[发明专利]等离子体工艺制程监测方法及其监测系统

说明书

本发明涉及一种等离子体工艺制程监测方法及其监测系统，包括：将电动光阑装置安装于入射狭缝与光学探头之间；在刻蚀时，实时采集光源的光谱信号，调节透光孔的尺寸，使光谱信号的像素响应值控制在像素饱和阈值范围内；将光谱信号通过傅里叶变换转换成频域信号；通过寻峰算法结合窗函数对频域光谱信号进行频域滤波；将滤波后的频域信号通过傅里叶逆变换转换成时域信号；从时域信号中提取出特定波长反射光的干涉信号；计算出刻蚀速率和当前刻蚀深度；在当前刻蚀深度等于预设刻蚀终点深度时，发送到达刻蚀终点的提醒信息。本发明能够避免光谱信号过曝，通过将背景光信号滤去以获取更准确的刻蚀速率和刻蚀深度，提高等离子体工艺制程监测的准确性。

技术领域

本发明涉及等离子体工艺处理技术领域，特指一种等离子体工艺制程监测方法及其监测系统。

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，在干法刻蚀，即等离子体刻蚀过程中，通过射频电源产生的电场加速电子，与通过注气管道进入真空腔室的气体分子碰撞并使其电离，产生等离子体。根据射频电场产生形式的不同，可以分为电容耦合等离子体CCP、电感耦合等离子体ICP、变压器耦合等离子体TCP等。等离子体中的正离子经过等离子体鞘层的加速轰击薄膜表面，与其发生物理或化学或两者相结合的反应，生成气态反应产物并被真空泵抽走，从而选择性地去除基片表面材料，留下目标图案，而被光刻胶保护的部分则不会被侵蚀。

在此处理过程中，需要准确知道刻蚀终点，及时停止刻蚀过程，防止刻蚀不足或者刻蚀到下一层从而导致废片的情况，刻蚀终点判断的准确性直接影响芯片生产的良率。

目前对刻蚀终点检测的方法主要为发射光谱(Optical Emission Spectroscopy，OES)和干涉终点检测(Interferemetric Endpoint，IEP)两种。典型的干涉终点检测(IEP)方法为：光源发出的光经过准直镜准直后垂直照射到基片表面，反射光同样经过准直镜后经光纤被光谱检测设备所探测，随后通过数据处理方法就可以得到刻蚀速率等信息。其中，光谱检测设备探测到的是反射光信号加上刻蚀过程中等离子体发出的强大发射光谱信号，而由于等离子体发射谱线(背景光)的信号强度大，甚至可以超过反射光信号。因此需要光源强度大，其选择之一是激光，这种光源的特点是单色性强，且强度大，因此只要在光谱检测设备前放置特定波长的滤光片，就可以得到信噪比较高的反射谱。然而，激光的波长单一，对于刻蚀膜层的材料和厚度的适用范围较窄。另一种对光源的选择是宽波段光源，例如脉冲氙灯。这种光源的好处在于信号强度大，且波长覆盖了紫外到红外波段，因此适用的膜层材料范围大。为了消除强大背景光对反射光信号的干扰，在刻蚀过程中，通常可以利用光谱检测设备的控制模块来控制脉冲氙灯，通过打开脉冲氙灯，采集一张背景光+反射光信号，随后关闭脉冲氙灯，再单独采集一张背景光信号。在等离子体刻蚀过程中，极短时间内刻蚀速率等不会有较大改变，因此背景光信号相对稳定，因此结合算法扣除背景光信号，便可以对反射信号进行检测分析。

上述监测方式存在的技术问题为：

1.目前对于脉冲氙灯的方案通常是采集2张光谱，即先采集背景光+反射光信号光谱，然后只采集背景光信号，利用减法得到纯净的背景光信号。然而由于背景光强度非常大，若加上反射光信号则信号响应可能会过曝。例如，一般光谱检测设备CCD各个像素点的饱和值是65535，假设对于820nm谱线的响应，纯的反射光是20000，纯的背景光是50000，因此若采用常规扣除背景光的方法，那么背景光+反射光将由于过曝变为65535，从而得到纯的反射光响应将变为15535，而不是20000，这就会严重影响干涉终点检测结果的准确性。

2.此外，在整个过程中的背景光信号也不是恒定不变的，由于气体流量改变、射频频率漂移等因素的影响，都会对等离子体背景光信号产生影响，此外，由于环境因素影响，光谱检测设备本身的暗噪声也会发生漂移，从而使得减法前后的背景光信号差异较大，最终影响通过减法得到的反射光信号，也会影响干涉终点检测结果的准确性。

发明内容