[发明专利]用于归一化光学发射光谱的方法和装置

说明书

背景技术

等离子工艺的进步为半导体工业的发展提供了便利。在等离子工艺中，可使用分析工具以确保被处理器件的高产率。光发射光谱学(OES)常被用作用于蚀刻剂和蚀刻产品的气相监测的分析工具，以维持工艺参数的严密控制。

在等离子的光学解调中，存在与等离子放电相关的特有辉光，即特有的光学发射光谱。等离子放电可具有谱分辨率(spectral definition)，该谱分辨率可为包括但并不限于组成种类(constituent species)、压力、能量密度、驱动功率等等多变量的函数。使用单通道光谱仪，通常可发现该光谱，其包括但并不限于深紫外(UV)至远红外(IR)的波长。

等离子的光学解调可通过由准直仪收集该光学发射光谱来实现，该准直仪穿过(through)等离子蚀刻室的石英窗。由收集光纤维束传输的该光谱信息，可由光谱仪的信号通道测量。通过来自该光学解调的光谱信息，可收集和分析相当多的关于组成种类的信息，用以对等离子工艺过程中的工艺监测和控制提供指导。然而，使用OES的等离子光学解调主要被局限于定性分析。

特别地，变异性(Variability)可为阻碍OES被使用于在制造环境中该等离子光学解调的定量分析的主要限制。例如，在器件制造环境中可发现系统间变异性。系统间变异性可显示各个等离子工艺系统间在条件上的差异。在另一示例中，系统间变异性可在测量系统间，即光谱仪间，发现。在又一示例中，系统间变异性可在具有不同光谱仪的各个截然不同的等离子工艺系统的设置中看到差别。熟悉本领域的技术人员应能理解，在制造环境中，工艺过程中的等离子光学解调的系统间变异性可提供高水平的不确定性，限制OES被作为用于等离子监测和/或控制的定量工具。

可能限制OES被用于制造环境中的定量分析的另一变异性因素可为系统内的变量。例如，将该光纤维束耦合至该等离子室和/或该光谱仪的效率可为系统内的变异性因素。

在另一示例中，该等离子室的几何形状和构件可导致该系统内的变异性，即，等离子信号的原位测量。相对于真空室要求的气氛而言，等离子工艺通常施加低压。该真空室壁的窗可能需要由合适的材料制成，例如，该窗可由石英制成，以沿该光学路径以所需的波长相关衰减传输，用以测量该等离子光谱信号。然而，某些等离子工艺系统的压力控制可使用密封环安装，其可部分阻塞在该等离子与该光谱仪之间的该光学路径。而且，该密封环可视所需等离子压力而定，相对于该诊断窗口移动，还会经历沉积和/或蚀刻。因此，该光学路径的阻塞、沉积和/或蚀刻可引起系统内的变异性，使得应用OES的定量分析不能实施。

由元件降解引起的变异性与时间的函数，即随时间变异，可为又一个阻碍OES被应用于等离子工艺的定量分析的变量来源。例如，该前面提到的石英窗在等离子处理过程中可被暴露于等离子，并且可经历沉积和/或蚀刻。因此，随时间推移，该石英窗会变模糊并且会改变该窗的光学特性。通常，该石英窗的模糊会以非线性方式导致较低的等离子信号。在另一个随时间变异示例中，光纤维束会在光学投射效率与时间的函数中降解，其也会以非线性方式导致较低的等离子信号强度。综上可以预知，随时间变异可提供又一个不确定来源，限制该OES被用作定量工具。

总的来说，定义等离子的许多变量会难于精确原位测量。而且，在多时间尺度上等离子会显著波动，这会导致谱发射的变化。由于与现有的应用OES的等离子光学诊断有关的变异性，定量确定等离子变量的任务会引起发射改变，会非常困难。因此，OES的使用仅限于定量应用，例如终点检测、泄露鉴定、种类鉴定等等。

需要使用对照(control)的潜在解决方案来标注化OES，以降低工艺内每一步骤的变异性。例如，可进行校准以降低系统和/或设备之间的变异性。可周期性清洗石英窗以减少模糊现象。可更换光纤维束以达到起初的透射效率。可使用键控连接器以用相同方式装设光耦合器，以减少安装变异性。

然而，校准和对照可经修改适用于实验室环境，但不会有助于制造环境。在高容量生产装置中(其能以高生产能力制造具有超过一百个制造步骤的器件)，每个步骤之后进行校准和对照会不太可行。对未进行对照的变量和与时间相关的递降的校准会要求专用资源。专用资源会增加极具成本竞争性的制造工艺的成本。仔细的校准和对照会增加工艺时间的时间开支，增加单个设备的制造成本，降低生产能力。因此，这些对照可在未讨论定量OES测量能力，同时对具有较高成本和较低生产能力的工艺不利的情况下，减少变异性。

有鉴于此，迫切需要将OES使用为定量工具，用于等离子工艺中的工艺监测和控制的方法和装置。

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