CN117451636A - 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法 - Google Patents

一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117451636A
CN117451636A CN202311379316.1A CN202311379316A CN117451636A CN 117451636 A CN117451636 A CN 117451636A CN 202311379316 A CN202311379316 A CN 202311379316A CN 117451636 A CN117451636 A CN 117451636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
etching
light source
spectrum
end point
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311379316.1A
Other languages
English (en)
Inventor
牛夷
姜晶
陈浩林
李璇
李志强
王超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202311379316.1A priority Critical patent/CN117451636A/zh
Publication of CN117451636A publication Critical patent/CN117451636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274Calibration, base line adjustment, drift correction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917Plasma diagnostics
    • H01J37/32935Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32972Spectral analysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法,属于刻蚀终点检测领域。包括:光谱采集装置、校准光源、辅助光源、数据处理控制装置、显示装置,光谱采集装置通过刻蚀腔室的观察窗口对等离子体刻蚀过程进行全波段光谱采集,然后将采集到的信息发送给数据处理控制装置;刻蚀终点检测系统包括光谱采集装置、校准光源、辅助光源、数据处理控制装置和显示装置。本发明能够提高不同腔室和不同刻蚀反应过程的全光谱信息的采集精度,基于全光谱的刻蚀终点检测方法通过针对不同工艺进行特定的波长和算法选取,能够准确计算出不同反应过程的刻蚀终点,可广泛应用于半导体集成电路制造过程中不同等离子体刻蚀设备和刻蚀反应的刻蚀终点监控。

Description

一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于集成电路制造领域的工艺设备在线监测系统和监测方法,具体涉及一种用于等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点检测系统和基于全光谱的刻蚀终点检测方法。
背景技术
等离子体刻蚀是集成电路芯片制造工艺中的一个重要步骤,用于精确地刻蚀材料表面。其通过使用高能量的等离子体(一种带电粒子和离子的气体状态)来去除或改变材料表面的部分,从而实现微纳米级的精细加工。等离子体刻蚀需要在刻蚀完成后及时停止,过度刻蚀(Over etching)和刻蚀不足(Under etching)均会导致未能完全刻蚀出所需的结构,可能导致器件无法正常工作或性能下降,引入尺寸不符、芯片不稳定性和产品失效等问题。为了避免这类现象,需要使用刻蚀终点检测(End Point Detection,EPD)系统对刻蚀终点进行精确检测并控制刻蚀过程,这对于确保微纳器件的稳定性和性能至关重要。
目前主流的等离子体刻蚀工艺终点检测系统分为基于光学发射光谱(OpticalEmission Spectroscopy,OES)的刻蚀终点检测系统和基于激光干涉(LaserInterferometry,LI)的刻蚀终点检测系统。激光干涉法是利用激光的干涉效应来检测被刻蚀层的光学厚度变化,通过将小激光光斑聚焦到晶圆表面上并测量反射光强度来直接监测晶圆,从而判断刻蚀终点,该方法只能实现局部的刻蚀终点检测,同时需要手动进行检测点的定位,不利于集成电路自动化生产线的集成。相较而言,光学发射光谱法是通过检测等离子体中的特定光谱变化来判断刻蚀终点,其能够实现对任何尺寸、形状和位置的大样品进行全局的自动化刻蚀终点检测,已被广泛用于集成电路生产过程。
现有基于OES的刻蚀终点检测系统存在的问题是,等离子体光辐射对外界光照条件的变化很敏感,所以这些检测系统的终点检测过程容易受到外界环境光的噪声干扰,进而产生刻蚀终点的误判,当反应过程的辉光较为微弱时,噪声干扰和终点误判尤为明显。另一方面,现有基于OES的刻蚀终点检测系统主要利用光栅单色仪或是滤光片进行特定波长的选取和采集,这种策略使得系统能够检测的波长数量有限,无法任意选择特定波长光谱,应对多种不同刻蚀反应过程的终点检测,同时光栅单色仪和滤光片的引入增加了系统的制造成本和维护成本。
发明内容
本发明针对上述技术问题而提出,目的在于提供一种结构简易的等离子体刻蚀终点检测系统,能够准确采集不同腔室和工艺反应下等离子体发光的全光谱数据,并提供一种基于全光谱的刻蚀终点检测方法,应对不同工艺反应下的等离子体刻蚀终点准确检测。
具体来说,本发明提供了一种等离子体刻蚀终点检测系统,包括:光谱采集装置、校准光源、辅助光源、数据处理控制装置、显示装置,所述光谱采集装置通过刻蚀腔室的观察窗口对等离子体刻蚀过程中的特定波长范围光谱信息进行全波段采集,然后将采集到的信息发送给数据处理控制装置;
校准光源,提供校准光,所述的校准光具有的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围至少与光谱采集装置观察到的等离子体发射所提供的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围相等;
辅助光源,提供在光谱采集装置所能观察到的波长范围之内的辅助光,用于和刻蚀过程中来自等离子体的本底信号叠加,通过后期扣除能够减少本底等离子体发射光中的噪声,提供更准确的光谱数据;
数据处理控制装置,与所述光谱采集装置,校准光源和辅助光源连接,用于控制辅助光源和辅助光源的开关和亮度调节,接收光谱信息,同时,具有刻蚀终点检测软件,其中储存了不同刻蚀反应所对应的不同波长光谱和终点检测算法选项,根据反应过程自动选取合适的终点检测算法处理特定光谱数据,确定刻蚀终点,并反馈至工艺状态控制系统,及时停止刻蚀;
显示装置,与所述数据处理控制装置连接,用于实时显示光谱数据及刻蚀终点检测结果,能够给予操作人员及时的数据反馈,便于高效的工艺参数调整和设备校准;
所述的光谱采集装置,包括:外壳、遮光罩、聚光透镜、光阑、三维移动装置、光电转换装置、控制面板;所述聚光透镜安装于遮光罩所预留的安装接口处;外壳为杯形,杯口处设置遮光罩,外壳与遮光罩形成一个密闭腔体;光阑、三维移动装置、光电转换装置设置于该密闭腔体内;光电转换装置固定于所述三维移动装置上,聚光透镜、光阑、光电转换装置依次设置在一条直线上;控制面板控制控制三维移动装置实现光电转换装置在三个维度上的位置平移,并接受光电转换装置的输出数据。
进一步的,一种采用等离子体刻蚀终点检测系统的等离子体刻蚀终点检测方法,该方法包括:
步骤1:光谱采集装置安装于等离子体刻蚀腔室的观察窗口,等离子体刻蚀的发出光经过观察窗口进入光谱采集装置,将校准光源定位在等离子体刻蚀腔室内,校准光源紧挨着观察窗口,并且其出射光对准观察窗口;
步骤2:通过数据处理控制装置控制校准光源发出校准光线,通过光谱采集装置接收从腔室中发射出来的校准光线;通过控制面板调节光电转换装置位置接收校准光线;
步骤3:根据显示装置显示的成像和与参考光谱对比情况判断光电转换装置是否处于使系统响应达到最准确的位置;直到调节光电转换装置达到最优位置;
步骤4:移除校准光源,将辅助光源安装在等离子体刻蚀腔室内,刻蚀时的等离子体位于观察窗口与辅助光源之间;
步骤5:通过数据处理控制装置控制辅助光源发出已知波长的辅助光线,通过光谱采集装置接收从腔室中发射出来的光线;
步骤6:开始刻蚀,获取等离子体刻蚀过程产生的辉光和辅助光源光线相叠加的光谱信号;
步骤7:将刻蚀过程采集到的信号扣除先前采集到的辅助光源所发出的光信号,得到准确的来自等离子体本身的全光谱信息;
步骤8:数据处理控制装置自动根据刻蚀反应原理使用特定的终点检测算法对特定的光谱进行分析检测刻蚀终点;将分析结果进行保存和显示,并反馈至工艺控制系统。
进一步的,所述的基于全光谱的刻蚀终点检测方法,其特征在于,终点检测算法具体包括:基于单波长的终点检测算法、基于双波长的终点检测算法或基于多波长的终点检测算法;所述的基于多波长的终点检测算法,其特征在于,采用PCA快速计算涉及多个趋势的趋势和函数形式,从而有效准确地在线确定刻蚀过程终点,或是使用DNN直接进行刻蚀终点的预测。
相较于现有技术而言,本发明提供的等离子体刻蚀终点检测系统通过光谱采集装置实现环境光干扰的消除,同时,通过校准光源对系统进行校准,进一步通过辅助光源和刻蚀过程中来自等离子体的本底发光信号叠加,通过后期扣除减少本底等离子体发射光中的噪声,实现光谱数据的准确获取,从而提供更准确的终点指示。本发明提供的基于全光谱的刻蚀终点检测方法,通过软件层面进行全光谱范围内的特定波长的选取,无需引入光栅单色仪和滤光片,降低了硬件系统的设计难度和制造维护成本。同时,通过自定义的波长和算法处理,能够适用于不同等离子体刻蚀工艺的终点监控。
附图说明
图1为本发明的等离子体刻蚀终点检测系统结构示意图;
图2为本发明的光谱采集装置结构示意图;
图3是使用本发明终点检测系统进行等离子体刻蚀终点检测的一个实施方法的示意图;
图4为本发明的基于全光谱的刻蚀终点检测方法示意图。
附图标记说明:1、刻蚀终点检测系统;2、光谱采集装置;3、数据处理控制装置;4、显示装置;5、校准光源;6.辅助光源;61:外壳;62:遮光罩;63:聚光透镜;65:固定通孔;66、光电转换装置;7:三维移动装置;8:底座;9:调节支座;10:光电转换装置夹持器;64:光阑;67:控制面板;11:等离子体刻蚀设备;12:工艺状态控制系统;13:观察窗口;14:刻蚀目标;15:等离子体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、
“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,一种等离子体刻蚀终点检测系统1,其包括:光谱采集装置2、数据处理控制装置3和显示装置4,校准光源5和辅助光源6。光谱采集装置2用于对等离子体刻蚀过程中的特定波长范围的光谱进行全波段采集。数据处理控制装置3与光谱采集装置2通过线缆连接,数据处理控制装置具有刻蚀终点检测软件,其中储存了不同刻蚀反应所对应的不同波长光谱和终点检测算法选项,可根据反应过程自动选取合适的终点检测算法处理特定光谱数据,确定刻蚀终点,并反馈至工艺状态控制系统,及时停止刻蚀。显示装置4通过线缆与数据处理控制装置3相连,用于实时显示光谱曲线和刻蚀终点判定结果。
具体的,校准光源5的作用是提供类似于等离子体发射的校准光,所述的校准光具有至少与光谱采集装置观察到的等离子体发射所提供的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围相等的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围。其可以是氩气氩气放电灯,用于校准涉及氩气等元素的等离子体刻蚀设备;或是汞气放电灯,用于校准汞等元素的光谱特征,其在紫外光区域有许多发射线,因此适用于校准高能紫外光谱区域的设备。作为优选,校准光源也可以是氙闪光灯,其具有广泛的光谱特性,涵盖从紫外光到可见光的波长区域,能够适用于校准需要在不同波长范围内进行的等离子体刻蚀工艺和刻蚀腔室。所述校准光源通过线缆与数据处理控制装置3相连,数据处理控制装置3能够控制校准光源5的开关和光强度大小。
具体的,辅助光源6的作用是发出提供在光谱采集装置所能观察到的波长范围之内的辅助光,用于和刻蚀过程中来自等离子体的本底信号叠加,通过后期扣除能够减少本底等离子体发射光中的噪声,提供更准确的光谱数据。数据处理控制装置3能够控制辅助光源6的开关和光强度大小。辅助光源64可以表现为一种单色光源,该光源能够在不同波长范围内提供光发射。例如,它可以是类似于光发射二极管(LED)的固态光源。在一种实施方式中,辅助光源64可以包含多个LED,这些LED能够在不同的波长区域输出辐射。例如,辅助光源64可以包括紫外(UV)区域的LED,以及具有宽带输出(例如白光)的LED,或者它们的任意组合。通过组合具有不同输出波长的LED,例如200nm(UV)、300nm(UV)、400-700nm(白),可以获得覆盖范围为200nm-700nm的光谱输出,与光谱采集装置2的光谱探测范围相匹配。
如图2所示是本发明的光谱采集装置2的结构示意图,主要包括外壳61,遮光罩62,聚光透镜63,光阑64,光电转换装置66和三维移动装置7。遮光罩62被配置于面向刻蚀设备观察窗口的位置,其形状可以按照观察窗口的形状进行定制化设计,以确保实现完全的环境光隔绝。遮光罩上设置有固定通孔65以将光谱采集装置2固定在腔室观察窗口的外侧。遮光罩上安装聚光透镜63,与观察窗口的中心位于同一条水平直线上,聚光透镜63具有聚光作用,能够将来自腔室内部的光线汇聚,从而保证进入光谱采集装置2的光线的光通量。通过聚光透镜汇聚后的光线经过光阑64进行进一步的杂光滤除,并直接传入光电转换装置66中,光电转换装置66获得包含可见光全波长范围内的各波长值对应的强度的光源的光谱数据。
光电转换装置66用于对等离子体腔室中的光进行采集,光电转换装置为光电二极管或光电倍增管,其被固定于三维移动装置7上;光电转换装置66与控制面板67相连,可通过线缆将光谱数据传输至数据处理控制装置3进行光谱分析,对于某一特定实施案例,设定光电转换装置66可采集光谱波长范围为200nm-700nm。
三维移动装置7主要由底座8,调节支座9和光电转换装置夹持器10组成,通过控制面板67可以实现对光电转换装置66在前后、左右和上下三个维度上的位置调节,从而保证光电转换装置66处于最佳的光线采集位置,实现特定波长范围的全光谱准确采集。
光谱采集装置2还可包含接口面板67,其包含准许控制、供电及与数据处理控制装置3交互的特征。接口面板67可包含例如以下各项的特征:电源连接器、模拟及数字信号连接、显示面板等。
利用校准光源5可以将刻蚀终点检测系统1进行校准,需要校准的结构为上述的光电转换装置66。校准光源5发出的光通过聚光透镜63进行聚焦,通过光阑64滤除杂散光后传输至光电转换装置66的位置,通过光电转换装置66进行光电信号的转换,转换后的信号通过线缆传输至数据处理控制装置7进行格式转化,并通过显示装置4进行显示。对于光电转换装置66,其所接收到的总体响应取决于光电转换装置66的灵敏度以及室与光电转换装置66之间的各种光学元件的传输。通过测量由校准光源5通过这些元件产生的光谱,可将所收集到的光谱信号与参考光谱或其它数据进行比较。通过使用三位移动装置7调节光电转换装置66的位置能够确定可用于使系统响应达到更准确值的配置,从而实现对特定刻蚀过程光谱的准确采集。
图3展示了使用本发明的刻蚀终点检测系统1进行等离子体刻蚀终点检测的一个实施方法的示意图。终点检测系统1与典型的等离子体刻蚀设备11和集成电路制造过程中的工艺状态控制系统12相连。终点检测系统通过光谱采集装置60与刻蚀腔室11侧边的观察窗口13相连,观察并采集在刻蚀目标对象14过程中等离子体15所发出的光。刻蚀开始前,校准光源5和辅助光源6被分别安装于刻蚀腔室内。校准光源提供类似于等离子体发射的校准光,此时腔室不工作,无等离子体发光。完成刻蚀终点检测系统1的校准后,移除校准光源5,安装辅助光源6,提供在光谱采集装置所能观察到的波长范围之内的辅助光。刻蚀终点检测系统1与工艺状态控制系统12相连,以实时提供刻蚀和终点信息。工艺状态控制系统12能够对设备11中的刻蚀工艺进行全面控制,可以基于刻蚀信息和终点信息及时停止刻蚀工艺,避免刻蚀目标14被欠刻蚀或过刻蚀。
基于上述等离子体刻蚀终点检测系统1,如图4所示,本发明提供了一种基于全光谱的刻蚀终点检测方法,包括如下步骤:
将光谱采集装置2通过遮光罩62上的固定通孔65固定于刻蚀腔室11的观察窗口13上;
在刻蚀开始前,首先将校准光源5定位在等离子体刻蚀腔室内的合适位置处,通过数据处理控制装置3打开校准光源并调节至合适亮度,控制校准光源发出近似于等离子体发射的校准光线,通过光谱采集装置2接收从腔室中发射出来的光线;
使用控制面板67控制三维移动装置7调节光电转换装置66的位置;
汇聚的光线分别通过聚光透镜和光阑的中心狭缝汇聚到光电转换装置66处完成模数转换,经过数据处理控制装置3进行格式转换和可视化处理后发送至显示装置4进行实时显示。同时,校准光源5的光参数已知,根据显示装置4显示的成像和与参考光谱对比情况判断光电转换装置是否处于使系统响应达到更准确值的位置;
当光电转换装置66并未准确接收到光线或并未处于使系统响应达到更准确值的位置时,返回前述“使用控制面板67控制三维移动装置7调节光电转换装置66的位置”步骤,进行重复;
当光电转换装置66处于使系统响应达到更准确值的位置时,停止调节,固定三维移动装置7位置,完成光电转换装置66的校准;
关闭并移除校准光源64,将辅助光源6安装在等离子体刻蚀腔室内;
通过数据处理控制装置3控制辅助光源6发出已知波长的辅助光线,通过光谱采集装置接收从腔室中发射出来的光线,保存至数据处理控制装置;
开始刻蚀,刻蚀终点检测系统1准确获取等离子体刻蚀过程产生的与辅助光源6相叠加的光谱信号;
通过数据处理控制装置3从刻蚀过程采集到的信号中扣除先前采集到的辅助光源所发出的光信号,得到准确的来自等离子体本身的全光谱信息;
数据处理控制装置自动根据刻蚀反应原理使用特定的终点检测算法对特定的光谱进行分析检测刻蚀终点,可选择的算法包括单波长EPD算法,双波长EPD算法和多波长EPD算法,可选择的波长为光谱采集装置2所获取的特定波段范围内的全波长光谱数据中的任意波长谱线,例如光谱波长范围为200nm-700nm范围内的特定波长谱线;
将分析结果保存于数据处理控制装置3,显示于显示装置4,并发送至工艺控制系统12,及时停止刻蚀。
具体的,单波长EPD算法是检测等离子体刻蚀中某种反应产物的发射光谱线。例如,在进行Cl2对Al层的等离子体刻蚀的终点检测时,光谱的主峰为260nm附近的AlCl电子跃迁时发出,所以可以选取260nm的波长进行刻蚀终点检测。
具体的,双波长EPD算法是测量离线运行的测试晶圆上,在反应腔内担任重要角色的化学成分的两个波长的值,要求第一波长强度与腔室内是否存在刻蚀停止高度相关,例如上述260nm波长的AlCl的谱线,并且还确定对刻蚀过程具有化学意义的第二波长,要求该波长的强度随时间相对稳定,而与腔室内是否存在刻蚀停止条件无关,例如波长703nm的F的发射光谱特征谱线,然后对这两个值进行比较,以补偿发射光谱随时间的漂移,用该比值确定在反应腔内是否普遍存在刻蚀停止条件。
具体的,多波长EPD算法分别包含基于主成分分析的多波长EPD算法和基于神经网络推理的多波长EPD算法。基于主成分分析的多波长终点检测算法包括:使用光谱采集装置2收集模型晶圆的原始光谱数据,使用数据处理控制装置3对模型晶圆的光谱数据进行预处理,包括平均值规范化等,得到协方差矩阵。然后从该协方差矩阵的特征值分解计算得到加载向量,其对蚀刻终点最敏感;随后进行实时刻蚀终点检测,在每一时刻,获得目标晶圆的实时原始光谱数据与第一步选择的加载向量相乘,得到目标晶圆的得分向量,即直接将这些光谱数据投影到第一阶段选择出的那个最敏感的方向上,得到一个随时间变化的信号。通过监测这个信号的变化,当它超过预设的阈值时,就可以判定刻蚀已经达到终点。基于神经网络的多波长终点检测算法包含神经网络构建,数据预处理,网络训练和实时预测过程。神经网络可以是CNN,也可以是RNN。在具体案例中,可以使用一个简单的CNN,由多个卷积层和全连接层组成。卷积层可以用于提取光谱数据的局部特征,全连接层用于将这些特征映射到刻蚀终点预测。首先将全光谱数据进行标准化,以确保输入数据在相同尺度上进行处理。具体的,可以考虑使用降噪技术,如滤波器,来减少噪声的影响。随后使用标注的数据集对神经网络进行训练。训练过程中,通过最小化预测值与实际标注值之间的误差(损失函数),使网络学习得到光谱特征与刻蚀终点之间的关系。在实际应用中,将实时收集到的光谱数据输入到训练好的神经网络中,获得刻蚀终点。

Claims (3)

1.一种等离子体刻蚀终点检测系统,包括:光谱采集装置、校准光源、辅助光源、数据处理控制装置、显示装置,所述光谱采集装置通过刻蚀腔室的观察窗口对等离子体刻蚀过程中的特定波长范围光谱信息进行全波段采集,然后将采集到的信息发送给数据处理控制装置;
校准光源,提供校准光,所述的校准光具有的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围至少与光谱采集装置观察到的等离子体发射所提供的波长范围、空间伸展范围和角度伸展范围相等;
辅助光源,提供在光谱采集装置所能观察到的波长范围之内的辅助光,用于和刻蚀过程中来自等离子体的本底信号叠加,通过后期扣除能够减少本底等离子体发射光中的噪声,提供更准确的光谱数据;
数据处理控制装置,与所述光谱采集装置,校准光源和辅助光源连接,用于控制辅助光源和辅助光源的开关和亮度调节,接收光谱信息,同时,具有刻蚀终点检测软件,其中储存了不同刻蚀反应所对应的不同波长光谱和终点检测算法选项,根据反应过程自动选取合适的终点检测算法处理特定光谱数据,确定刻蚀终点,并反馈至工艺状态控制系统,及时停止刻蚀;
显示装置,与所述数据处理控制装置连接,用于实时显示光谱数据及刻蚀终点检测结果,能够给予操作人员及时的数据反馈,便于高效的工艺参数调整和设备校准;
所述的光谱采集装置,包括:外壳、遮光罩、聚光透镜、光阑、三维移动装置、光电转换装置、控制面板;所述聚光透镜安装于遮光罩所预留的安装接口处;外壳为杯形,杯口处设置遮光罩,外壳与遮光罩形成一个密闭腔体;光阑、三维移动装置、光电转换装置设置于该密闭腔体内;光电转换装置固定于所述三维移动装置上,聚光透镜、光阑、光电转换装置依次设置在一条直线上;控制面板控制控制三维移动装置实现光电转换装置在三个维度上的位置平移,并接受光电转换装置的输出数据。
2.一种采用权利要求1所述等离子体刻蚀终点检测系统的等离子体刻蚀终点检测方法,该方法包括:
步骤1:光谱采集装置安装于等离子体刻蚀腔室的观察窗口,等离子体刻蚀的发出光经过观察窗口进入光谱采集装置,将校准光源定位在等离子体刻蚀腔室内,校准光源紧挨着观察窗口,并且其出射光对准观察窗口;
步骤2:通过数据处理控制装置控制校准光源发出校准光线,通过光谱采集装置接收从腔室中发射出来的校准光线;通过控制面板调节光电转换装置位置接收校准光线;
步骤3:根据显示装置显示的成像和与参考光谱对比情况判断光电转换装置是否处于使系统响应达到最准确的位置;直到调节光电转换装置达到最优位置;
步骤4:移除校准光源,将辅助光源安装在等离子体刻蚀腔室内,刻蚀时的等离子体位于观察窗口与辅助光源之间;
步骤5:通过数据处理控制装置控制辅助光源发出已知波长的辅助光线,通过光谱采集装置接收从腔室中发射出来的光线;
步骤6:开始刻蚀,获取等离子体刻蚀过程产生的辉光和辅助光源光线相叠加的光谱信号;
步骤7:将刻蚀过程采集到的信号扣除先前采集到的辅助光源所发出的光信号,得到准确的来自等离子体本身的全光谱信息;
步骤8:数据处理控制装置自动根据刻蚀反应原理使用特定的终点检测算法对特定的光谱进行分析检测刻蚀终点;将分析结果进行保存和显示,并反馈至工艺控制系统。
3.如权利要求2所述的等离子体刻蚀终点检测方法,其特征在于,所述的基于全光谱的刻蚀终点检测方法,其特征在于,终点检测算法具体包括:基于单波长的终点检测算法、基于双波长的终点检测算法或基于多波长的终点检测算法;所述的基于多波长的终点检测算法,其特征在于,采用PCA快速计算涉及多个趋势的趋势和函数形式,从而有效准确地在线确定刻蚀过程终点,或是使用DNN直接进行刻蚀终点的预测。
CN202311379316.1A 2023-10-23 2023-10-23 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法 Pending CN117451636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311379316.1A CN117451636A (zh) 2023-10-23 2023-10-23 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311379316.1A CN117451636A (zh) 2023-10-23 2023-10-23 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117451636A true CN117451636A (zh) 2024-01-26

Family

ID=89588463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311379316.1A Pending CN117451636A (zh) 2023-10-23 2023-10-23 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117451636A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118197918A (zh) * 2024-02-04 2024-06-14 文华学院 一种GaAs基深刻蚀工艺硬质掩膜材料及其制备方法
CN118398515A (zh) * 2024-06-28 2024-07-26 江苏永鼎股份有限公司 一种GaAs刻蚀工艺的检测工艺及检测系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118197918A (zh) * 2024-02-04 2024-06-14 文华学院 一种GaAs基深刻蚀工艺硬质掩膜材料及其制备方法
CN118398515A (zh) * 2024-06-28 2024-07-26 江苏永鼎股份有限公司 一种GaAs刻蚀工艺的检测工艺及检测系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117451636A (zh) 一种等离子体刻蚀终点检测系统及刻蚀终点检测方法
US10892147B2 (en) Method and apparatus for calibrating optical path degradation useful for decoupled plasma nitridation chambers
KR101629253B1 (ko) 광방출 스펙트럼의 정규화 방법 및 장치
KR100748288B1 (ko) 스펙트럼 간섭법을 이용한 막 두께 제어
EP1926125B1 (en) Endpoint detection for photomask etching
KR20030080258A (ko) 부분최소제곱을 사용한 종단점검출을 위한 방법 및 장치
US11488875B2 (en) Semiconductor substrate measuring apparatus and plasma treatment apparatus using the same
US20070201016A1 (en) Method And Apparatus For Seasoning Semiconductor Apparatus Of Sensing Plasma Equipment
US11022877B2 (en) Etch processing system having reflective endpoint detection
US20200041343A1 (en) Spectroscopic measurement apparatus, electronic apparatus, and spectroscopic measurement method
US9059038B2 (en) System for in-situ film stack measurement during etching and etch control method
KR101987506B1 (ko) 측정 장치 및 측정 방법
KR101453819B1 (ko) 플라즈마 공정챔버
KR101533588B1 (ko) 발광 소자 불량 검출 장치 및 방법
US10871396B2 (en) Optical emission spectroscopy calibration device and system including the same
KR101487519B1 (ko) 플라즈마 공정챔버
JP6329790B2 (ja) プラズマ処理装置
KR101362730B1 (ko) 모노크로미터 모듈과 통합 센서 발광분광기의 병행 사용을 위한 통신모듈을 갖는 플라즈마 공정 진단 장치 및 이의 사용방법
US20220266379A1 (en) Laser processing device
JPH11176714A (ja) チャンバ内堆積膜測定装置とメンテナンス管理システム
US11604097B2 (en) Calibration method and calibration system
US20210063242A1 (en) Method of obtaining quantum efficiency distribution, method of displaying quantum efficiency distribution, program for obtaining quantum efficiency distribution, program for displaying quantum efficiency distribution, fluorescence spectrophotometer, and display device
KR102117089B1 (ko) 플라즈마 광 검출 장치 및 이를 구비하는 플라즈마 상태 분석 시스템
KR102682940B1 (ko) 기판처리장치 및 기판처리방법
US20220163391A1 (en) Diagnostic testing method for a spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination