半导体加工工艺的监测系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种半导体加工工艺的监测系统，包括：连续光源、间歇机构、光路控制器、光学准直装置、光谱仪、数据处理单元和算法单元；所述连续光源发出的光经由间歇机构进入半导体加工腔室，所述光路控制器控制间歇机构将连续入射光转换成脉冲光，并控制光谱仪采集半导体加工室中发出的光谱信号，数据处理单元和算法单元用于处理数据并确定工艺终点；同时提供了一种半导体加工工艺的监测方法。本发明专利技术公开的半导体加工工艺的监测系统和方法中，干涉光谱信号不易受到等离子发射光谱及其波动的干扰，显著提高信噪比和分辨率，此外，通过对光源强度和寿命的实时监测，实现了对光源稳定性和使用寿命的精确控制，有利于改善工艺监测的精确度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
半导体加工是集成电路制造关键的工艺制程，例如等离子刻蚀就是其中一种常用的半导体加工技术，其原理在于，被刻蚀物质与等离子体中的活性基团反应，反应生成物脱离基底表面，被真空系统抽出腔体，从而除去特定层或者层的特定部分。其目的是完整地将掩膜图形复制到硅片表面，范围涵盖前端CMOS栅极大小的控制，以及后端金属的刻蚀，刻蚀质量好坏直接影响着图形的完整性、分辨率和精度。在半导体加工过程中，监测刻蚀速率、加工深度等工艺参数相当重要，这通常需要准确的确定工艺终点，即工艺结束的时间。目前用于工艺终点监测的方法包括光^普发射法(Optical Emission Spectrometry, OES )和光干涉测量法(Interferometry Endpoint， IEP )。光谱发射法用于穿透一种材料而在另 一种材料的表面终止的刻蚀过程，由于在刻蚀去除一种材料进入另一种材料时，刻蚀产生的反应物不同，其等离子体的发射光i普会产生变化，因此可以用作工艺终点的监测；显然，在刻蚀同种材料时该方法就没有作用，而采用光干涉测量法，在同 一种材料内刻蚀到所需的深度后，通过监测被刻蚀膜层表面的反射光相互干涉而形成的干涉信号，监测膜层厚度从而控制刻蚀的终点。在实际的刻蚀工艺过程中，被刻蚀物可能为同种材料也可能为不同的材料，因此监测系统一般既可以采集等离子体发射光谱也可以采集干涉信号，以便原位的精确控制工艺终点。专利公开号为CN1148563C的中国专利中公开了一种监测等离子刻蚀工艺的方法和装置。该技术釆用OES和IEP的相结合的方法获取信号，主要包括提供了宽光谱脉冲光源、用于采集信号的多通道光谱摄制仪和数据处理单元。其中脉沖光源发射宽带光辐射的周期与光傳摄制仪的采集数据的周期相同。同步器和总线接口把一个周期性的触发信号发送到电源，使脉冲光源产生一个宽带光脉冲照射刻蚀腔室，同时光譜4聂制仪同步的釆集干涉信号，月永冲光不照射刻蚀腔室时，光i普摄制仪通过另一通道采集刻蚀腔室中等离子光谱发射信号，然后经数据处理和算法展开模块，计算出工艺终点、刻蚀或淀积速率等参数。现有技术虽然可以原位监测薄膜厚度以及确定工艺终点，该方法本质上是用脉冲光源实现了OES和IEP信号的周期性交替采集，直到工艺终点，然而脉冲光源的强度稳定性不高， 一般来说OES信号依赖于等离子体发射光谱本身，通过光语仪监测发射光谱中的敏感波长并分析的该波长的变化趋势来确定工艺终点，但是由于在刻蚀过程中原位监测，正P信号不可避免的会受到等离子发射光语的影响，因此强度不稳定的脉冲光源更易受到等离子发射光谱及其波动的干扰，带来低信噪比的问题；此外，脉冲光源的波动还会导致入射光与反射光强度波动，造成较差的干涉信号分辨率，影响工艺监测的精确度和可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，能够采集较高信噪比和分辨率的信号，改善了工艺监测的可靠性和精确度，此外，还能够实时监测光源的强度稳定性和寿命。为解决上述问题，本专利技术提供了一种半导体加工工艺的监测系统，包括连续光源、间歇机构、光路控制器、光学准直装置、光谱仪、数据处理单元和算法单元；所述连续光源发出的光经由所述间歇机构及光学准直装置进入半导体加工腔室，所述光路控制器控制间歇机构将连续光源发出的光转换成脉冲光，并控制所述光谱仪采集半导体加工腔室中发出的光谱信号，并将所述光谱信号送入数据处理单元进行处理，再由算法单元计算出工艺终点。所述间歇^/L构为光电码盘或TTL电子快门。所述系统还包括与采集光源信号的光谱仪相连接的光源强度和寿命评价单元。所述连续光源为宽频高功率的氖囟灯，或宽频高功率的钨闺灯。所述连续光源为宽频高功率的氘卣灯光i普范围为180-2000nm或180-1000nm,所述连续光源为宽频高功率鴒卣灯光语范围为330nm-850nm。所述光i普信号包括光语仪采集的半导体加工腔室中等离子体发射光谱信号和脉沖入射光在基底反射产生的干涉光语信号。所述光谱信号还包括光谱仪采集的连续光源的信号。相应的，本专利技术还提供了一种半导体加工工艺的监测方法，预设目标加工深度作为工艺终点，所述方法包括将连续光源发出的光转换为脉冲光入射至半导体加工腔室；釆集半导体加工腔室中的光谱信号；对所述光谱信号进行数据处理；根据处理結果计算出加工深度并与预设的加工深度比较，如果一致则结束工艺，否则继续采集加工腔室中的光谱信号直至计算出的加工深度达到预设值。所述光谱信号包括等离子发射光语信号和脉冲入射光在基底反射产生的干涉光谱信号。还包括采集所述连续光源信号以便实时监测连续光源的强度和寿命的步骤。以特定频率打开或关闭连续光的入射光路，从而使连续光转变为脉冲光后入射至半导体加工腔室。采集等离子发射光谱信号和脉冲入射光在基底反射产生的干涉光i普信号的步骤包括判断入射光路是否打开，如果是，则采集入射脉冲光在基底反射产生的含有发射光谱背底的干涉光谱信号，否则采集半导体加工腔室中的等离子发射光谱信号。所述数据处理的步骤包括将采集的半导体加工腔室中的等离子发射光谱信号，经模数转换后记为发射光谱强度数据；将采集的含有发射光谱背底的干涉光谱信号，经模数转换后记为干涉光谱强度数据；然后分别由发射光谱强度数据和干涉光谱强度数据计算出实时的加工深度。所述数据处理的步骤具体包括将采集的半导体加工腔室中的等离子发射光i普信号，经模数转换后记为发射光谱强度数据；将采集的含有发射光语背底的干涉光镨信号，减去所述发射光语背底获得无背底的干涉光语信号，经模数转换后记为干涉光谱强度数据；然后分别由发射光谱强度数据和干涉光语强度数据计算出实时的加工深度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点由光路控制器控制间歇机构将光源发出的连续光转换成脉沖光入射到加工腔室，与现有技术同样以OES和IEP的相结合的方法获取信号，但是连续光源强度稳定，其转换而成的脉冲入射光相对于脉冲光源发出的入射光的强度稳定性更好，产生相应的IEP信号不易受到等离子发射光谱及其波动的干扰，显著提高信噪比和分辨率，此外，通过对光源强度和寿命的实时监测，实现了对光源稳定性和使用寿命的精确控制，有利于改善工艺监测的精确度和可靠性。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。图1是实施例一所述的半导体加工工艺的监测系统的示意图。图2是实施例一所述的半导体加工工艺的监测方法的流程示意图。图3是实施例二所述的半导体加工工艺的监测系统的示意图。图4是实施例二所述的半导体加工工艺的监测方法中光源监测评价的流程示意图。图5是实施例三所述的半导体加工工艺的监测系统的数据处理方法的示意图。图6是实施例三所述的半导体加工工艺的监测系统的另一数据处理方法的示意图。7图7是实施例四所述的半导体加工工艺的监测系统的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以4艮多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体加工工艺的监测系统，包括：连续光源、间歇机构、光路控制器、光学准直装置、光谱仪、数据处理单元和算法单元；所述连续光源发出的光经由所述间歇机构及光学准直装置进入半导体加工腔室，所述光路控制器控制间歇机构将连续光源发出的光转换成脉冲光，并控制所述光谱仪采集半导体加工腔室中发出的光谱信号，并将所述光谱信号送入数据处理单元进行处理，再由算法单元计算出工艺终点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]