CN102332383A

CN102332383A - 等离子体刻蚀工艺的终点监控方法

Info

Publication number: CN102332383A
Application number: CN201110287515A
Authority: CN
Inventors: 李俊良; 王兆祥; 黄智林; 王洪军
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: TWI485758B; CN102332383B; TW201314753A

Abstract

一种等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，所述刻蚀工艺在刻蚀腔内进行，包括：获取实时刻蚀信号，所述刻蚀信号对应于刻蚀腔内的某种或某几种波长的光信号强度；在所述刻蚀信号中搜索峰值，所述搜索峰值包括搜索一个上升沿和搜索一个下降沿，所述峰值对应于刻蚀工艺的终点。本发明所提供的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法易于实现，并且可以提高监控的精度。

Description

等离子体刻蚀工艺的终点监控方法

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀工艺，特别涉及等离子体刻蚀工艺的终点监控方法。

背景技术

集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入等多种工艺，在同一衬底表面形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接已具有完整的电子功能。随着集成电路的器件的特征尺寸不断地缩小，集成度不断地提高，对各步工艺的监控及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。

刻蚀工艺是集成电路制造工艺中最复杂的工序之一。精确监控刻蚀工艺的刻蚀终点显得尤为重要。在专利号为5658423的美国专利中提供一种通过光学发射光谱法(OES)判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点监控方法。采用OES判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点监控方法包括：确定所检测的元素，所述元素为所要刻蚀的膜层的成分；采集所述元素的光强度，所述光强度与所述元素的浓度相关；随着刻蚀工艺的进行，在刻蚀终点，膜层物质被刻蚀完毕，所述元素在刻蚀腔的浓度减小，反应室内检测到的所述元素的光强度开始减小，此时，即为刻蚀终点。

但是，在实际刻蚀工艺中发现，所述采用OES判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点的监控方法容易受到工艺环境的影响，不能准确地监控等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子刻蚀工艺的终点监控方法，以解决现有等离子体刻蚀工艺的终点监控方法。

为解决上述问题，本发明提供一种等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，所述刻蚀工艺在刻蚀腔内进行，包括：

获取实时刻蚀信号，所述刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度；

在所述刻蚀信号中搜索峰值，所述搜索峰值包括搜索一个上升沿和搜索一个下降沿，所述峰值对应于刻蚀工艺的终点。

可选地，所述刻蚀信号的获取过程包括：采集刻蚀腔内的光信号，所述光信号的波长与刻蚀腔内的等离子体相对应；将所述光信号输入到转换器，所述转化器对所述光信号进行筛选，选出至少对应于一个波长的光信号，并将所述光信号转换为第一电信号；将所述第一电信号传输到处理器，所述处理器对所述第一电信号进行处理得到刻蚀信号。

可选地，对所述第一电信号进行处理至少包括对所述第一电信号进行求导处理。

可选地，所述上升沿的搜索过程包括：选取P个连续的时间段，P大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I₁、I₂......I_n、I_n+1......I_P，如果所选取的P个刻蚀信号值依次增加，则得到所述刻蚀信号的上升沿；如果I_n+1小于或等于I_n，则从I_n+1开始重新选取P个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到P个依次增加的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的上升沿。

可选地，所述P个时间段等长。

可选地，P的值大于4。

可选地，所述下降沿的搜索过程包括：选取Q个连续的时间段，Q大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I_i+1、I_i+2......I_i+n、I_i+n+1......I_i+Q，如果所选取的Q个刻蚀信号值依次下降，则得到所述刻蚀信号的下降沿；如果I_i+n小于或等于I_i+n+1，则从I_i+n+1开始重新选取Q个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到Q个依次减小的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的下降沿。

可选地，所述Q个时间段等长。

可选地，Q的值大于4。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

提供了一种通过搜索刻蚀信号的峰值，监控刻蚀终点的方法，所述方法精度高，且易于实现；

进一步，本发明的实施例中，刻蚀信号的强度对应于刻蚀腔内的刻蚀反应物或刻蚀生成物的发光强度的变化率，所以刻蚀信号的强度不易受刻蚀环境的影响，即监控的精度不易受刻蚀环境影响。

附图说明

图1是在刻蚀终点附近，刻蚀腔内的物质的发光强度随时间的变化关系示意图；

图2是本发明的实施例中所提供的一种获取刻蚀信号的装置；

图3为本发明的第一实施例所提供的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法的流程示意图；

图4为第一个样品的刻蚀信号的强度随时间的变化关系示意图；

图5是本发明的第一实施例所搜索到的刻蚀信号的波峰示意图；

图6为本发明的第二实施例所提供的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法的流程示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，通过监控被刻蚀膜层所含有的元素的光学发射谱来监控等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点的方法不能准确地监控到刻蚀终点。发明人针对上述问题进行研究，在刻蚀的某一时间点采用探测仪获取刻蚀腔内的全光谱，所获得的全光谱的横轴对应于波长，纵轴对应于光的强度，并且每一个波长的光由刻蚀腔内的一种物质所发射，所述物质可以是刻蚀反应物，也可以是刻蚀生成物。进一步，可以选取几种物质所发射的光，并采集所选取的光的发光强度随时间的变化关系。

经研究发现，在刻蚀终点附近，刻蚀腔内的物质的发光的强度会持续变化，但是在刻蚀终点，所述刻蚀腔内的物质的发光的强度的变化速率会有一个拐点。具体请参考图1，图1中横轴为探测时间，纵轴为发光强度，I时刻为刻蚀终点，曲线a、b、c分别为刻蚀腔内的物质A、物质B、物质C的发光强度随时间的变化曲线，其中物质A、物质B、物质C可以是刻蚀反应物，也可以是刻蚀生成物，可以根据刻蚀工艺进行选择。由图1可以看出，I时刻为刻蚀腔内物质的发光强度变化率的拐点。对于物质A，在I时刻前、后，发光强度不断增加，在I时刻前，增加的速度逐渐增加，在I时刻后，增加的速度逐渐降低；对于物质B，在I时刻前、后，发光强度不断增加，在I时刻前，增加的速度逐渐减小，在I时刻后，增加的速度逐渐增加；对于物质C，在I时刻前、后，发光强度不断降低，在I时刻前，降低的速度逐渐增加，在I时刻后，降低的速度逐渐降低。

根据图1并结合导数的定义可以得出，在刻蚀终点，刻蚀腔内的物质的发光强度的导数随时间的变化曲线会有一个波峰或者波谷，并且可以根据所选取的几种物质的发光强度变化情况建立一个函数，所述函数包括对各物质的发光强度求导，所述函数的波峰或者波谷对应于刻蚀的终点。以图1所示的情况为例，建立函数y＝slope(I_a-I_b-I_c)，其中I_a、I_b、I_c分别是物质A、物质B、物质C的发光强度随时间变化的函数，slope指的是求导，那么在刻蚀终点处，所建立的函数会出现一个波峰，相应地，如果建立的不一样的函数，比如建立函数y＝slope(I_c+I_b-I_a)在刻蚀终点处出现波谷，为了使信号更强，还可以在所定义的函数中对光强做放大处理。

根据上述研究，发明人在本发明的实施例中提供了一种等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，包括：获取实时刻蚀信号，所述刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度；在所述刻蚀信号中搜索峰值，所述搜索峰值包括搜索一个上升沿和搜索一个下降沿，所述峰值对应于刻蚀工艺的终点。

图2是本发明的实施例所提供的一种获取刻蚀信号的装置，请参考图2，包括：刻蚀腔10，被刻蚀芯片置于所述刻蚀腔10内，刻蚀反应物和刻蚀生成物以等离子体态存在于所述刻蚀腔10内；探测器20，所述探测器20采集刻蚀腔10内的光信号，所述光信号指的是刻蚀腔内刻蚀反应物和刻蚀生成物所发射的不同波长的光的在各个时刻的强度；将所采集到的光信号传输到转化器30，所述转化器30对所获取的光信号进行筛选，选取出至少一个波长的光信号，并将所述光信号转化为第一电信号；将所述第一电信号传输至处理器40，所述处理器40对所述第一电信号进行处理得到刻蚀信号，所述处理包括求导处理，并在所述刻蚀信号中搜索波峰或者波谷。

为了进一步阐明本发明的精神和实质，在下文中结合实施例和附图对本发明进行详细的阐述。

第一实施例

图3为本发明的第一实施例所提供的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法的流程示意图，包括：

步骤S101，获取实时刻蚀信号，所述刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度；

步骤S102，在所述刻蚀信号中搜索波峰，所述搜索波峰包括先搜索一个上升沿，再搜索一个下降沿，所述波峰对应于刻蚀工艺的终点。

本实施例中，所述波峰对应于刻蚀工艺的终点，包括：产生波峰的时刻是刻蚀工艺的终点；产生波峰的时刻的前一时刻是刻蚀工艺的终点；产生波峰的时刻的后一时刻是刻蚀工艺的终点。具体地，产生波峰的时刻与刻蚀工艺的终点时刻的时间差可以根据工艺情况确定。

在本实施例中，首先获取实时的刻蚀信号，所述刻蚀信号可以采用图2所示的装置获取，所获取的刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度。所述刻蚀信号的波峰对应于刻蚀终点。

接着，在所述刻蚀信号中搜索上升沿，搜索上升沿得过程包括：选取P个连续的时间段，P大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I₁、I₂......I_n、I_n+1......I_P，如果所选取的P个刻蚀信号值依次增加，则得到所述刻蚀信号的上升沿；如果I_n+1小于或等于I_n，则从I_n+1开始重新选取P个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到P个依次增加的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的上升沿。

具体地，P个时间段的总时长和各个时间段的时长可以根据刻蚀工艺、刻蚀信号的信噪比等进行选择。参考图4，图4为第一个样品的刻蚀信号强度随时间的变化关系示意图，其中纵轴为刻蚀信号强度，横轴为时间，在本实施例中，可以根据第一个样品的刻蚀信号的波峰的上升沿所对应的时长P’，选择监控后续同一批次的样品的刻蚀终点时所选择的P个时间段的总时长。P个时间段的总时长可以大于或者等于P’。

P的数值也可以根据具体的工艺进行选择，还是以图4为例，在图4中代表刻蚀信号的曲线比较不光滑的情况下，在P个时间段的总时长确定的情况下，所述P的数值可以略小，以避免因为取点过密，而受信号中的噪声的干扰，并且可以根据噪声的情况，合理分配所述P个时间段的各个时间段的终点，比如，每隔0.01s出现一个噪声波，则P个时间段的每个时间段的长度可以是为0.01s的整数倍。可选地，所述P个时间段等长，所述P个时间段等长可以提高对上升沿判断的准确度，减小噪声干扰。可选地，所述P的值大于4，P的数值太小，不利于提高监控的精度。

如图5所示，在搜索到I₁、I₂......I_n、I_n+1......I_P共P个依次增加的刻蚀信号后，搜索到上升沿。

在搜索到上升沿之后，开始在刻蚀信号中搜索下降沿，所述下降沿的搜索过程包括：选取Q个连续的时间段，Q大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I_i+1、I_i+2......I_i+n、I_i+n+1......I_i+Q，如果所选取的Q个刻蚀信号值依次下降，则得到所述刻蚀信号的下降沿；如果I_i+n小于或等于I_i+n+1，则从I_i+n+1开始重新选取Q个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到Q个依次减小的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的下降沿。

具体地，Q个时间段的总时长和各个时间段的时长可以根据刻蚀工艺、刻蚀信号的信噪比等进行选择。还是参考图4，图4中纵轴为刻蚀信号的强度，横轴为时间，在本实施例中，可以根据第一个样品的刻蚀信号的波峰的下降沿所对应的时长Q’选择Q个时间段的总时长。所述Q个时间段的总时长可以大于或者等于Q’。

Q的数值也可以根据具体的工艺进行选择，还是以图4为例，在图4中代表刻蚀信号的曲线比较不光滑的情况下，在Q个时间段的总时长确定的情况下，所述Q的数值可以略小，以避免因为取点过密，而受信号中的噪声的干扰，并且可以根据噪声的情况，合理分配所述Q个时间段的各个时间段的终点，比如，每隔0.02s出现一个噪声波，则Q个时间段的每个时间段的长度可以是为0.02s的整数倍。可选地，所述Q个时间段等长，所述Q个时间段等长可以提高对下降沿判断的准确度，减小噪声干扰。可选地，所述Q的值大于4，Q的数值太小，不利于提高监控的精度。

如图5所示，在搜索到I_i+1、I_i+2......I_i+n、I_i+n+1......I_i+Q连续Q个依次下降的刻蚀信号后，搜索到下降沿。

在依次搜索到一个上升沿和一个下降沿后，可以确定刻蚀工艺到达终点，并进行相应地操作。作为一个实施例，为了确保刻蚀没有残余，可以在检查到刻蚀终点后，继续过刻蚀一定的时长，所述过刻蚀时长可以根据工艺环境及工艺需要进行设定。

综上，在本实施例中，提供了一种通过搜索刻蚀信号的波峰进行等离子体刻蚀工艺的终点监控的方法，所述方法精度高，易于实现；进一步，通过监控刻蚀腔内刻蚀反应物或者刻蚀生成物的发光强度变化率来监控刻蚀终点，不易受刻蚀环境的影响。

第二实施例

图6为本发明的第二实施例所提供的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法的流程示意图，包括：

步骤S201，获取实时刻蚀信号，所述刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度；

步骤S202，在所述刻蚀信号中搜索波谷，所述搜索波谷包括先搜索一个下降沿，再搜索一个上升沿，所述波谷对应于刻蚀工艺的终点。

本实施例中，所述波谷对应于刻蚀工艺的终点，包括：产生波谷的时刻是刻蚀工艺的终点；产生波谷的时刻的前一时刻是刻蚀工艺的终点；产生波谷的时刻的后一时刻是刻蚀工艺的终点。具体地，产生波谷的时刻与刻蚀工艺的终点时刻的时间差可以根据工艺情况确定。

在本实施例中，首先获取实时的刻蚀信号，所述刻蚀信号可以采用图2所示的装置获取，所获取的刻蚀信号对应于刻蚀腔内的光信号的强度。所述刻蚀信号的波谷对应于刻蚀终点。

获取实时的刻蚀信号后，开始在刻蚀信号中搜索下降沿，所述下降沿的搜索过程包括：选取Q个连续的时间段，Q大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I_i+1、I_i+2......I_i+n、I_i+n+1......I_i+Q，如果所选取的Q个刻蚀信号值依次下降，则得到所述刻蚀信号的下降沿；如果I_i+n小于或等于I_i+n+1，则从I_i+n+1开始重新选取Q个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到Q个依次减小的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的下降沿。

关于搜索下降沿的更多细节可以参考第一实施例。在得到下降沿后，开始搜索上升沿，所述上升沿的搜索过程包括：选取P个连续的时间段，P大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I₁、I₂......I_n、I_n+1......I_P，如果所选取的P个刻蚀信号值依次增加，则得到所述刻蚀信号的上升沿；如果I_n+1小于或等于I_n，则从I_n+1开始重新选取P个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到P个依次增加的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的上升沿。

关于搜索上升沿的更多细节可以参考第一实施例。在依次得到一个下降沿和一个上升沿后，得到波谷，即监控到刻蚀终点。

综上，在本实施例中，提供了一种通过搜索刻蚀信号的波谷监控刻蚀终点的等离子体刻蚀工艺的监控方法，所述方法精度高，易于实现；

进一步，本实施例中通过监控刻蚀腔内刻蚀反应物或者刻蚀生成物的发光强度的变化率来监控刻蚀终点，不易受刻蚀环境的影响。

综上，本发明的实施例中提供了一种通过搜索刻蚀信号的峰值，监控刻蚀终点的方法，所述方法精度高，且易于实现；

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，所述刻蚀工艺在刻蚀腔内进行，其特征在于，包括：

2.依据权利要求1的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述刻蚀信号的获取过程包括：采集刻蚀腔内的光信号，所述光信号的波长与刻蚀腔内的等离子体相对应；将所述光信号输入到转换器，所述转化器对所述光信号进行筛选，选出至少对应于一个波长的光信号，并将所述光信号转换为第一电信号；将所述第一电信号传输到处理器，所述处理器对所述第一电信号进行处理得到刻蚀信号。

3.依据权利要求2的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，对所述第一电信号进行处理至少包括对所述第一电信号进行求导处理。

4.依据权利要求1的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述上升沿的搜索过程包括：选取P个连续的时间段，P大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I₁、I₂......I_n、I_n+1......I_P，如果所选取的P个刻蚀信号值依次增加，则得到所述刻蚀信号的上升沿；如果I_n+1小于或等于I_n，则从I_n+1开始重新选取P个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到P个依次增加的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的上升沿。

5.依据权利要求4的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述P个时间段等长。

6.依据权利要求4的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述P的值大于4。

7.依据权利要求1的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述下降沿的搜索过程包括：选取Q个连续的时间段，Q大于1，并采集每个时间段终点的刻蚀信号，依次记为I_i+1、I_i+2......I_i+n、I_i+n+1......I_i+Q，如果所选取的Q个刻蚀信号值依次下降，则得到所述刻蚀信号的下降沿；如果I_i+n小于或等于I_i+n+1，则从I_i+n+1开始重新选取Q个连续的时间段，采集并比较每个时间段终点的刻蚀信号，直至得到Q个依次减小的刻蚀信号，认为得到刻蚀信号的下降沿。

8.依据权利要求7的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述Q个时间段等长。

9.依据权利要求7的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法，其特征在于，所述Q的值大于4。