利用V-I探针识别的等离子体蚀刻终点检测方法技术

本发明专利技术披露了一种等离子体加工控制系统，包括：Ｖ－Ｉ探针，其用于有效检测等离子体加工室，其中该探针能够响应于射频（ＲＦ）电源（例如，约２ＭＨｚ、约２７ＭＨｚ、或者约６０ＭＨｚ）而提供电参数；处理器，其耦合至和／或包括有能够提供用于每个电参数的谐波的可商购的探针产品；以及控制器，其耦接至处理器上，该处理器能够选择至少一种电参数和至少一种用于等离子体加工应用终点检测的相应谐波。电参数可以包括电压、相位、电流，而等离子体加工应用可以是介电蚀刻。根据本发明专利技术实施例的系统可以尤其适于在生产环境中介电蚀刻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及用于改善半导体加工效果的方法和控制系统，尤其涉及用于检测介电蚀刻终点的方法。
技术介绍
等离子体加工系统已经被普遍应用了一段时间。几年来，采用电感耦合等离子体源、电子回旋共振(ECR)源、电容源(capacitivesource)等的等离子体加工系统已经不同程度地被引入并应用于加工半导体基板和玻璃板。在加工期间，通常涉及多个沉积和/或蚀刻步骤。在沉积期间，将材料沉积到基板表面上(如玻璃板或晶片的表面)。例如，包括各种形式的硅、二氧化硅、氮化硅、金属等的沉积层和/或生长层可以形成在基板表面上。与之相反，进行蚀刻以便从基板表面上的预定区域将材料选择性地除掉。例如，蚀刻的特性(或形状)如通孔(via)、触点(接触)和/或沟槽可以形成在基板的层中。一些蚀刻加工可以采用同时在等离子体面化(plasma-facing)的表面上蚀刻并沉积膜的化学法和/或参数法(parameter)。能够使用各种等离子体产生方法(包括电感耦合、ECR、微波、电容耦合等离子体法)产生和/或维持等离子体。一种电容耦合型的等离子体加工系统的实例在图1中示出，并用总括附图标号150表示。等离子体加工系统150的许多部件是常见的，并可以在例如Exelan_等离子体蚀刻器系列(例如，2300 Exelan_Flex)中找到，其可以从Lam Research Corporation of Fremont，CA获得。在图1中，等离子体加工系统150包括室100，其提供用于加工的外罩，以及借助于真空泵(例如，“泵”)限定排放通道用于排放蚀刻副产物。在该示例性加工系统中，室100是接地的。上电极104(在图1所示的实例中其也是电接地的)起蚀刻剂气源(例如，“原料气”)分布机构的作用。将蚀刻剂气源通过入口引入到室中，并分布于在上电极104和静电吸盘(ESC)108之间的等离子体区中，静电吸盘被设置在下电极106的上方。用于加工的晶片109定位在ESC 108上。下电极106由射频(RF)传送系统激励(激发)，射频(RF)传送系统包括RF匹配网络110和RF电源118。V-I探针(Probe)112耦接至RF匹配网络110输出，以便测量由RF电源118提供的参数，用于反馈控制的目的。在图1所示的实例中，RF电源118以约2MHz和约27MHz频率供电至下电极106。当RF电源供应RF电能至下电极106并通过ESC 108时，等离子体被引发，并保持在用于蚀刻晶片109的等离子体区102中。探针传感器(V-I探针112)位于RF电源的下游，并通常尽可能接近ESC。然而，可能存在限制ESC接近能够被定位的探针的保持关系(maintenance concern)。作为一个实例，V-I探针112可以距离ESC 8～9英寸。V-I探针112和数字信号处理器(DSP)114可以是完整商业产品的一部分。一种这样的可商购的探针产品为VI-PROBE-4100频率扫描探针_(VI-PROBE-4100 FrequencyScanning Probe_)，其可以从MKS Instruments，Inc.，Andover，MA的MKS ENI Products商购获得。另一种这样的可商购的探针产品为SmartPIMTM，其可从Dublin，Ireland的Straatum Processware，Ltd.(前Scientific Systems，Ltd.)获得。对于各种RF电源频率，每种这样的商业产品均能检测电压、电流和相位参数信息。另外，在DSP中，借助于快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)或其它合适的方法每种均能提供用于这些参数的谐波(harmonic)。因此，等离子体加工系统的信号122能够包括每个由V-I探针112测量的参数的所有相应谐波。然后，蚀刻工艺模块控制器(Etch ProcessModule Controller)116能够利用这些信息以控制一个或多个等离子体加工步骤。在等离子体系统中用于蚀刻应用的常用工艺控制是终点检测。用于测定终点的传统方法包括(1)激光干涉测量法和反射率法；(2)光发射光谱法(发光光谱法)；(3)直接观察；(4)质谱法；以及(5)基于时间的预测。到目前为止，光发射光谱法或者光学方法是在传统等离子体加工方法中使用最广泛的方法。对于多种加工步骤，诸如暴露区域约50％的应用(例如金属)，发光可以精细地进行。然而，这种方法的灵敏度受到蚀刻率和待蚀刻总面积的显著限制。尤其，对于高纵横比(深宽比)蚀刻(如通孔)，光学终点检测通常不可靠。许多这样的介电蚀刻通常具有非常低的暴露面积，如可能仅仅为氧化物或介电膜总表面积的1％。光学方法作为用于这些应用的工艺标准(technology scale)变得越来越不可靠。尤其近来，来自如上所述的可商购的探针系统的参数的应用已经用于尝试检测终点。这样的方法通常利用特定参数(通常为基本波形)用于终点检测。然而，对于不同类型的蚀刻和/或加工步骤，这样的方法也可能不是最灵敏的终点检测方法。因此，已知方法可能不能良好地适合生产环境。已知方法的常见问题包括在晶片与晶片间(wafer-to-wafer)生产环境中偏差控制，以及在低暴露面积蚀刻加工步骤中的低灵敏度。所需要的是能够针对工艺中的不同蚀刻步骤进行适应并最优化从而适于生产环境灵活的终点检测方法。尤其，需要在一些应用(如介电蚀刻加工步骤)中更可靠的检测终点的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，等离子体加工控制系统可以包括V-I探针，其用于有效地检测等离子体加工室，其中该探针能够响应于射频(RF)电源(例如，约2MHz，约27MHz，或者约60MHz)而提供电参数；处理器，其耦接(耦合)至和/或包括能够提供用于每个电参数的谐波的可商购探针产品；以及控制器，其耦接(耦合)至处理器上，该处理器能够选择至少一种电参数和至少一种用于等离子体加工应用终点检测的相应谐波。电参数可以包括电压、相位、电流，而等离子体加工应用可以是介电蚀刻。根据本专利技术实施例的系统尤其适于在生产环境中的介电蚀刻。根据本专利技术的另一个实施例，一种用于检测终点的方法可以包括进行制造终点检测校准的方法以及进行生产环境终点检测的方法。进行制造终点检测校准的方法可以包括以下步骤(i)在样品晶片上进行等离子体蚀刻；(ii)经验地确定选择的谐波曲线图以检测终点；以及(iii)获得指示终点的谐波参数。进行生产环境终点检测的方法包括以下步骤(i)在生产晶片上进行等离子体蚀刻；(ii)获得选择的谐波曲线；(iii)分析选择的谐波曲线以检测终点；(iv)如没有检测到终点，继续等离子体蚀刻；(v)如果检测到终点，中断等离子体蚀刻；以及(vi)进行任何终点后行为(终点后过程，post-endpoint activity)。在本专利技术的具体实施方式部分中结合下面的附图，将在下面对本专利技术的这些和其它特点进行更详细的描述。附图说明通过实施例的方式而不是限制的方式在附图中各副图中对本专利技术进行说明，其中相同的附图标号对应相同的元件，其中图1是具有V-I探针的传统等离子体加工系统的横截面图。图2是根据本专利技术的一个实施例的制造实验室终点检测校准方法的流程图。图3是根据本专利技术的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体加工控制系统，包括：探针，耦接至等离子体加工室的电极和射频（ＲＦ）发生器上，其中，所述探针被构造成当所述ＲＦ发生器被激发时，提供与多种电参数相关的数据；处理器，耦接至所述探针上，并构造成为每一种所述多种电参数提供多种谐波；控制器，耦接至所述处理器上，并构造成选择所述多种电参数中预定的一种电参数以及用于等离子体加工步骤的终点检测的多种谐波中预定的一种谐波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-3-30 10/813,8291.一种等离子体加工控制系统，包括探针，耦接至等离子体加工室的电极和射频(RF)发生器上，其中，所述探针被构造成当所述RF发生器被激发时，提供与多种电参数相关的数据；处理器，耦接至所述探针上，并构造成为每一种所述多种电参数提供多种谐波；控制器，耦接至所述处理器上，并构造成选择所述多种电参数中预定的一种电参数以及用于等离子体加工步骤的终点检测的多种谐波中预定的一种谐波。2.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述RF发生器提供约2MHz的频率。3.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述RF发生器提供约27MHz的频率。4.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述RF发生器提供约60MHz的频率。5.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种电参数包括电压。6.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种电参数包括相位。7.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种电参数包括电流。8.根据权利要求5所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种谐波包括第一和第二谐波。9.根据权利要求6所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种谐波包括第一和第二谐波。10.根据权利要求7所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种谐波包括第一和第二谐波。11.根据权利要求1所述的等离子体加工控制系统，其中，所述多种谐波中预定的一种谐波不是第一谐波。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿芒阿沃扬，弗朗索瓦钱德拉塞克尔达萨帕，布赖恩麦克米林，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]