正入射原位过程监测传感器制造技术

提供了一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置、系统和方法。该装置包括连续波宽带光源、照射系统、收集系统和处理电路，该连续波宽带光源用于产生入射光束，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正入射原位过程监测传感器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年7月31日提交的名称为“NORMAL-INCIDENTIN-SITUPROCESSMONITORSENSOR[正入射原位过程监测传感器]”的美国临时申请号16/051,082的优先权，该美国临时申请通过引用全部并入本文。
技术介绍
本公开涉及原位蚀刻过程监测，更具体地涉及用于等离子体蚀刻过程的实时原位膜性能监测的方法、系统和装置。在制造半导体器件、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)和一些光伏装置(PV)的过程中，等离子体蚀刻工艺通常与光刻法结合使用。在许多类型的器件(比如半导体器件)中，在覆盖在第二材料层上的顶部材料层中执行等离子体蚀刻过程，并且重要的是，一旦蚀刻过程已经在顶部材料层中形成开口或图案就准确地停止蚀刻过程，而不继续蚀刻下面的第二材料层。必须准确地控制蚀刻过程的持续时间，以便在下面材料的顶部处实现精确的蚀刻停止，或者实现蚀刻的特征的精确的竖直尺寸。为了控制蚀刻过程，使用了各种方法，其中一些方法依赖于分析等离子体加工室中的气体的化学性质，以便推断蚀刻过程是否已经进行到例如具有与正被蚀刻的层的材料不同的化学成分的下面的材料层。替代性地，原位计量器件(光学传感器)在蚀刻过程期间可以用于直接测量被蚀刻层，并且提供反馈控制以用于一旦已经获得某一竖直特征就精确地停止蚀刻过程。例如，在一般间隔物应用中，用于膜厚度监测的原位光学传感器的目标是在触地(软着陆)之前在几nm处停止各向异性氧化物蚀刻，然后切换到各向同性蚀刻以实现理想的间隔物轮廓。进一步地，原位计量器件可以用于在蚀刻过程期间实时实际测量膜和蚀刻特征，以确定可以用于控制蚀刻过程和/或控制后续过程(例如，补偿某一不合规格尺寸的过程)的结构大小的信息。前述“
技术介绍
”描述是为了一般地呈现本公开的上下文。专利技术人的工作在本背景部分中所描述的程度上、以及在提交时间时可能不被认定为现有技术的本说明的方面，既没有明确地也没有隐含地承认是针对本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本公开的一方面包括一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置。该装置包括连续波宽带光源、照射系统、收集系统和处理电路，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制(例如，过滤或减去)背景光，基于参考光束和该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能(例如，厚度)，并且基于确定的性能来控制蚀刻过程。本公开的另一方面包括一种等离子体加工系统。该系统包括等离子体加工室和具有零度AOI(入射角)的正入射反射计。该正入射反射计包括连续波宽带光源、检测器、照射系统、收集系统和处理电路，该照射系统被配置为照射设置在该等离子体加工室中的衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到该检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。本公开的又一方面包括一种用于原位蚀刻监测的方法。在所公开的方法中，入射光束以正入射被引导到设置在等离子体加工室中的衬底，并且该入射光在该衬底的表面上产生照射区域。附加地，一部分入射光束被分裂到检测器以收集参考光束。从等离子体产生的背景光以及反射光束也从该照射区域被收集。进一步地，处理该反射光束以抑制该背景光。通过使用算法或参考库，基于该参考光束和该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。前述段落已经通过总体介绍被提供，并且不旨在限制以下权利要求的范围。参考以下结合附图的详细描述，将最好地理解所描述的实施例以及其他优点。附图说明当结合附图考虑时，通过参考以下详细说明，对本公开及其许多伴随优点的更完整的认识由于变得更好了解而将容易获得，在附图中：图1是根据一些实施例的用于蚀刻过程监测的系统的示意图。图2是根据一些实施例的示例性光学模块的示意图。图3A是根据一些实施例的用于获得参考光束的第一示例性配置的示意图。图3B是根据一些实施例的用于获得参考光束的第二示例性配置的示意图。图3C是根据一些实施例的用于获得参考光束的第三示例性配置的示意图。图3D是根据一些实施例的用于获得参考光束的第四示例性配置的示意图。图4A是根据一些实施例的光学调制/快门模块的框图。图4B是示出了根据一些实施例的快门的时序图的示意图。图5是示出了根据一些实施例的用于蚀刻过程的原位监测的方法的流程图。图6是示出了示例性结果的示意图。图7是根据一些实施例的控制器的示例性框图。具体实施方式现在参考附图，其中在全部几个视图中相同的附图标记表示相同或相应的部分，下面的描述涉及用于半导体制造中图案化或未图案化晶圆的等离子体过程的实时原位膜性能监测的系统和相关联的方法。在整个本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着与实施例相结合描述的特定特征、结构、材料、或特性包括在至少一个实施例中，但是不表示它们存在于每个实施例中。因此，在整个本说明书中在各处出现的短语“在一个实施例中”不一定指代同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式来组合特定特征、结构、材料或特性。图1是根据一个示例的配备有光学传感器101的等离子体加工系统100的示意性侧视图。等离子体加工系统100进一步包括等离子体加工室124。光学传感器101可以是具有零度入射角(AOI)的正入射反射计，该正入射反射计包括光学模块102(照射和收集)、光源104、快门106、分光计112和控制器114。光学传感器101从光源104产生入射光束120，并且接收反射光束122以用于分析。入射光束120和反射光束122沿着到衬底116的法线在等离子体加工室124中传播。光学模块102进一步包括照射系统108和收集系统110。光学传感器101被配置用于在等离子体加工室124中的等离子体蚀刻过程期间测量来自衬底116上的照射区域118的反射光束122。照射区域118可以根据衬底116的大小进行调节。在一个实施例中，光学模块102可以位于等离子体加工室124的外部。在另一个实施例中，光学模块102可以安装在等离子体加工室中。如图2所示，光学模块102可以安装在管的内部，并且该管由不锈钢或铝合金制成，并且穿过等离子体加工室124的顶壁插入到等离子体加工室124中。在光学传感器101中，光源104用于形成用于衬底照射的入射光束120。在实施例中，光源104是宽带光源，比如连续波(CW)宽带光源，例如激光驱动等离子体光源(LDLS)，该激光驱动等离子体光源用长寿命灯泡(>9000小时)(比如ENERGET本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置，该装置包括：/n连续波宽带光源；/n照射系统，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底；/n收集系统，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器；以及/n处理电路，该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180731 US 16/051,0821.一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置，该装置包括：
连续波宽带光源；
照射系统，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底；
收集系统，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器；以及
处理电路，该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。


2.如权利要求1所述的装置，进一步包括快门，该快门被配置为周期性地阻挡来自该连续波宽带光源的入射光束以使该收集系统相应地收集该背景光。


3.如权利要求2所述的装置，进一步包括步进电机，该步进电机被配置为在两个位置之间移动该快门，其中在第一位置时，该快门被配置为阻挡该入射光束到达该等离子体加工室，并且在第二位置时，该快门被配置为允许该入射光束进入该等离子体加工室。


4.如权利要求2所述的装置，其中，该快门是斩光轮。


5.如权利要求1所述的装置，其中，该参考光束由该照射系统通过经分束器或反射镜分裂一部分该入射光束而产生，并且随后被引导到该检测器。


6.如权利要求1所述的装置，其中，该连续波宽带光源是具有190nm到2000nm的波长范围的激光驱动宽带光源。


7.如权利要求1所述的装置，其中，该照射系统包括第一洛匈偏振器，并且该入射光束穿过该第一偏振器，然后被引导到该衬底。


8.如权利要求1所述的装置，其中，该收集系统包括第二洛匈偏振器，并且该反射光束穿过该第二偏振器，然后被引导到该检测器。


9.如权利要求1所述的装置，其中，该照射系统包括第一离轴抛物面反射镜和分束器，以将该入射光束引导到该衬底。


10.如权利要求1所述的装置，其中，该收集系统包括第二离轴抛物面反射镜和折叠反射镜，以将该反射光束引导到该检测器。


11.如权利要求1所述的装置，其中，该检测器是双通道宽带高SNR(信噪比)分光计，包括用于接收该反射光束的测量通道和用于接收该参考光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆玲，霍尔格·图特耶，赵强，褚汉友，田新康，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP