CN112786423A - 设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种设备及一种方法。本申请案在至少一些其实施例中提供一种即使在掩模的敞开区域的分率低(例如小于约1％)时也适于通过提供强终点信号来确定蚀刻终点的设备。在至少一些实施例中，本申请案进一步提供跨衬底的宽区域具代表性的终点信号。在至少一些实施例中，本申请案可在高纵横比特征或沟槽的底部处显露的特征的情况下进一步提供强终点信号。

Description

设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于对衬底进行等离子体蚀刻的设备，尤其涉及蚀刻特征。本发明还涉及一种用于确定等离子体蚀刻工艺的终点的设备。本发明还涉及对衬底进行等离子体蚀刻的相关联方法；并涉及确定等离子体蚀刻工艺的终点的相关联方法。
背景技术
等离子体蚀刻可用于蚀刻例如硅晶片的晶片中的特征。耐蚀刻条件的掩模可设置在晶片上。晶片的未由掩模覆盖的表面区域(也被称为“敞开区域”)暴露于蚀刻条件并可被选择性地蚀刻。
可使用终点信号确定等离子体蚀刻处理步骤的终止。终点信号可例如为晶片的光学性质的测得变化或等离子体的光学及/或化学性质的变化。确定终点的已知方法包含基于激光的反射法、干涉法及光学发射光谱法(OES)。然而，这些技术并不总是很适于提供强终点信号，特别是当掩模中的敞开区域的百分比低(例如小于约1％)时。
反射法及干涉法技术取决于晶片的光学性质的变化。晶片的光学性质的变化可能是由于到达蚀刻停止层。基于激光的技术通常仅在由激光的光斑大小确定的局部化区域上提供测量。因此，测量仅代表小区域(通常覆盖约一个或少量特征)且可能不真正代表整个晶片。为了获得信号，必须在其中将测量特征的区中准确地定位及对准激光，这可能具挑战性，特别是当掩模中的敞开区域的百分比低时或当经蚀刻特征的尺寸小于或类似于激光的光斑大小时。如果未正确地对准激光，那么可能不会观测到所述特征且可能不会检测到终点信号。一些方法利用移动部件来使晶片的整个表面能够由激光扫描。然而，这些系统增加了设备的制造及操作的成本及复杂性。
OES取决于指示终点的等离子体的光学性质的变化。然而，OES灵敏度随着掩模中的“敞开区域”的百分比减小而降低，这是因为从晶片蚀刻的材料的量对应地低。因此，当掩模的“敞开区域”的百分比低时，OES可能仅提供弱终点信号。
本发明在至少一些其实施例中设法解决一些上述问题、期望及需要。本发明在至少一些其实施例中提供一种即使在掩模的敞开区域的分率低(例如小于约1％)时也适于通过提供强终点信号来确定蚀刻终点的设备。在至少一些实施例中，本发明进一步提供跨衬底的宽区域具代表性的终点信号。在至少一些实施例中，本发明可在高纵横比特征或沟槽的底部处显露的特征的情况下进一步提供强终点信号。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于对衬底进行等离子体蚀刻的设备，所述设备包括：
腔室；
衬底支撑件，其安置在所述腔室内以支撑待等离子体蚀刻的所述衬底；
白光照明源，其用于在等离子体蚀刻工艺期间照明所述衬底的区，其中所述照明源经安装以用相对于法线具有小于约10°的入射角的入射光束照明所述衬底的所述区；
相机，其经布置以拍摄由所述照明源照明的所述区的连续图像；及
处理器，其经配置以对所述图像执行图像处理技术，以便识别所述衬底上的至少一个特征的位置并在所述位置处测量来自所述特征的反射率信号；
其中所述处理器经配置以响应于所述位置处的所述测得反射率信号而修改所述等离子体蚀刻工艺。
所述处理器可经配置以响应于所述位置处的所述测得反射率信号的变化而修改所述等离子体蚀刻工艺。
所述照明源可经安装以用相对于所述法线具有小于约5°的入射角的入射光束照明所述衬底的所述区。任选地，所述入射光束相对于所述法线的所述入射角小于约2°、任选地小于约1°或任选地为约0°。低入射角允许高纵横比特征的底部将光反射到所述相机(即，由所述相机成像)。因此，由于所述特征中的光准直，有益的是将所述相机及所述光源定位成与晶片表面成近似90°。这有助于避免经暴露特征被隐藏在视野之外，且因此可提高所述反射率信号的强度。
如所属领域中所知，所述白光照明源提供跨宽光学带宽(通常为约100nm或更大)的光。所述白光源可用于照明所述待蚀刻衬底的宽区域。这使能够跨所述衬底的宽区域检测反射率信号。
所述设备可进一步包括光学布置，所述光学布置经布置以将由所述照明源发射的光聚焦到所述衬底上。所述光学布置还可将光聚焦到所述相机中。所述光学布置可包括一或多个透镜及/或光学滤光器。
所述设备可进一步包括光学滤光器，所述光学滤光器经定位以对进入所述相机的选定波长的光进行滤光。光学滤光器可用于阻止某些波长的光(例如由等离子体发射的某些波长)被所述相机检测到。所述光学滤光器可为带通滤光器。
所述相机可固定在适当位置，使得所述相机的视场可对所述衬底支撑件上的固定区成像。在使用中，所述经处理衬底及所述相机可相对于彼此紧固在固定位置。固定所述相机的位置会允许每一连续图像上的对应像素对应于所述衬底上的同一位置。因此，有可能通过分析这些像素(而非分析跨所述衬底的积分区域的数据)来监测蚀刻工艺的进度。因此，即使所述掩模中的敞开区域的比例低，仍可由于测量而实现强终点信号。所述相机可具有互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器。
根据本发明的第二方面，存在一种对衬底进行等离子体蚀刻的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用白光照明源来用相对于法线具有小于10°的入射角的入射光束照明待等离子体蚀刻的所述衬底的区；
(b)使用相机来拍摄在等离子体蚀刻工艺期间照明的所述区的连续图像；
(c)将图像处理技术应用于所述图像，以便识别所述衬底上的至少一个特征的位置并在所述位置处测量反射率信号；及
(d)响应于所述位置处的所述测得反射率信号而修改所述等离子体蚀刻工艺。
由所述相机拍摄的图像具有可分辨所述经照明区中的离散特征的分辨率。即，像素大小通常小于由所述相机成像的特征的大小。
步骤(c)可包括将图像处理技术应用于所述图像，以便识别所述图像中的一或多个像素，其中所述一或多个像素对应于所述衬底上的特征的位置。可测量所述一或多个像素的反射率信号。这些像素的反射率信号通常与来自所述特征的所述位置的反射率信号相关联。可分析这些反射率信号以测量在所述等离子体蚀刻工艺期间所述反射率信号的值或变化。可响应于对应于所述至少一个特征的位置的一或多个像素的反射率信号的幅度高于或低于预定值而修改所述等离子体蚀刻工艺。可响应于对应于所述至少一个特征的位置的一或多个像素的反射率信号的变化而修改所述等离子体蚀刻工艺。
可响应于所述位置处的反射率信号的幅度高于或低于预定值而修改所述等离子体蚀刻工艺。
步骤(d)可包括响应于所述位置处的所述测得反射率信号的变化而修改所述等离子体蚀刻工艺。
分析所述衬底上的特定位置而非使用跨所述经照明区的积分信号会使能够检测反射率的局部化变化。这在掩模层的敞开区域小于约1％的待蚀刻衬底表面时具有特定应用。
所述经照明区可具有在0.75mm2到100mm2、任选地为1mm2到50mm2、任选地为2mm2到25mm2或任选地为3mm2到5mm2的范围内的面积。所述经照明区可足够大以照明至少一个特征的位置，同时允许衬底定位及对准的公差。所述照明源可照明所述衬底的包括多个特征的区。
可用具有小于5°、任选地小于2°或任选地小于1°的入射角的入射光束照明所述经照明区。所述入射光束可基本上垂直于所述衬底。低入射角允许高纵横比特征的底部将光反射到所述相机中(即，由所述相机成像)。因此，由于所述特征中的光准直，有益的是将所述相机及所述光源定位成与晶片表面成近似90°。这有助于避免经暴露特征被隐藏在视野之外，且因此可提高所述反射率信号的强度。
所述相机可在检测波长下检测从所述衬底反射的光。相较于由所述等离子体蚀刻工艺的等离子体在所述检测波长下发射的光，由所述照明源发射的光可在所述检测波长下具有较高强度。用户可选择相机敏感的波长。优选的是使用与所述等离子体发射光的波长峰值不同的检测波长，使得来自所述等离子体的信号不会使经捕获图像饱和。
所述图像处理技术可包括图像图案辨识及/或图像图案匹配。图像图案匹配可用于抵消等离子体蚀刻设备中的振动，及所述相机与所述衬底之间的任何相对移动。图像图案辨识可在蚀刻之前界定及匹配掩模层的敞开区域。图像图案辨识可包括来自现有(例如参考)图像的图像相关性。图像图案辨识可包括在图像上寻找参考标记，例如与切割或装置设计相邻的裸片的边缘，并计算拟合优度。可设想其它图像图案辨识方法，例如使用人工智能及机器学习。
在所述等离子体蚀刻工艺之前，所述衬底可包括前表面，所述前表面包括具有不同反射率性质的至少两个区域。
所述衬底可包括部分地覆盖待蚀刻材料的掩模层。所述掩模层可具有与所述待蚀刻材料不同的反射率性质。所述掩模层可覆盖至少90％、任选地为至少95％或任选地为至少约99％的所述待蚀刻材料。即，所述衬底的表面上的敞开区域的比例可为约10％或更小、5％或更小、2％或更小，或约1％或更小。即使当所述衬底上的敞开区域的比例非常低时，所述方法也可使能够提供强终点信号。
步骤(c)可包括将图像处理技术应用于由所述相机拍摄的参考图像(例如第一图像)以识别所述至少一个特征的位置。所述图像处理技术可包括例如在所述参考图像中的至少一个特征的位置处测量参考反射率信号。所述图像处理技术可包括比较所述参考反射率信号与连续图像上的所述至少一个特征的所述位置处测量的反射率信号。步骤(c)可包括通过与所述参考图像的比较来测量所述至少一个特征的所述位置处的所述反射率信号的变化。例如，可比较来自所述参考图像中的所述位置的所述反射率信号与来自后续图像中的位置的反射率信号。作为另一实例，可比较来自一个(连续)图像中的特征的位置的反射率信号与参考值，例如来自与特征(例如掩模层的部分)不相关联的位置的反射率信号。
识别所述至少一个特征的所述位置可包括定位参考图案。可相对于所述参考图案的所述位置识别所述至少一个特征的所述位置。
所述反射率信号可为反射光的亮度信号、强度及/或色彩。所述反射率信号的所述变化可为亮度信号变化、强度变化及/或色彩变化。例如，所述反射率信号的所述变化可为在所述检测波长下的光强度变化。步骤(d)可包括响应于所述位置处的所述反射率信号的变化而终止所述等离子体蚀刻工艺。所述位置处的所述反射率信号的所述变化可与蚀刻停止信号相关。
相较于所述衬底的与所述特征(例如所述掩模层)不相关联的另一区域，所述至少一个特征(例如经蚀刻通孔)通常具有不同反射率性质。例如，在所述特征是掩模层的敞开区域的情况下，相较于所述掩模层，所述敞开区域可具有不同反射率性质。这允许仅使用反射率识别所述特征的所述位置。所述至少一个特征可为通孔。所述至少一个特征可为沟槽，例如掩模层中的沟槽开口。所述特征可为嵌入在例如硅衬底的衬底中的铜塞。
所述衬底可包括蚀刻停止层，例如GaAs层。相较于所述经蚀刻材料(例如所述特征)及/或所述衬底上的与所述特征(例如掩模层)不相关联的另一区域，所述蚀刻停止层通常具有不同反射率性质。所述位置处的所述反射率信号的所述变化可为接近或暴露所述蚀刻停止层的部分的结果。这种变化可指示蚀刻停止信号。
所述衬底可为晶片、载体结构上的晶片，或由胶带附接到框架的晶片。所述衬底可为半导体晶片，例如硅或碳化硅晶片。即，所述待蚀刻材料可为半导体材料，例如硅或碳化硅。
虽然上文已描述本发明，但是本发明扩展到上文或以下描述、附图或权利要求书中所阐述的特征的任何发明性组合。例如，关于本发明的第一方面所揭示的任何特征可与本发明的第三方面的任何特征组合。
附图说明
现在将参考附图描述根据本发明的衬底及方法的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的设备的示意图；
图2A是在等离子体蚀刻之前的衬底中的特征的横截面图示；
图2B是在等离子体蚀刻之后的衬底中的特征的横截面图示；
图3是展示衬底的与激光反射法迹线叠加以供比较的区的图像的标绘图；
图4A是在等离子体蚀刻之前的衬底中的经掩埋特征的横截面图示；
图4B是在等离子体蚀刻之后的衬底中的经显露特征的横截面图示；及
图5到8是根据本发明的实施例的工艺的流程图。
具体实施方式
图1展示整体上以10展示的等离子体蚀刻设备的示意图。出于简单的目的，图中已省略等离子体蚀刻设备10的一些熟知特征，例如等离子体产生构件及气体入口/出口。在此类等离子体蚀刻腔室中产生等离子体的操作在所属领域中是熟知的，且除理解本发明所必需的地方之外，在此将不再描述。
设备10包括安置在腔室14内的衬底支撑件12。腔室14适于容纳等离子体32。衬底支撑件12适应于将衬底16固持在基本上水平定向上，其中待蚀刻衬底16的前面是面向上。衬底16可为例如晶片、载体结构上的晶片，或由胶带附接到框架的晶片。衬底16可例如包括由切割道分离的多个裸片。衬底16的前面的部分可用耐等离子体处理条件的掩模层进行图案化。衬底的由掩模覆盖的部分未被蚀刻。另一方面，衬底16的保持暴露于等离子体处理条件的部分(也被称为“敞开区域”)将在等离子体蚀刻工艺期间被选择性地蚀刻。
腔室14包括顶壁18(或盖)，顶壁18在衬底支撑件上方并面向衬底支撑件。窗口(或查看口)20布置在顶壁18中以位于衬底支撑件12上方，使得可通过窗口20在平面图中查看衬底支撑件12的至少一部分。
白光照明源22经布置以用入射光束24经由窗口20照明衬底16的区。白光照明源22提供跨宽光学带宽(通常为约100nm或更大)的光，如所属领域中所知。衬底16的由照明源22照明的区由入射光束24的光斑大小确定。光斑大小可具有约2mm或约5mm的直径。光斑大小大于蚀刻在衬底上的个别特征的大小。光斑大小足够大以照明衬底16的包括多个特征的区。相较于衬底的与待蚀刻特征不相关联的另一区域，所述特征通常具有不同反射率性质。仅作为实例，所述特征可为掩模中的开口，所述开口用于在经蚀刻材料中形成沟槽或通孔。掩模及开口具有不同反射率性质，这导致开口相较于掩模展现不同反射率信号。因此，在等离子体蚀刻工艺之前，敞开区域是可见的。例如铜塞的经掩埋特征嵌入在衬底中并在蚀刻工艺开始时可能不是可见的。然而，这些特征将随着硅被回蚀以暴露经掩埋特征(例如铜塞)而出现。
当蚀刻敞开区域时，通常将蚀刻敞开区域以停止在蚀刻停止层处。替代地，蚀刻可为定时的，然而，这可能导致不太均一的蚀刻深度控制。将蚀刻停止层暴露在特征的底部处可为蚀刻步骤完成(例如完全形成沟槽或通孔特征)的指示。例如，相较于经蚀刻材料及/或衬底上的与特征(例如掩模层或块状衬底材料)不相关的位置，蚀刻停止层可具有不同反射率性质。在另一实例中，参考图案可用于识别衬底上的已知位置，且可相对于参考图案的位置确定特征的位置。所述特征通常具有小于约100μm的尺寸。
使用光学器件26聚焦入射光束并控制光斑大小。光学器件26可包括用于聚焦光束的一或多个透镜。光学器件26可进一步包括仅允许某些波长的光穿过的光学滤光器。
入射光束24从衬底16的前面反射以提供反射光束28。入射光束经引导以照明例如沟槽的经蚀刻特征的底部，使得反射光束28包括来自特征的位置的反射率信号。优选的是使入射光束基本上垂直(即，约90°)于衬底表面。这帮助分辨及查看高纵横比特征，例如高纵横比沟槽，这是因为较高比例的入射光可从高纵横比特征的底部反射出来。然而，较大入射角可用于较低纵横比特征。
相机30经定位以检测反射光束28。相机30相对于衬底支撑件12安装在固定位置。反射光束28可在进入相机30的镜头之前穿过光学器件26及/或穿过滤光器(未展示)。所述滤光器可确定哪些波长的光被相机30检测到。相机30可为CMOS相机。然而，还可使用其它相机，例如CCD相机。
相机30具有可基本上对应于衬底上的经照明区的视场。任选地，视场可小于或大于衬底的经照明区。相机30可操作以从经照明区捕获反射光并在等离子体蚀刻工艺期间拍摄衬底的经照明区的连续图像。照明源照明衬底的相对大区域，并足够大以包含其中存在特征的多个位置。相较于经蚀刻特征的大小，经照明区也相对大。通常，图像大小(及因此，经照明区)足够大以包含至少一个待蚀刻特征，同时允许衬底位置及对准的公差。相机30可从经蚀刻特征检测反射光28。
相机30经聚焦使得经捕获图像中的每一像素对应于小于经蚀刻特征的尺寸的尺寸。可在由相机拍摄的图像中分辨个别特征。例如，经蚀刻特征可具有约25μm的尺寸，而第一图像中的每一像素可对应于近似10μm×10μm。因此，经蚀刻特征的位置可跨越经捕获图像中的一或多个像素。每一像素含有关于特定位置处的反射率信号的信息。例如，像素可包含关于衬底上的特定位置处的反射光束的强度及/或色彩的信息。
将由相机30拍摄的图像传送到处理器以进行图像处理。将例如图像图案匹配及图像图案辨识的图像处理技术应用于图像。可使用例如由康耐视公司(美国马萨诸塞州纳提克)出售的Cognex VisionPro(RTM)的市售软件应用图像处理技术。识别图像中对应于特征的位置的像素。可分析这些像素的反射率信号。如果特征的位置处的反射率信号的变化超过阈值，那么处理器可发送用于修改等离子体蚀刻工艺的信号。例如，可停止等离子体蚀刻工艺，或可启动等离子体工艺的下一阶段。
由相机拍摄的每一连续图像聚焦在衬底的同一区上。因此，连续图像中的对应像素含有关于衬底上的同一位置的反射率信息。因此，一旦已确定特征的位置，就不需要使用来自其它位置(例如使用其它像素)的反射率信号来分析蚀刻工艺的进度。代替地，可分析对应于特征的位置的像素发生的变化以指示蚀刻工艺的进度。因此，当暴露特征(例如显露蚀刻停止层)时，可确定强终点信号，而不管掩模层中的敞开区域的比例。
实例1
仅作为实例，图2A展示在等离子体蚀刻之前的实例性衬底34的横截面示意图。衬底34包括部分地覆盖块状碳化硅(SiC)层38的掩模层36。SiC层38具有近似100μm的厚度。掩模层由具有约5μm的厚度的铜制成。掩模层中的敞开区域40的比例是约0.2％。衬底34进一步包括形成在金层44上的砷化镓(GaAs)层42，金层44充当蚀刻停止层。在某些波长的光下，SiC层的反射率性质与GaAs停止层不同。在某些波长下，SiC层的反射率性质与掩模层不同。在某些波长下，GaAs停止层的反射率性质与掩模层不同。
白光照明源照明衬底的区。CMOS相机用于拍摄经照明区的图像。图像覆盖衬底上的具有约2mm×2mm的尺寸的区域。每一像素对应于衬底上的具有约10μm×10μm的尺寸的区域。具有10nm带宽的绿色滤光镜用于对进入相机的光进行滤光。
使用根据本发明的上述实施例的设备及方法确定蚀刻终点。图2B是在蚀刻终点处的衬底34的横截面示意图。GaAs蚀刻停止层42被暴露，且通孔46被完全形成。
作为比较性实例，还使用具有25μm激光光斑大小的已知激光反射法及干涉法系统确定蚀刻终点。激光束具有与经蚀刻特征类似的尺寸。具有与经蚀刻特征类似的尺寸的激光束的对准可能具挑战性，这是因为衬底中的少量移动可导致激光的失准，这会导致不良测量或根本没有测量。这将需要衬底或激光的重新对准，从而是费时的。
图3展示比较性实例的激光反射法迹线，即，反射(激光)信号的强度在蚀刻工艺期间随时间而变。图3还包含在等离子体蚀刻期间使用本发明的实施例获得的四个相机图像。图3包含由相机拍摄的四个代表性图像。尽管未展示，但是在蚀刻工艺期间由相机拍摄了更大量的图像。可取决于可用处理能力选择在蚀刻工艺期间由相机拍摄的图像的频率及数目。
等离子体蚀刻工艺是以三个步骤实行。第一步骤是除渣步骤48。除渣步骤使掩模的敞开区域40准备好用于例如通过在块体蚀刻之前从敞开区域40移除不需要的材料来进行后续蚀刻工艺。图像148是在蚀刻工艺开始之后300s捕获的相机图像。由于经暴露SiC层36具有与掩模层34不同的反射率性质，因此待蚀刻特征的位置作为在这种情况下为较浅色彩像素149的阵列而可见并可被识别。
第二步骤是主块体蚀刻步骤50。这包含选择性地蚀刻敞开区域40的位置处的SiC层的主要部分。块体蚀刻可使用所属领域中所知的任何工艺条件。图像152是从蚀刻工艺开始起1800s捕获的相机图像，并在主蚀刻步骤50期间被拍摄。特征149的位置处的反射率信号劣化，且掩模中的敞开区域不再可见。在不希望受任何理论或猜想的束缚的情况下，据信，在块体蚀刻步骤期间，衬底的表面变得粗糙或弯曲，使得来自特征的反射率信号暂时劣化。
第三步骤是软着陆步骤52，其中着陆步骤的蚀刻速率小于块体蚀刻步骤50的蚀刻速率。软着陆步骤52在SiC层38与GaAs蚀刻停止层42之间展现提高的蚀刻选择性。这有助于确保跨整个衬底34完成每一经蚀刻特征(例如通孔)的形成(即，通孔中无残留SiC材料)，且因此有助于提高跨整个衬底34的蚀刻均一性。图像152是在蚀刻工艺开始之后约4500s捕获的相机图像，并在软着陆步骤52期间被拍摄。随着SiC层薄化，这个层的反射率性质变动。因此，随着蚀刻前沿接近蚀刻停止层42，由相机在其中驻留特征的离散位置处检测到的反射率信号存在变化，且特征的离散位置再次变得可观测。
特征的位置处的反射率信号的变化(例如亮度、强度及/或色彩的变化)超过阈值指示蚀刻停止层(或通孔)被暴露。即，其指示等离子体蚀刻工艺完成。图像154是在蚀刻工艺开始之后约4800s捕获的相机图像，其中经掩埋特征155是可见的且蚀刻工艺完成。
本发明的实施例提供与比较性反射法迹线非常吻合的测量。然而，本实施例具有数个优点。首先，更简单地对准及聚焦入射光束以确保照明待刻蚀特征，尤其是同时允许晶片定位设备的公差。这可有助于避免耗时的衬底重新对准步骤。其次，由于获得及分析来自离散特征的反射率信号(而非在整个经照明区上对信号积分)，因此有可能检测强终点信号，而不管掩模中的敞开区域的比例。例如，本发明的实施例在检测具有低敞开区域(例如小于约1％)的衬底中的终点信号方面具有特定应用。更进一步，由于相机的宽视场，经处理数据提供跨衬底的更宽区域的等离子体蚀刻的进度的更好表示。
实例2
图4A展示在等离子体蚀刻之前的实例性硅衬底56的横截面示意图。衬底56不包括掩模层。然而，衬底56包括在沟槽60中的两个经掩埋特征58。经掩埋特征58是通常封装在例如SiO2的薄电介质层中的铜硅通孔(TSV)塞。
衬底的区由照明源照明，且相机在等离子体蚀刻工艺期间拍摄经照明区的连续图像。照明源经定位以基本上垂直于衬底54的表面引导入射光束，如由图4A中的箭头所展示。优选非常低的入射角(即，相对于法线)来确保入射光束可基本上从沟槽的底表面的全区域反射出来。如果入射角较高，那么沟槽的底部的一些部分可能被隐藏在视野之外，且因此无法向相机提供任何反射率信息。
在蚀刻工艺开始时，经掩埋特征是不可见的，且可能无法确定其在衬底56内的位置。相机在等离子体蚀刻工艺期间拍摄经照明区的连续图像。处理技术扫描图像以查看跨晶片的反射率信号的变化。如果某个位置处的反射率信号的变化变化超过阈值，那么处理器可作为响应而启动对蚀刻工艺的变化。例如，可响应于特定位置处的反射率信号的变化(例如亮度、强度及/或色彩的变化)而停止蚀刻工艺。
实例3
图5是衬底验证方法的流程图。待蚀刻衬底定位在衬底支撑件上并夹置到位。待蚀刻衬底包括可见参考图案，例如掩模层中的敞开区域的图案。衬底的包括参考图案的区由照明源照明，且相机拍摄经照明区的图像。处理器使用图像图案辨识及/或图像图案匹配技术来识别参考图案。如果存在参考图案，那么已验证正确衬底且可进行衬底处理的下一阶段。如果缺乏参考图案，那么已将不正确衬底装载到设备中且可中止所述工艺。
实例4
图6是衬底验证方法的流程图。这种方法也可用于确定蚀刻终点。以与实例3相同的方式定位及夹置待蚀刻衬底。待蚀刻衬底包括经掩埋参考图案，例如经掩埋特征，使得所述图案随着蚀刻进行而出现。衬底的区由照明源照明，且相机拍摄经照明区的连续图像。在腔室中产生等离子体，且等离子体蚀刻工艺开始。随着在所述工艺期间显露参考图案，处理器使用图像图案辨识或图像图案匹配来识别参考图案(例如经掩埋特征)。当参考图案的位置处的反射率信号的变化变化超过阈值时，处理器修改等离子体蚀刻工艺。这种变化指示终点信号。例如，响应于参考图案的位置处的反射率信号的变化，处理器可启动过蚀刻工艺达绝对过蚀刻时间或到达终点信号所需的时间的百分比。接着，蚀刻工艺可停止或进行到蚀刻工艺中的下一步骤。
实例5
图7是展示终点确定方法的流程图。以与实例3相同的方式定位及夹置待蚀刻衬底(包括掩模层)。待蚀刻衬底包括可见参考图案，例如与切割道相邻的裸片的边缘。可见参考图案可为掩模层中的敞开区域的图案。衬底的区由照明源照明，且相机拍摄经照明区的连续图像。处理器使用图像图案辨识或图像图案匹配技术来识别参考图案。如果缺乏参考图案，那么处理器将检测到已将不正确衬底装载到设备中且可中止所述工艺。
参考图案位于衬底上的已知位置中。可相对于参考图案的位置识别待蚀刻特征的位置。当识别待蚀刻特征的位置时，分析这些位置以确定这些离散位置处的反射率信号何时变化为高于阈值。可相对于第一参考图像测量特征的位置处的反射率信号的变化。当反射率信号变化超过阈值时，检测到终点信号。
处理器可响应于特征的位置处检测到的反射率信号的变化而修改等离子体蚀刻工艺。例如，处理器可在终止或改变蚀刻工艺之前以与针对实例4所描述的方式相同的方式启动过蚀刻工艺。替代地，蚀刻工艺可立即终止或进行到所述工艺的下一阶段。
实例6
图8是展示终点确定方法的流程图。以与实例3相同的方式定位及夹置待蚀刻衬底。对具有掩模的衬底进行等离子体蚀刻直到到达蚀刻停止层为止。在等离子体蚀刻工艺期间，衬底的区由照明源照明，且相机拍摄经照明区的连续图像。
随着在等离子体蚀刻工艺期间显露参考图案，处理器使用图像图案辨识或图像图案匹配来识别参考图案的位置。可相对于参考图案的位置识别待蚀刻特征的位置。当识别待蚀刻特征的位置时，分析这些位置以确定这些位置处的反射率信号何时变化为指示终点信号。在这个实例中，反射率信号是亮度级。
处理器可响应于特征的离散位置处检测到的反射率信号的变化而以与实例5相同的方式修改等离子体蚀刻工艺。

Claims (22)

1.一种用于对衬底进行等离子体蚀刻的设备，所述设备包括：
腔室；
衬底支撑件，其安置在所述腔室内以支撑待等离子体蚀刻的所述衬底；
白光照明源，其用于在等离子体蚀刻工艺期间照明所述衬底的区，其中所述照明源经安装以用相对于法线具有小于约10°的入射角的入射光束照明所述衬底的所述区；
相机，其经布置以拍摄由所述照明源照明的所述区的连续图像；及
处理器，其经配置以对所述图像执行图像处理技术，以便识别所述衬底上的至少一个特征的位置并在所述位置处测量来自所述特征的反射率信号；
其中所述处理器经配置以响应于所述位置处的所述测得反射率信号而修改所述等离子体蚀刻工艺。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器经配置以响应于所述位置处的所述测得反射率信号的变化而修改所述等离子体蚀刻工艺。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明源经安装以用相对于所述法线具有小于约5°、任选地小于约2°或任选地为约0°的入射角的入射光束照明所述衬底的所述区。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其进一步包括光学布置，所述光学布置经布置以将由所述照明源发射的光聚焦到所述衬底上及/或到所述相机中。
5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其进一步包括光学滤光器，所述光学滤光器经定位以对进入所述相机的选定波长的光进行滤光。
6.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其中所述图像处理技术包括图像图案辨识及/或图像图案匹配。
7.一种对衬底进行等离子体蚀刻的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用白光照明源来用相对于法线具有小于10°的入射角的入射光束照明待等离子体蚀刻的所述衬底的区；
(b)使用相机来拍摄在等离子体蚀刻工艺期间照明的所述区的连续图像；
(c)将图像处理技术应用于所述图像，以便识别所述衬底上的至少一个特征的位置并在所述位置处测量反射率信号；及
(d)响应于所述位置处的所述测得反射率信号而修改所述等离子体蚀刻工艺。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(d)包括响应于所述位置处的所述测得反射率信号的变化而修改所述等离子体蚀刻工艺。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述经照明区具有在0.75mm2到100mm2、任选地为1mm2到50mm2、任选地为2mm2到25mm2或任选地为3mm2到5mm2的范围内的面积。
10.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中用相对于所述法线具有小于5°、任选地小于2°或任选地小于1°的入射角的入射光束照明所述经照明区。
11.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述入射光束基本上垂直于所述衬底。
12.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述相机在检测波长下检测从所述衬底反射的光，且相较于由所述等离子体蚀刻工艺的等离子体在所述检测波长下发射的光，由所述照明源发射的光在所述检测波长下具有较高强度。
13.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述图像处理技术包括图像图案辨识及/或图像图案匹配。
14.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中在所述等离子体蚀刻工艺之前，所述衬底包括前表面，所述前表面包括具有不同反射率性质的至少两个区域。
15.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底包括部分地覆盖待蚀刻材料的掩模层，且所述掩模层具有与所述待蚀刻材料不同的反射率性质。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述掩模层覆盖至少90％、任选地为至少95％或任选地为至少约99％的所述待蚀刻材料。
17.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中步骤(c)包括将图像处理技术应用于由所述相机拍摄的参考图像以识别所述至少一个特征的所述位置；在所述参考图像中的所述至少一个特征的所述位置处测量参考反射率信号；及比较所述参考反射率信号与在连续图像上的所述至少一个特征的所述位置处测量的反射率信号。
18.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中识别所述至少一个特征的所述位置包括定位参考图案并相对于所述参考图案的所述位置确定所述至少一个特征的所述位置。
19.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述反射率信号是反射光的亮度信号、强度及/或色彩。
20.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中步骤(d)包括响应于所述位置处的所述反射率信号的变化而终止所述等离子体蚀刻工艺。
21.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述至少一个特征是通孔；嵌入在硅衬底中的铜塞；或沟槽。
22.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底是晶片，例如半导体晶片、载体结构上的晶片，或由胶带附接到框架的晶片。
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