光源，用于向等離子體處理裝置內的基片表面發射脈沖光信號；還包括一光譜儀，用于接收等離子體處理裝置內發出的光信號，其工作模式選為脈沖模式；所述入射光源與所述光譜儀之間設置一同步控制系統，所述同步控制系統控制所述入射光源的時鐘信號和所述光譜儀的時鐘信號具有相同的上升沿。優選的，在一個脈沖周期內，所述光譜儀工作的時間大于所述入射光源工作的時間。優選的，所述入射光源為LED光源或激光光源。優選的，所述入射光源為單波長光源。優選的，所述光譜儀用于顯示等離子體處理裝置內光信號的波長和強度。優選的，所述光譜儀為CCD圖像控制器。本專利技術的另一目的在于提供一種監測等離子體處理工藝的方法，所述方法包括如下步驟：將基片放置在一等離子體處理裝置內，對所述基片進行等離子體工藝處理；向所述基片發射一脈沖式入射光信號，所述入射光信號在基片上發生反射；用一光譜儀接收基片表面的反射光信號，所述光譜儀為脈沖式工作模式；所述入射光信號和所述光譜儀具有相同的脈沖時鐘上升沿；所述光譜儀在所述入射光源打開時接收基片表面的反射光信號和等離子體發出的背景光信號，在入射光源關閉時只接收等離子體發出的背景光信號；所述的光譜儀內進行減法運算，將在所述入射光源打開時接收到的基片表面的反射光信號和等離子體發出的背景光信號減去入射光源關閉時等離子體發出的背景光信號，得到除去背景光信號的反射光信號；利用減法運算后得到的反射光信號信息計算等離子體處理工藝的速率，進而實現對工藝進程的監測。進一步的，在一個脈沖周期內，所述光譜儀工作的時間大于所述入射光源工作的時間。進一步的，所述減法運算后得到的反射光信號信息至少包括所述反射光信號波長。進一步的，所述入射光源發出的入射光信號為單波長光信號。進一步的，所述光譜儀與一計算機系統相連，并將所述減法運算的結果發送給所述計算機系統。本專利技術所提供的監測工藝制程的等離子體處理裝置及方法具有諸多優點，本專利技術設置光譜儀的工作狀態為脈沖模式，并且通過一同步控制系統控制光譜儀與入射光源具有相同的脈沖時鐘上升沿。光譜儀接收入射光源在工作和關閉兩種狀態下的光信息后直接進行減法運算并將運算結果發送給計算機系統中進行后續計算。相比于光譜儀將測量結果直接發送給計算機系統讓計算機系統進行減法運算，本專利技術在光譜儀中直接進行減法運算可以大大降低計算機系統的運算負載，同時避免計算機系統的運算周期與入射光源的工作周期無法一致造成的計算不準確的問題。本專利技術適合入射光源在各種頻率的脈沖模式，特別的，當入射光源的開關頻率較大時，本專利技術的效果尤為顯著。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示出入射光源和光譜儀的工作脈沖信號曲線圖。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，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，刻蝕不同的薄膜需要用到不同的反應氣體和刻蝕工藝參數。等離子體在刻蝕不同薄膜過程中反應產物會發出不同波長的光信號，這些光信號作為背景光信號，在刻蝕過程一直持續存在。在本專利技術公開的干涉終點法（IEP）監測等離子體處理過程的裝置及方法中，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接收反射回的光信號進行測量計算，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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種監測工藝制程的等離子體處理裝置，包括一處理基片的等離子體反應腔及監測基片處理制程的一監測裝置，其特征在于，所述監測裝置包括：一入射光源，用于向等離子體處理裝置內的基片表面發射脈沖光信號；一光譜儀，用于接收等離子體處理裝置內發出的光信號，其工作模式設置為脈沖模式；所述入射光源與所述光譜儀之間設置一同步控制系統，所述同步控制系統控制所述入射光源的脈沖時鐘信號和所述光譜儀的脈沖時鐘信號具有相同的上升沿。

【技術特征摘要】
1.一種監測工藝制程的等離子體處理裝置，包括一處理基片的等離子體反應腔及監測基片處理制程的一監測裝置，其特征在于，所述監測裝置包括：一入射光源，用于向等離子體處理裝置內的基片表面發射脈沖光信號；一光譜儀，用于接收等離子體處理裝置內發出的光信號，其工作模式設置為脈沖模式；所述入射光源與所述光譜儀之間設置一同步控制系統，所述同步控制系統控制所述入射光源的脈沖時鐘信號和所述光譜儀的脈沖時鐘信號具有相同的上升沿。2.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在一個脈沖周期內，所述光譜儀工作的時間大于所述入射光源工作的時間。3.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述入射光源為LED光源或激光光源。4.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述入射光源為單波長光源。5.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述光譜儀用于顯示等離子體處理裝置內光信號的波長和強度。6.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述光譜儀為CCD圖像控制器。7.一種監測等離子體處理工藝的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將基片放置在一等離子體處理裝置內，對所述基片進行等離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃智林，楊平，
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