监测等离子体工艺制程的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种监测等离子体工艺制程的方法，将一基片放置在一等离子体处理腔室内进行等离子体处理，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。

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.

【技术实现步骤摘要】
监测等离子体工艺制程的装置和方法
本专利技术涉及等离子体工艺处理
，尤其涉及一种对等离子体处理制程进行监测的

技术介绍
等离子体处理技术广泛应用于半导体制作工艺中。在对半导体基片进行沉积或刻蚀过程中，需要对工艺制程进行密切监控，以确保沉积工艺或刻蚀工艺结果得到良好控制。目前常用的一种刻蚀工艺控制方法为光学发射光谱法（OES）。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态过程中会发射出特定波长的光线。不同原子或者分子所激发的光波的波长各不相同，而光波的光强变化反映出等离子体中原子或者分子浓度变化。OES是将能够反映等离子刻蚀过程变化的、与等离子体化学组成密切相关的物质的等离子体的特征谱线（OES特征谱线）提取出来，通过实时检测其特征谱线信号强度的变化，来提供等离子体刻蚀工艺中的反应情况的信息，这种方法的局限在于只能监测到薄膜刻蚀完成后的状态，只有当一种被刻蚀的目标层刻蚀完毕，等离子体刻蚀到下一层目标层时，即两个目标刻蚀层的交界面时，对应的等离子体的特征谱线才会有明显变化，因此该方法通常用于刻蚀工艺的终点监测。随着集成电路中的器件集成密度及复杂度的不断增加，对半导体工艺过程的严格控制就显得尤为重要。对于亚深微米的多晶硅栅刻蚀工艺而言，由于栅氧层的厚度已经变得非常的薄，如何精确控制等离子体刻蚀过程是人们面临的一个技术上的挑战。目前半导体工业上所使用的高密度等离子体刻蚀机，如电感耦合等离子体(ICP)源，电容耦合等离子体(CCP)源，以及电子自旋共振等离子体(ECR)源等。其所产生的等离子体具有较高的刻蚀速率，如果工艺控制不合理，出现的过度刻蚀很容易会造成下一层材料的损伤，进而造成器件的失效。因此必须对刻蚀过程中的一些参数，如刻蚀用的化学气体、刻蚀时间、刻蚀速率及刻蚀选择比等参数进行严格控制。此外，刻蚀机状态的细微改变，如反应腔体内气体流量、温度、气体的回流状态、或是批与批之间晶片之间的差异，都会影响到对刻蚀参数的控制。因而必须监控刻蚀过程中各种参数的变化情况，以确保刻蚀过程中刻蚀的一致性。而干涉终点法（IEP）就是为了实现对刻蚀过程进行实时监控而设计的。干涉终点法（IEP）为入射一光信号至半导体基片表面，入射光信号经半导体基片发射后携带了基片薄膜厚度变化的信息，通过对反射后的光信号波长进行测量，并根据测量结果进行分析计算，可以实现实时监控基片薄膜的刻蚀过程。但是在对光谱监测过程中，由于入射光源置身于非恒温环境，可能受系统环境温度变化的影响，光波长会发生变化，加上光谱仪在使用过程中会存在偏差，使得读取到的光波长不够准确，从而导致监控结果不够准确，影响工艺制程的控制精确度。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种监测等离子体工艺制程的方法，所述方法包括下列步骤：提供一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；将基片放置在所述等离子体处理腔室内进行等离子体处理，等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括至少一波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。进一步的，所述光谱仪的校准方法为所述光谱仪读取所述背景光信号中的参考光信号波长，根据读取到的参考光信号波长和参考光信号已知的波长进行比较，确定光谱仪的读取偏差，实现对所述光谱仪的校准。所述参考光信号为氩气解离时发出的光信号，所述参考光信号可以为任意工艺处理过程中参与的反应气体解离时发出的光信号，优选的，所述参考光信号选择在处理工艺中持续存在且光波长稳定的光信号。可选的，所述光谱仪的校准方法为手动校准或自动校准。优选的，所述入射光源为单波长光源。优选的，所述入射光源为LED光源或激光光源。优选的，所述入射光信号入射到所述基片表面为开-关-开-关的脉冲模式。优选的，获得所述入射光信号的方法为所述光谱仪在所述入射光源打开状态下接收到的光信号减去所述入射光源关闭状态下接收到的光信号。可选的，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀工艺或等离子体沉积工艺。可选的，所述光谱仪为CCD图像传感器。本专利技术在等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪实现对工艺进程的实时监测；选取气体解离为等离子体时发出的稳定的光信号波长作为参考光信号实现对光谱仪的准确校准，然后利用校准后的光谱仪读取入射光源中的光信号在基片薄膜上反射的光信号波长。保证读取到的光波长的准确性，避免入射光源在非恒温环境，受系统环境温度变化的影响，光波长可能发生的变化给计算处理速率带来的影响，进而保证了处理工艺的准确监控，正确判断工艺终点或需要调整工艺参数的节点。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施方式所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出一种设置干涉终点监测装置的等离子体处理装置结构示意图；图2示出光谱仪测得的等离子体刻蚀薄膜发出的光信号波长与实际光波长的示意图；图3示出计算入射光波长的过程示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。图1示出一种设置干涉终点监测装置的等离子体处理装置结构示意图。图1中，等离子体处理装置100内部放置半导体基片10，基片10通常放置在一基座上，并在处理工艺中被基座固定夹持，由于本专利技术不涉及基座支撑基片的细节技术，故在图1中省略了基座的结构及其他与本专利技术不直接涉及的技术特征。等离子体处理装置100内部通入的反应气体在施加到等离子体处理装置100的射频功率的作用下解离成等离子体，所述等离子体对基片10进行刻蚀。基片10上通常包括若干层待刻蚀薄膜，刻蚀不同的薄膜层需要用到不同的反应气体和刻蚀工艺参数。不同等离子体在刻蚀不同薄膜过程中会发出不同波长的光信号，这些光信号由于是原子能级的，其波长受反应腔内温度影响不大，光波长相对比较稳定。这些等离子体发出的不同波长的光信号作为背景光信号，随着刻蚀过程的一直持续，等离子体刻蚀薄膜层产生的背景光信号也一直存在。本专利技术公开了一种干涉终点法（IEP）监测等离子体处理过程的装置及方法，在本专利技术中，一干涉终点监测装置设置用于对等离子体处理装置100进行终点监测。所述干涉终点监测装置包括一入射光源101及一光谱仪102，一光信号出入口103设置在等离子体处理装置100的顶壁上，用以允许入射光源101发射的光信号进入等离子体处理装置，入射到基片表面，并允许反射后的光信号进入设置在等离子体处理装置100外的光谱仪102。入射光源101通常选择单波长光源，以方便光谱仪102对接收到的反射光信号的波长进行测量计算，具体工作原理为：入射光源101发射单波长入射光信号至被刻蚀薄膜表面后，薄膜上表面反射的光线与穿透该薄膜后被下层薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测等离子体工艺制程的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：提供一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；将基片放置在所述等离子体处理腔室内进行等离子体处理，等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括至少一波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。

【技术特征摘要】
1.一种监测等离子体工艺制程的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：提供一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；将基片放置在所述等离子体处理腔室内进行等离子体处理，等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括至少一波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光谱仪的校准方法为所述光谱仪读取所述背景光信号中的参考光信号波长，根据读取到的参考光信号波长和参考光信号已知的波长进行比较，确定光谱仪的读取偏差...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄智林，王红军，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31