TW201940834A - 線上監測系統及半導體加工裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供的線上監測系統及半導體加工裝置，其包括光源、第一光路、第二光路、取樣頻率控制單元、光電轉換單元和計算單元，光源用於提供入射光；第一光路用於傳輸入射光，並將入射光向晶片表面輻射；第二光路包括第一支路和第二支路，二者分別收集干涉光和電漿反射光；取樣頻率控制單元用於控制第一光路、第一支路和第二支路的通斷，以實現在接通第一光路和第一支路與接通第二支路之間的切換；取樣頻率控制單元還用於調節切換的頻率；光電轉換單元用於將干涉光和電漿反射光轉換為電訊號；計算單元用於獲得晶片表面厚度。本發明提供的線上監測系統，不僅可以保證精確控制晶片表面的製程厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

Description

線上監測系統及半導體加工裝置

本發明涉及半導體製造技術領域，具體地，涉及一種線上監測系統及半導體加工裝置。

隨著半導體製程技術的發展，多種半導體裝置廣泛應用於半導體製程，電漿蝕刻或沉積為半導體製程中的關鍵一步，電漿裝置已遍佈各大半導體製程產線。其中，高速蝕刻作為半導體製程中的一道製程，廣泛應用於封裝製程，以及電子元件等領域。由於蝕刻速率高、蝕刻深度快，對蝕刻形貌的即時監測以及蝕刻深度的即時高精度控制變得非常必要。傳統高速蝕刻，製程工程師往往根據經驗控制製程時間來達到蝕刻深度的控制，但精度不高，無法做到即時精確控制。

為此，目前利用IEP（Interferometric Endpoint System，干涉儀終端檢測系統）線上監測系統對晶片表面的製程厚度進行監測，該晶片表面的製程厚度可以是蝕刻深度或者也可以是薄膜沉積厚度。第1圖為現有的一種線上監測系統的結構圖。請參閱第1圖，該線上監測系統包括光源5、光譜軟體6、光譜儀4和光纖組件2。在實際應用中，光源5出射的相應窄波長的入射光經由光纖組件2進入腔室3中，並穿過電漿1輻射至晶片7的表面且在該表面被反射；然後，經晶片7反射的光經光纖組件2傳輸至光譜儀4中；光譜儀4對該反射光進行強度分辨，當晶片7表面的製程厚度發生變化時，在光譜儀4中檢測到的光強發生相應的變化，從而獲得變化的光譜強度；該光譜強度經光譜軟體6的分析和計算得到光強變化與晶片表面的製程厚度的對應關係。

上述線上監測系統在實際應用中不可避免地存在以下問題：
在監測過程中，通常需要選取一定的時間間隔進行電漿光譜的背景光（電漿反射光）扣除，因此，上述光源5選擇如第2圖所示的脈衝工作模式，在on階段光源5發射鐳射，在off階段光源5關閉，同時收集電漿的背景光。但是，這會使晶片表面的製程厚度的取樣頻率受到光源5的脈衝頻率限制，即，取樣頻率的大小即為光源5開啟的頻率大小，而光源5的脈衝頻率通常比較固定，從而造成取樣頻率比較單一，無法滿足不同的製程需求，進而無法精確控制晶片表面的製程厚度。

本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種線上監測系統及半導體加工裝置，其可以實現取樣頻率的調節，從而不僅可以保證精確控制晶片表面的製程厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

為實現本發明的目的而提供一種線上監測系統，用於檢測晶片表面的製程厚度，包括光源、第一光路、第二光路、取樣頻率控制單元、光電轉換單元和計算單元，其中，該光源用於提供入射光；該第一光路用於傳輸該入射光，並將該入射光向該晶片表面輻射；
該第二光路包括第一支路和第二支路，二者分別用於收集干涉光和電漿反射光，並將其傳輸至該光電轉換單元，該干涉光為經該晶片表面反射的反射光與該入射光形成的干涉光；
該取樣頻率控制單元用於控制該第一光路、第一支路和第二支路的通斷，以實現在接通該第一光路和第一支路與接通該第二支路之間的切換；該取樣頻率控制單元還用於調節該切換的頻率；
該光電轉換單元用於將該干涉光和該電漿反射光轉換為電訊號，併發送至該計算單元；
該計算單元用於根據該電訊號獲得光強數據，並根據該光強數據計算獲得該晶片表面厚度。

可選的，該取樣頻率控制單元包括光闌和驅動機構，其中，
該取樣頻率控制單元包括光闌和用於驅動該光闌旋轉的驅動機構，其中，該光闌包括屏障部和開口部，且在該驅動機構的驅動下，該開口部能夠繞該屏障部的中心旋轉至與該第一光路和第一支路對應的位置處，以接通該第一光路和第一支路，同時該屏障部繞該屏障部的中心旋轉至與該第二支路對應的位置處，以斷開該第二支路；或者，該開口部繞該屏障部的中心旋轉至與該第二支路對應的位置處，以接通該第二支路，同時該屏障部繞該屏障部的中心旋轉至與該第一光路和第一支路對應的位置處，以斷開該第一光路和第一支路。

可選的，該線上監測系統還包括遮光屏蔽筒，該第一光路、第一支路和第二支路均設置在該遮光屏蔽筒中，且三者的光線傳輸方向平行於該遮光屏蔽筒的軸線；並且，該第一光路和第一支路相對於該遮光屏蔽筒的軸線位於該遮光屏蔽筒的軸線的同一側，該第二支路位於該第一光路和第一支路的對側；
該光闌設置在該遮光屏蔽筒中，且該光闌的旋轉軸線與該遮光屏蔽筒的軸線相重合。

可選的，該第一光路、第一支路和第二支路各自包括沿各自的光線傳輸方向間隔設置的第一部分和第二部分，其中，該第一部分用於朝向該第二部分發射光線；該第二部分用於接收該光線；該光闌設置在該第一部分與該第二部分之間。

可選的，該取樣頻率控制單元包括電源，該電源用於按預設頻率向該光源供電，且該電源的該預設頻率可調；
該光電轉換單元包括第一子單元和第二子單元，二者分別用於將該干涉光和該電漿反射光轉換為電訊號；其中，該電源與該第一子單元同步觸發；該電源與該第二子單元非同步觸發。

可選的，該光電轉換單元包括光電倍增管；
通過調節施加在該光電倍增管上的電壓，來調節該干涉光和電漿反射光的強度。

可選的，該線上監測系統還包括濾光片組件，該濾光片組件用於過濾該第一光路中的該入射光、該第一支路中的該干涉光以及該第二支路中的該電漿反射光，以使指定波長的光通過。

可選的，該濾光片組件包括旋轉軸和圍繞該旋轉軸設置的複數不同波帶的濾光片，該旋轉軸用於驅動複數該濾光片圍繞該旋轉軸旋轉，以使其中三個指定波長的濾波片分別旋轉至與該第一光路、第一支路和第二支路相對應的位置處。

可選的，該濾光片的數量為8個，且相鄰的兩個該濾光片之間的中心角為45°。

可選的，該線上監測系統還包括透鏡，該透鏡設置在該第一光路的發射端與該晶片表面之間以及該第二光路的接收端與該晶片表面之間，用於將來自該第一光路的發射端的該入射光發散輻射至該晶片的表面，同時將該反射光會聚輻射至該第二光路的接收端。

作為另一技術方案，本發明還提供一種半導體加工裝置，包括反應腔室，在該反應腔室內設置有用於承載晶片的基座，且在該反應腔室的頂部設置有上電極機構，還包括本發明提供的上述線上監測系統，用於檢測晶片表面的製程厚度。

可選的，該線上監測系統還包括透鏡，該透鏡設置在該第一光路的發射端與該晶片表面之間以及該第二光路的接收端與該晶片表面之間，用於將該入射光發散輻射至該晶片表面，同時將該反射光會聚輻射至該第二光路的接收端；
該第一光路的輸出端和該第二光路的輸入端位於該透鏡的上方；該光電轉換單元和計算單元均位於該反應腔室的外部。

可選的，該上電極機構包括介電質視窗，該介電質視窗設置在該基座的上方；該透鏡設置在該介電質視窗中，且位於該介電質視窗的中心位置處，並且該透鏡自該介電質視窗的遠離該基座的一側暴露出來；
或者，該透鏡設置在該介電質視窗上的中心位置處，且位於遠離該基座的一側。

本發明具有以下有益效果：
本發明提供的線上監測系統，其通過借助取樣頻率控制單元控制第一光路、第一支路和第二支路的通斷，可以實現在接通第一光路和第一支路與接通第二支路之間的切換，從而可以實現在收集干涉光與收集電漿的背景光之間的切換。同時，取樣頻率控制單元還用於調節切換的頻率，即，調節晶片表面的製程厚度的取樣頻率，該取樣頻率控制單元可以決定取樣頻率的大小，而不受光源頻率的限制，從而不僅可以保證精確控制晶片表面厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

本發明提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明提供的上述線上監測系統，不僅可以保證精確控制晶片表面的製程厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的線上監測系統及半導體加工裝置進行詳細描述。

請參閱第3圖，本發明第一實施例提供的線上監測系統，用於在製程過程中即時檢測晶片表面厚度，以對其進行精確控制。該晶片表面厚度指的是晶片表面的製程厚度，其可以是蝕刻製程的蝕刻深度或者可以是沉積製程的薄膜沉積厚度。該線上監測系統包括光源43、第一光路39、第二光路、取樣頻率控制單元、光電轉換單元和計算單元，其中，光源43用於提供入射光，可選的，光源43為多譜線鐳射源，例如汞燈，以能夠適用不同的蝕刻材料。第一光路39用於傳輸來自光源43的入射光，並將該入射光向晶片22的表面輻射。該第一光路39的光纖頭37位於晶片22的上方，該光纖頭37為用於固定光纖的帶有透鏡的接頭裝置，該透鏡只能透射光，而不會改變光線方向。

第二光路包括第一支路40和第二支路41，二者分別用於收集干涉光和電漿反射光，並將其傳輸至光電轉換單元，該干涉光為經晶片表面反射的反射光與入射光形成的干涉光。電漿反射光為電漿21在吸收入射光之後，反射出的光。在實際應用中，該電漿反射光作為背景光需要在光源43開啟一段時間之後去除，而在去除背景光時，必須關閉上述第一光路39和第一支路40。另外，第二光路的光纖頭38位於晶片22的上方，且與上述第一光路39的光纖頭37並排設置，該光纖頭38同樣為用於固定光纖的帶有透鏡的接頭裝置。

取樣頻率控制單元用於控制第一光路39、第一支路40和第二支路41的通斷，以實現在接通第一光路39和第一支路40與接通第二支路41之間的切換，從而可以實現在收集干涉光與收集電漿的背景光之間的切換。同時，該取樣頻率控制單元還用於調節切換的頻率，該頻率即為檢測晶片表面的製程厚度的取樣頻率。

本發明提供的線上監測系統通過借助上述取樣頻率控制單元對取樣頻率進行調節，可以由取樣頻率控制單元決定取樣頻率的大小，而不受光源頻率的限制，從而不僅可以保證精確控制晶片表面的製程厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

在本實施例中，上述取樣頻率控制單元包括光闌49和用於驅動光闌49旋轉的驅動機構（圖中未示出），其中，該光闌49包括屏障部491和開口部492，如第4圖所示，光闌49呈圓盤狀，光闌49上的除了開口492之外的區域即構成屏障491。在驅動機構的驅動下，屏障部491和開口部492均可以繞屏障491的中心旋轉。具體地，在驅動機構的驅動下，開口部492能夠繞屏障部491的中心旋轉至與第一光路39和第一支路40對應的位置處，以接通第一光路39和第一支路40，同時屏障部491繞屏障部491的中心旋轉至與第二支路41對應的位置處，以斷開第二支路41；或者，開口部492繞屏障部491的中心旋轉至與第二支路41對應的位置處，以接通第二支路41，同時屏障部491繞屏障部491的中心旋轉至與第一光路39和第一支路40對應的位置處，以斷開第一光路39和第一支路40，從而實現了在接通第一光路39和第一支路40與接通第二支路41之間的切換。

上述開口部492旋轉至與第一光路39和第一支路40對應的位置處或者旋轉至與第二支路41對應的位置處，是指開口部492位於第一光路39和第一支路40的光線傳輸路徑上，或者位於第二支路41的光線傳輸路徑上，從而第一光路39和第一支路40傳輸的光線或者第二支路41傳輸的光線不會被阻擋。上述屏障部491旋轉至與第一光路39和第一支路40對應的位置處或者旋轉至與第二支路41對應的位置處，是指屏障部491位於第一光路39和第一支路40的光線傳輸路徑上，或者位於第二支路41的光線傳輸路徑上，從而第一光路39和第一支路40傳輸的光線或者第二支路41傳輸的光線被阻擋。

此外，上述取樣頻率控制單元可以通過調節光闌49的轉速，來調節在接通第一光路39和第一支路40與接通第二支路41之間的切換的頻率，即，檢測晶片表面的製程厚度的取樣頻率。該轉速越高，則取樣頻率越大；反正，則取樣頻率越小。例如，若轉速為6000轉/秒，則取樣頻率為6000Hz。

取樣頻率僅取決於上述光闌49的轉速。在實際應用中，光闌49的期望轉速可以根據製程需要而確定，並選擇滿足相應轉速的諸如電動機的驅動機構。由於諸如電動機的驅動機構能夠提供的轉速的範圍很廣，因此由光闌49的轉速所決定的取樣頻率的大小不受限制。而且，因為可以根據不同的製程需要來確定光闌49的期望轉速，因此本發明提供的線上監測系統的取樣頻率實際上可以滿足不同的製程需要。

借助上述取樣頻率控制單元對取樣頻率進行調節，可以獲得不同的取樣結果。在實際應用中，可以根據不同的蝕刻速率選擇相應的取樣頻率。具體地，對於蝕刻速率比較低的製程，例如蝕刻速率為500nm/min的製程，如果製程要求每秒監測深度的差異＜10nm，則取樣頻率可以在＞50samples/min的範圍內選取。對於蝕刻速率為2um/min的製程，且製程要求每秒監測深度的差異＜10nm，則取樣頻率可以在＞200samples/min的範圍內選取。

在本實施例中，線上監測系統還包括遮光屏蔽筒47，第一光路39、第一支路40和第二支路41均設置在遮光屏蔽筒47中，且三者的光線傳輸方向平行於遮光屏蔽筒47的軸線（第3圖中遮光屏蔽筒47的水平方向上的軸線）。較佳的，第一光路39和第一支路40位於遮光屏蔽筒47的軸線的同一側（上側），第二支路41相對於遮光屏蔽筒47的軸線位於第一光路39和第一支路40的對側（下側）。

光闌49設置在遮光屏蔽筒47中，且光闌49的旋轉軸線與遮光屏蔽筒47的軸線相重合，這樣，在驅動機構的驅動下，屏障部491和開口部492均圍繞遮光屏蔽筒47的軸線旋轉，而且由於第一光路39和第一支路40位於遮光屏蔽筒47的軸線的同一側，第二支路41相對於遮光屏蔽筒47的軸線位於第一光路39和第一支路40的對側，當開口部492旋轉至第一光路39和第一支路40所在一側時，能夠同時與第一光路39和第一支路40相對應，而屏障部491與第二支路41相對應；當開口部492旋轉至第二支路41所在一側時，能夠與第二支路41相對應，而屏障部491同時與第一光路39和第一支路40相對應。

在本實施例中，第一光路39、第一支路40和第二支路41各自包括沿各自的光線傳輸方向（本實施例中為遮光屏蔽筒47的軸向）間隔設置的第一部分和第二部分（例如第3圖中示出的第一光路39，其包括第一部分391和第二部分392，二者位元於遮光屏蔽筒47的內部且分別靠近遮光屏蔽筒47的左右兩端），其中，第一部分用於朝向第二部分發射光線（入射光）；第二部分用於接收該光線。光闌49設置在第一部分與第二部分之間，用以通過旋轉阻斷或接通第一部分與第二部分之間的光線傳播。

線上監測系統還包括透鏡36，該透鏡36設置在第一光路39的發射端（光纖頭37））與晶片22的表面之間以及第二光路的接收端（光纖頭38）與晶片22的表面之間，用於將來自第一光路39的發射端（光纖頭37）的入射光發散輻射至晶片22的表面，同時將反射光會聚輻射至第二光路的接收端，以進一步增大光線強度。

光電轉換單元用於將干涉光和電漿反射光轉換為電訊號，併發送至計算單元46。在本實施例中，光電轉換單元包括第一子單元45和第二子單元44，二者分別用於將干涉光和電漿反射光轉換為電訊號。計算單元46用於根據該電訊號獲得光強數據，並根據該光強數據計算獲得晶片表面的製程厚度。計算單元46在接收到電訊號時，對該電訊號進行處理，處理過程主要包括差計算、訊號轉換取樣等等，以獲得光強數據。

在先前技術中，請參閱第6圖，其中，帶有箭頭的虛線表示反射光，帶有箭頭的實線表示入射光。當蝕刻深度增加時，由於蝕刻底部不光滑，蝕刻底部對入射光的反射為非鏡面反射，因此來自蝕刻底部的一部分反射光並不會直接指向透鏡36，而是會指向蝕刻底部中的其他部分且被該部分蝕刻底部遮擋，導致反射光整體的訊號減弱，最終導致干涉光的強度減弱，而先前技術中採用的光電轉換器（例如CCD元件）只能在光強大於一定數值才能進入正常工作狀態（即，能夠進行訊號採集，且光電轉換能力符合工作要求，訊噪比也符合工作要求），即，光電轉換元件的電流與光強存在一定的臨界值關係，也就是說，光強必須達到該臨界值，才能使光電轉換元件進入正常工作狀態。

雖然現有的光電轉換器具有一定的光強訊號增強功能，但是，增強光強訊號需要一定的光電轉換時間，而且對於蝕刻深度較深的情況，由於所蝕刻的深槽對反射光的遮擋，導致反射到透鏡36的反射光的強度較弱，而現有的光電轉換器的光電轉換能力有限，無法使很弱的光強訊號達到臨界值，從而影響檢測準確度。

為瞭解決上述問題，在本實施例中，上述第一子單元45和第二子單元44均選用光電倍增管，通過調節施加在該光電倍增管上的電壓，可以調節干涉光和電漿反射光的強度，由於光電倍增管具有很強的光電轉換能力，因此，即使在反射光的強度較弱時，也能夠通過光電轉換使光強訊號的大小和訊噪比均符合工作要求，從而可以保證檢測的準確度。

光電倍增管是基於外光電效應和二次電子發射效應的電子真空元件。它利用二次電子發射使逸出的光電子倍增，因而能測量微弱的光訊號，因此其測量靈敏度遠高於光電管。第5圖為本發明第一實施例採用的光電倍增管的結構圖，請參閱第5圖，光電倍增管包括複數電極452和用於向各個電極452加載電壓的電源451。在光電倍增管處於工作狀態時，電子會在電場的作用下高速射向電極，並產生更多的二次發射電子，如此繼續下去，每一光電子激發的二次發射電子成倍增加，最後被陽極收集，得到更強的光訊號。由於光電倍增管的回應時間快，即使在反射光的強度較弱時，也不會花費很多的光電轉換時間。當蝕刻深度增加，可以在初始設定的電壓的基礎上，在製程過程中根據蝕刻需求逐漸更改電壓的大小。由此可知，光電倍增管是採用調節電壓的方式調節訊號強度，相對於先前技術所採用的非時間積分方式，本發明實施例可以有效縮短取樣時間，提高取樣頻率。

在本實施例中，線上監測系統還包括濾光片組件48，該濾光片組件48用於過濾第一光路39中的入射光、第一支路40中的干涉光以及第二支路41 中的電漿反射光，以使指定波長的光通過。對於不同的蝕刻材料，可以根據蝕刻材料對應的譜線的反射率選擇合適的譜線（一般選發射率大的譜線），借助濾光片組件48，可以通過選擇濾波片進行譜線選擇。

較佳的，如第7圖所示，濾光片組件48包括旋轉軸42和圍繞該旋轉軸42設置的複數不同波帶的濾光片481，旋轉軸42用於驅動複數濾光片481圍繞旋轉軸42旋轉，以使其中三個指定波長的濾波片481分別旋轉至與第一光路39、第一支路40和第二支路41相對應的位置處。這樣，三個指定波長的濾波片481能夠分別過濾三條第一光路39、第一支路40和第二支路41傳輸的光線。例如，濾光片481的數量可以為8個，且相鄰的兩個濾光片481之間的中心角為45°。該中心角便於實現光路與濾波片的對中。

本發明第二實施例提供的線上監測系統，其與上述第一實施例相比，其區別僅在於，取樣頻率控制單元的結構不同。

具體地，如第8圖所示，在本實施例中，取樣頻率控制單元包括電源51，該電源51用於按預設頻率向光源43供電，且電源51的預設頻率可調，從而可以實現取樣頻率的調節。並且，電源51與光電轉換單元的第一子單元44同步觸發；電源51與第二子單元45非同步觸發，即實現在接通第一光路39和第一支路40與接通第二支路41之間的切換，從而可以實現在收集干涉光與收集電漿的背景光之間的切換。

在本實施例中，取樣頻率取決於電源51的預設頻率。在實際應用中，電源51的預設頻率可以根據製程需要而確定，由於該預設頻率的選擇範圍很廣，因此由預設頻率所決定的取樣頻率的大小不受限制。而且，因為可以根據不同的製程需要來確定電源51的預設頻率，因此本發明提供的線上監測系統的取樣頻率實際上可以滿足不同的製程需要。

作為另一技術方案，請參閱第9圖，本發明實施例還提供一種半導體加工裝置，包括反應腔室，在該反應腔室內設置有用於承載晶片22的基座23，且在反應腔室的頂部設置有上電極機構。並且，還包括本發明上述各個實施例提供的線上監測系統，用於檢測晶片表面的製程厚度。

本發明實施例提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明上述各個實施例提供的線上監測系統，不僅可以保證精確控制晶片表面厚度，而且可以滿足不同的製程需要。

在本實施例中，上述上電極機構包括介電質視窗20，其設置在基座23的上方。透鏡36設置在介電質視窗20中，且位於介電質視窗20的中心位置處，並且透鏡36自介電質視窗20的遠離基座23的一側暴露出來，而透鏡36在介電質視窗20的靠近基座23的一側未暴露出來，以避免透鏡36與電漿直接接觸，避免透鏡36被蝕刻，影響製程。並且，第一光路39的輸出端（光纖頭37）和第二光路的輸入端（光纖頭38）位於透鏡36的上方；光電轉換單元和計算單元46均位於反應腔室的外部。

上述透鏡36採用內嵌的方式設置在介電質視窗20中，這可以減少介電質視窗20對光源的衰減等的干擾。同時，通過將透鏡36放置在介電質視窗20的中心位置，可以避免製程不均勻性等因素對光譜的影響，從而可以提高晶片的蝕刻均勻性或者沉積均勻性。

需要說明的是，在本實施例中，透鏡36採用內嵌的方式設置在介電質視窗20中。但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，透鏡36還可以設置在介電質視窗20上的中心位置處，且位於遠離基座23的一側，即，透鏡36位於介電質視窗20的上表面。

另外，上電極機構還包括設置在介電質視窗20上方的線圈19，其依次與上匹配器17和上射頻電源16電連接。上射頻電源16提供的射頻功率加載至線圈19，並通過介電質視窗20耦合至反應腔室中，激發通過進氣管路18進入反應腔室的製程氣體產生電漿21。此外，基座23通過下匹配器24和下射頻電源25電連接，以能夠在晶片22表面產生偏壓，吸引電漿蝕刻晶片表面。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。

1、21‧‧‧電漿

2‧‧‧光纖組件

3‧‧‧腔室

4‧‧‧光譜儀

5、43‧‧‧光源

6‧‧‧光譜軟體

7、22‧‧‧晶片

16‧‧‧上射頻電源

17‧‧‧上匹配器

18‧‧‧進氣管路

19‧‧‧線圈

20‧‧‧介電質視窗

22‧‧‧晶片

23‧‧‧基座

24‧‧‧下匹配器

25‧‧‧下射頻電源

36‧‧‧透鏡

37、38‧‧‧光纖頭

39‧‧‧第一光路

40‧‧‧第一支路

41‧‧‧第二支路

42‧‧‧旋轉軸

44‧‧‧第二子單元

45‧‧‧第一子單元

46‧‧‧計算單元

47‧‧‧遮光屏蔽筒

48‧‧‧濾光片組件

49‧‧‧光闌

51、451‧‧‧電源

391‧‧‧第一部分

392‧‧‧第二部分

452‧‧‧電極

481‧‧‧濾光片

491‧‧‧屏障部

492‧‧‧開口部

第1圖為現有的一種線上監測系統的結構圖；

第2圖為現有的光源的脈衝工作模式的示意圖；

第3圖為本發明第一實施例提供的線上監測系統的結構圖；

第4圖為本發明第一實施例採用的光闌的結構圖；

第5圖為本發明第一實施例採用的光電倍增管的結構圖；

第6圖為入射光輻射至晶片表面上的示意圖；

第7圖為本發明第一實施例採用的濾光片組件的結構圖；

第8圖為本發明第二實施例提供的線上監測系統的結構圖；

第9圖為本發明實施例提供的半導體加工裝置的剖視圖。

Claims (13)

1. 一種線上監測系統，用於檢測晶片表面的製程厚度，其特徵在於，包括一光源、一第一光路、一第二光路、一取樣頻率控制單元、一光電轉換單元和一計算單元，其中，該光源用於提供入射光；該第一光路用於傳輸該入射光，並將該入射光向該晶片表面輻射； 該第二光路包括一第一支路和一第二支路，二者分別用於收集干涉光和電漿反射光，並將其傳輸至該光電轉換單元，該干涉光為經該晶片表面反射的反射光與該入射光形成的干涉光； 該取樣頻率控制單元用於控制該第一光路、第一支路和第二支路的通斷，以實現在接通該第一光路和第一支路與接通該第二支路之間的切換；該取樣頻率控制單元還用於調節該切換的頻率； 該光電轉換單元用於將該干涉光和該電漿反射光轉換為電訊號，併發送至該計算單元； 該計算單元用於根據該電訊號獲得光強數據，並根據該光強數據計算獲得該晶片表面厚度。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的線上監測系統，其中，該取樣頻率控制單元包括一光闌和一驅動機構，其中， 該取樣頻率控制單元包括一光闌和用於驅動該光闌旋轉的一驅動機構，其中，該光闌包括一屏障部和一開口部，且在該驅動機構的驅動下，該開口部能夠繞該屏障部的中心旋轉至與該第一光路和第一支路對應的位置處，以接通該第一光路和第一支路，同時該屏障部繞該屏障部的中心旋轉至與該第二支路對應的位置處，以斷開該第二支路；或者，該開口部繞該屏障部的中心旋轉至與該第二支路對應的位置處，以接通該第二支路，同時該屏障部繞該屏障部的中心旋轉至與該第一光路和第一支路對應的位置處，以斷開該第一光路和第一支路。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的線上監測系統，其中，該線上監測系統還包括一遮光屏蔽筒，該第一光路、第一支路和第二支路均設置在該遮光屏蔽筒中，且三者的光線傳輸方向平行於該遮光屏蔽筒的軸線；並且，該第一光路和第一支路相對於該遮光屏蔽筒的軸線位於該遮光屏蔽筒的軸線的同一側，該第二支路位於該第一光路和第一支路的對側； 該光闌設置在該遮光屏蔽筒中，且該光闌的旋轉軸線與該遮光屏蔽筒的軸線相重合。
4. 根據申請專利範圍第2項所述的線上監測系統，其中，該第一光路、該第一支路和該第二支路各自均包括沿各自的光線傳輸方向間隔設置的一第一部分和一第二部分，其中，該第一部分用於朝向該第二部分發射光線；該第二部分用於接收該光線；該光闌設置在該第一部分與該第二部分之間。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的線上監測系統，其中，該取樣頻率控制單元包括一電源，該電源用於按預設頻率向該光源供電，且該電源的該預設頻率可調； 該光電轉換單元包括一第一子單元和一第二子單元，二者分別用於將該干涉光和該電漿反射光轉換為電訊號；其中，該電源與該第一子單元同步觸發；該電源與該第二子單元非同步觸發。
6. 根據申請專利範圍第1項至第5項任一項所述的線上監測系統，其中，該光電轉換單元包括一光電倍增管； 通過調節施加在該光電倍增管上的電壓，來調節該干涉光和電漿反射光的強度。
7. 根據申請專利範圍第1項至第5項任一項所述的線上監測系統，其中，該線上監測系統還包括一濾光片組件，該濾光片組件用於過濾該第一光路中的該入射光、該第一支路中的該干涉光以及該第二支路中的該電漿反射光，以使指定波長的光通過。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的線上監測系統，其中，該濾光片組件包括一旋轉軸和圍繞該旋轉軸設置的複數不同波帶的濾光片，該旋轉軸用於驅動複數該濾光片圍繞該旋轉軸旋轉，以使其中三個指定波長的濾波片分別旋轉至與該第一光路、第一支路和第二支路相對應的位置處。
9. 根據申請專利範圍第8項所述的線上監測系統，其中，該濾光片的數量為8個，且相鄰的兩個該濾光片之間的中心角為45°。
10. 根據申請專利範圍第1項至第5項任一項所述的線上監測系統，其中，該線上監測系統還包括一透鏡，該透鏡設置在該第一光路的發射端與該晶片表面之間以及該第二光路的接收端與該晶片表面之間，用於將來自該第一光路的發射端的該入射光發散輻射至該晶片的表面，同時將該反射光會聚輻射至該第二光路的接收端。
11. 一種半導體加工裝置，包括一反應腔室，在該反應腔室內設置有一用於承載晶片的基座，且在該反應腔室的頂部設置有一上電極機構，其特徵在於，還包括申請專利範圍第1項至第10項任一項所述的線上監測系統，用於檢測晶片表面的製程厚度。
12. 根據申請專利範圍第11項所述的半導體加工裝置，其中，該線上監測系統還包括一透鏡，該透鏡設置在該第一光路的發射端與該晶片表面之間以及該第二光路的接收端與該晶片表面之間，用於將該入射光發散輻射至該晶片表面，同時將該反射光會聚輻射至該第二光路的接收端； 該第一光路的輸出端和該第二光路的輸入端位於該透鏡的上方；該光電轉換單元和計算單元均位於該反應腔室的外部。
13. 根據申請專利範圍第12項所述的半導體加工裝置，其中，該上電極機構包括一介電質視窗，該介電質視窗設置在該基座的上方；該透鏡設置在該介電質視窗中，且位於該介電質視窗的中心位置處，並且該透鏡自該介電質視窗的遠離該基座的一側暴露出來； 或者，該透鏡設置在該介電質視窗上的中心位置處，且位於遠離該基座的一側。