[发明专利]一种半导体刻蚀工艺的终点控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺控制技术领域，特别是涉及一种针对半导体刻蚀工艺的终点控制方法及装置。 

背景技术

工艺的终点诊断(Endpoint Detection)是半导体工艺生产中比较关键的一项技术。近几年来，随着刻蚀关键尺寸的逐渐减小和硅片(wafer)膜层结构的逐渐复杂，在刻蚀过程中对终点控制的要求也变得越来越高。 

在理想的刻蚀系统中，同一种工艺过程刻蚀同种类型的硅片应该具有相同的刻蚀速率，刻蚀时间应该相同。但是在实际的工艺刻蚀过程中，由于系统本身的原因或其他干扰的存在，导致刻蚀终点时间及刻蚀速率的波动或异常，从而造成片与片之间刻蚀的均匀性无法达到要求，严重的还会造成废片。因此通过预测工艺终点时间实现刻蚀终点的实时监控是非常必要的。尤其针对一些膜层复杂的工艺，如何实现对工艺各步终点的准确控制，已经成为刻蚀过程中的一个重点问题。 

现有的用于工艺终点的控制方法主要是OES(Optical EmissionSpectroscopy，光学发射光谱)方法。光学发射光谱检测系统主要是基于在线光谱检测设备对等离子体发射出的光谱进行实时检测，由于刻蚀到不同物质层光谱会出现明显的变化，通过监测刻蚀过程中刻蚀到不同层的物质时，反应物或生成物的发射谱线强度值，以此来判断刻蚀终点。参照图1，是一个所获得的光谱信号随着工艺时间的变化示意图，其中，光谱强度信号在正常刻蚀过程(Normalize Time)101中大致保持一个强度值，当到达终点时，光谱强度值迅速下降。 

具体的，其获取工艺终点的方式可以包括阈值(Threshold，包括相对值和绝对值两种形式)法或斜率(Slope)法。 

阈值法和斜率法的基本原理是相似的，以图1的谱线为例，一般可以包括如下步骤：首先获取工艺光谱信号；然后，通过光谱强度阈值参数或者光谱强度斜率参数在图1中寻找光谱信号的触发点(Trigger Point)102，即光谱信号强度的转折点；最后，若从Trigger Point开始的所有信号点在预置的Satisfaction Time 103均满足阈值条件，则所需的工艺终点时间就等于光谱信号的Trigger Point时间点再加上预置的过渡时间(Satisfaction Time)103。 

对于一般wafer膜层比较简单且只需要在层与层之间抓取终点的工艺来说，上述光学发射光谱法基本上能够准确的采集到工艺的终点：由于刻蚀过程中层与层之间产生的聚合物不同，终点光谱曲线的强度在层与层切换时会发生明显的波动，终点采集软件容易通过信号变化的大小与趋势来准确的判断出工艺终点。 

但是对于一些膜层比较复杂且需要在层内抓取终点的工艺，由于刻蚀过程中终点光谱曲线的强度信号变化不明显，上述光学发射光谱法一般就很难准确的抓取工艺终点。 

总之，目前迫切需要本领域技术人员解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种工艺控制的方法，能够准确获取工艺终点，以提高产品的生产率。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体刻蚀工艺的终点控制方法及装置，能够准确预测工艺终点时间，更好的进行工艺控制，以提高产品的生产率和生产质量。 

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种半导体刻蚀工艺的终点控制方法，包括：获取实时的光学干涉探测谱线；在所述光学干涉探测谱线中搜索波峰信号和/或波谷信号，进而获得本次工艺的刻蚀周期；依据本次工艺所需刻蚀的厚度、单刻蚀周期所能刻蚀掉的硅片厚度以及本次工艺的刻蚀周期，对本次刻蚀工艺进行终点控制，其中，通过下述方式在光学干涉探测谱线中搜索波峰信号和/或波谷信号：判断光学干涉探测谱线中光谱信号的变化趋势；若光谱信号先呈现出上升的趋势，则启动以波峰搜索开头的波峰波谷相间的搜索过程；若光谱信号先呈现出下降的趋势，则启动以波谷搜索开头的波峰波谷相间的搜索过程。 

优选的，可以通过以下方式完成对本次刻蚀工艺的终点控制：依据本次工艺的刻蚀周期，实时计算截止到当前时间点t，本次刻蚀工艺所经过的周期数；依据本次工艺所需刻蚀的厚度和单刻蚀周期所能刻蚀掉的硅片厚度，获取工艺终点所需的周期数；通过比较上述两个周期数，获知当前时间点t是否到达工艺终点，进而执行相应的控制。 

优选的，也可以通过以下方式完成对本次刻蚀工艺的终点控制：依据本次工艺的刻蚀周期以及单刻蚀周期所能刻蚀掉的硅片厚度，实时计算当前时间点t的已被刻蚀掉的硅片厚度；通过比较所计算得到的厚度与本次工艺所需刻蚀的厚度，获知当前时间点t是否到达工艺终点，进而执行相应的控制。