CN107910281A - 一种实时监控刻蚀均匀性的方法 - Google Patents

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钱洋洋
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Abstract

本发明公开一种实时监控刻蚀均匀性的方法。其中通过光谱侦测设备收集刻蚀反应中的辉光信号，光电转换成可收集信号，传输至FDC系统，经FDC系统分析处理，得到不同膜层交界面处的信号变化率，通过监控该信号变化率实现对刻蚀均匀性的实时监控。本发明可以实现在线实时监控刻蚀工艺均匀性，确保工艺设备平稳运行。

Description

一种实时监控刻蚀均匀性的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种半导体制造中实时监控刻蚀均匀性的方法。
背景技术
在刻蚀条件的研发和优化过程中，刻蚀图形的关键尺寸和形貌是晶片内的均匀性的一个很重要的衡量标准。均匀性是不同刻蚀位置的刻蚀速率差异的一个重要指标，较好的均匀性将会导致较佳的产率，尤其是当刻蚀硅片面积增大时，均匀性的控制就显得更加重要。
目前业界普遍采用的监控刻蚀均匀性的方法是：通过一定频度(通常为1次/2天)的停产监测，即停止产品的工艺作业，然后采用专门的均匀性测试硅片在工艺腔中进行刻蚀作业，通过量测测试硅片刻蚀前后的膜层变化量来监控刻蚀均匀性。具体步骤如下：
1.采用测试硅片，在工艺腔进行刻蚀作业，收集去除材料的厚度 和刻蚀所有时间t(min)，计算刻蚀速率ER
2.采集测试硅片上不同点的刻蚀速率ERi计算出整片的平均刻蚀速率和片内刻蚀均匀性U(％)平均刻蚀速率:刻蚀均匀性:
3.通过采集工艺腔的长期刻蚀均匀性数据来监控工艺腔的刻蚀工艺均匀性。
这样主要存在3个方面的问题：1)刻蚀均匀性监测会影响设备的有效运行，造成设备运行效率下降；2)一定频度的监测势必会造成均匀性参数异常发现的滞后，使大量产品存在的工艺品质风险；3)均匀性测试硅片的结构与实际产品上存在差异，不能全面反映产品工艺中的刻蚀均匀性状况。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种实时监控刻蚀均匀性的方法，包括以下步骤：
光谱侦测设备收集刻蚀腔中的辉光信号，转换成可收集信号；FDC统对上述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控所述信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控。
可选的，所述光谱侦测设备包括一信号收集器，用于收集所述刻蚀腔中的辉光信号。
可选的，所述光谱侦测设备还包括一信号放大器，用于对所述辉光信号进行放大。
可选的，所述光谱侦测设备还包括一光电转换器，用于将所述辉光信号转换成所述可收集信号。
可选的，所述光谱侦测设备还包括一自动传输器，所述自动传输器将所述可收集信号传输至所述FDC系统。
可选的，所述FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率的步骤包括：
选取所述可收集信号的信号区间；
对所述信号区间内的可收集信号进行多项式曲线拟合；
拟合之后的多项式高次项系数代表所述信号变化率。
可选的，所述信号区间包括：连续7点下降条件成立的第一个点到连续7点下降条件不成立的第一个点。
可选的，在所述FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率之后，还包括：所述FDC系统将所述信号变化率与数据库内的数据进行对比分析。
可选的，所述光谱侦测设备收集刻蚀腔中不同膜层交界面处的辉光信号。
可选的，所述光谱侦测设备收集刻蚀腔中相同刻蚀条件下的不同晶片的辉光信号。
本发明提供的一种实时监控刻蚀均匀性的方法，具有以下有益效果：
本发明通过光谱侦测设备收集刻蚀腔中的辉光信号，转换成可收集信号，FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控所述信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控，避免传统检测刻蚀工艺均匀性方法的弊端，在线实时监控刻蚀工艺均匀性，确保工艺设备平稳运行。
附图说明
图1是本发明一实施例所提供的一种实时监控刻蚀均匀性的方法的流程框图。
图2是本发明一实施例所提供的一种实时监控刻蚀均匀性的方法的流程图。
图3是本发明一实施例中光谱信号侦测器采集并转换后的辉光信号示意图。
图4是本发明一实施例中不同晶片的膜层辉光信号转换后的高次项系数表征的曲线。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
图1是本发明一实施例所提供的一种实时监控刻蚀均匀性的方法的流程框图，图2是本发明一实施例所提供的一种实时监控刻蚀均匀性的方法的流程图，请参考图1与图2所示，本发明提供一种刻蚀均匀性实时监控方法，包括：
步骤S100：光谱侦测设备2收集刻蚀腔1中的辉光信号，转换成可收集信号；
步骤S200：工厂数据监控(Fabrication data collect，FDC)系统3对可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控。
具体的，在步骤S100中，光谱侦测设备2收集刻蚀腔1中的辉光信号，并将所述辉光信号转换成可收集信号。
在实施例中，所述光谱侦测设备2包括一信号收集器、一信号放大器、一光电转换器以及一自动传输器，所述信号放大器用于收集所述刻蚀腔1中的辉光信号，所述信号放大器用于对所述辉光信号进行放大，所述光电转换器用于将放大之后的所述辉光信号转换成所述可收集信号。所述自动传输器用于将所述可收集信号传输至所述FDC系统。
优选的，所述光谱侦测设备2收集刻蚀腔1中不同膜层交界面处的辉光信号。所述光谱侦测设备2收集刻蚀腔1中相同刻蚀条件下的不同晶片的辉光信号，例如收集2片晶片的辉光信号。
在步骤S200中，FDC系统3对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控所述信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控。
所述FDC系统3对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率的步骤包括：
选取所述可收集信号的信号区间；
对所述信号区间内的可收集信号进行多项式曲线拟合；
拟合之后的多项式高次项系数代表所述信号变化率。
具体的，首先，选取所述可收集信号的信号区间。所述信号区间包括：连续7点下降条件成立的第一个点到连续7点下降条件不成立的第一个点。
其次，对所述信号区间内的可收集信号进行多项式曲线拟合，得到多个多项式高次项系数。
最后，将拟合之后的多项式高次项系数代表所述信号的变化率。拟合后多项式高次项系数代表不同的膜质的膜层信号的变化率，采用多项式的高次项系数来表征变化曲线的形状，能够通过监控高次项系数来监控刻蚀反应的均匀性。
优选的，在所述FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率之后，还包括：所述FDC系统将所述信号变化率与数据库内的数据进行对比分析。
请参阅图1所示的流程框图，本发明提供的一种实时监控刻蚀均匀的方法，刻蚀腔1连接光谱信号侦测器2，光谱信号侦测器收集刻蚀腔1刻蚀反应过程中的不同波长的辉光，经信号放大光电转换形成可收集信号，并将这些信号传送至FDC系统3，FDC系统3进行数据分析处理，实时监测信号变化率，并与数据库进行对比分析，监控刻蚀均匀性变化。
以下通过具体实施例对本发明提供的实时监控刻蚀均匀的方法进行详细介绍：
以刻蚀氧化膜(SiO2)为例，监控不同膜层交界面(SiO2/Si3N4，氧化膜/氮化硅膜)的信号变化，SiO2/Si3N4两种膜质在等离子环境下，会被CxFy气体(x为大于0的整数，y为大于0的整数)所刻蚀，：
SiO2+CxFy→SiF4+CO，Si3N4+CxFy→SiF4+CN
由于生成物为气态会被气泵抽走，所以反应可以持续进行，形成刻蚀形貌。在反应过程中通过收集CO信号可以跟踪SiO2的刻蚀进程，CO发射的辉光信号为520nm波段的光信号，所以本实施例采用520nm的信号来检测刻蚀反应进程，并通过信号变化率来实现刻蚀均匀性的检测。
具体的，在步骤S100中，光谱信号侦测设备2收集刻蚀腔1中辉光信号，经过光电转换，把光信号的强弱收集成时间和强度的数组，根据数组绘制光信号变化趋势，如图3所示，信号1和信号2分别采集于相同刻蚀条件下的2片氧化膜刻蚀反应腔。
在步骤S200中，首先，信号1和信号2传送至FDC系统进行数据分析，选取信号区间21：连续7点下降条件成立的第一个点到连续7点下降条件不成立的第一个点。然后，对此区间的信号进行多项式曲线拟合：
F(x)＝axn+bxn-1+cxn-1+……(a≠0)
拟合后，
信号1：y＝1.7442x2-351.03x+27434
信号2：y＝1.8993x2-382.87x+29204
其次，拟合后多项式高次项系数代表不同的膜质的膜层信号的变化率，采用多项式的高次项系数来表征变化曲线的形状，通过监控高次项系数来监控刻蚀反应的均匀性，图4为收集不同晶片的膜层辉光信号转换后的高次项系数表征的曲线，横坐标为不同晶片的编号(Wafer ID)，纵坐标为拟合后多项式高项次系数，即膜层信号变化率。结合FDC数据库数据，设定上下限规格，进行对比分析，可以实现在线监控、预警刻蚀均匀性的变化。
综上所述，本发明提供的实时监控刻蚀均匀性的方法中，通过光谱侦测设备收集刻蚀腔中的辉光信号，转换成可收集信号，FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控所述信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控，避免传统检测刻蚀工艺均匀性方法的弊端，在线实时监控刻蚀工艺均匀性，确保工艺设备平稳运行。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
光谱侦测设备收集刻蚀腔中的辉光信号，转换成可收集信号；
FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率，通过监控所述信号变化率对刻蚀均匀性进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备包括一信号收集器，用于收集所述刻蚀腔中的辉光信号。
3.根据权利要求2所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备还包括一信号放大器，用于对所述辉光信号进行放大。
4.根据权利要求3所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备包括一光电转换器，用于将所述辉光信号转化成所述可收集信号。
5.根据权利要求4所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备还包括一自动传输器，用于将所述可收集信号传输至所述FDC系统。
6.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率的步骤包括：
选取所述可收集信号的信号区间；
对所述信号区间内的可收集信号进行多项式曲线拟合；
拟合之后的多项式高次项系数代表所述信号变化率。
7.根据权利要求6所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述信号区间包括：连续7点下降条件成立的第一个点到连续7点下降条件不成立的第一个点。
8.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，在所述FDC系统对所述可收集信号进行数据处理，得到信号变化率之后，还包括：所述FDC系统将所述信号变化率与数据库内的数据进行对比分析。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备收集刻蚀腔中不同膜层交界面处的辉光信号。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的实时监控刻蚀均匀性的方法，其特征在于，所述光谱侦测设备收集刻蚀腔中相同刻蚀条件下的不同晶片的辉光信号。
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