在线监测系统及半导体加工设备技术方案

本发明专利技术提供一种在线监测系统及半导体加工设备，其包括第一光路、第二光路、采样频率调节单元、光电转换单元和计算单元，第一光路用于传输入射光，并将入射光向晶片表面辐射；第二光路用于接收干涉光，并将其传输至光电转换单元；该第二光路包括第一支路和第二支路，二者分别收集干涉光和等离子体反射光；采样频率调节单元用于调节采样频率；光电转换单元用于将干涉光和等离子体反射光转换为电信号，并发送至计算单元；计算单元用于根据电信号获得光强数据，并根据光强数据计算获得晶片表面厚度。本发明专利技术提供的在线监测系统，不仅可以实现采样频率的调节，而且采样频率的大小不会受到限制，从而可以保证精确控制晶片表面厚度。

On line monitoring system and semiconductor processing equipment

The invention provides an on-line monitoring system and a semiconductor processing device, which comprises a first optical path, a second optical path, a sampling frequency adjusting unit, a photoelectric conversion unit and a calculation unit. The first optical path is used for transmitting incident light and radiating the incident light to the surface of a wafer; the second optical path is used for receiving interference light and transmitting it to the wafer. The second optical path comprises a first branch and a second branch, which collect interference light and plasma reflection light respectively; a sampling frequency adjusting unit for adjusting the sampling frequency; a photoelectric conversion unit for converting interference light and plasma reflection light into electrical signals and transmitting them to a computing unit; and a computing unit for adjusting the sampling frequency; It is used to obtain light intensity data according to electrical signals, and the thickness of wafer surface is calculated based on light intensity data. The on-line monitoring system provided by the invention can not only realize the adjustment of sampling frequency, but also the size of sampling frequency is not limited, so as to ensure the accurate control of chip surface thickness.

【技术实现步骤摘要】
在线监测系统及半导体加工设备
本专利技术涉及半导体制造
，具体地，涉及一种在线监测系统及半导体加工设备。
技术介绍
随着半导体工艺技术的发展，多种半导体设备广泛应用于半导体制程，等离子体刻蚀或沉积作为半导体制程中的关键一步，等离子体设备已遍布各大半导体制程产线。其中，高速刻蚀作为半导体制程中的一道工艺，广泛应用于封装，电力电子器件等领域。由于刻蚀速率高，刻蚀深度快，对刻蚀形貌的实时监测以及刻蚀深度的实时高精度控制变得非常必要。传统高速刻蚀，工艺工程师往往根据经验控制工艺时间来达到刻蚀深度的控制，但精度不高，无法做到实时精确控制。为此，目前利用IEP(InterferometricEndpointSystem，干涉仪终端检测系统)在线监测系统对晶片厚度进行监测，该晶片厚度可以是刻蚀深度或者也可以是薄膜厚度。图1为现有的一种在线监测系统的结构图。请参阅图1，该在线监测系统包括光源5、光谱软件6、光谱仪4和光纤组件2。其中，由光源5出射相应的窄波长的入射光经由光纤组件2进入腔室3中，并穿过等离子体1辐射至晶片7的表面；经晶片7反射的光经光纤组件2传输至光谱仪4中；光谱仪4对该反射光进行强度分辨，当晶片7的表面厚度发生变化时，在光谱仪4中检测到的光强发生相应的变化，从而获得变化的光谱强度；该光谱强度经光谱软件6的分析和计算得到光强变化与晶片表面厚度的对应关系。上述在线监测系统在实际应用中不可避免地存在以下问题：在监测过程中，通常需要选取一定的时间间隔进行等离子体光谱的背景(等离子体反射光)扣除，因此，上述光源5选择如图2所示的脉冲工作模式，在on阶段光源5发射激光，在off阶段光源5关闭，同时收集等离子体的背景光。但是，由于光源5频率是固定的，导致采样频率(光源5开启的频率)会受到光源5的脉冲频率限制，从而造成因采样率达不到要求而导致无法精确控制晶片表面厚度，即刻蚀深度或者沉积厚度；同时，采样频率无法满足不同的工艺需求。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种在线监测系统及半导体加工设备，其不仅可以实现采样频率的调节，以满足不同的工艺需要，而且采样频率的大小不会受到限制，从而可以保证精确控制晶片表面厚度。为实现本专利技术的目的而提供一种在线监测系统，用于检测晶片表面厚度，包括第一光路、第二光路、采样频率调节单元、光电转换单元和计算单元，其中，所述第一光路用于传输入射光，并将所述入射光向所述晶片表面辐射；所述第二光路用于接收干涉光，并将其传输至所述光电转换单元，所述干涉光为经所述晶片表面反射的反射光与所述入射光形成的干涉光；并且，所述第二光路包括第一支路和第二支路，二者分别收集所述干涉光和等离子体反射光；所述采样频率调节单元用于调节采样频率，所述采样频率为开启所述第一光路和第一支路，同时关闭所述第二支路的频率；所述光电转换单元用于将所述干涉光和所述等离子体反射光转换为电信号，并发送至所述计算单元；所述计算单元用于根据所述电信号获得光强数据，并根据所述光强数据计算获得所述晶片表面厚度。可选的，所述采样频率调节单元包括同时设置在所述第一光路、第一支路和第二支路的光线传输路径上的光阑，所述光阑包括屏障和驱动机构，在所述驱动机构的驱动下，所述屏障能够开启所述第一光路和所述第一支路，同时关闭所述第二支路；或者，关闭所述第一光路和所述第一支路，同时开启所述第二支路；通过调节所述屏障的旋转速度，来调节所述采样频率。可选的，所述在线监测系统还包括遮光屏蔽筒，所述第一光路、第一支路和第二支路均设置在所述遮光屏蔽筒中，且平行于所述遮光屏蔽筒的轴线；所述第一光路和第一支路位于所述遮光屏蔽筒的轴线的同一侧，所述第二支路位于所述遮光屏蔽筒的轴线的所述第一光路和第一支路的对侧；所述屏障的旋转轴与所述遮光屏蔽筒的轴线相重合，且在所述屏障上设置有开口，在所述驱动机构的驱动下，所述开口旋转至与所述第一光路和第一支路相对应的位置，以开启所述第一光路和所述第一支路，或者所述开口旋转至与所述第二支路相对应的位置，以开启所述第二支路。可选的，所述第一光路、第一支路和第二支路均为光纤，所述光纤分为相对，且间隔设置的第一部分和第二部分，且所述第一部分能够将光线传输至所述第二部分；所述光阑设置在所述第一部分与所述第二部分之间。可选的，所述采样频率调节单元包括电源，所述电源用于按预设频率，向用于提供所述入射光的光源供电；通过调节所述预设频率的大小，来调节所述采样频率；所述光电转换单元包括第一子单元和第二子单元，二者分别用于将所述干涉光和所述等离子体反射光转换为电信号；其中，所述电源与所述第一子单元同步触发；所述电源与所述第二子单元异步触发。可选的，所述光电转换单元包括光电倍增管；通过调节施加在所述光电倍增管上的电压，来调节所述光信号的强度。可选的，所述在线监测系统还包括滤光片组件，所述滤光片组件用于过滤所述第一光路中的所述入射光、所述第一支路中的所述干涉光以及所述第二支路中的所述等离子体反射光，以使指定波长的光通过。可选的，所述滤光片组件包括旋转轴和围绕所述旋转轴设置的多个不同波带的滤光片，所述旋转轴用于驱动多个所述滤光片旋转，以使其中三个指定波长的滤波片分别移动至所述第一光路、第一支路和第二支路的光线传输路径上。可选的，所述滤光片的数量为8个，且相邻的两个所述滤光片之间的中心角为45°。可选的，所述在线监测系统还包括透镜，所述透镜设置在所述第一光路的发射端和所述第二光路的接收端与所述晶片表面之间，用于将所述入射光发散辐射至所述晶片表面，同时将所述反射光汇聚辐射至所述第二光路的接收端。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载晶片的基座，且在所述反应腔室的顶部设置有上电极机构，还包括本专利技术提供的上述在线监测系统，用于检测晶片表面厚度。可选的，所述在线监测系统还包括透镜，所述透镜设置在所述第一光路的发射端和所述第二光路的接收端与所述晶片表面之间，用于将所述入射光发散辐射至所述晶片表面，同时将所述反射光汇聚辐射至所述第二光路的接收端；所述第一光路的输出端和所述第二光路的输入端位于所述透镜的上方；所述光电转换单元和计算单元均位于所述反应腔室的外部。可选的，所述上电极机构包括介质窗，所述介质窗设置在所述基座的上方；所述透镜设置在所述介质窗中，且位于所述介质窗的中心位置处，并且所述透镜自所述介质窗的远离所述基座的一侧暴露出来；或者，所述透镜设置在所述介质窗上的中心位置处，且位于远离所述基座的一侧。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的在线监测系统，其借助第一光路将入射光辐射至晶片表面，借助第二光路中的第一支路和第二支路二者分别收集干涉光和等离子体反射光，同时借助采样频率调节单元调节采样频率，该采样频率为开启第一光路和第一支路，同时关闭第二支路的频率，从而可以实现在每次进行等离子体光谱的背景收集的同时，关闭第一光路和第一支路，这与现有技术相比，采样频率的大小不会受到限制，从而可以保证精确控制晶片表面厚度。此外，借助采样频率调节单元可以实现采样频率的调节，以满足不同的工艺需要。本专利技术提供的半导体加工设备，其通过采用本专利技术提供的上述在线监测系统，不仅可以实现采样频率的调节，以满足不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线监测系统，用于检测晶片表面厚度，其特征在于，包括第一光路、第二光路、采样频率调节单元、光电转换单元和计算单元，其中，所述第一光路用于传输入射光，并将所述入射光向所述晶片表面辐射；所述第二光路用于接收干涉光，并将其传输至所述光电转换单元，所述干涉光为经所述晶片表面反射的反射光与所述入射光形成的干涉光；并且，所述第二光路包括第一支路和第二支路，二者分别收集所述干涉光和等离子体反射光；所述采样频率调节单元用于调节采样频率，所述采样频率为开启所述第一光路和第一支路，同时关闭所述第二支路的频率；所述光电转换单元用于将所述干涉光和所述等离子体反射光转换为电信号，并发送至所述计算单元；所述计算单元用于根据所述电信号获得光强数据，并根据所述光强数据计算获得所述晶片表面厚度。

【技术特征摘要】
1.一种在线监测系统，用于检测晶片表面厚度，其特征在于，包括第一光路、第二光路、采样频率调节单元、光电转换单元和计算单元，其中，所述第一光路用于传输入射光，并将所述入射光向所述晶片表面辐射；所述第二光路用于接收干涉光，并将其传输至所述光电转换单元，所述干涉光为经所述晶片表面反射的反射光与所述入射光形成的干涉光；并且，所述第二光路包括第一支路和第二支路，二者分别收集所述干涉光和等离子体反射光；所述采样频率调节单元用于调节采样频率，所述采样频率为开启所述第一光路和第一支路，同时关闭所述第二支路的频率；所述光电转换单元用于将所述干涉光和所述等离子体反射光转换为电信号，并发送至所述计算单元；所述计算单元用于根据所述电信号获得光强数据，并根据所述光强数据计算获得所述晶片表面厚度。2.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，所述采样频率调节单元包括同时设置在所述第一光路、第一支路和第二支路的光线传输路径上的光阑，所述光阑包括屏障和驱动机构，在所述驱动机构的驱动下，所述屏障能够开启所述第一光路和所述第一支路，同时关闭所述第二支路；或者，关闭所述第一光路和所述第一支路，同时开启所述第二支路；通过调节所述屏障的旋转速度，来调节所述采样频率。3.根据权利要求2所述的在线监测系统，其特征在于，所述在线监测系统还包括遮光屏蔽筒，所述第一光路、第一支路和第二支路均设置在所述遮光屏蔽筒中，且平行于所述遮光屏蔽筒的轴线；所述第一光路和第一支路位于所述遮光屏蔽筒的轴线的同一侧，所述第二支路位于所述遮光屏蔽筒的轴线的所述第一光路和第一支路的对侧；所述屏障的旋转轴与所述遮光屏蔽筒的轴线相重合，且在所述屏障上设置有开口，在所述驱动机构的驱动下，所述开口旋转至与所述第一光路和第一支路相对应的位置，以开启所述第一光路和所述第一支路，或者所述开口旋转至与所述第二支路相对应的位置，以开启所述第二支路。4.根据权利要求2所述的在线监测系统，其特征在于，所述第一光路、第一支路和第二支路均为光纤，所述光纤分为相对，且间隔设置的第一部分和第二部分，且所述第一部分能够将光线传输至所述第二部分；所述光阑设置在所述第一部分与所述第二部分之间。5.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，所述采样频率调节单元包括电源，所述电源用于按预设频率，向用于提供所述入射光的光源供电；通过调节所述预设频率的大小，来调节所述采样频率；所述光电转换单元包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德志，赵晋荣，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11