[发明专利]一种等离子刻蚀设备的刻蚀终点检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子刻蚀技术领域，尤其涉及一种等离子刻蚀设备的刻蚀终点检测装置与方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，半导体芯片加工技术日趋严格，技术节点已经从180nm到65nm，甚至45nm以下，硅片的大小也从200mm增加到300mm，因此，对于硅片的工艺要求越来越严格。刻蚀工艺作为半导体加工中最为复杂工序之一，刻蚀过程中等离子体的状态、各项工艺过程参数等直接与刻蚀结果相关。

在等离子刻蚀机结构中，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，即使稳定的系统在刻蚀不同的硅片时也会存在刻蚀速率的随机波动，这样就造成了片与片之间刻蚀的均匀性无法达到要求，并会造成废片，因此利用动态刻蚀终点的实时监控是非常必要的。

现有技术一般从经验上估计出大概的刻蚀终点时间，受人为主观因素影响较大，不能准确、定量的对刻蚀终点做出预测。经验上得到刻蚀终点时间进行维护周期偏差较大，同时随着工艺进行的过程、设备老化等条件的变化而发生漂移，如果经验数据发生了漂移，会使工艺过程及结果发生漂移。例如刻蚀速率的波动在1400/min到1600/min之间，每片硅片的厚度均为1400，则刻蚀两片硅片所用时间就会从1分钟到52.5秒，在差值的7.5s内大约会刻蚀187.5。这样就造成了片与片之间刻蚀的均匀性无法达到要求，经常会造成废片。由此可见利用时间结束刻蚀过程对刻蚀结果会造成较大的影响。

同时过大的维护周期使得工艺状态的变化引起工艺结果变化，导致硅片加工质量变差，成品率变低；过小的维护周期使得设备维护过于频繁，影响了正常的硅片加工过程，浪费时间，降低效率。

现有技术还有一种方法是光学发射光谱法，光学发射光谱法则是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，此方法是终点检测中最常用和精确的方法。主要包括CCD(电荷藕合器件)全谱光谱仪和数据处理软件，CCD全光谱仪采集刻蚀腔室中等离子体发射的光谱，在光谱仪内经过入口狭缝和光学分光光栅后，分光为200nm到800nm波长的全谱，不同波长的光照射到CCD的不同位置，CCD将光信号转化为电信号，经过硬件信号处理电路光谱仪输出数字信号，直接传送给终点检测数据处理软件。

此方法虽然能够较准确的抓取刻蚀工艺的终点，但是其检测设备成本很高并且需要单独数据处理软件，软件集成和开发难度较大；同时由于CCD光电特性上的局限，CCD在稳定性、信号噪音和灵敏度等方面都存在不足。

发明内容

针对现有技术方案中存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种等离子刻蚀设备的刻蚀终点检测装置，可以相对精确地预测刻蚀终点时间，避免了光谱信号因干扰过大而导致误抓刻蚀终点，达到精确的控制工艺。保证硅片加工质量和正常的硅片加工过程，提高生产效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种等离子刻蚀设备的刻蚀终点检测装置，包括，

光谱仪，将检测到的等离子刻蚀设备内部的光信号，转换为模拟电信号输出；

模拟放大滤波电路，将模拟电信号中的高频噪声干扰信号滤除，输出消除高频噪声干扰信号的模拟电信号；

模拟/数字转换模块，将消除高频噪声干扰信号的模拟电信号转换为数字电信号输出至数字信号处理模块；

数字信号处理模块，提高输入的数字电信号的信噪比、去除系统固有噪音、并进行滤波处理去除低频与随机噪声，得到终点控制参数，并根据所述终点控制参数确定等离子刻蚀设备是否达到刻蚀终点。

所述的装置还包括，

数字/模拟转换模块，将数字信号处理模块输出的终点控制参数转换为模拟控制信号；

光谱仪控制电路，根据模拟控制信号通过限幅电路对光谱仪的输出进行调整，调节光谱信号的范围，达到各个腔室的状态匹配。

所述的光谱仪为光电倍增管PMT式光谱仪，PMT接收等离子刻蚀设备内等离子体发射的光谱，并将光信号转换成模拟电信号。

所述的数字信号处理模块包括，

积分测量模块，多次采集输入的数字电信号，进行累加并取平均值作为一个采样周期的采样结果，提高数字电信号的信噪比；

系统固有噪音去除模块，在等离子刻蚀设备不进行工艺过程时检测等离子刻蚀设备内部的光信号，转换为数字信号作为系统的固有噪音，并从输入数字信号处理模块的数字信号中扣除系统固有噪音，以去除系统固有噪音；