[发明专利]采用反射辐射监控衬底处理

说明书

背景

本发明涉及衬底处理的监控。

在衬底处理方法中，通过例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、氧化、氮化、离子注入和蚀刻工艺在衬底上形成包括半导体、绝缘材料和导体材料、包括但不限制的硅、多晶硅、二氧化硅、铝、铜和硅化钨材料的部件。在CVD工艺中，采用反应气体在衬底上沉积材料。在PVD工艺中，溅射靶以在衬底上沉积材料。在氧化和氮化工艺中，通过将衬底暴露于合适的气体环境中，在衬底上形成氧化物或氮化物材料如二氧化硅或氮化硅。在离子注入中，将离子注入到衬底中。在常规蚀刻工艺中，包括抗蚀剂或硬掩模的抗蚀刻部件形成在衬底上，并且蚀刻抗蚀刻部件之间的衬底的露出部分(衬底开口区域)以形成栅极、通路、接触孔或互连线的图形。

监控衬底处理或监控在衬底处理室中进行的工艺的常规方法经常出现问题。工艺监控方法可用于例如在被处理部件或材料中发生预定改变之后、在工艺阶段之后或在工艺结束时停止或改变工艺。例如，在硅晶片上的绝缘材料如二氧化硅中的沟槽的蚀刻中，希望在达到预定深度之后停止蚀刻。在一种常规方法中，在衬底中蚀刻特定深度所需要的时间是由预定蚀刻速度和被蚀刻的衬底层或材料的起始厚度计算的。在另一方法中，计算由从衬底反射的辐射的的相长和相消干涉产生的峰值以确定衬底蚀刻深度。然而，在衬底上的材料的起始厚度因衬底而互不相同时或在其它工艺参数改变时，这种技术通常是不准确的。特别是在被蚀刻的衬底在抗蚀刻部件之间具有小开口区域时难以精确地监控蚀刻工艺，这是因为来自这个区域的处理信号相对于来自衬底其它部分的处理信号来说太小了。而且例如在将绝缘或金属材料沉积在通路或沟槽中期间难以确定沉积在衬底上的通路或沟槽中的材料深度，这是因为沉积的材料面积小造成的。

因此，希望检测在衬底处理期间可能产生的小变化。还希望定量地评估这种变化，例如蚀刻深度、或沉积在衬底上的材料的厚度。还希望在具有小开口区域的衬底蚀刻期间或在将材料沉积到衬底的小区域中期间精确地监控衬底处理。

概述

一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、适于将辐射偏振到相对于衬底上的被处理部件(feature)的取向所选择的一个或多个偏振角的辐射偏振器、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生第一信号的辐射检测器、以及处理第一信号的控制器。

一种在处理区中处理衬底的方法包括以下步骤：提供在处理区中的衬底、设置用被激励气体(energzed gas)处理衬底的处理条件、提供选择成与衬底上的被处理部件取向相关的以一个或多个偏振角偏振的辐射、检测从衬底反射的辐射和响应该检测辐射而产生的信号、以及处理该信号。

一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、适于将辐射偏振到多个偏振角的辐射偏振器、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生信号的辐射检测器、以及处理该信号的控制器。

一种在处理区中处理衬底方法包括以下步骤：提供在处理区中的衬底、设置用受激励的气体处理衬底上的部件的处理条件、提供以多个偏振角偏振的辐射、检测从衬底反射的辐射和响应被检测的辐射而产生的信号、以及处理该信号。

一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生信号的辐射检测器、以及过滤该信号的带通滤波器。

一种衬底处理方法包括将衬底放置在处理区中、设置被激励气体的处理条件以处理衬底、在处理区中提供辐射源、检测在处理衬底期间从衬底反射的辐射并产生信号、以及过滤该信号。

一种衬底处理设备包括：处理室，其包括衬底支撑件、气体入口、气体激励器、气体出口和具有凹槽的壁，该凹槽中带有窗口和在窗口上的遮蔽装置(mask)；处理监控系统，它能通过壁的凹槽中的窗口监控在处理室中进行的处理。

一种在腔室中处理衬底的方法包括：将衬底放置在腔室中，在腔室中提供受激励的气体以处理衬底，掩敝设置在腔室壁的凹槽中的窗口，以及通过壁的凹槽中的窗口监控在腔室中进行的处理。

一种在处理区中蚀刻衬底和监控蚀刻工艺的方法包括：(a)通过将衬底放置在处理区中蚀刻衬底，在处理区提供被激励的处理气体，和排出处理气体，由此被激励气体可产生辐射发射；(b)通过检测辐射发射的一个或多个波长的强度，产生与该被检测的强度相关的第一信号，并评估第一信号，由此确定蚀刻工艺的第一阶段的完成；(c)通过检测从被蚀刻衬底反射的偏振辐射的一个或多个波长的强度，产生与被检测强度产相关的第二信号，并评估第二信号，由此确定蚀刻工艺的第二阶段的完成。