[发明专利]等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统

说明书

本发明提供一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统，该方法包括：在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。通过本发明，保障了半导体制程的安全性。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统。

背景技术

目前传统半导体制造工艺中广泛采用的、激发等离子的结构为电感耦合等离子体结构(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer，以下简称ICP)，ICP可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单、造价低。由于等离子体吸收功率的非线性的特性，ICP放电过程中往往伴随这容性耦合放电，容性耦合放电产生的等离子为低密度等离子体，而低密度等离子体则是工艺制程不需要的等离子体。

为了防止因放电模式造成晶圆报废和其他损失，如何监控ICP放电状态并使其维持在感性耦合放电日趋变得更加重要。

现有技术中，可以采用OES(Optical Emission Spectroscopy，光学发射光谱)，进行等离子体放电状态监测。其原理为采集工艺过程中等离子体放电产生的特定谱线，借助阈值控制方法或斜率控制方法进行判定。

图1为一种典型半导体刻蚀设备OES监测方法示意图。此装置一般由反应腔室4’、静电卡盘6’与电感耦合线圈3’组成，静电卡盘6’位于反应腔室4’，与下匹配器8’和下射频源9’连接，静电卡盘6’上安装晶片5’。电感耦合线圈3’位于反应腔室4’上方的介质窗口12’上方并与匹配器2’和射频源1’相连接，光谱仪7’通过光纤采集反应腔室4’等离子体发光强度。

典型的OES方法进行等离子体状态监测，不仅需要昂贵的光谱仪设备，而且控制系统与控制算法较复杂，光谱分辨率较低；此外当等离子体放电处于容性放时，等离子体发光强度较弱，则难以进行谱线采集，从而影响正确的判断。因此，OES监测方法无论从便捷度还是工艺监测的准确度都不合适。

进一步，还可以通过监测匹配器中的两个调节电容的位置，进行等离子体放电状态监测。但是调节电容的量程过大或过小都会影响判断结果；并且当射频硬件系统出现异常，例如电感耦合线圈发生打火，会导致调节电容位置一项，因此通过检测匹配器中调节电容的预设位置，存在误判的风险。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统，以提高半导体制程的安全性。

为实现本发明的目的而提供一种等离子体放电状态监控方法，所述方法包括：

在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；

计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；

由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。

优选地，所述由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态包括：

判断所述相位差是否大于第一相位且小于或等于第二相位，所述第一相位小于所述第二相位；

若是，确定当前等离子体处于感性放电状态；若否，判断所述相位差是否大于第三相位且小于或等于第一相位，所述第三相位小于所述第一相位；

若是，确定当前等离子体处于容性放电状态。

优选地，所述确定当前等离子体处于容性放电状态之后，所述方法还包括：