多處理區(qū)域等離子體處理裝置及等離子體工藝監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可同時(shí)對(duì)多片半導(dǎo)體基片進(jìn)行處理的多處理區(qū)域等離子體處理裝置及應(yīng)用于該等離子體處理裝置的工藝監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體基片的處理過(guò)程中，為增加系統(tǒng)的生產(chǎn)量，通常會(huì)采用批處理系統(tǒng)以在同一時(shí)間下能夠處理超過(guò)一片半導(dǎo)體基片。圖1所示是一種典型的同時(shí)處理兩個(gè)晶圓的雙處理區(qū)域等離子體處理裝置。如圖1所示，等離子體處理裝置包括一個(gè)或多個(gè)處理室，每個(gè)處理室1皆具有彼此可隔離且較佳地共享一進(jìn)排氣系統(tǒng)3 ( —個(gè)共同氣體供應(yīng)器和一共同排放泵)的兩或多個(gè)處理區(qū)2。這些處理區(qū)較佳也包括分離的氣體分配組成和RF電力源以提供越過(guò)在每一處理區(qū)中的晶圓表面的一均勻等離子體密度。處理室被配置為允許多重的、隔離的處理在至少兩個(gè)處理區(qū)中同時(shí)實(shí)施以致于至少兩片晶圓可在一室中以被共享的進(jìn)排氣系統(tǒng)、分離的氣體分配組成、分離的RF射頻源、及分離的工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)所提供的一高度處理控制而同時(shí)處理。
[0003]對(duì)于該真空處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于共用了一些設(shè)備和資源，如氣體源、進(jìn)排氣設(shè)備等，并且能夠同時(shí)一次處理多片半導(dǎo)體晶圓，能夠有效改善低產(chǎn)能及高生產(chǎn)成本的缺陷。
[0004]然而，此類批處理真空處理系統(tǒng)在處理半導(dǎo)體基片時(shí)卻存在以下缺陷。以一個(gè)處理室中具有雙處理區(qū)域?yàn)槔捎诨旧淼牟町惢蛘邇蓚€(gè)處理區(qū)域的匹配差異，兩個(gè)基片的處理工藝可能不同時(shí)結(jié)束，例如刻蝕制程的刻蝕終點(diǎn)可能發(fā)生在不同時(shí)間。若其中一個(gè)處理區(qū)域的基片處理工藝完畢，該處理區(qū)域的RF射頻源將被關(guān)閉，不再進(jìn)行基片加工，而對(duì)于另一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)的基片處理工藝?yán)^續(xù)。然而，由于兩個(gè)處理區(qū)域是處于同一個(gè)處理室內(nèi)，且共用同一氣體源和進(jìn)排氣設(shè)備等，停止一個(gè)處理區(qū)域的動(dòng)作也會(huì)直接對(duì)另一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)工藝參數(shù)造成負(fù)面影響。圖2所示為雙處理區(qū)域的處理室內(nèi)關(guān)閉一個(gè)處理區(qū)域的RF射頻源時(shí)，所監(jiān)測(cè)到的兩個(gè)處理區(qū)域內(nèi)0ES強(qiáng)度信號(hào)的變化曲線。通過(guò)0ES強(qiáng)度信號(hào)能夠準(zhǔn)確判斷刻蝕終點(diǎn)，因此其被廣泛應(yīng)用于等離子體工藝中。0ES信號(hào)是以一個(gè)與處理室內(nèi)的工藝參數(shù)(如氣體壓力)相關(guān)的函數(shù)。由于關(guān)閉第一處理區(qū)域的RF射頻源的瞬間，該處理區(qū)域內(nèi)等離子體體積發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致處理室內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生變化。因此，對(duì)第二處理區(qū)域內(nèi)0ES強(qiáng)度信號(hào)也相應(yīng)發(fā)生短暫變化，雖然之后可控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將第二處理區(qū)域內(nèi)氣體壓力等工藝參數(shù)恢復(fù)，而使得0ES信號(hào)重新回到穩(wěn)態(tài)，但該0ES信號(hào)的短時(shí)擾動(dòng)很可能導(dǎo)致刻蝕終點(diǎn)的誤判，從而對(duì)第二處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的工藝造成干擾。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，通常是采用如下技術(shù)手段:當(dāng)其中一個(gè)處理區(qū)域工藝制程結(jié)束后，并不馬上關(guān)閉RF射頻源，而是等到另一個(gè)處理區(qū)域的工藝制程也停止時(shí)才將兩個(gè)RF射頻源一起關(guān)閉。這樣雖然能夠避免射頻源先后關(guān)閉造成的處理室內(nèi)環(huán)境的變化，但若兩個(gè)處理區(qū)域內(nèi)的工藝制程的結(jié)束時(shí)間間隔較長(zhǎng)(尤其可能發(fā)生在制備不同膜厚的工藝中)，持續(xù)打開的RF射頻源會(huì)對(duì)已結(jié)束工藝的基片造成損傷。
[0006]因此，需要提出一種方法以消除多處理區(qū)域的等離子體處理裝置中個(gè)別處理區(qū)域因工藝制程結(jié)束時(shí)間的區(qū)別而發(fā)生的監(jiān)測(cè)信號(hào)的抖動(dòng)，同時(shí)也能夠保障多處理區(qū)域內(nèi)待處理基片的工藝質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多處理區(qū)域的等離子體處理裝置能夠消除因部分處理區(qū)域工藝參數(shù)的變化對(duì)其他處理區(qū)域監(jiān)測(cè)信號(hào)的干擾。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種多處理區(qū)域等離子體處理裝置，其包括處理腔室、進(jìn)排氣系統(tǒng)和觸發(fā)單元。處理腔室包括多個(gè)處理區(qū)域，每一所述處理區(qū)域配置有一射頻源并對(duì)一個(gè)半導(dǎo)體基片進(jìn)行等離子體處理。進(jìn)排氣系統(tǒng)包括與所述多個(gè)處理區(qū)域連通的共享進(jìn)氣單元和共享排氣單元。其中，每一所述處理區(qū)域包括一監(jiān)測(cè)單元與一數(shù)據(jù)處理單元，所述監(jiān)測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)該處理區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)；所述觸發(fā)單元與各所述數(shù)據(jù)處理單元相連，用于在判斷至少一個(gè)所述處理區(qū)域內(nèi)的工藝狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)至工藝狀態(tài)未發(fā)生變化的所述處理區(qū)域的數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元?jiǎng)t用于在接收所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)發(fā)送修正數(shù)據(jù)至所述監(jiān)測(cè)單元以對(duì)應(yīng)替換將由該監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的所述工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)，以消除其他所述處理區(qū)域內(nèi)的工藝狀態(tài)的變化對(duì)該處理區(qū)域的所述監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)的干擾。
[0009]優(yōu)選的，每一所述處理區(qū)域的數(shù)據(jù)處理單元包括存儲(chǔ)模塊、修正模塊和輸出模塊，所述存儲(chǔ)模塊用于預(yù)先儲(chǔ)存每一其他所述處理區(qū)域的工藝狀態(tài)發(fā)生變化的前后一定時(shí)間段內(nèi)該處理區(qū)域的監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)；所述修正模塊根據(jù)該些監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線，并將所述數(shù)據(jù)曲線中的突變數(shù)據(jù)修正為符合該數(shù)據(jù)曲線形狀的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，其中所述突變數(shù)據(jù)為所述數(shù)據(jù)曲線中對(duì)應(yīng)于所述工藝狀態(tài)發(fā)生變化的期間內(nèi)的數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)于所述工藝狀態(tài)發(fā)生變化的期間及其后特定時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)；所述輸出模塊根據(jù)工藝狀態(tài)發(fā)生變化的所述處理區(qū)域?qū)⑾鄳?yīng)的所述穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)作為所述修正數(shù)據(jù)并依據(jù)所述觸發(fā)信號(hào)將其發(fā)送至所述監(jiān)測(cè)單元。
[0010]優(yōu)選的，所述穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)為該數(shù)據(jù)曲線中與該突變數(shù)據(jù)相鄰且對(duì)應(yīng)于所述工藝狀態(tài)發(fā)生變化的期間之外或?qū)?yīng)于所述工藝狀態(tài)發(fā)生變化的期間及其后特定時(shí)間之外的與所述突變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度相同的數(shù)據(jù)。
[0011]優(yōu)選的，所述修正模塊根據(jù)該數(shù)據(jù)曲線的形狀通過(guò)插值法或擬合法將所述突變數(shù)據(jù)修正為所述穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，所述觸發(fā)單元與各所述監(jiān)測(cè)單元相連，其通過(guò)各所述監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其信號(hào)是否急劇變化來(lái)判斷各所述處理區(qū)域內(nèi)是否發(fā)生工藝狀態(tài)的變化。
[0013]優(yōu)選的，所述觸發(fā)單元將所述監(jiān)測(cè)單元當(dāng)前監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)與其前一次監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)比較，若兩者差值超過(guò)預(yù)定值則判斷該監(jiān)測(cè)單元所處的處理區(qū)域的工藝狀態(tài)發(fā)生變化。
[0014]優(yōu)選的，當(dāng)所述射頻源關(guān)閉時(shí)，所述觸發(fā)單元判斷該射頻源所處的處理區(qū)域的工藝狀態(tài)發(fā)生變化。
[0015]優(yōu)選的，所述工藝參數(shù)及其相關(guān)信號(hào)包括工藝氣體壓力、工藝氣體流量、腔室溫度、射頻源功率和特定波長(zhǎng)的光強(qiáng)信號(hào)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于上述等離子體處理裝置的等離子體工藝監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟:
[0017]S1:監(jiān)測(cè)每一所述處理區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)所述工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)；
[0018]S2:在至少一個(gè)所述處理區(qū)域的工藝狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，以所述修正數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)替換工藝狀態(tài)未發(fā)生變化的所述處理區(qū)域內(nèi)后續(xù)將監(jiān)測(cè)的相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的所述工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)，以消除所述工藝狀態(tài)的變化對(duì)該工藝狀態(tài)未發(fā)生變化的處理區(qū)域內(nèi)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)的干擾。
[0019]優(yōu)選的，對(duì)于每一所述處理區(qū)域，當(dāng)其工藝狀態(tài)未發(fā)生變化但至少一個(gè)其他所述處理區(qū)域的工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，用于對(duì)應(yīng)替換該處理區(qū)域內(nèi)后續(xù)將監(jiān)測(cè)的工藝參數(shù)或其相關(guān)信號(hào)的所述修正數(shù)據(jù)通過(guò)以下方法獲得:
[0020]預(yù)先儲(chǔ)存除該處理區(qū)域外的每一其他所述處理區(qū)域的工藝狀態(tài)發(fā)生變化的前后一定時(shí)間段內(nèi)該處理區(qū)域所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)；根據(jù)該些監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線，并將所述數(shù)據(jù)曲線中的突變數(shù)據(jù)修正為符合該數(shù)據(jù)曲線