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了一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的等离子体反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，所述监测装置包括一入射光源，用于向等离子体处理装置内的基片表面发射脉冲光信号；一光谱仪，用于接收等离子体处理装置内发出的光信号，其工作模式为脉冲模式；所述入射光源与所述光谱仪之间设置一同步控制系统，所述同步控制系统控制所述入射光源的时钟信号和所述光谱仪的时钟信号具有相同的上升沿。本发明专利技术在光谱仪中直接进行减法运算可以大大降低计算机系统的运算负载，同时避免计算机系统的运算周期与入射光源的工作周期无法一致（或同步）造成的计算不准确的问题。

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，对应的等离子体的特征谱线才会有明显变化，因此该方法只能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，可以得出实际的刻蚀速率，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，等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后会发射的特定波长的光信号一直存在，且强度较大，有时甚至等离子体发出的光信号强度会超过入射光信号强度，干扰对反射后的入射光信号的读取使得测量入射光信号变得困难。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的等离子体反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，所述监测装置包括一入射光源，用于向等离子体处理装置内的基片表面发射脉冲光信号；还包括一光谱仪，用于接收等离子体处理装置内发出的光信号，其工作模式选为脉冲模式；所述入射光源与所述光谱仪之间设置一同步控制系统，所述同步控制系统控制所述入射光源的时钟信号和所述光谱仪的时钟信号具有相同的上升沿。优选的，在一个脉冲周期内，所述光谱仪工作的时间大于所述入射光源工作的时间。优选的，所述入射光源为LED光源或激光光源。优选的，所述入射光源为单波长光源。优选的，所述光谱仪用于显示等离子体处理装置内光信号的波长和强度。优选的，所述光谱仪为CCD图像控制器。本专利技术的另一目的在于提供一种监测等离子体处理工艺的方法，所述方法包括如下步骤：将基片放置在一等离子体处理装置内，对所述基片进行等离子体工艺处理；向所述基片发射一脉冲式入射光信号，所述入射光信号在基片上发生反射；用一光谱仪接收基片表面的反射光信号，所述光谱仪为脉冲式工作模式；所述入射光信号和所述光谱仪具有相同的脉冲时钟上升沿；所述光谱仪在所述入射光源打开时接收基片表面的反射光信号和等离子体发出的背景光信号，在入射光源关闭时只接收等离子体发出的背景光信号；所述的光谱仪内进行减法运算，将在所述入射光源打开时接收到的基片表面的反射光信号和等离子体发出的背景光信号减去入射光源关闭时等离子体发出的背景光信号，得到除去背景光信号的反射光信号；利用减法运算后得到的反射光信号信息计算等离子体处理工艺的速率，进而实现对工艺进程的监测。进一步的，在一个脉冲周期内，所述光谱仪工作的时间大于所述入射光源工作的时间。进一步的，所述减法运算后得到的反射光信号信息至少包括所述反射光信号波长。进一步的，所述入射光源发出的入射光信号为单波长光信号。进一步的，所述光谱仪与一计算机系统相连，并将所述减法运算的结果发送给所述计算机系统。本专利技术所提供的监测工艺制程的等离子体处理装置及方法具有诸多优点，本专利技术设置光谱仪的工作状态为脉冲模式，并且通过一同步控制系统控制光谱仪与入射光源具有相同的脉冲时钟上升沿。光谱仪接收入射光源在工作和关闭两种状态下的光信息后直接进行减法运算并将运算结果发送给计算机系统中进行后续计算。相比于光谱仪将测量结果直接发送给计算机系统让计算机系统进行减法运算，本专利技术在光谱仪中直接进行减法运算可以大大降低计算机系统的运算负载，同时避免计算机系统的运算周期与入射光源的工作周期无法一致造成的计算不准确的问题。本专利技术适合入射光源在各种频率的脉冲模式，特别的，当入射光源的开关频率较大时，本专利技术的效果尤为显著。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示出入射光源和光谱仪的工作脉冲信号曲线图。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，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，刻蚀不同的薄膜需要用到不同的反应气体和刻蚀工艺参数。等离子体在刻蚀不同薄膜过程中反应产物会发出不同波长的光信号，这些光信号作为背景光信号，在刻蚀过程一直持续存在。在本专利技术公开的干涉终点法（IEP）监测等离子体处理过程的装置及方法中，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接收反射回的光信号进行测量计算，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的等离子体反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，用于向等离子体处理装置内的基片表面发射脉冲光信号；一光谱仪，用于接收等离子体处理装置内发出的光信号，其工作模式设置为脉冲模式；所述入射光源与所述光谱仪之间设置一同步控制系统，所述同步控制系统控制所述入射光源的脉冲时钟信号和所述光谱仪的脉冲时钟信号具有相同的上升沿。

【技术特征摘要】
1.一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的等离子体反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，用于向等离子体处理装置内的基片表面发射脉冲光信号；一光谱仪，用于接收等离子体处理装置内发出的光信号，其工作模式设置为脉冲模式；所述入射光源与所述光谱仪之间设置一同步控制系统，所述同步控制系统控制所述入射光源的脉冲时钟信号和所述光谱仪的脉冲时钟信号具有相同的上升沿。2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在一个脉冲周期内，所述光谱仪工作的时间大于所述入射光源工作的时间。3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述入射光源为LED光源或激光光源。4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述入射光源为单波长光源。5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述光谱仪用于显示等离子体处理装置内光信号的波长和强度。6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述光谱仪为CCD图像控制器。7.一种监测等离子体处理工艺的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将基片放置在一等离子体处理装置内，对所述基片进行等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄智林，杨平，
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