等離子體處理裝置及等離子體處理工藝的監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，特別涉及一種等離子體處理裝置以及應(yīng)用于該裝置的等離子體處理工藝的監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用等離子體對作為被處理體的基片(如半導(dǎo)體晶片)實施規(guī)定的處理已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工序中。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸縮小，以及半導(dǎo)體制造過程中所用的等離子體處理工藝步驟的數(shù)量和復(fù)雜性的迅速增加，對等離子體處理工藝控制的要求變得更加嚴格，這就需要采用實時監(jiān)控的手段來控制工藝過程的關(guān)鍵階段。
[0003]以等離子體刻蝕工藝為例，在刻蝕過程中，一個關(guān)鍵的問題是當(dāng)被刻蝕的介質(zhì)層被刻蝕掉之后應(yīng)當(dāng)及時停止等離子體刻蝕，以避免下層介質(zhì)層受到等離子體的刻蝕而損傷造成器件的失效。因此，精確判定等離子體刻蝕工藝終點(endpoint)以避免因刻蝕不足或刻蝕過度就變得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用光學(xué)發(fā)射光譜法(optical emiss1nspectroscopy, 0ES)進行等離子體刻蝕終點監(jiān)測。0ES技術(shù)主要是基于在線光譜檢測設(shè)備對等離子體發(fā)射出的光譜進行檢測，由于刻蝕到不同物質(zhì)層光譜會出現(xiàn)明顯的變化，特別當(dāng)?shù)竭_是刻蝕終點時，這種變化通過0ES光譜信號的強度變化表現(xiàn)出來。因此，通過檢測刻蝕過程中刻蝕到不同層的物質(zhì)時反應(yīng)物或生成物的發(fā)射譜線強度值，以此就能夠判斷刻蝕終點。
[0004]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的一種等離子體刻蝕裝置，其包括一處理腔室11，在處理腔室內(nèi)，將上電極設(shè)置在腔室頂部從反應(yīng)氣體源12引入反應(yīng)氣體的氣體噴淋頭113中，將下電極設(shè)置夾持基片W的靜電吸盤112中。通過將射頻源13施加在下電極上，以形成射頻電場對反應(yīng)氣體電離生成等離子體。處理腔室的側(cè)壁上設(shè)置了透光窗口 114，用于使腔室內(nèi)所產(chǎn)生的等離子體的光輻射透過。如圖2所示，終點監(jiān)測單元14根據(jù)透光窗口 114傳輸?shù)牡入x子體光輻射得到與刻蝕反應(yīng)物或刻蝕副產(chǎn)物對應(yīng)的特定波長光線的光強信號，并且以t。時刻得到的該光強信號I = F(t0)為基準強度，當(dāng)某一時刻的該光強信號F(t)與該基準強度的差值F(t)-F(t。)超過設(shè)定閾值時，終點監(jiān)測單元14判斷刻蝕工藝到達終點，并發(fā)出相應(yīng)的檢測信號。然而，由于終點監(jiān)測單元的計算和比較等動作均是基于透光窗口在不同時間(t。時刻和t時刻)所透過的光波強度，這就會產(chǎn)生以下問題:工藝過程中任何外部的干擾，如氣體流量，射頻輸入功率，氣體壓力等的變化都會導(dǎo)致等離子體的發(fā)光強度的抖動，如圖2中的A處，而這種等離子體發(fā)光強度的抖動一方面容易發(fā)生刻蝕終點的誤觸發(fā)導(dǎo)致刻蝕不足，另一方面如果外部干擾和刻蝕終點同時發(fā)生，原本等離子體光強度的變化容易被干擾信號所覆蓋或者抵消而無法抓取到刻蝕終點導(dǎo)致刻蝕損傷。
[0005]因此，需要提供一種等離子體處理裝置以及等離子體處理工藝的監(jiān)測方法以改善上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠準確抓取到等離子體處理工藝終點的裝置及工藝監(jiān)測方法。
[0007]為達成上述目的，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，包括處理腔室和射頻源。處理腔室的底部設(shè)有用于承載待處理基片的基座、頂部設(shè)有用于向所述處理腔室內(nèi)輸入反應(yīng)氣體的氣體噴淋頭；射頻源用于將所述處理腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體電離以生成等離子體。等離子體處理裝置還包括多個可透過等離子體光輻射的窗口和終點監(jiān)測單元。多個窗口形成于所述處理腔室側(cè)壁的不同高度處且至少包括第一窗口和第二窗口，所述第一窗口具有與所述基片的位置相對應(yīng)的第一高度，所述第二窗口具有大于所述第一高度的第二高度。終點監(jiān)測單元從由所述第二窗口透過的等離子體光輻射中獲得第二光強信號以及從由所述第一窗口所透過的等離子體光輻射中獲得第一光強信號，將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與等離子體處理工藝的反應(yīng)變化無關(guān)的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，并根據(jù)運算結(jié)果檢測所述等離子體處理工藝的終點，其中所述第一光強信號與所述等離子體處理工藝的反應(yīng)物濃度或副產(chǎn)物濃度對應(yīng)。
[0008]優(yōu)選地，所述終點監(jiān)測單元包括過濾單元、光信號轉(zhuǎn)換單元和分析單元。所述過濾單元用于從由所述第一窗口透過的等離子體光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二窗口透過的等離子體光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與所述等離子體處理工藝的反應(yīng)物或副產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)；所述光信號轉(zhuǎn)換單元用于實時將所述第一光線和第二光線轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號；所述分析單元用于根據(jù)所述第一光線的電信號和第二光線的電信號得到所述第一光強信號和所述第二光強信號并建立目標(biāo)函數(shù)Y = F (f (t)，g (t))，根據(jù)該目標(biāo)函數(shù)檢測所述等離子體處理工藝的終點并輸出檢測信號，其中f (t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標(biāo)函數(shù)是與所述外部干擾信號不相關(guān)的函數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述分析單元包括加工模塊、設(shè)定模塊和判斷模塊，所述加工模塊用于對所述第一光線和第二光線的電信號加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大該第一光線和第二光線的電信號的差值；設(shè)定模塊，根據(jù)所述第一光強信號和第二光強信號建立所述目標(biāo)函數(shù)；所述判斷模塊根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)確定所述等離子體處理工藝到達終點并輸出所述檢測信號。
[0010]優(yōu)選地，所述終點監(jiān)測單元還包括控制單元，其根據(jù)所述檢測信號控制所述處理腔室內(nèi)的工藝條件。
[0011]優(yōu)選地，所述第二光線與所述等離子體處理工藝的反應(yīng)物或副產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)或不相關(guān)聯(lián)。
[0012]優(yōu)選地，所述等離子體處理裝置還包括水平配置于所述氣體噴淋頭和所述基片之間的、用于從所述等離子體中選擇性地使自由基通過的阻擋組件；所述第二窗口位于所述阻擋組件上方，所述第一窗口位于所述阻擋組件下方。
[0013]優(yōu)選地，所述第一窗口位于所述基片上方O-lOOmm;所述第二窗口位于所述基片上方 10mm-500mmo
[0014]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處理工藝的監(jiān)測方法，該等離子體處理裝置包括處理腔室和射頻源，該處理腔室底部設(shè)有用于承載待處理基片的基座、頂部設(shè)有用于向所述處理腔室內(nèi)輸入反應(yīng)氣體的氣體噴淋頭，該射頻源用于將所述處理腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體電離以生成等離子體；其中，所述處理腔室側(cè)壁的不同高度處形成至少包括第一窗口和第二窗口的多個可透過等離子體光輻射的窗口，所述第一窗口具有與所述基片的位置對應(yīng)的第一高度，所述第二窗口具有大于所述第一高度的第二高度；所述等離子體處理裝置可選擇地水平配置一位于所述第一窗口和第二窗口之間、用于從所述等離子體中選擇性地使自由基通過的阻擋組件。所述監(jiān)測方法包括以下步驟:
[0015]S1:從所述第一窗口透過的等離子體光輻射中獲得第一光強信號以及從所述第二窗口透過的等離子體光輻射中獲得第二光強信號，所述第一光強信號與所述等離子體處理工藝的反應(yīng)物濃度或副產(chǎn)物濃度對應(yīng)；
[0016]S2:將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與所述等離子體處理工藝的反應(yīng)變化無關(guān)的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，并根據(jù)運算結(jié)果檢測所述等離子體處理工藝的終點。
[0017]優(yōu)選地，步驟S1包括:
[0018]S11:從由所述第一窗口透過的等離子體的光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二窗口透過的等離子體的光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與等離子體處理工藝的反應(yīng)物或副產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)；
[0019]S12:實時將所述第一光線和第二光線轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號；以及
[0020]S13:對所述第一光線和第二光線的電信號分別加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大所述第一光線和第二光線的電信號的差值。
[0021 ] 優(yōu)選地，步驟S2包括:
[0022]S21:根據(jù)所述第一光強信號和第二光強信號建立目標(biāo)函數(shù)Y = F (f (t)，g (t))，其中f(t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標(biāo)函數(shù)是與所述外部干擾信號不相關(guān)的函數(shù)；以及
[0023]S22:根據(jù)該目標(biāo)函數(shù)檢測所述等離子體處理工藝的終點并輸出檢