[发明专利]正入射原位过程监测传感器

说明书

提供了一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置、系统和方法。该装置包括连续波宽带光源、照射系统、收集系统和处理电路，该连续波宽带光源用于产生入射光束，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月31日提交的名称为“NORMAL-INCIDENT IN-SITU PROCESSMONITOR SENSOR[正入射原位过程监测传感器]”的美国临时申请号16/051,082的优先权，该美国临时申请通过引用全部并入本文。

背景技术

本公开涉及原位蚀刻过程监测，更具体地涉及用于等离子体蚀刻过程的实时原位膜性能监测的方法、系统和装置。

在制造半导体器件、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)和一些光伏装置(PV)的过程中，等离子体蚀刻工艺通常与光刻法结合使用。

在许多类型的器件(比如半导体器件)中，在覆盖在第二材料层上的顶部材料层中执行等离子体蚀刻过程，并且重要的是，一旦蚀刻过程已经在顶部材料层中形成开口或图案就准确地停止蚀刻过程，而不继续蚀刻下面的第二材料层。必须准确地控制蚀刻过程的持续时间，以便在下面材料的顶部处实现精确的蚀刻停止，或者实现蚀刻的特征的精确的竖直尺寸。

为了控制蚀刻过程，使用了各种方法，其中一些方法依赖于分析等离子体加工室中的气体的化学性质，以便推断蚀刻过程是否已经进行到例如具有与正被蚀刻的层的材料不同的化学成分的下面的材料层。

替代性地，原位计量器件(光学传感器)在蚀刻过程期间可以用于直接测量被蚀刻层，并且提供反馈控制以用于一旦已经获得某一竖直特征就精确地停止蚀刻过程。例如，在一般间隔物应用中，用于膜厚度监测的原位光学传感器的目标是在触地(软着陆)之前在几nm处停止各向异性氧化物蚀刻，然后切换到各向同性蚀刻以实现理想的间隔物轮廓。进一步地，原位计量器件可以用于在蚀刻过程期间实时实际测量膜和蚀刻特征，以确定可以用于控制蚀刻过程和/或控制后续过程(例如，补偿某一不合规格尺寸的过程)的结构大小的信息。

前述“背景技术”描述是为了一般地呈现本公开的上下文。发明人的工作在本背景部分中所描述的程度上、以及在提交时间时可能不被认定为现有技术的本说明的方面，既没有明确地也没有隐含地承认是针对本发明的现有技术。

发明内容

本公开的一方面包括一种用于在等离子体加工室中进行原位蚀刻监测的装置。该装置包括连续波宽带光源、照射系统、收集系统和处理电路，该照射系统被配置为照射衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制(例如，过滤或减去)背景光，基于参考光束和该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能(例如，厚度)，并且基于确定的性能来控制蚀刻过程。

本公开的另一方面包括一种等离子体加工系统。该系统包括等离子体加工室和具有零度AOI(入射角)的正入射反射计。该正入射反射计包括连续波宽带光源、检测器、照射系统、收集系统和处理电路，该照射系统被配置为照射设置在该等离子体加工室中的衬底上的区域，其中入射光束以正入射被引导到该衬底，该收集系统被配置为收集从该衬底上的照射区域反射的反射光束，并且将该反射光束引导到该检测器。该处理电路被配置为处理该反射光束以抑制背景光，基于参考光束和被处理以抑制该背景光的该反射光束来确定该衬底或形成在其上的结构的性能，并且基于所确定的性能来控制蚀刻过程。