监测等离子体工艺制程的等离子体处理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及方法，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，用于向所述反应腔内的基片表面发射脉冲入射光；一光谱仪，用于采集所述反应腔内的光信号；一数据处理装置，用于接收所述光谱仪采集到的光信号并提供周期与所述脉冲入射光周期相同的调制信号,所述调制信号具有正负两个方向，且每个周期内所述调制信号与所述背景光信号的乘积叠加后相互抵消；所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积不为零；所述数据处理装置利用获得的脉冲反射光信号计算得出所述等离子体工艺制程的终点。

【技术实现步骤摘要】
监测等离子体工艺制程的等离子体处理装置和方法
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
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的反应腔及监测基片处理制程的监测装置，所述监测装置包括：一入射光源，用于向所述反应腔内的基片表面发射脉冲入射光；一光谱仪，用于采集所述反应腔内的光信号,所述光信号包括所述脉冲入射光在基片表面的脉冲反射光信号及基片处理过程中等离子体发出的背景光信号；一数据处理装置，用于接收所述光谱仪采集到的光信号并提供周期与所述脉冲入射光周期相同的调制信号,所述调制信号具有正负两个方向，且每个周期内所述调制信号与所述背景光信号的乘积叠加后相互抵消；所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积不为零；所述数据处理装置利用获得的脉冲反射光信号计算得出所述等离子体工艺制程的终点。优选的，所述调制信号在一个周期内方向为正的信号积分面积与方向为负的信号积分面积相同。优选的，所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积大于0。优选的，所述调制信号为正弦信号或余弦信号。优选的，每个周期内，所述脉冲反射光信号与所述正弦信号或余弦信号的波峰相对应。优选的，每个周期内，所述脉冲反射光信号与所述正弦信号或余弦信号的波谷相对应。优选的，所述调制信号为高低电平脉冲周期信号，所述高电平大于零，所述低电平小于零，所述一个周期内高电平对应的区域面积与低电平对应的区域面积大小相等。优选的，所述调制信号的幅值大于等于所述脉冲反射光信号的光强数值。优选的，所述入射光源发出的入射光为全光谱。优选的，所述入射光源为闪光灯。优选的，所述光谱仪向所述入射光源发送脉冲触发信号,以控制所述入射光源发射脉冲入射光的周期。进一步的，本专利技术还公开了一种监测等离子体处理工艺的方法，所述方法在一等离子体处理装置内进行，所述方法包括如下步骤：将基片放置在所述等离子体处理装置的反应腔内，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入射光，所述脉冲入射光在基片表面发生反射；用一光谱仪采集所述反应腔内发出的光信号并将所述光信号输送到一数据处理装置，所述光信号包括基片表面反射的脉冲反射光信号及反应腔内等离子体产生的背景光信号；所述数据处理装置提供一与所述脉冲入射光周期相同的调制信号，并对该调制信号和光谱仪采集的光信号进行乘法运算；所述调制信号设置为具有正负方向且与所述背景光信号的乘积在每个周期内相互抵消；设置所述调制信号与所述脉冲反射光信号的位置，使得二者的乘积不为零；利用消除背景光信号后的脉冲反射光信号信息进行等离子体处理工艺的终点计算。优选的，所述数据处理装置调节所述调制信号与所述脉冲反射光信号的位置，使得二者的乘积大于零。优选的，所述数据处理装置提供的调制信号为正弦信号或余弦信号。优选的，所述数据处理装置控制所述脉冲入射光信号与所述正弦调制信号或余弦调制信号的波峰或波谷相对应。优选的，所述调制信号的幅值大于等于所述脉冲反射光信号的强度。优选的，所述入射光信号为全光谱信号。优选的，所述调制信号为高低电平脉冲周期信号，所述高电平大于零，所述低电平小于零，所述一个周期内高电平对应的区域面积与低电平对应的区域面积大小相等。优选的，所述光谱仪发送一脉冲触发信号至所述入射光源，控制所述入射光源的脉冲周期。优选的，所述数据处理装置为一计算机系统。本专利技术的优点在于：对光谱仪采集到的背景光信号和脉冲反射光信号施加一调制信号，所述调制信号的周期与所述脉冲反射光信号的周期相同，且所述调制信号在一个周期内方向为正的信号积分面积与方向为负的信号积分面积相同。由于背景光信号相对稳定，在一个周期内变化几乎为零，因此对背景光信号与调制信号的乘积进行叠加时，由于背景光信号与调制信号的乘积大小相同，方向相反，因此，叠加后的数值为零，从而消除了背景光信号的干扰，数据处理装置114控制脉冲反射光与调制信号的乘积不为零，由于一个调制信号周期内反射光信号只出现非常短暂的时间，即便在一个周期内进行叠加，也不会对反射光信号造成影响，特别的，当设置调制信号的幅值大于反射光信号的光强时，所述调制信号还能放大反射光信号的光强，使得数据处理装置能够更为准确的利用反射光信号对刻蚀终点进行计算。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示出反射光信号、背景光信号及调制信号示意图；图3示出另一种实施例的反射光信号、背景光信号及调制信号示意图；图4示出具有放大倍数的调制信号及反射光信号、背景光信号示意图；图5示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的反应腔及监测基片处理制程的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，用于向所述反应腔内的基片表面发射脉冲入射光；一光谱仪，用于采集所述反应腔内的光信号,所述光信号包括所述脉冲入射光在基片表面的脉冲反射光信号及基片处理过程中等离子体发出的背景光信号；一数据处理装置，用于接收所述光谱仪采集到的光信号并提供周期与所述脉冲入射光周期相同的调制信号,所述调制信号具有正负两个方向，且每个周期内所述调制信号与所述背景光信号的乘积叠加后相互抵消；所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积不为零；所述数据处理装置利用获得的脉冲反射光信号计算得出所述等离子体工艺制程的终点。

【技术特征摘要】
1.一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的反应腔及监测基片处理制程的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，用于向所述反应腔内的基片表面发射脉冲入射光；一光谱仪，用于采集所述反应腔内的光信号,所述光信号包括所述脉冲入射光在基片表面的脉冲反射光信号及基片处理过程中等离子体发出的背景光信号；一数据处理装置，用于接收所述光谱仪采集到的光信号并提供周期与所述脉冲入射光周期相同的调制信号,所述调制信号具有正负两个方向，且每个周期内所述调制信号与所述背景光信号的乘积叠加后相互抵消；所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积不为零；所述数据处理装置利用获得的脉冲反射光信号计算得出所述等离子体工艺制程的终点。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述调制信号在一个周期内方向为正的信号积分面积与方向为负的信号积分面积相同。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述脉冲反射光信号与所述调制信号的乘积大于0。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述调制信号为正弦信号或余弦信号。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：每个周期内，所述脉冲反射光信号与所述正弦信号或余弦信号的波峰相对应。6.如权利要求4所述的装置，其特征在于：每个周期内，所述脉冲反射光信号与所述正弦信号或余弦信号的波谷相对应。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述调制信号为高低电平脉冲周期信号，所述高电平大于零，所述低电平小于零，所述一个周期内高电平对应的区域面积与低电平对应的区域面积大小相等。8.如权利要求4或7所述的装置，其特征在于：所述调制信号的幅值大于等于所述脉冲反射光信号的光强数值。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述入射光源发出的入射光为全光谱。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述入射光源为闪光灯。11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱仪向所述入射光源发送脉冲触发信号,以控制所述入射光源发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，刘身健，
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