[发明专利]监测等离子体工艺制程的装置和方法

说明书

本发明公开一种监测等离子体工艺制程的方法，将一基片放置在一等离子体处理腔室内进行等离子体处理，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。

技术领域

本发明涉及等离子体工艺处理技术领域，尤其涉及一种对等离子体处理制程进行监测的技术领域。

背景技术

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，以确保沉积工艺或刻蚀工艺结果得到良好控制。目前常用的一种刻蚀工艺控制方法为光学发射光谱法(OES)。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态过程中会发射出特定波长的光线。不同原子或者分子所激发的光波的波长各不相同，而光波的光强变化反映出等离子体中原子或者分子浓度变化。OES是将能够反映等离子刻蚀过程变化的、与等离子体化学组成密切相关的物质的等离子体的特征谱线(OES特征谱线)提取出来，通过实时检测其特征谱线信号强度的变化，来提供等离子体刻蚀工艺中的反应情况的信息，这种方法的局限在于只能监测到薄膜刻蚀完成后的状态，只有当一种被刻蚀的目标层刻蚀完毕，等离子体刻蚀到下一层目标层时，即两个目标刻蚀层的交界面时，对应的等离子体的特征谱线才会有明显变化，因此该方法通常用于刻蚀工艺的终点监测。

随着集成电路中的器件集成密度及复杂度的不断增加，对半导体工艺过程的严格控制就显得尤为重要。对于亚深微米的多晶硅栅刻蚀工艺而言，由于栅氧层的厚度已经变得非常的薄，如何精确控制等离子体刻蚀过程是人们面临的一个技术上的挑战。目前半导体工业上所使用的高密度等离子体刻蚀机，如电感耦合等离子体(ICP)源，电容耦合等离子体(CCP)源，以及电子自旋共振等离子体(ECR)源等。其所产生的等离子体具有较高的刻蚀速率，如果工艺控制不合理，出现的过度刻蚀很容易会造成下一层材料的损伤，进而造成器件的失效。因此必须对刻蚀过程中的一些参数，如刻蚀用的化学气体、刻蚀时间、刻蚀速率及刻蚀选择比等参数进行严格控制。此外，刻蚀机状态的细微改变，如反应腔体内气体流量、温度、气体的回流状态、或是批与批之间晶片之间的差异，都会影响到对刻蚀参数的控制。因而必须监控刻蚀过程中各种参数的变化情况，以确保刻蚀过程中刻蚀的一致性。而干涉终点法(IEP)就是为了实现对刻蚀过程进行实时监控而设计的。

干涉终点法(IEP)为入射一光信号至半导体基片表面，入射光信号经半导体基片发射后携带了基片薄膜厚度变化的信息，通过对反射后的光信号波长进行测量，并根据测量结果进行分析计算，可以实现实时监控基片薄膜的刻蚀过程。但是在对光谱监测过程中，由于入射光源置身于非恒温环境，可能受系统环境温度变化的影响，光波长会发生变化，加上光谱仪在使用过程中会存在偏差，使得读取到的光波长不够准确，从而导致监控结果不够准确，影响工艺制程的控制精确度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种监测等离子体工艺制程的方法，所述方法包括下列步骤：提供一等离子体处理装置，所述等离子体处理装置连接一入射光源和一光谱仪；将基片放置在所述等离子体处理腔室内进行等离子体处理，等离子体在对所述基片进行处理的过程中发射背景光信号，所述背景光信号中包括至少一波长已知的参考光信号；启动所述入射光源向所述基片发射入射光信号；启动所述光谱仪接收经基片反射后的入射光信号及所述背景光信号，利用所述参考光信号实现对所述光谱仪的校准；利用校准后的光谱仪对读取的入射光信号的波长进行校准，得到准确的入射光信号波长；利用该准确的入射光信号波长计算基片的处理速率，实现对基片处理工艺的监测。