以光学方法测量温度并监控蚀刻率的方法技术

本发明专利技术提出一种以光学方法测量温度并监控蚀刻率方法以及运用该方法之蚀刻装置。本发明专利技术方法适用于一等离子体蚀刻装置。本发明专利技术方法首先进行一蚀刻工艺，接着于蚀刻工艺进行时，监控该放电所产生的特定波长光的强度分布。最后依据该特定波长光的强度分布以及一运算规则，以光学方法得到一温度并对照出该蚀刻工艺蚀刻率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蚀刻率的监控方法以及利用该方法的蚀刻装置，尤指一种原位(in situ)蚀刻率的监控方法(in situ etch-rate monitoringmethod)以及利用该方法的蚀刻装置。在半导体工艺中，蚀刻工艺的蚀刻率必须非常精确的掌控，才可以运到工艺中所需要的目的。公知的蚀刻率的计算方法大约可以分成两大类，第一类方法使用控制晶片(control wafers)直接进行蚀刻工艺，然后测量控制晶片上的薄膜厚度变化的值除以工艺时间便得到蚀刻率。但是，这样的方法一方面需要额外准备控制晶片，另一方面需要特别的一段时间来蚀刻控制晶片，所以，整个蚀刻率计算的成本是非常大的。而且，蚀刻率的准确与否也依赖厚度测量机(thickness measurement tool)的准确度，只要厚度测量机有问题或是停机，则无法精确的获得蚀刻率。另一种方法是比较进步的，称之为原位(in situ)厚度监控法(in situ thicknessmonitoring)。主要是以一激光照射于正在进行蚀刻工艺的半导体芯片上，然后以一干涉仪(interferometer)监控半导体芯片上薄膜所导致的干涉波图案(interference wave pattern)，并据以判断薄膜的厚度，而厚度随着时间的变化即是蚀刻率。这种方法的最大好处是节省成本，可以免除控制晶片的准备与工艺时间管理。但是，干涉效果是非常容易受到测量点上薄膜特性(譬如折射率以及反射系数等)的变化以及测量位置的影响，每次薄膜的特性是否都能控制在一定范围内是一个问题，此外，蚀刻工艺时会有些许不可确定物质(如高分子聚合物polymer)沉积于测量点上，厚度测量的精确值便容易失真，而且，测量点上薄膜的平整度也会影响厚度的判断。这一切都告诉我们，于蚀刻工艺时测量薄膜厚度是非常不稳定的，所以得到的蚀刻率的可信度也非常的不确定。本专利技术的目的，在于提供一种原位(in situ)蚀刻率的监控方法及其装置，可以于进行蚀刻工艺时便同时对照到蚀刻工艺的蚀刻率。本专利技术的另一目的，在于提供一种不受薄膜特性影响的蚀刻率监控方法，可以得到一个精确的蚀刻率监控方法。本专利技术提出一种蚀刻率监控方法，适用于一等离子体蚀刻装置。本专利技术方法首先进行一等离子体蚀刻工艺，接着于蚀刻工艺进行时，监控该等离子体放电所产生的特定波长光的强度分布。最后依据特定波长光的强度分布以及一运算规则，以光学方法得到一光学温度并对照出该等离子体蚀刻工艺的蚀刻率。本专利技术还提出一种蚀刻装置，具有原位(in situ)监控蚀刻率的功能(with in situ monitoring of etch rate)。本专利技术蚀刻装置包含有一真空室、一多频道光谱仪(optical multi-channel analyzer)以及一计算机。真空室，用以进行一等离子体蚀刻工艺。多频道光谱仪于进行该等离子体蚀刻工艺时，用以监控该真空室中因等离子体放电所产生的特定波长光的强度。计算机依据特定波长光的强度分布以及一运算规则，以光学方法求得一温度并对照出该等离子体蚀刻工艺蚀刻率。所述的特定波长光可以是由该装置中的一特定气体分子能态(energy states)间跃迁(transition)所产生。气体分子的选择可以是参与等离子体蚀刻工艺反应的气体分子之一，也可以是非参与等离子体蚀刻工艺反应的气体分子之一。所以，特定气体分子可以为一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、CF、CF2、SiF、C2以及HF其中之一。同时，能态间跃迁可以选择电子能态、振动能态或者是转动能态之间的跃迁。本专利技术的第一个优点在于成本的节省。本专利技术为一种原位(in situ)监控蚀刻率方法，所以不需要控制晶片成本以及测量时间成本。本专利技术第二个优点在于监控到的蚀刻率可以变得更精确。因为，每一种气体分子所放射出的光线波长分布都不相同，只要监控特定的几个波长光的强度，便可以得到相对应的一种气体分子的激发状态密度分布，接着推导出该气体分子的温度(能量分布)，进而对照出一相对应的蚀刻率。所以，蚀刻率的监控可以变的更精确。为使本专利技术上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下图2是本专利技术的蚀刻装置的示意图；图3是气体分子的能态间跃迁的示意图；图4是光强度分布与振动温度的关系示意图；图5是氧气气体流量与振动温度、蚀刻率的关系图；图6是CHF3气体流量与振动温度、蚀刻率的关系图；图7a是一特定气体的发射光分布图；以及图7b是图7a中d-＞s的部分放大图。图号说明20蚀刻装置 22真空室24多频道光谱仪 26计算机30上电子能态 32下电子能态运用本专利技术的监控方法，本专利技术还提出一种具有原位(in situ)监控蚀刻率功能(in situ monitoring of etch rate)的蚀刻装置。如图2所示，本专利技术蚀刻装置20包含有一真空室22、一多频道光谱仪(opticalmulti-channel analyzer，OMA)24以及一计算机26。真空室22用以进行等离子体蚀刻工艺。多频道光谱仪24于进行等离子体蚀刻工艺时，用以监/真空室22中因等离子体放电所产生的特定波长光的强度。计算机26依据许多(a plurality of)预定波长光的强度分布以及运算规则，以光学方法求得一温度，并对照出等离子体蚀刻工艺之蚀刻率。本专利技术的主题在于建立气体分子的激发状态的分布与蚀刻率的关联性。本专利技术的方法于进行蚀刻工艺时，监控气体分子的激发状态分布(excitation distribution)。并依据气体分子的激发状态的分布推导出光学温度，然后对照出蚀刻率。如此，便可以得到一个精确的蚀刻率。请参阅图3，图3为气体分子的能态间跃迁的示意图。可以将气体分子的能阶分成电子能态、振动能态以及转动能态。如图3所示，图3中的两条曲线分别代表上电子能态(upper electrical state)30与下电子能态(bottom electrical state)32的能量与原子间距离关系。而上电子能态30与下电子能32中又可以个别细分为多个振动能态34，如图3中Ea1至Ea5以及Eb1至Eb4的并行线所示。当气体分子于不同的能态间跃迁时，光子(photon)的产生是其中一种能量转换的方法。如图3所示，从Eb1振动能跃迁至Ea1振动能态时，便会放射一个能量为hυ11(＝Ea1-Eb1)的光子，也就是发射出频率为υ11的光波。而不同的跃迁便产生不同频率的光，如图3中的hυ11至hυ41所示。由量子力学中可知，每一种气体分子的能态分布都是不同的。因此，气体分子于不同能态之间的跃迁所产生的光强度以及波长的分布也会随着气体分子不同而有所差异，譬如说CO与HF于进行蚀刻工艺时所产生的光波长便不相同。因此，可以监控某些波长光的强度大小以判断气体分子的存在与否。同时，这也意味着可以对不同的分子气体加以监控。由物理教科书可知，不同波长光的光强度应与跃迁的气体分子密度成正比，其公式可以表示如下IλαФNqλ-3-----------------(1)其中，Iλ表示波长为λ的光强度，λ表示为光的波长，Ф表示监控器的灵敏度，N表示气体分子的浓度，q表示为法朗克康登系数(Frank-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以光学方法测量温度并监控蚀刻率的方法，适用于一等离子体蚀刻装置，其特征在于该方法包含有下列步骤： 进行一等离子体蚀刻工艺； 监控该等离子体蚀刻工艺进行时等离子体放电所产生的特定波长光的强度分布；以及 依据所述的特定波长光的强度分布，以及一运算规则以光学方法得到一温度并对照出该等离子体蚀刻工艺的蚀刻率。

【技术特征摘要】
1.一种以光学方法测量温度并监控蚀刻率的方法，适用于一等离子体蚀刻装置，其特征在于该方法包含有下列步骤进行一等离子体蚀刻工艺；监控该等离子体蚀刻工艺进行时等离子体放电所产生的特定波长光的强度分布；以及依据所述的特定波长光的强度分布，以及一运算规则以光学方法得到一温度并对照出该等离子体蚀刻工艺的蚀刻率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的特定波长光是由该等离子体装置中的一特定气体分子能态(energy states)间跃迁(transition)所产生。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的特定气体分子为参与等离子体蚀刻工艺反应的气体分子之一。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于该特定气体分子为一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、CF、CF2、SiF、C2以及HF其中之一。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的特定波长光由该等离子体装置中的一特定气体分子不同的电子能态(electronic energystates)间跃迁所产生。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的特定波长光由该等离子体装置中的一特定气体分子不同的转动能态(rotational energystates)间跃迁所产生。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的特定波长光由该等离子体装置中的一特定气体分子不同的振动能态(vibrational energystates)间跃迁所产生。8.一种蚀刻装置，其具有原位(in situ)监控蚀刻率的功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世琛，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]