CN101441984B - 监测干法刻蚀过程的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测干法刻蚀过程的方法及系统，通过采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数，并根据光谱参数生成工作变化曲线；通过工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行对比，根据得到的对比偏差是否超过设定阈值范围来判断刻蚀过程是否异常。本发明监测及时有效，自动化程度较高，准确性高，易于实现，有效避免了不良产品的出现。

Description

监测干法刻蚀过程的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种监测方法及系统，尤其是一种监测干法刻蚀过程的方法及系统。

背景技术

在薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)的制造过程中，有些流程需要进行干法刻蚀，在玻璃基板上形成所需的膜层图案。刻蚀工艺通常在等离子体腔室内进行，将适当量的刻蚀气体通入到等离子体腔室中，在高频波的激发下形成等离子体，对玻璃基板上没有被光刻胶保护的部分进行刻蚀。

刻蚀过程一般会伴随有200nm-800nm波段的发射光谱，该发射光谱从气相反应物及被刻蚀膜层表面与等离子反应形成的产物基团中释放出来，随着刻蚀反应的进行，玻璃基板上表面膜层会逐渐耗尽，上层膜参与等离子体激发的化学反应会逐渐减弱，反应产物减少。

刻蚀进行到膜层界面时，下层的薄膜将暴露于等离子体的轰击之下，下层薄膜表面与等离子体发生反应形成产物基团，随着反应的进行，这种产物基团逐渐增加。这种等离子体内的化学变化可以通过光传感器检测发射光谱信号的强度表现出来。通过对反应腔室中发射光谱的波长及强度进行监测能达到监测刻蚀过程的目的。IC半导体刻蚀中常用到的刻蚀终点检测设备(End Point Detect，简称EPD)就是依靠特定发射光谱的变化来判断是否达到刻蚀终点。

TFT产品制造是连续的批量化生产，对精度要求很高。干刻设备使用一定时期以后，工艺室内的设备会发生一系列的变化，如真空橡胶阀老化，等离子体腔室的内壁板上沉积有金属刻蚀的大量副产物，或副产物堵塞电极气体供应孔道等。虽然这些变化在设备自身设定参数的变化范围内，并不足以引起报警，但有时会影响产品质量。

目前，常用的设备方面监测的方法是记录刻蚀过程每一设定步骤的设备参数(如压力、气体流量等)。这种方法由于要记录的设备参数很多，数据量很大，人工记录数据有限，并且对比的效率低，不能及时反应设备的状态。而影响产品质量的因素很多，设备的原因只是其中之一。

现在常规的产品监测方法大多数是在刻蚀之后或除胶之后对产品进行分批抽测，检查产品的图案或对关键尺寸进行测定。这种方法效率低且有滞后性，当发现不良产品时，往往已造成一定损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测干法刻蚀过程的方法及系统，有效解决现有监测方法程序滞后、效率低等缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种监测干法刻蚀过程的方法，包括：

步骤100、采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数，并根据所述光谱参数生成工作变化曲线；

步骤200、将所述工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较，当比较偏差超出设定阈值时，输出报警信息；

其中，所述步骤200之后还包括：

步骤210、根据接收到的停机信号停止刻蚀过程；

步骤220、将所述对比偏差对应的异常数据与数据库中的历史数据作对比，若有记录，则按照所述数据库中相应的诊断信息给出诊断提示；若无记录，则执行步骤230；

所述数据库中存储有各种异常情况下的异常数据、由所述异常数据生成的异常变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息；

步骤230、对所述工作变化曲线进行分析，并确定诊断信息；

步骤240、将所述异常数据及确定的诊断信息存储到数据库中。

其中，所述步骤100具体为：

步骤110、根据接收到的开始刻蚀的控制信号，开始采集光谱参数；

步骤120、将所述光谱参数转换成电压信号；

步骤130、将所述电压信号转换成数字信号；

步骤140、根据所述数字信号生成工作变化曲线。

其中，所述步骤200具体为：将工作变化曲线与数据库中存储的标准变化曲线进行比较，获得对比偏差，当所述对比偏差超出设定阈值时，输出停机信号和/或报警信息，当所述对比偏差未超出设定阈值时，输出正常信息。

所述步骤100之前还包括：根据刻蚀物质选择需要监测的所述设定光谱物质。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种监测干法刻蚀过程的系统，包括：

采集装置，用于采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数；

监测装置，与所述采集装置相连接，对所述光谱参数进行处理，根据处理结果判断所述刻蚀过程是否正常，并根据判断结果输出控制信号；

控制装置，与所述监测装置相连接，根据所述控制信号控制所述刻蚀过程的进行；

其中，所述监测装置，还用于根据所述光谱参数生成工作变化曲线，并将所述工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较，当比较偏差超出设定阈值时，将所述对比偏差对应的异常数据与数据库中的历史数据作对比，若有记录，则按照所述数据库中相应的诊断信息给出诊断提示；若无记录，则对所述工作变化曲线进行分析，并确定诊断信息；将所述异常数据及诊断信息存储到数据库中；所述数据库中存储有各种异常情况下的异常数据、由所述异常数据生成的异常变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息。

针对现有监测刻蚀工艺的方法仅考虑到硬件的因素、程序滞后、效率低、损失严重等缺陷，本发明提供了一种监测干法刻蚀过程的方法及系统，通过采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数，并根据光谱参数生成工作变化曲线；根据工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较得到的对比偏差是否超过设定阈值来判断监测过程是否异常。本发明监测及时有效，自动化程度较高，准确性高，易于实现，有效避免了不良产品的出现。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明监测干法刻蚀过程的方法流程图；

图2为生成工作变化曲线的流程图；

图3本发明监测干法a-Si刻蚀过程的方法实施例流程图；

图4为本发明监测干法刻蚀过程的系统结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明监测干法刻蚀过程的方法流程图，具体步骤为：

步骤100、采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数，并根据该光谱参数生成工作变化曲线；

步骤200、将工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较，当对比偏差超出设定阈值时，输出报警信息。

本发明通过将实时采集的刻蚀过程中的光谱参数生成工作变化曲线，并将该工作变化曲线与标准变化曲线作对比，根据对比偏差来判断刻蚀过程是否正常，因此本发明能及时监测和处理刻蚀过程中的故障，有效保证产品的质量。

图2为生成工作变化曲线的流程图，如图2所示，在上述技术方案中，步骤100具体为：

步骤110、根据接收到的开始刻蚀的控制信号，开始采集光谱参数；

步骤120、将光谱参数转换成电压信号；

步骤130、将电压信号转换成数字信号；

步骤140、根据数字信号生成工作变化曲线。

进一步地，步骤100之前还包括，根据刻蚀物质选择需要监测的设定光谱物质。

其中，步骤200之后还包括：

步骤210、根据接收到的停机信号停止刻蚀过程；

步骤220、将所述对比偏差对应的异常数据与数据库中的历史数据作对比，若有记录，则按照数据库中的相应的诊断信息给出诊断提示；若无记录，则执行步骤230；

步骤230、对工作变化曲线进行分析，并确定诊断信息；

步骤240、将异常数据及诊断信息存储到数据库中。

实施本发明之前，首先建立数据库。然后根据不同膜层的刻蚀物质选择需要监测的设定光谱物质，确定待测的光谱参数。本实施例优选特定波长的光强度信号作为光谱参数。数据库中存储正常刻蚀过程中光强度信号的正常数据、及其生成的标准变化曲线、以及设定的标准变化曲线容许的偏差范围，即设定阈值。此外，还可根据历史经验，在数据库中存储根据经验已知的各种异常情况下的光强度信号的异常数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息。

在本实施例中，当接收到开始刻蚀的控制信号时，就开始采集等离子体腔室内的光强度信号，并将光强度信号变换成电压信号，再经模拟/数字转换将该电压信号转换成数字信号，之后根据该数字信号与时间的关系实时生成工作变化曲线。当刻蚀过程结束，工作变化曲线完成。然后将该工作变化曲线与数据库中的标准变化曲线进行对比，得到对比偏差。当该比较偏差在设定的阈值范围之内时，表明刻蚀工艺正常，然后输出正常信息，根据正常信息控制刻蚀工艺进行下一个刻蚀步骤。当对比偏差超出了设定的阈值范围时，表明刻蚀工艺出现了异常，发出报警信息，提醒及时进行检查，以避免产生不良产品。同时发送停机信号使刻蚀工艺停止，以便及时检查刻蚀工艺异常的原因。

进一步地，还可以将该异常数据及工作变化曲线与数据库中存储的各种异常情况下的数据、及其生成的异常变化曲线作对比，看是否有对应的历史记录，若有记录，则根据数据库中该异常情况对应的诊断信息对刻蚀过程进行诊断；若无记录，则人工检查并给出诊断信息。设备调整后，将此次异常情况的异常数据，异常工作变化曲线以及诊断信息都存储到数据库中。

本发明通过采集光谱参数，不仅能监测到刻蚀设备的异常(如真空橡胶阀老化，等离子体腔室的内壁板上沉积有金属刻蚀的大量副产物，或副产物堵塞电极气体供应孔道等)，而且能监测到刻蚀薄膜本身出现的异常(如刻蚀膜层厚度异常，物质沉积时受到污染而成份发生变化或物质沉积时受到腐蚀而成份发生变化)，还能进一步监测刻蚀过程中等离子体环境状态变化异常，如与工艺设定不符、刻蚀残留等。

因此，本发明可以对刻蚀过程进行及时有效的监测，自动化程度较高，准确性高，易于实现，有效避免了不良产品的出现。

图3为本发明监测干法a-Si刻蚀过程的方法实施例流程图，如图3所示，具体包括：

步骤310、根据开始a-Si刻蚀的控制信号，采集SiFx的光强度信号；

步骤320、将SiFx的光强度信号转化为电压信号；

步骤330、将电压信号转化为数字信号；

步骤340、根据数字信号生成工作变化曲线；

步骤350、将工作变化曲线与标准变化曲线做对比，得到比较偏差；

步骤360、判断比较偏差是否大于设定阈值；是则执行步骤370，否则执行步骤361；

步骤361、输出正常信息；

步骤362、进行下一刻蚀步骤；

步骤370、输出停机信号和报警信息；

步骤380、根据停机信号控制a-Si刻蚀过程停止；

步骤390、将异常数据与数据库中的历史数据做对比；

步骤400、判断数据库中有无历史记录，若有，则执行步骤401，无则执行步骤410；

步骤401、根据数据库中对应的诊断信息对刻蚀过程进行诊断；

步骤410、对本次刻蚀异常情况进行诊断；

步骤420、将本次异常数据及诊断信息存储到数据库中。

本实施例以六氟化硫SF6气体对TFT有源层a-Si层进行等离子体刻蚀过程为例，首先建立数据库，根据SF6气体刻蚀a-Si层时的主要产物为SiFx，所以本实施例选择氟化硅SiFx作为设定光谱物质。并选择SiFx的特定波长的光强度信号作为光谱参数。数据库中存储正常a-Si刻蚀过程中光强度信号的正常数据、由正常数据生成的标准变化曲线、以及正常数据和标准变化曲线容许的偏差范围，即设定阈值。本实施例还根据历史经验，在数据库中存储根据经验已知的各种异常情况下的光强度信号的异常数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息。

具体地，当a-Si刻蚀工艺开始进行时，开始采集等离子体腔室内SiFx的光强度信号，并将光强度信号转换成电压信号，再经模拟/数字转换将该电压信号转换成数字信号，之后根据该数字信号与时间的关系实时生成工作变化曲线，当a-Si刻蚀过程结束，工作变化曲线完成。然后将该工作变化曲线与数据库中的标准变化曲线进行对比，得到对比偏差。当对比偏差在设定的阈值范围之内时，表明a-Si刻蚀过程正常，然后输出正常信息，a-Si刻蚀工艺进行下一个刻蚀步骤。当比较偏差超出了设定的阈值范围时，表明a-Si刻蚀工艺出现了异常，这时发出报警信息，提醒及时进行检查，以避免产生不良产品。同时发送停机信号使a-Si刻蚀工艺停止，以便及时检查a-Si刻蚀工艺的异常原因。

进一步地，还可以将该异常数据及工作变化曲线与数据库中存储的各种异常情况下的数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线作对比，看是否有对应的历史记录，若有记录，则根据数据库中与该异常情况对应的诊断信息对a-Si刻蚀过程进行诊断；若无记录，则人工检查并给出诊断信息。设备调整后，将此次异常情况的异常数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线以及诊断信息都存储到数据库中，以方便之后的监测。

本发明能对a-Si刻蚀过程进行及时有效的监测，自动化程度较高，准确性高，易于实现，有效避免了不良产品的出现。

图4为本发明监测干法刻蚀过程的系统结构示意图，如图4所示，本发明监测干法刻蚀过程的系统包括采集装置1，监测装置2和控制装置3。其中采集装置1用于采集刻蚀设备4内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数。监测装置2与采集装置1相连接，用于对光谱参数进行处理，根据处理结果判断刻蚀过程是否正常，并根据判断结果输出控制信号。控制装置3与监测装置2相连接，还与刻蚀设备4相连，根据接收到的监测装置2的控制信号控制刻蚀过程的进行。

实施本发明之前，首先建立数据库。然后根据不同膜层的刻蚀物质选择需要监测的设定光谱物质，并确定待测的光谱参数，本实施例优选特定波长的光强度信号作为光谱参数。数据库中存储正常刻蚀过程中光强度信号的正常数据、由正常数据生成的标准变化曲线、以及正常数据和标准变化曲线容许的偏差范围，即设定阈值。本实施例还根据历史经验，在数据库中存储根据经验已知的各种异常情况下的光强度信号的异常数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息。

在本实施例中，当控制装置3控制刻蚀工艺开始进行时，同时发送给监测装置2开始监测的控制信号，监测装置2接收该控制信号，立即控制采集装置1开始采集等离子体腔室内的光强度信号，监测装置2将接收到的该光强度信号变换成电压信号，再经模拟/数字转换将该电压信号转换成数字信号，监测装置2对整个刻蚀过程中接收的数字信号进行记录并根据该数字信号与时间的关系实时生成工作变化曲线，当刻蚀过程结束，工作变化曲线完成。然后将该工作变化曲线与数据库中的标准变化曲线进行对比，得到对比偏差。当该对比偏差在设定的阈值范围之内时，表明刻蚀过程正常，然后监测装置2给控制装置3正常信息，控制装置3根据该正常信息控制刻蚀工艺进行下一个刻蚀步骤。当比较偏差超出了设定的阈值范围，表明刻蚀工艺出现了异常，这时监测装置2会发出报警信息，提醒及时进行检查，以避免产生不良产品。同时发送停机信号给控制装置3，控制装置3根据停止信号控制刻蚀设备4停止刻蚀工艺，以便及时检查刻蚀工艺的异常原因。

进一步地，监测装置还可以将该异常数据及工作变化曲线与数据库中存储的各种异常情况下的数据、由该异常数据生成的异常工作变化曲线作对比，看是否有对应的历史记录，若有记录，则根据数据库中与该异常情况对应的诊断信息对刻蚀过程进行诊断；若无记录，则人工检查并给出诊断信息。设备调整后，将此次异常情况的异常数据、由该异常数据生成的异常变化曲线以及诊断信息都存储到数据库中，以方便之后的监测。

本发明通过设置监测装置并采集光谱参数，不仅能监测到刻蚀设备的异常(如真空橡胶阀老化，等离子体腔室的内壁板上沉积有金属刻蚀的大量副产物，或副产物堵塞电极气体供应孔道等)，而且能监测到刻蚀薄膜本身出现的异常(如刻蚀膜层厚度异常，物质沉积时受到污染而成份发生变化或物质沉积时受到腐蚀而成份发生变化)，还能进一步监测刻蚀过程中等离子体环境状态变化异常，如与工艺设定不符，刻蚀残留等。

本发明能对刻蚀过程进行及时有效的监测，自动化程度高，准确度高，节省了时间，提高了效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种监测干法刻蚀过程的方法，其特征在于包括：

步骤100、采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数，并根据所述光谱参数生成工作变化曲线；

步骤200、将所述工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较，当对比偏差超出设定阈值时，输出停机信号和/或报警信息；

所述200之后还包括步骤：

步骤210、根据接收到的停机信号控制刻蚀过程停止；

步骤220、将所述对比偏差对应的异常数据与数据库中的历史数据作对比，若有记录，则按照所述数据库中相应的诊断信息给出诊断提示；若无记录，则执行步骤230；

所述数据库中存储有各种异常情况下的异常数据、由所述异常数据生成的异常变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息；

步骤230、对所述工作变化曲线进行分析，并确定诊断信息；

步骤240、将所述异常数据及诊断信息存储到数据库中。

2.根据权利要求1所述的监测干法刻蚀过程的方法，其特征在于，所述步骤100具体为：

步骤110、根据接收到的开始刻蚀的控制信号，开始采集光谱参数；

步骤120、将所述光谱参数转换成电压信号；

步骤130、将所述电压信号转换成数字信号；

步骤140、根据所述数字信号生成工作变化曲线。

3.根据权利要求1所述的监测干法刻蚀过程的方法，其特征在于，所述步骤200具体为：将工作变化曲线与数据库中存储的标准变化曲线进行比较，获得对比偏差，当所述对比偏差超出设定阈值时，输出停机信号和/或报警信息，当所述对比偏差未超出设定阈值时，输出正常信息。

4.根据权利要求1所述的监测干法刻蚀过程的方法，其特征在于，所 述步骤100之前还包括步骤

根据刻蚀物质选择需要监测的所述设定光谱物质。

5.一种监测干法刻蚀过程的系统，其特征在于，包括：

采集装置，用于采集等离子体腔室内设定光谱物质在刻蚀过程中的光谱参数；

监测装置，与所述采集装置相连接，对所述光谱参数进行处理，根据处理结果判断所述刻蚀过程是否正常，并根据判断结果输出控制信号；

控制装置，与所述监测装置相连接，根据所述控制信号控制所述刻蚀过程的进行；

其中，所述监测装置，还用于根据所述光谱参数生成工作变化曲线，并将所述工作变化曲线与预先存储的标准变化曲线进行比较，当对比偏差超出设定阈值时，将所述对比偏差对应的异常数据与数据库中的历史数据作对比，若有记录，则按照所述数据库中相应的诊断信息给出诊断提示；若无记录，则对所述工作变化曲线进行分析，并确定诊断信息；将所述异常数据及诊断信息存储到数据库中；所述数据库中存储有各种异常情况下的异常数据、由所述异常数据生成的异常变化曲线、以及与每种异常情况对应的诊断信息。 

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