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，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号；一数据处理装置，与所述光谱仪相连，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响。

【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
为了解决上述技术问题，本专利技术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，以第一脉冲频率向反应腔内的基片表面发射入射脉冲光；一光谱仪，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号，其中一组光信号包括入射光在基片表面的反射光信号与反应腔内等离子体产生的背景光信号之和，一组光信号只有反应腔内等离子体产生的背景光信号；一数据处理装置，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响；所述数据处理装置用消除背景光信号影响后的反射光信号作为计算依据，得到所述基片的处理终点。优选的，所述第二脉冲频率是所述第一脉冲频率的2的n次方倍，所述n大于等于1。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，所述脉冲入射光的脉冲周期大小可变。优选的，所述光谱仪用于采集等离子体反应腔内光信号的波长和强度,所述光谱仪为CCD图像控制器。优选的，所述光谱仪向所述入射光源发射脉冲信号,以控制所述入射光源发送入射光信号的周期。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：将基片放置在一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式入射光信号，所述入射光信号在基片上发生反射,所述脉冲式入射光信号的脉冲周期频率为第一脉冲频率；用一光谱仪以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号，所述光信号包括入射光在基片表面的反射光信号及反应腔内等离子体产生的背景光信号；设置所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍；在一个第一脉冲频率周期内，所述光谱仪采集到一组反射光信号与等离子体产生的背景光信号之和以及至少一组只有等离子体产生的背景光信号；所述光谱仪将采集到的光信号输送到一数据处理装置，所述数据处理装置将光谱仪采集到的反射光信号与等离子体产生的背景光信号之和与一组只有等离子体产生的背景光信号做减法，得到不受干扰的反射光信号，所述数据处理装置根据得到的不受干扰的反射光信号计算得到所述基片的处理终点。优选的，所述光谱仪采集反射光信号的高电平与所述入射光源发出的入射光信号上升沿位置不同。优选的，所述光谱仪采集光信号的频率为入射光信号脉冲频率的两倍，在一个入射光脉冲周期内，所述光谱仪包括两个采集光信号周期，其中第一个周期内采集反射光信号与等离子体产生的背景光信号之和，第二个周期只采集到等离子体产生的背景光信号,所述第一周期内采集的光信号与第二周期内采集的光信号做减法即可消除背景光信号对反射光信号的干扰。优选的，所述光谱仪采集光信号的频率超过所述入射光信号脉冲频率的两倍时，在一个入射光脉冲周期内，所述光谱仪采集若干组只有等离子体产生的背景光信号，所述数据处理装置选取其中一组背景光信号与所述光谱仪采集到的反射光信号与等离子体产生的背景光信号之和做减法，以消除所述背景光信号对反射光信号的干扰。优选的，所述入射光信号为全光谱信号。优选的，所述光谱仪选择某一波长的光信号进行信号采集.优选的，所述入射光源发射短持续时间的高能量脉冲。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：选择一持续发射脉冲光的入射光源作为主动光源向反应腔内的基片表面发射第一频率的脉冲入射光，设置光谱仪采集反应腔内光信号的频率大于等于所述第一频率的两倍。即在一个脉冲入射光发光周期内光谱仪采集至少采集两次光信号，其中一次采集反射光信号与背景光信号之和，其余只采集背景光信号，每个周期内的采集反射光信号与背景光信号之和减去只采集的背景光信号可以得到去除干扰后的反射光信号。本专利技术采用持续发射脉冲式光信号的闪光灯作为入射光源可以避免频繁的对入射光源进行机械开关，降低入射光源的机械损伤；同时，由于闪光灯每个脉冲周期内发射入射光的时间短于通过机械开关控制的入射光源在一个周期内发射入射光的时间，可以延长入射光源的有效发光时间，提高入射光源的使用寿命。此外，本专利技术采用闪光灯作为入射光源，可以提供全光谱的入射光，全光谱的入射光可以让等离子体处理装置的使用者有更多波长范围的选择。同时，闪光灯可以按照一定周期发射持续时间较短的高能量光信号，既能够保证光谱仪接收到的反射光信号强度够大，同时入射光源的持续发光时间短暂可以延长光源的使用寿本文档来自技高网...

【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一监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，以第一脉冲频率向反应腔内的基片表面发射入射脉冲光；一光谱仪，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号，其中一组光信号包括入射光在基片表面的反射光信号与反应腔内等离子体产生的背景光信号之和，一组光信号只有反应腔内等离子体产生的背景光信号；一数据处理装置，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响；所述数据处理装置用消除背景光信号影响后的反射光信号作为计算依据，得到所述基片的处理终点。

【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一监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：一入射光源，以第一脉冲频率向反应腔内的基片表面发射入射脉冲光；一光谱仪，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号，其中一组光信号包括入射光在基片表面的反射光信号与反应腔内等离子体产生的背景光信号之和，一组光信号只有反应腔内等离子体产生的背景光信号；一数据处理装置，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响；所述数据处理装置用消除背景光信号影响后的反射光信号作为计算依据，得到所述基片的处理终点。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二脉冲频率是所述第一脉冲频率的2的n次方倍，所述n大于等于1。3.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。4.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。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述脉冲入射光的脉冲周期大小可变。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱仪用于采集等离子体反应腔内光信号的波长和强度,所述光谱仪为CCD图像控制器。7.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射脉冲信号,以控制所述入射光源发送入射光信号的周期。8.一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，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式入射光信号，所述入射光信号在基片上发生反射,所述脉冲式入射光信号的脉冲周期频率为第一脉冲频率；用一光谱仪以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号，所述光信号包括入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，黄智林，
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