等离子体工艺制程监测方法及其监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种等离子体工艺制程监测方法及其监测系统，包括：将电动光阑装置安装于入射狭缝与光学探头之间；在刻蚀时，实时采集光源的光谱信号，调节透光孔的尺寸，使光谱信号的像素响应值控制在像素饱和阈值范围内；将光谱信号通过傅里叶变换转换成频域信号；通过寻峰算法结合窗函数对频域光谱信号进行频域滤波；将滤波后的频域信号通过傅里叶逆变换转换成时域信号；从时域信号中提取出特定波长反射光的干涉信号；计算出刻蚀速率和当前刻蚀深度；在当前刻蚀深度等于预设刻蚀终点深度时，发送到达刻蚀终点的提醒信息。本发明专利技术能够避免光谱信号过曝，通过将背景光信号滤去以获取更准确的刻蚀速率和刻蚀深度，提高等离子体工艺制程监测的准确性。制程监测的准确性。制程监测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
等离子体工艺制程监测方法及其监测系统


[0001]本专利技术涉及等离子体工艺处理
，特指一种等离子体工艺制程监测方法及其监测系统。

技术介绍

[0002]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，在干法刻蚀，即等离子体刻蚀过程中，通过射频电源产生的电场加速电子，与通过注气管道进入真空腔室的气体分子碰撞并使其电离，产生等离子体。根据射频电场产生形式的不同，可以分为电容耦合等离子体CCP、电感耦合等离子体ICP、变压器耦合等离子体TCP等。等离子体中的正离子经过等离子体鞘层的加速轰击薄膜表面，与其发生物理或化学或两者相结合的反应，生成气态反应产物并被真空泵抽走，从而选择性地去除基片表面材料，留下目标图案，而被光刻胶保护的部分则不会被侵蚀。
[0003]在此处理过程中，需要准确知道刻蚀终点，及时停止刻蚀过程，防止刻蚀不足或者刻蚀到下一层从而导致废片的情况，刻蚀终点判断的准确性直接影响芯片生产的良率。
[0004]目前对刻蚀终点检测的方法主要为发射光谱(Optical Emission Spectroscopy，OES)和干涉终点检测(Interferemetric Endpoint，IEP)两种。典型的干涉终点检测(IEP)方法为：光源发出的光经过准直镜准直后垂直照射到基片表面，反射光同样经过准直镜后经光纤被光谱检测设备所探测，随后通过数据处理方法就可以得到刻蚀速率等信息。其中，光谱检测设备探测到的是反射光信号加上刻蚀过程中等离子体发出的强大发射光谱信号，而由于等离子体发射谱线(背景光)的信号强度大，甚至可以超过反射光信号。因此需要光源强度大，其选择之一是激光，这种光源的特点是单色性强，且强度大，因此只要在光谱检测设备前放置特定波长的滤光片，就可以得到信噪比较高的反射谱。然而，激光的波长单一，对于刻蚀膜层的材料和厚度的适用范围较窄。另一种对光源的选择是宽波段光源，例如脉冲氙灯。这种光源的好处在于信号强度大，且波长覆盖了紫外到红外波段，因此适用的膜层材料范围大。为了消除强大背景光对反射光信号的干扰，在刻蚀过程中，通常可以利用光谱检测设备的控制模块来控制脉冲氙灯，通过打开脉冲氙灯，采集一张背景光+反射光信号，随后关闭脉冲氙灯，再单独采集一张背景光信号。在等离子体刻蚀过程中，极短时间内刻蚀速率等不会有较大改变，因此背景光信号相对稳定，因此结合算法扣除背景光信号，便可以对反射信号进行检测分析。
[0005]上述监测方式存在的技术问题为：
[0006]1.目前对于脉冲氙灯的方案通常是采集2张光谱，即先采集背景光+反射光信号光谱，然后只采集背景光信号，利用减法得到纯净的背景光信号。然而由于背景光强度非常大，若加上反射光信号则信号响应可能会过曝。例如，一般光谱检测设备CCD各个像素点的饱和值是65535，假设对于820nm谱线的响应，纯的反射光是20000，纯的背景光是50000，因此若采用常规扣除背景光的方法，那么背景光+反射光将由于过曝变为65535，从而得到纯
的反射光响应将变为15535，而不是20000，这就会严重影响干涉终点检测结果的准确性。
[0007]2.此外，在整个过程中的背景光信号也不是恒定不变的，由于气体流量改变、射频频率漂移等因素的影响，都会对等离子体背景光信号产生影响，此外，由于环境因素影响，光谱检测设备本身的暗噪声也会发生漂移，从而使得减法前后的背景光信号差异较大，最终影响通过减法得到的反射光信号，也会影响干涉终点检测结果的准确性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种等离子体工艺制程监测方法及装置，以解决现有技术中等离子体工艺制程监测准确度不高、结果不实时的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种等离子体工艺制程监测方法，包括如下步骤：
[0010]提供光源、光学探头、光谱检测设备、电动光阑装置，将光学探头连接于所述光谱检测设备，所提供的电动光阑装置上形成有尺寸可调的透光孔，将所述电动光阑装置安装于所述光谱检测设备的入射狭缝与所述光学探头之间，并使所述透光孔的中心与所述入射狭缝的中心对齐设置；
[0011]所提供的光源为宽谱光源，在等离子体刻蚀过程中，所述光源以固定闪烁频率进行闪烁，利用所述光谱检测设备以高于所述固定闪烁频率两倍及以上的采谱速率采集时域光谱信号，并通过调节所述透光孔的尺寸，进而调节所述入射狭缝处的进光量，以使所采集到的时域光谱信号的像素响应值控制在所述光谱检测设备上探测器的像素饱和阈值范围内；
[0012]将所采集到的时域光谱信号通过傅里叶变换转换成频域光谱信号；
[0013]通过寻峰算法结合窗函数对所述频域光谱信号进行频域滤波；
[0014]将滤波后的频域光谱信号通过傅里叶逆变换转换成时域光谱信号，并从所述时域光谱信号中提取特定波长反射光的时域干涉信号；
[0015]根据所述时域干涉信号上两个相邻波峰或相邻波谷之间的时间差、特定波长以及对应的折射率计算出所述时间差内对应的等离子体刻蚀速率，并结合刻蚀时间，计算出当前刻蚀深度；
[0016]在所述当前刻蚀深度等于预设刻蚀终点深度时，发送到达等离子体刻蚀终点的提醒信息。
[0017]本专利技术通过光谱检测设备实时地采集光源的光谱信号，该光谱信号包含了光源的反射光信号和背景光信号，并通过光谱检测设备上的光电探测器检测光谱信号的像素响应值，根据光谱信号的像素响应值以反馈调节透光孔的尺寸，进而调节入射狭缝的进光量，使所采集到的光谱信号的像素响应值控制在像素饱和阈值范围内，从而避免因所检测到的光谱信号过曝而影响刻蚀终点判断的准确性。本专利技术还通过傅里叶变换滤波方法将背景光信号滤去，以避免因背景光信号的不稳定而产生对信号强度判断的误导，从而提高干涉终点检测结果的准确性。
[0018]本专利技术等离子体工艺制程监测方法的进一步改进在于，获取所述透光孔的初始尺寸，利用二分法原理调节所述透光孔的尺寸，以使所采集到的时域光谱信号的像素响应值控制在所述像素饱和阈值范围内。
[0019]本专利技术等离子体工艺制程监测方法的进一步改进在于，在利用二分法原理调节所
述透光孔的尺寸时，
[0020]将所采集到的时域光谱信号的像素响应值与所述像素饱和阈值范围进行对比判断；
[0021]若所述像素响应值大于所述像素饱和阈值范围的上限值，则获取所述透光孔的当前面积值，将所述透光孔的面积调整为所述透光孔当前面积值的0.5倍，返回至像素响应值对比判断的步骤重新判断；
[0022]若所述像素响应值小于所述像素饱和阈值范围的下限值，则获取所述透光孔的当前面积值，将所述透光孔的面积调整为所述透光孔的当前面积值的1.5倍，返回至像素响应值对比判断的步骤重新判断；
[0023]若所述像素响应值在所述像素饱和阈值范围内，则结束尺寸调节操作。
[0024]本专利技术等离子体工艺制程监测方法的进一步改进在于，所提供的电动光阑装置包括在竖向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体工艺制程监测方法，其特征在于，包括如下步骤：提供光源、光学探头、光谱检测设备、电动光阑装置，将所述光学探头连接于所述光谱检测设备，所提供的电动光阑装置上形成有尺寸可调的透光孔，将所述电动光阑装置安装于所述光谱检测设备的入射狭缝与所述光学探头之间，并使所述透光孔的中心与所述入射狭缝的中心对齐设置；所提供的光源为宽谱光源，在等离子体刻蚀过程中，所述光源以固定闪烁频率进行闪烁，利用所述光谱检测设备以高于所述固定闪烁频率两倍及以上的采谱速率采集时域光谱信号，并通过调节所述透光孔的尺寸，进而调节所述入射狭缝处的进光量，以使所采集到的时域光谱信号的像素响应值控制在所述光谱检测设备上探测器的像素饱和阈值范围内；将所采集到的时域光谱信号通过傅里叶变换转换成频域光谱信号；通过寻峰算法结合窗函数对所述频域光谱信号进行频域滤波；将滤波后的频域光谱信号通过傅里叶逆变换转换成时域光谱信号，并从所述时域光谱信号中提取特定波长反射光的时域干涉信号；根据所述时域干涉信号上两个相邻波峰或相邻波谷之间的时间差、特定波长以及对应的折射率计算出所述时间差内对应的等离子体刻蚀速率，并结合刻蚀时间，计算出当前刻蚀深度；在所述当前刻蚀深度等于预设刻蚀终点深度时，发送到达等离子体刻蚀终点的提醒信息。2.如权利要求1所述的等离子体工艺制程监测方法，其特征在于，获取所述透光孔的初始尺寸，利用二分法原理调节所述透光孔的尺寸，以使所采集到的时域光谱信号的像素响应值控制在所述像素饱和阈值范围内。3.如权利要求2所述的等离子体工艺制程监测方法，其特征在于，在利用二分法原理调节所述透光孔的尺寸时，将所采集到的时域光谱信号的像素响应值与所述像素饱和阈值范围进行对比判断；若所述像素响应值大于所述像素饱和阈值范围的上限值，则获取所述透光孔的当前面积值，将所述透光孔的面积调整为所述透光孔当前面积值的0.5倍，返回至像素响应值对比判断的步骤重新判断；若所述像素响应值小于所述像素饱和阈值范围的下限值，则获取所述透光孔的当前面积值，将所述透光孔的面积调整为所述透光孔的当前面积值的1.5倍，返回至像素响应值对比判断的步骤重新判断；若所述像素响应值在所述像素饱和阈值范围内，则结束尺寸调节操作。4.如权利要求3所述的等离子体工艺制程监测方法，其特征在于，所提供的电动光阑装置包括在竖向方向上间隔分布的一对第一调节板、在水平方向上间隔分布的一对第二调节板以及与一对所述第一调节板和一对所述第二调节板驱动连接的驱动组件，一对所述第一调节板和一对所述第二调节板围合形成所述透光孔，所述驱动组件能够分别驱动一对所述第一调节板向相互靠近或相互远离的方向移动以及一对所述第二调节板向相互靠近或相互远离的方向移动，从而实现对所述透光孔的尺寸调节；在调节所述透光孔的尺寸时，计算出所述透光孔待调整后的面积值，并结合所述透光孔的当前面积值，进而计算出每个所述第一调节板和每个所述第二调节板的移动量，根据
对应的移动量移动调节一对所述第一调节板和一对所述第二调节板以将所述透光孔的面积调整为待调整后的面积值。5.如权利要求1所述的等离子体工艺制程监测方法，其特征在于，在对所述频域光谱信号进行频域滤波时，通过寻峰算法获取所述频域光谱信号在所述固定闪烁频率附近的峰值和半峰宽，并利用窗函数过滤掉所述频域光谱信号中与所述固定闪烁频率的距离大于预设距离值的信号波，从而得到滤波后的频域光谱信号；所述寻峰算法能够在所述频域光谱信号中寻找到所述固定闪烁频率附近的频率信号峰位并计算频率信号峰位的位置以及半峰宽，所述寻峰算法包括最小二乘法高斯拟合，洛伦兹拟合，一阶导取极值方法；所述窗函数包括矩形窗函数，三角窗函数，高斯窗函数。6.一种等离子体工艺制程监测系统，其特征在于，包括：用于照明的光源，所提供的光源为宽谱光源，所述光源以固定闪烁频率进行闪烁；用于检测光源的光谱信号的光谱检测设备，所述光谱检测设备以高于所述固定闪烁频率两倍及以上的采谱速率采集时域光谱信号；连接于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆祺峰，沈唐尧，贺晓龙，崔靖，殷海玮，方源，
申请(专利权)人：上海复享光学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：