專利名稱：半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工是集成電路制造關(guān)鍵的工藝制程，例如等離子刻蝕就是其中一種常用的半導(dǎo)體加工技術(shù)，其原理在于，被刻蝕物質(zhì)與等離子體中的活性基團(tuán)反應(yīng)，反應(yīng)生成物脫離基底表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體，從而除去特定層或者層的特定部分。其目的是完整地將掩膜圖形復(fù)制到硅片表面，范圍涵蓋前端
CMOS柵極大小的控制，以及后端金屬的刻蝕，刻蝕質(zhì)量好壞直接影響著圖形的完整性、分辨率和精度。
在半導(dǎo)體加工過程中，監(jiān)測(cè)刻蝕速率、加工深度等工藝參數(shù)相當(dāng)重要，這通常需要準(zhǔn)確的確定工藝終點(diǎn)，即工藝結(jié)束的時(shí)間。目前用于工藝終點(diǎn)監(jiān)測(cè)的方法包括光^普發(fā)射法(Optical Emission Spectrometry, OES )和光干涉測(cè)量法(Interferometry Endpoint， IEP )。光譜發(fā)射法用于穿透一種材料而在另 一種材料的表面終止的刻蝕過程，由于在刻蝕去除一種材料進(jìn)入另一種材料時(shí)，刻蝕產(chǎn)生的反應(yīng)物不同，其等離子體的發(fā)射光i普會(huì)產(chǎn)生變化，因此可以用作工藝終點(diǎn)的監(jiān)測(cè)；顯然，在刻蝕同種材料時(shí)該方法就沒有作用，而采用光干涉測(cè)量法，在同 一種材料內(nèi)刻蝕到所需的深度后，通過監(jiān)測(cè)被刻蝕膜層表面的反射光相互干涉而形成的干涉信號(hào)，監(jiān)測(cè)膜層厚度從而控制刻蝕的終點(diǎn)。在實(shí)際的刻蝕工藝過程中，被刻蝕物可能為同種材料也可能為不同的材料，因此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般既可以采集等離子體發(fā)射光譜也可以采集干涉信號(hào)，以便原位的精確控制工藝終點(diǎn)。
專利公開號(hào)為CN1148563C的中國(guó)專利中公開了一種監(jiān)測(cè)等離子刻蝕工藝的方法和裝置。該技術(shù)釆用OES和IEP的相結(jié)合的方法獲取信號(hào)，主要包括提供了寬光譜脈沖光源、用于采集信號(hào)的多通道光譜攝制儀和數(shù)據(jù)處理單元。其中脈沖光源發(fā)射寬帶光輻射的周期與光傳攝制儀的采集數(shù)據(jù)的周期相同。同步器和總線接口把一個(gè)周期性的觸發(fā)信號(hào)發(fā)送到電源，使脈沖光源產(chǎn)生一個(gè)寬帶光脈沖照射刻蝕腔室，同時(shí)光譜4聶制儀同步的釆集干涉信號(hào)，月永沖光不照射刻
蝕腔室時(shí)，光i普攝制儀通過另一通道采集刻蝕腔室中等離子光譜發(fā)射信號(hào)，然
后經(jīng)數(shù)據(jù)處理和算法展開模塊，計(jì)算出工藝終點(diǎn)、刻蝕或淀積速率等參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)雖然可以原位監(jiān)測(cè)薄膜厚度以及確定工藝終點(diǎn)，該方法本質(zhì)上是用脈沖
光源實(shí)現(xiàn)了OES和IEP信號(hào)的周期性交替采集，直到工藝終點(diǎn)，然而脈沖光源的強(qiáng)度穩(wěn)定性不高， 一般來說OES信號(hào)依賴于等離子體發(fā)射光譜本身，通過光語儀監(jiān)測(cè)發(fā)射光譜中的敏感波長(zhǎng)并分析的該波長(zhǎng)的變化趨勢(shì)來確定工藝終點(diǎn)，但是由于在刻蝕過程中原位監(jiān)測(cè)，正P信號(hào)不可避免的會(huì)受到等離子發(fā)射光語的影響，因此強(qiáng)度不穩(wěn)定的脈沖光源更易受到等離子發(fā)射光譜及其波動(dòng)的干擾，帶來低信噪比的問題；此外，脈沖光源的波動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致入射光與反射光強(qiáng)度波動(dòng)，造成較差的干涉信號(hào)分辨率，影響工藝監(jiān)測(cè)的精確度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，能夠采集較高信噪比和分辨率的信號(hào)，改善了工藝監(jiān)測(cè)的可靠性和精確度，此外，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光源的強(qiáng)度穩(wěn)定性和壽命。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括連續(xù)光源、間歇機(jī)構(gòu)、光路控制器、光學(xué)準(zhǔn)直裝置、光譜儀、數(shù)據(jù)處理單元和算法單元；所述連續(xù)光源發(fā)出的光經(jīng)由所述間歇機(jī)構(gòu)及光學(xué)準(zhǔn)直裝置進(jìn)入半導(dǎo)體加工腔室，所述光路控制器控制間歇機(jī)構(gòu)將連續(xù)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成脈沖光，并控制所述光譜儀采集半導(dǎo)體加工腔室中發(fā)出的光譜信號(hào)，并將所述光譜信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理，再由算法單元計(jì)算出工藝終點(diǎn)。
所述間歇^/L構(gòu)為光電碼盤或TTL電子快門。
所述系統(tǒng)還包括與采集光源信號(hào)的光譜儀相連接的光源強(qiáng)度和壽命評(píng)價(jià)單元。
所述連續(xù)光源為寬頻高功率的氖囟燈，或?qū)掝l高功率的鎢閨燈。所述連續(xù)光源為寬頻高功率的氘卣燈光i普范圍為180-2000nm或180-1000nm,所述連續(xù)光源為寬頻高功率鴒卣燈光語范圍為330nm-850nm。
所述光i普信號(hào)包括光語儀采集的半導(dǎo)體加工腔室中等離子體發(fā)射光譜信號(hào)和脈沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光語信號(hào)。
所述光譜信號(hào)還包括光譜儀采集的連續(xù)光源的信號(hào)。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，預(yù)設(shè)目標(biāo)加工深度作為工藝終點(diǎn)，所述方法包括
將連續(xù)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換為脈沖光入射至半導(dǎo)體加工腔室；釆集半導(dǎo)體加工腔室中的光譜信號(hào)；對(duì)所述光譜信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
根據(jù)處理結(jié)果計(jì)算出加工深度并與預(yù)設(shè)的加工深度比較，如果一致則結(jié)束工藝，否則繼續(xù)采集加工腔室中的光譜信號(hào)直至計(jì)算出的加工深度達(dá)到預(yù)設(shè)值。
所述光譜信號(hào)包括等離子發(fā)射光語信號(hào)和脈沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光譜信號(hào)。
還包括采集所述連續(xù)光源信號(hào)以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)連續(xù)光源的強(qiáng)度和壽命的步驟。
以特定頻率打開或關(guān)閉連續(xù)光的入射光路，從而使連續(xù)光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光后入射至半導(dǎo)體加工腔室。
采集等離子發(fā)射光譜信號(hào)和脈沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光i普信號(hào)的步驟包括判斷入射光路是否打開，如果是，則采集入射脈沖光在基底反射產(chǎn)生的含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，否則采集半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā)射光譜信號(hào)。
所述數(shù)據(jù)處理的步驟包括將采集的半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā)射光譜信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；將采集的含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；然后分別由發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)和干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)時(shí)的加工深度。
所述數(shù)據(jù)處理的步驟具體包括將采集的半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā)射光i普信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；將采集的含有發(fā)射光語背底的干涉光鐠信號(hào)，減去所述發(fā)射光語背底獲得無背底的干涉光語信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；然后分別由發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)和干涉光語強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)時(shí)的加工深度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)由光路控制器控制間歇機(jī)構(gòu)將光源發(fā)出的連續(xù)光轉(zhuǎn)換成脈沖光入射到加工腔室，與現(xiàn)有技術(shù)同樣以O(shè)ES和IEP的相結(jié)合的方法獲取信號(hào)，但是連續(xù)光源強(qiáng)度穩(wěn)定，其轉(zhuǎn)換而成的脈沖入射光相對(duì)于脈沖光源發(fā)出的入射光的強(qiáng)度穩(wěn)定性更好，產(chǎn)生相應(yīng)的IEP信號(hào)不易受到等離子發(fā)射光譜及其波動(dòng)的干擾，顯著提高信噪比和分辨率，此外，通過對(duì)光源強(qiáng)度和壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光源穩(wěn)定性和使用壽命的精確控制，有利于改善工藝監(jiān)測(cè)的精確度和可靠性。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。
圖1是實(shí)施例一所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。圖2是實(shí)施例一所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖。圖3是實(shí)施例二所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。圖4是實(shí)施例二所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法中光源監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的流程示意圖。
圖5是實(shí)施例三所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法的示意圖。
圖6是實(shí)施例三所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一數(shù)據(jù)處理方法的示意圖。
7圖7是實(shí)施例四所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以4艮多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一
本發(fā)明揭示了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，參照?qǐng)D1和圖2闡述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1是本實(shí)施例所述半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖，圖2是本實(shí)施例所述半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖。
如圖1所示，本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括高功率的氘卣燈ll、光電碼盤12、光學(xué)準(zhǔn)直裝置13、光路控制器15、多通道CCD光譜儀16、數(shù)據(jù)處理單元17和算法單元18。
氘卣燈ll提供寬頻連續(xù)光源，其光譜范圍為180-2000nm,用于發(fā)出連續(xù)穩(wěn)定的入射光；光電碼盤12即為間歇^L構(gòu)，其位于所述氘卣燈11的發(fā)射端，光電碼盤12在光路控制器15的控制下以一定頻率打開或關(guān)閉入射光路，從而將氘卣燈ll發(fā)出的連續(xù)入射光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光；光學(xué)準(zhǔn)直裝置13,由多個(gè)精密光學(xué)透鏡組成，用于會(huì)聚光束，所述入射脈沖光由光學(xué)準(zhǔn)直裝置13會(huì)聚為基本平行的光束后進(jìn)入到加工腔室14內(nèi)，光學(xué)準(zhǔn)直裝置13進(jìn)一步也將反射光會(huì)聚后送入多通道CCD光譜儀16;所述多通道CCD光譜儀16收集加工腔室14發(fā)出的光語信號(hào)，所述光譜信號(hào)包括加工腔室中等離子體發(fā)射光if^言號(hào)和含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，分別由多通道CCD光譜儀16的不同通道采集；所述光路控制器15控制光電碼盤12和多通道CCD光語^義16的動(dòng)作同步，即當(dāng)光電碼盤12打開入射光路時(shí)，多通道CCD光語儀16采集干涉光譜信號(hào)，當(dāng)光電碼盤12關(guān)閉入射光路時(shí)，多通道CCD光語儀16釆集等離子發(fā)射'光鐠信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元17用于處理所述光譜信號(hào)，算法單元18才艮據(jù)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算工藝終點(diǎn)。
圖2是本實(shí)施例所述半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖。參照?qǐng)D2闡述本實(shí)施例的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)方法。
首先按照步驟101,根據(jù)加工工藝的要求預(yù)設(shè)終點(diǎn)目標(biāo)值，如加工深度預(yù)
設(shè)為ioo亂
打開氘卣燈提供連續(xù)光源，發(fā)出光譜范圍為180-2000nm寬頻連續(xù)入射光，如步驟103所示。
驟105,所述光游、控制器15控制所述光電碼盤12以5Hz的頻率打開或關(guān)閉入射光路，從而將連續(xù)光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光，經(jīng)由光學(xué)準(zhǔn)直裝置13會(huì)聚后進(jìn)入加工腔室14;
接著采集加工腔室中的等離子發(fā)射光譜信號(hào)和脈沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光鐠信號(hào)。此過程中，如果光電碼盤12在光路控制器15的控制下使入射光路打開，入射光照射到加工腔室14的基底上，由于在等離子的刻蝕作用下膜層厚度發(fā)生變化，使入射光在晶片表面上的反射光產(chǎn)生干涉光譜，則多通道CCD光譜儀16采集所述干涉光譜信號(hào)，如步驟107 ~步驟111所示，應(yīng)當(dāng)注意的是由于在加工過程中原位監(jiān)測(cè)，所采集的干涉光譜信號(hào)不可避免的會(huì)含有等離子發(fā)射光譜的背底；如果光電碼盤12在光路控制器15的控制下使入射光路關(guān)閉，入射的連續(xù)光被阻隔不能進(jìn)入到加工腔室14內(nèi)，加工腔室14內(nèi)僅有等離子體發(fā)射光譜不產(chǎn)生干涉光譜信號(hào)，則多通道CCD光譜儀16采集所述的等離子體發(fā)射光譜信號(hào)，如步驟107 ~步驟109所示。
而后按照步驟113對(duì)所述等離子發(fā)射光譜信號(hào)和干涉光譜信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理在數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元17,將所采集的加工腔室14中的等離子發(fā)射光i普信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為發(fā)射光語強(qiáng)度數(shù)據(jù)；將所采集的含有等離子發(fā)射光i普背底的干涉光譜信號(hào)，減去所述發(fā)射光譜信號(hào)后得到無背底的干涉光譜信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為干涉光譜強(qiáng)度&據(jù)。
將處理后的數(shù)據(jù)送入算法單元18進(jìn)行工藝終點(diǎn)計(jì)算。按照步驟107計(jì)算出的加工深度達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值100nm,則確定工藝終點(diǎn)，結(jié)束半導(dǎo)體加工；計(jì)算出的加工深度不到預(yù)設(shè)目標(biāo)值100nm,則系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送脈沖入射光進(jìn)入加工腔室14,多通道CCD光譜儀16收集光譜信號(hào)，重復(fù)步驟105 ~步驟117監(jiān)測(cè)加工過程，直至達(dá)到預(yù)設(shè)加工深度目標(biāo)值。
實(shí)施例二
在半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)過程中，光源的強(qiáng)度的漂移和擾動(dòng)會(huì)降低干涉光語
信號(hào)的分辨率，直接影響工藝監(jiān)測(cè)的精確度和可靠性，因此本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法還提供了光源評(píng)價(jià)單元，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)連續(xù)光源的穩(wěn)定性和壽命。以下結(jié)合附圖3和圖4闡述本實(shí)施例。
如圖3所示本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括高功率的氘卣燈ll、光電碼盤12、光學(xué)準(zhǔn)直裝置13、光^各控制器15、多通道CCD光譜儀16、數(shù)據(jù)處理單元17、算法單元18和光源評(píng)價(jià)單元19。
氘卣燈ll提供寬頻連續(xù)光源，其光譜范圍為180-2000nm,用于發(fā)出連續(xù)穩(wěn)定的入射光，，所述光路控制器15始終控制多通道CCD光譜儀16實(shí)時(shí)采集光源強(qiáng)度信號(hào)并送入數(shù)據(jù)處理單元；光電碼盤12即為間歇機(jī)構(gòu)，其位于所述氘卣燈11的發(fā)射端，光電碼盤12在光路控制器15的控制下以一定頻率打開或關(guān)閉入射光路，從而將氘卣燈11發(fā)出的連續(xù)入射光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光；光學(xué)準(zhǔn)直裝置13,由多個(gè)精密光學(xué)透鏡組成，用于會(huì)聚光束，所述入射脈沖光由光學(xué)準(zhǔn)直裝置13會(huì)聚為基本平行的光束后進(jìn)入到加工腔室14內(nèi)，光學(xué)準(zhǔn)直裝置13進(jìn)一步也將反射光會(huì)聚后送入多通道CCD光譜儀16，所述多通道CCD光語儀16收集加工腔室14發(fā)出的光譜信號(hào)和光源氖卣燈11的信號(hào)，所述的光譜信號(hào)包括加工腔室中等離子體發(fā)射光譜信號(hào)和含有發(fā)射光鐠背底的干涉光謙信號(hào)；所述光鴻一空制器15控制光電碼盤12和多通道CCD光譜—義16的動(dòng)作同步，即當(dāng)光電碼盤12打開入射光路時(shí)，多通道CCD光鐠儀16采集干涉光譜信號(hào)，當(dāng) 光電碼盤12關(guān)閉入射光路時(shí)，多通道CCD光語儀16釆集等離子發(fā)射光譜信號(hào)； 算法單元18根據(jù)處理后的光鐠信號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算工藝終點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理單元17用于 處理所述光語信號(hào)和光源信號(hào)；光源評(píng)價(jià)單元19根據(jù)處理后的光源強(qiáng)度數(shù)據(jù)， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光源的穩(wěn)定性和壽命。
圖4是本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法中光源監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的流 程示意圖。
如圖4所示，按照步驟101預(yù)設(shè)工藝終點(diǎn)目標(biāo)值、步驟103氘卣燈11發(fā) 出連續(xù)入射光；所述連續(xù)入射光信號(hào)由多通道CCD光譜^義16實(shí)時(shí)采集，如步 驟102所示；隨后所述采集的入射光信號(hào)被送入數(shù)據(jù)處理單元17,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 后獲得光源強(qiáng)度數(shù)據(jù)，如步驟104所示；按照步驟106、步驟108，經(jīng)處理的 數(shù)據(jù)進(jìn)入光源評(píng)價(jià)單元19,檢驗(yàn)光源強(qiáng)度是否波動(dòng)，如果是，則自動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)度 校正，使強(qiáng)度保持穩(wěn)定，如果否，則按照步驟105入射光進(jìn)入間歇機(jī)構(gòu)光電碼 盤12，經(jīng)由間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成脈沖光后再進(jìn)入加工腔室；所述強(qiáng)度校正后，驗(yàn)證 校正是否成功，即光源強(qiáng)度波動(dòng)是否消除，如步驟110所示；如果否，則按照 步驟112,停止刻蝕，此時(shí)光源達(dá)到使用壽命應(yīng)更換光源，如果是，則按照步 驟105入射光進(jìn)入間歇機(jī)構(gòu)光電碼盤12，經(jīng)由間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成脈沖光后再進(jìn)入 加工腔室。在此以后的步驟，采用與實(shí)施例一相同的監(jiān)測(cè)方法，直至達(dá)到預(yù)設(shè) 目標(biāo)值，本實(shí)施例不再重復(fù)。需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)連續(xù)光源的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)是實(shí)時(shí) 進(jìn)行的，以保證進(jìn)入加工腔室14的入射光強(qiáng)度穩(wěn)定，對(duì)采集信號(hào)無干擾。
實(shí)施例三
OES和正P終點(diǎn)算法前，需要對(duì)多通道CCD光譜儀16所采集的信號(hào)進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理。發(fā)射光譜數(shù)據(jù)記錄了加工工藝過程中參與刻蝕的反應(yīng)氣體和生成氣 體所處的等離子體狀態(tài)，以及同一光譜在刻蝕過程中的強(qiáng)弱隨反應(yīng)物或生成物 的量發(fā)生變化的信息；干涉光譜數(shù)據(jù)則記錄了工藝過程中由于加工腔室中的晶 片膜層變化而產(chǎn)生的周期變化的反射光強(qiáng)度信息；而光源強(qiáng)度數(shù)據(jù)記錄了工藝 過程中光源強(qiáng)度的變化信息。本實(shí)施例結(jié)合附圖闡述所述的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的OES、正P和光 源強(qiáng)度數(shù)據(jù)的處理方法。
如圖5所示，多通道CCD光譜^義16分別采集連續(xù)光源強(qiáng)度信號(hào)、等離子 發(fā)射光i普信號(hào)和含有發(fā)射光譜背底的干涉光語信號(hào)，然后將所述的信號(hào)都送入 數(shù)據(jù)處理單元17,把所述的連續(xù)光源信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得光源強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所 述等離子發(fā)射光譜信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)，而對(duì)于所述含有 發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)則減去發(fā)射光譜的背底，將干涉光譜中的等離子 的發(fā)射光譜噪聲去除，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得干涉光語強(qiáng)度數(shù)據(jù)，最后將光源 強(qiáng)度數(shù)據(jù)送入光源評(píng)價(jià)單元19進(jìn)行光源強(qiáng)度與壽命的評(píng)價(jià)，發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù) 據(jù)和干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)送入算法單元用來計(jì)算實(shí)時(shí)的加工深度。
以上只是優(yōu)選的情況，對(duì)于本發(fā)明所述的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，處理 數(shù)據(jù)還可以按照?qǐng)D6所示的方法，即不需減去發(fā)射光譜背底，而是將采集到的 含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)直接經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
如圖6所示，多通道CCD光語儀16分別采集連續(xù)光源強(qiáng)度信號(hào)、等離子 發(fā)射光譜信號(hào)和含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，然后將所述的信號(hào)都送入 數(shù)據(jù)處理單元17,把所述的連續(xù)光源強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得光源強(qiáng)度數(shù) 據(jù)，所述等離子發(fā)射光譜信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)，而對(duì)于所 述含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，雖然背底對(duì)干涉光譜有一定的影響，但 是本實(shí)施例所述的氘囟燈11提供了高功率且強(qiáng)度穩(wěn)定的入射光，使背底強(qiáng)度 對(duì)干涉光的影響可以忽略不計(jì)，能夠得到較高的干涉信號(hào)信噪比，因此無需減 去發(fā)射光譜的背底，而是將采集到的含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)經(jīng)模數(shù) 轉(zhuǎn)換后獲得干涉光語強(qiáng)度數(shù)據(jù)，最后將處理后的光源強(qiáng)度數(shù)據(jù)送入光源評(píng)價(jià)單 元19進(jìn)行光源強(qiáng)度與壽命的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，處理后的發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)和干涉 光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)送入算法單元用來計(jì)算實(shí)時(shí)的加工深度。
實(shí)施例四
本實(shí)施例揭示了所述的連續(xù)光源采用寬頻高功率的鴒卣燈、所述間歇^L構(gòu) 為TTL電子快門的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
12圖7是本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體加工工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。參照?qǐng)D7所示， 所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括高功率的鴒卣燈ir、 TTL電子快門 12，、光學(xué)準(zhǔn)直裝置13、光路控制器15、多通道CCD光譜儀16、數(shù)據(jù)^b理單 元17和算法單元18。
鴒囟燈ll'提供寬頻連續(xù)光源，其光譜范圍為330-850nm，用于發(fā)出連續(xù) 穩(wěn)定的入射光；TTL電子快門12，即為間歇機(jī)構(gòu)，其位于所述鴒卣燈11，的 發(fā)射端，TTL電子快門12，在光路控制器15的控制下以一定頻率打開或關(guān)閉 入射光路，從而將鴒囟燈ll，發(fā)出的連續(xù)入射光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光；所述光路控制 器15控制TTL電子快門12，和多通道CCD光譜儀16的動(dòng)作同步，即當(dāng)TTL 電子快門12，打開入射光路時(shí)，多通道CCD光譜儀16采集干涉光譜信號(hào)，當(dāng) TTL電子快門12'關(guān)閉入射光路時(shí)，多通道CCD光譜儀16采集等離子發(fā)射光 譜信號(hào)。光學(xué)準(zhǔn)直裝置13、光路控制器15、多通道CCD光譜儀16、數(shù)據(jù)處 理單元17和算法單元18都與實(shí)施例一相同，在此不再重復(fù)。
與實(shí)施例一不同，本實(shí)施例中采用TTL電子快門12，作為間歇機(jī)構(gòu)，同 樣也能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的連續(xù)入射光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光，其它能夠以一定頻率打開或 閉合光路的裝置也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，相對(duì)于單純采用脈沖光源發(fā)出脈沖光 的系統(tǒng)，雖然入射至加工腔室的都是脈沖光束，但是由于本發(fā)明將強(qiáng)度穩(wěn)定的 連續(xù)光通過間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成脈沖光，所獲得的脈沖入射光較之由脈沖光源發(fā)出 脈沖入射光強(qiáng)度更穩(wěn)定，更有利于提高信號(hào)的信噪比和分辨率。
需要說明的是，實(shí)施例中所述間歇機(jī)構(gòu)為光電碼盤或TTL電子快門，但 并不僅限于此，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該容易的推知，能夠?qū)⑦B續(xù)的入射光 轉(zhuǎn)換為脈沖光的其他裝置均可作為本發(fā)明所述的間歇機(jī)構(gòu)，也在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
功率的鵠卣燈，其它同樣能夠提供強(qiáng)度穩(wěn)定、連續(xù)的入射光的寬頻高功率光源 也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述 揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)'方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改 為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬 于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括連續(xù)光源、間歇機(jī)構(gòu)、光路控制器、光學(xué)準(zhǔn)直裝置、光譜儀、數(shù)據(jù)處理單元和算法單元；所述連續(xù)光源發(fā)出的光經(jīng)由所述間歇機(jī)構(gòu)及光學(xué)準(zhǔn)直裝置進(jìn)入半導(dǎo)體加工腔室，所述光路控制器控制間歇機(jī)構(gòu)將連續(xù)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成脈沖光，并控制所述光譜儀采集半導(dǎo)體加工腔室中發(fā)出的光譜信號(hào)，并將所述光譜信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理，再由算法單元計(jì)算出工藝終點(diǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述間歇機(jī)構(gòu)為光電碼盤或TTL電子快門。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)還包括與采集光源信號(hào)的光語儀相連接的光源強(qiáng)度和壽命評(píng)價(jià)單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述連續(xù)光源為寬頻高功率的氘卣燈，或?qū)掝l高功率的鎢卣燈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述連續(xù)光源為寬頻高功率的氖面燈的光鐠范圍為180-2000nm,所述連續(xù)光源 為寬頻高功率的鎢卣燈的光譜范圍為330nm-850nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述連續(xù)光源為寬頻高功率的氘卣燈的光譜范圍為180-1 OOOnm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述光譜信號(hào)包括光譜儀采集的半導(dǎo)體加工腔室中等離子體發(fā)射光語信號(hào)和脈 沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光i普信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述光譜信號(hào)還包括光譜^f義采集的連續(xù)光源的信號(hào)。
9、 一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，預(yù)設(shè)目標(biāo)加工深度作為工藝終點(diǎn)， 所述方法包括將連續(xù)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換為脈沖光入射至半導(dǎo)體加工腔室； 采集半導(dǎo)體加工腔室中的光譜信號(hào)；對(duì)所述光語信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；根據(jù)處理結(jié)果計(jì)算出加工深度并與預(yù)設(shè)的加工深度比較，如果一致則結(jié)束 工藝，否則繼續(xù)采集加工腔室中的光語信號(hào)直至計(jì)算出的加工深度達(dá)到預(yù)設(shè) 值。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所 述光譜信號(hào)包括等離子發(fā)射光語信號(hào)和脈沖入射光在基底反射產(chǎn)生的干涉光 譜信號(hào)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于還 包括采集所述連續(xù)光源信號(hào)以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)連續(xù)光源的強(qiáng)度和壽命的步驟。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于以特定頻率打開或關(guān)閉連續(xù)光的入射光路，^v而使連續(xù)光轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖光后入射至半導(dǎo)體加工腔室。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于驟包括判斷入射光路是否打開，如果是，則采集入射脈沖光在基底反射產(chǎn)生 的含有發(fā)射光譜背底的干涉光譜信號(hào)，否則采集半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā) 射光i普信號(hào)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在 于所述數(shù)據(jù)處理的步驟包括將采集的半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā)射光鐠 信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；將采集的含有發(fā)射光譜背底的干 涉光語信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；然后分別由發(fā)射光語強(qiáng)度 數(shù)據(jù)和干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)時(shí)的加工深度。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法，其特征在 于所述數(shù)據(jù)處理的步驟具體包括將采集的半導(dǎo)體加工腔室中的等離子發(fā)射 光譜信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后記為發(fā)射光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；將采集的含有發(fā)射光譜背底 的干涉光譜信號(hào)，減去所述發(fā)射光譜背底獲得無背底的干涉光譜信號(hào)，經(jīng)模數(shù) 轉(zhuǎn)換后記為干涉光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)；然后分別由發(fā)射光i普強(qiáng)度數(shù)據(jù)和干涉光譜強(qiáng)度 數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)時(shí)的加工深度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括連續(xù)光源、間歇機(jī)構(gòu)、光路控制器、光學(xué)準(zhǔn)直裝置、光譜儀、數(shù)據(jù)處理單元和算法單元；所述連續(xù)光源發(fā)出的光經(jīng)由間歇機(jī)構(gòu)進(jìn)入半導(dǎo)體加工腔室，所述光路控制器控制間歇機(jī)構(gòu)將連續(xù)入射光轉(zhuǎn)換成脈沖光，并控制光譜儀采集半導(dǎo)體加工室中發(fā)出的光譜信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元和算法單元用于處理數(shù)據(jù)并確定工藝終點(diǎn)；同時(shí)提供了一種半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明公開的半導(dǎo)體加工工藝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法中，干涉光譜信號(hào)不易受到等離子發(fā)射光譜及其波動(dòng)的干擾，顯著提高信噪比和分辨率，此外，通過對(duì)光源強(qiáng)度和壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光源穩(wěn)定性和使用壽命的精確控制，有利于改善工藝監(jiān)測(cè)的精確度和可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101494159SQ20081005659
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者峰 楊 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司