CN115684029A - 特征频带获取方法、处理过程监控方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特征频带的获取方法、等离子体处理过程的监控方法、系统和存储介质，包括将监控事件前的光谱数据和之后的光谱数据进行对比，选出在事件后变化最大的频带作为特征频带，以确定事件的准确发生时间，克服了光谱仪分辨率低，等离子体反应腔环境复杂造成的监控不准确问题，提高了等离子体处理流程的效率和精确度；利用本发明的方法或者系统，只需要进行一次用于监控的特征频带选择，即适用于相同子过程的重复监控；本发明涉及的获取方法，可以通过计算机介质存为指令形式，在每次谱线选择时，运行指令实现对光谱数据的自动处理，以得出特征频带，其平台适应性强，可移植度高。

Description

特征频带获取方法、处理过程监控方法、系统和存储介质

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种特征频带的获取方法、处理过程监控方法、系统及存储介质。

背景技术

半导体衬底需要经过一系列处理步骤后才能进行切片、封装以及测试。在处理步骤中，等离子体处理是尤其重要的一个环节。在等离子体处理过程中，经常要涉及多个步骤，每个步骤都需要明确开始和结束的时机，例如对于等离子体刻蚀过程，包括多个子过程，每一子过程的刻蚀对象和条件可能不完全相同。为了提高刻蚀过程的效率和准确性，需要采取手段监控刻蚀进度。

通常利用反应腔中处于激发态的原子种类来判断当前进度。其原理为半导体衬底某一层受等离子体轰击会产生特定的副产物，副产物被等离子体中的电子轰击后部分原子处于激发态，当激发态原子恢复到基态时会放出与原子对应的几个特定频率的光子，又称谱线，利用外部设备，可以读出光子的波长或频率，每一种类的原子在从激发态到基态时只会释放分立的几种频率的光子。经过实验总结，可以根据谱线反推对应的原子。当知道某一原子出现或消失时即可知道半导体衬底上某一层的刻蚀状态。由此控制进程开始和停止。

但是，在工艺场景中，反应腔内不只有一种处于激发态的原子向基态回落，其环境更加复杂，受限于光谱仪的分辨率，想要从众多种类中的原子谱线中分辨出当前工艺进度是困难的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种特征频带的获取方法，用于提高等离子体处理过程中的事件监控精度，包括如下步骤：

预估所述事件的发生时间；

获取所述发生时间前的第一光谱数据与所述发生时间后的第二光谱数据；将所述第一光谱数据与第二光谱数据进行运算，得到不同频带的敏感值数据；

提取所述敏感值数据中的最大值对应的频带作为特征频带。

可选的，所述第一光谱数据与所述第二光谱数据为不同频带的强度值数据。

可选的，所述运算包括如下步骤：

将第一光谱数据与第二光谱数据中相同频带的强度值对应相除得到商值，所述商值与1相减后的绝对值即为所述敏感值。

可选的，所述运算包括如下步骤：

将第一光谱数据与第二光谱数据中相同频带的强度值对应相减得到差值，所述差值除以第一光谱数据或第二光谱数据中对应强度值即为所述敏感值。

可选的，所述敏感值数据以曲线图方式呈现，所述曲线图中的最高波峰或最低波谷即为所述敏感值中的最大值。

可选的，所述第一光谱数据与第二光谱数据为多次获取的平均值数据。

可选的，通过光学发射光谱仪获取所述第一光谱数据与第二光谱数据。

可选的，还包括如下步骤：

对比所述特征频带在所述第一光谱数据和/或第二光谱数据中对应的强度值是否在所述光学发射光谱仪总的强度值的10％-30％范围内，若在该范围内，则将所述特征频带用于监控所述事件；若不在该范围内，则调整光学发射光谱仪的曝光程度后从获取所述第一光谱数据和第二光谱数据步骤重新执行所述获取方法。

可选的，所述事件为刻蚀终点事件。

可选的，所述事件为气体泄露事件。

可选的，所述事件为空气进入等离子体处理腔室事件。

进一步的，本发明还公开了一种等离子体处理过程的监控方法，包括：使用上述任意一项所述的获取方法得到的特征频带监控所述事件发生的时间。

进一步的，本发明还公开了一种等离子体处理过程的监控系统，包括：

反应腔，用于进行等离子体处理过程；

光学发射光谱仪，用于获取等离子体处理过程中事件发生前的第一光谱数据与所述事件发生后的第二光谱数据；

数据处理模块，用于将所述第一光谱数据与第二光谱数据进行运算，得到不同频带的敏感值数据；

选择模块，用于选择所述敏感值数据中的最大值对应的特征频带输入监控设备判断所述事件的发生时间。

可选的，还包括调整模块，用于判断所述特征频带在所述第一光谱数据和/或第二光谱数据中对应的强度值是否在所述光学发射光谱仪总的强度值的10％-30％范围内，若在该范围内，则将所述特征频带用于监控所述事件的发生时间；若不在该范围内，则调整光学发射光谱仪的曝光程度后重新获取所述第一光谱数据和第二光谱数据。

可选的，所述第一光谱数据和第二光谱数据为通过所述光学发射光谱仪多次获取后的平均值数据。

可选的，所述事件为等离子体处理过程中的终点事件或等离子体处理设备气体泄漏事件。

可选的，所述监控设备为所述光学发射光谱仪。

进一步的，本发明还公开了一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，所述指令被执行用于实现上述任一项所述的方法。

本发明的优点在于：本发明提供了一种特征频带的获取方法和等离子体处理过程监控方法，根据事件前后的谱线数据对比，可以针对某一个子过程，选出最明显的特征频带来标示过程进度；克服了光谱仪分辨率低，等离子体反应腔环境复杂造成的监控不准确问题，提高了等离子体处理流程的效率和精确度；利用本发明的方法或者系统，只需要进行一次用于监控的特征频带选择，即适用于相同子过程的重复监控；本发明涉及的获取方法，可以通过计算机介质存为指令形式，在每次频带选择时，运行指令实现对光谱数据的自动处理，以得出目标谱线，其平台适应性强，可移植度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种实施例的特征频带获取方法和处理过程监控方法流程示意图；

图2为本发明的另一种实施例的特征频带获取方法和处理过程监控方法流程示意图；

图3为本发明的一种实施例的等离子体处理过程的监控系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于使用光学发射光谱仪(OES)来监控等离子体处理过程的进度来说，通常针对要监控的物质查找光谱手册，从对应谱线选出一个或多个频带来标定该物质变化情况，但是面对实际的工艺进程存在诸多困难，例如含有多种成分的复杂反应腔环境，多种谱线互相重合致使不能准确分辨单一物质。可以使用的解决方案包括基于统计方法，对特定工艺流程进行主成分分析、多变量分析等。或者利用数学模型，通过大量的数据进行机器学习的训练。以上方法都因为操作过于复杂而很难在实际应用中推广应用。

如图1所示为本发明提供的一种实施例的特征频带的获取和等离子体处理过程的监控方法，具体包括步骤110，确定等离子体处理的事件，该事件定义为对应某一特定过程的发生，该特定过程发生与否会带来监测环境某一化学成分含量的改变，例如事件可以是等离子体刻蚀过程中，刻蚀终点事件；或者可以是常压环境中的空气泄露进入等离子体处理腔室的事件。对于刻蚀终点事件，因为被刻蚀层完全被反应后，不会继续产生反应后副产物基团，所以对应副产物基团的光谱强度会显著降低，亦或是刻蚀层的底层还有另一种已知物质，暴露在等离子体环境中被刻蚀会使前一工序的刻蚀环境突然增加一种新物质的光谱强度。对于空气泄露事件，会对等离子体刻蚀环境引入新的空气中的成分的光谱，也会被OES检测到。根据确定的事件，初步估计事件的发生时间，可以通过常规方法，例如查找手册，在其他实施例中，也可以根据经验估计相同条件下等离子体处理过程的发生时间，在另一些实施例中，也可以通过人为制造目标事件的发生来确定发生时间。

在目标事件的发生时间确定后，就可以明确在何时要监测何种物质对象，此时，执行步骤120，在目标事件的发生时间之前，收集第一光谱数据，待目标事件的发生时间之后，收集第二光谱数据，实际操作中，只需要获取在事件发生时间点前后时间上比较接近事件的光谱数据即可，以尽量接近事件发生的时间点为佳，默认以发生时间点为间隔，光谱数据在之前的时间段内不会有影响频带判断的变化。在一些实施例中，具体可以在选定事件后，利用事件的相同条件模拟事件的发生过程，利用OES持续获取光谱数据，直到事件发生后一段时间。从获取的光谱数据中，根据事件节点选取确定为事件发生前的光谱数据作为第一光谱数据，事件发生后的光谱数据作为第二光谱数据，光谱数据可以是不同波长频带的光强度值数据。在另一些实施例中，为了提高测量准确性，可以是多次模拟过程后，第一光谱数据和第二光谱数据各自的平均值结果。

之后执行步骤130，对第一光谱数据和第二光谱数据进行运算，去除噪声数据，得出敏感值数据集合，该敏感值数据反映出不同波长的频带在事件前后光强变化的程度。运算方法可以是，将第一光谱数据中特定波长的强度值与第二光谱数据中对应波长的强度值做除法运算得到商值；再将得到的商值与1做差后取绝对值运算获得最终结果作为不同波长频带的敏感值。在一些实施例中，运算方法也可以是，将第一光谱数据中特定波长的强度值与第二光谱数据中对应波长的强度值做减法运算得到差值；再将差值与第一光谱数据或第二光谱数据对应波长的强度值做除法运算得到最终结果作为不同波长频带的敏感值。

接着执行步骤140，选出最大敏感值对应的频带作为特征频带，以波长或频率代表该特征频带，敏感值最大意味着在半导体腔室的复杂环境中，即使有其他原子的谱线干扰，该谱线也能被明显的监测到，可以将其作为事件的特征频带。在一些实施例中，可以将敏感值数据以曲线图的形式表征，横坐标为光谱的波长或频率，纵坐标为敏感值的数值，在曲线图中，可能存在多个波峰和波谷，选取最高的波峰或者最低的波谷即为所需最大敏感值，波峰与波谷对比时，以距离纵坐标为0的准线最远的谱线为所需最大敏感值频带。以上为获取特征频带的方法。

为了精确监控等离子体处理过程事件的发生时间点，在获取特征频带的基础上，执行步骤150，将特征频带输入监控设备作为事件的发生标的。监控设备可以选择OES，将在事件发生前后变化最大的特征频带作为OES的监控目标，可以避免OES分辨率低的缺陷。通过相同条件模拟得到的事件标的频带，可以应用于相同条件的实际工艺进程监控相同事件的发生时间。通过本发明的频带获取方法和等离子体事件监控方法，不需要进行复杂的数据收集和处理，也不需要复杂的机器学习模型训练，可快速获得特征频带，提高监控的准确度。

如图2所示为本发明特征频带的获取和等离子体处理过程的监控方法的另一实施例，包括步骤210确定等离子体处理的事件，并预估事件发生时间；步骤220收集事件前的第一光谱数据和事件后的第二光谱数据；步骤230运算光谱数据得出敏感值数据；步骤240选出最大敏感值对应的频带。与上述实施例的区别在于，还包括步骤260确定频带的强度是否在OES强度的10％-30％之内。如果满足范围要求，则执行步骤250，将该频带作为特征频带输入监控设备作为事件的发生标的；如果超出范围，则执行步骤261调整OES的曝光程度后，从步骤220开始重新循环方法。如果低于OES强度的10％，会导致信噪比下降，使对该频带的探测效果不明显，以至于不能准确判定事件发生时机。相反，如果高于OES强度的30％，会过于接近OES的强度饱和，对于没有被选择的频带，其虽然变化小，但是强度可能会超过OES的最大强度，使OES产生过饱和，影响对光谱的整体识别效果。

如图3为本发明公开的一种等离子体处理过程的监控系统300示意图，其可以应用于如图3所示的电感耦合等离子体处理设备，包括反应腔壁1围出工艺过程的反应区域，基座2用于固定半导体衬底w，线圈3用于将反应气体激发成等离子体，一抽气泵4将反应腔内的气体抽出，以及一RF电源将控制射频耦合到基座上控制等离子体的轰击。监控系统300包括进行等离子体处理的反应腔，以及OES320，OES可以如图3所示设置在反应腔壁1上，也可以根据实际需求设置于其他位置，以能够接受反应腔内的光辐射作为放置要求，OES320可以获取第一光谱数据和第二光谱数据。监控系统300还包括数据处理模块330和选择模块340，数据处理模块330用于将第一光谱数据和第二光谱数据进行运算，得出处理结果即敏感值数据，而选择模块340从数据处理模块的处理结果中选择敏感值最大的频带作为事件的标的特征频带，并返回标的特征频带的频率或波长值。

在一些实施例中，监控系统300还包括调整模块360，其会将选择模块340的处理结果与第一光谱和第二光谱中对应的光强度与OES的强度上限做对比，如果超过10％-30％的范围，则调整OES的曝光强度后，指示OES重新收集光谱数据运行监控系统300的流程，如果处于10％-30％范围内，则不做操作，确认将标的特征频带作为最终结果返回。

本发明同时公开了一种存储介质，可以是移动硬盘或软盘或其他具有存储功能的装置，存储介质中储存有通过程序语言编写的指令，该指令用于执行本发明公开的特征频带的获取方法相关的步骤。存储有计算机语言指令的存储介质可以适配于常规计算机系统，对于不同的反应腔室和等离子体工艺条件都适用，不依赖硬件变化，可移动性强。

本发明提供了一种特征频带的获取方法和等离子体处理过程监控方法，根据过程前后的谱线数据对比，可以针对某一个子过程，选出最明显的特征频带来标示过程进度；克服了光谱仪分辨率低，等离子体反应腔环境复杂造成的监控不准确问题，提高了等离子体处理流程的效率和精确度；利用本发明的方法或者系统，只需要进行一次用于监控的特征频带选择，即适用于相同子过程的重复监控；本发明涉及的获取方法，可以通过计算机介质存为指令形式，在每次谱线选择时，运行指令实现对光谱数据的自动处理，以得出目标频带，其平台适应性强，可移植度高。

本发明公开的监控系统不限于应用于示例中的电感耦合等离子处理设备，在其他等离子体处理装置中，例如电容耦合等离子体处理设备也可以适用，此处不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种特征频带的获取方法，用于提高等离子体处理过程中的事件监控精度，其特征在于，包括如下步骤：

预估所述事件的发生时间；

获取所述发生时间前的第一光谱数据与所述发生时间后的第二光谱数据；将所述第一光谱数据与第二光谱数据进行运算，得到不同频带的敏感值数据；

提取所述敏感值数据中的最大值对应的频带作为特征频带。

2.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述第一光谱数据与所述第二光谱数据为不同频带的强度值数据。

3.如权利要求2所述的获取方法，其特征在于，所述运算包括如下步骤：

将第一光谱数据与第二光谱数据中相同频带的强度值对应相除得到商值，所述商值与1相减后的绝对值即为所述敏感值。

4.如权利要求2所述的获取方法，其特征在于，所述运算包括如下步骤：

将第一光谱数据与第二光谱数据中相同频带的强度值对应相减得到差值，所述差值除以第一光谱数据或第二光谱数据中对应强度值即为所述敏感值。

5.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述敏感值数据以曲线图方式呈现，所述曲线图中的最高波峰或最低波谷即为所述敏感值中的最大值。

6.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述第一光谱数据与第二光谱数据为多次获取的平均值数据。

7.如权利要求2所述的获取方法，其特征在于，通过光学发射光谱仪获取所述第一光谱数据与第二光谱数据。

8.如权利要求7所述的获取方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对比所述特征频带在所述第一光谱数据和/或第二光谱数据中对应的强度值是否在所述光学发射光谱仪总的强度值的10％-30％范围内，若在该范围内，则将所述特征频带用于监控所述事件；若不在该范围内，则调整光学发射光谱仪的曝光程度后从获取所述第一光谱数据和第二光谱数据步骤重新执行所述获取方法。

9.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述事件为刻蚀终点事件。

10.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述事件为气体泄露事件。

11.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述事件为空气进入等离子体处理腔室事件。

12.一种等离子体处理过程的监控方法，其特征在于，包括：

使用如权利要求1-11任意一项权利要求所述的获取方法得到的特征频带监控所述事件发生的时间。

13.一种等离子体处理过程的监控系统，其特征在于，包括：

反应腔，用于进行等离子体处理过程；

光学发射光谱仪，用于获取等离子体处理过程中事件发生前的第一光谱数据与所述事件发生后的第二光谱数据；

数据处理模块，用于将所述第一光谱数据与第二光谱数据进行运算，得到不同频带的敏感值数据；

选择模块，用于选择所述敏感值数据中的最大值对应的特征频带输入监控设备判断所述事件的发生时间。

14.如权利要求13所述的监控系统，其特征在于，还包括调整模块，用于判断所述特征频带在所述第一光谱数据和/或第二光谱数据中对应的强度值是否在所述光学发射光谱仪总的强度值的10％-30％范围内，若在该范围内，则将所述特征频带用于监控所述事件的发生时间；若不在该范围内，则调整光学发射光谱仪的曝光程度后重新获取所述第一光谱数据和第二光谱数据。

15.如权利要求13所述的监控系统，其特征在于，所述第一光谱数据和第二光谱数据为通过所述光学发射光谱仪多次获取后的平均值数据。

16.如权利要求13所述的监控系统，其特征在于，所述事件为等离子体处理过程中的终点事件或等离子体处理设备气体泄漏事件。

17.如权利要求13所述的监控系统，其特征在于，所述监控设备为所述光学发射光谱仪。

18.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，所述指令被执行用于实现权利要求1-11任一项所述的方法。

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