[发明专利]等离子体起辉状态监测方法及监测装置和半导体处理设备

说明书

本发明提供一种等离子体起辉状态监测方法及监测装置和半导体处理设备。该等离子体起辉状态监测方法包括：在等离子体开始起辉时，采集形成在基片表面的等离子体鞘层的对地交流电压信号；对等离子体鞘层的对地交流电压信号进行处理，以获得等离子体鞘层的对地交流电压信号的最大峰值电压；判断等离子体鞘层的对地交流电压信号的最大峰值电压是否达到了等离子体的起辉成功电压，以确定等离子体是否起辉。该等离子体起辉状态监测方法通过对等离子体鞘层的对地交流电压信号进行监测，能够判断等离子体的起辉状态是否正常，无需再采用等离子体光谱监测方法，从而不仅能够有效地监测等离子体辉光放电状态，而且有效地降低了等离子体起辉状态的监测成本。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，具体地，涉及一种等离子体起辉状态监测方法及监测装置和半导体处理设备。

背景技术

等离子体技术被广泛应用于半导体器件的制造领域中。在等离子体沉积与刻蚀系统中，射频电源向反应腔室提供能量以产生等离子体；等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体环境下的晶圆相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀与溅射等工艺过程。PVD工艺设备中作为预清洗(Preclean)腔室，其工作原理通过一种电感耦合等离子体发生装置，将低气压的反应气体(常见气体如氩气)激发为等离子体，对晶圆表面进行物理轰击，从而将其表面以及其表面上的沟槽底部的残留物和金属氧化物清除，有利于后续物理气相沉积(金属薄膜沉积)进行，提高所沉积膜层的附着力。

因此，对Preclean腔室等离子体起辉状态的监控是工艺开发中比较关键的一项技术。一般微电子行业中采用工艺的终点控制，运用的主要控制技术为OES(OpticalEmission Spectroscopy,光学发射光谱)，其控制思想为工艺中等离子体辉光放电产生的光谱，借助阈值(Threshold,包括相对值和绝对值两种形式)控制方法或斜率(Slope)控制方法即可准确的抓取工艺的终点。但OES控制方法不仅需要昂贵的光谱仪，而且控制算法比较复杂，光谱分辨率较低、采集信号较弱，存在一定的信噪误差，影响工艺开发结果，不利于集成电路中广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种等离子体起辉状态监测方法及监测装置和半导体处理设备。该等离子体起辉状态监测方法通过对形成在基片表面的等离子体鞘层的对地交流电压信号进行监测，能够判断等离子体的起辉状态及工艺过程中的节点状态是否正常，相比于现有技术，无需再采用等离子体光谱监测方法，从而不仅能够有效地监测等离子体辉光放电状态，而且该监测方法简单有效，无需复杂的控制算法和数据处理，有效地降低了等离子体起辉状态的监测成本，便于更好地推广应用。

本发明提供一种等离子体起辉状态监测方法，包括：

在等离子体开始起辉时，采集形成在基片表面的等离子体鞘层的对地交流电压信号；

对所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号进行处理，以获得所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号的最大峰值电压；

判断所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号的最大峰值电压是否达到了等离子体的起辉成功电压，以确定等离子体是否起辉。

优选地，所述在等离子体开始起辉时，采集形成在基片表面的等离子体鞘层的对地交流电压信号包括：

采用隔直通交电路采集所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号；

对所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号进行分压。

优选地，所述对所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号进行处理，以获得所述等离子体鞘层的所述对地交流电压信号的最大峰值电压包括：