[发明专利]监测等离子体工艺制程的装置和方法

说明书

本发明公开了一种监测工艺制程的等离子体处理装置及方法，包括一处理基片的等离子体反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，所述监测装置包括一入射光源，用于向等离子体处理装置内的基片表面发射脉冲光信号；一光谱仪，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号；一数据处理装置，与所述光谱仪相连，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响。

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，对应的等离子体的特征谱线才会有明显变化，因此该方法只能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，可以得出实际的刻蚀速率，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，等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后会发射的特定波长的光信号一直存在，且强度较大，有时甚至等离子体发出的光信号强度会超过入射光信号强度，干扰对反射后的入射光信号的读取使得测量入射光信号变得困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种监测工艺制程的等离子体处理装置，包括一处理基片的反应腔及监测基片处理制程的一监测装置，所述监测装置包括：

一入射光源，以第一脉冲频率向反应腔内的基片表面发射入射脉冲光；

一光谱仪，以第二脉冲频率采集所述反应腔内发出的光信号；

所述第二脉冲频率大于等于所述第一脉冲频率的2倍，使得所述光谱仪在一个入射脉冲光信号周期内采集至少两组光信号，其中一组光信号包括入射光在基片表面的反射光信号与反应腔内等离子体产生的背景光信号之和，一组光信号只有反应腔内等离子体产生的背景光信号；

一数据处理装置，用于对所述光谱仪采集到的光信号进行运算，以消除反应腔内等离子体产生的背景光信号对反射光信号的影响；