TWI239382B - Interferometric method for endpointing plasma etch processes - Google Patents

Description

1239382 at B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明一般而言係關於電漿蝕刻製程，更具體而言， 係關於用以監控一電漿蝕刻製程的干涉計測量方法與設 備。 發明背景 在積體電路的製造中，通常利用蝕刻製程移去形成於 矽晶圓上不同的層（layer)或薄膜，以界定裝置圖案。使 用中的蝕刻技術包括濕式，或稱作化學蝕刻，以及乾式， 或稱作電漿蝕刻。後者通常是依賴從製程氣體所產生的反 應物，打在要被蝕刻之材料的表面上。此材料與這些反應 物發生化學反應，然後自此表面上將氣體反應產物移除。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 所有蝕刻製程中的一個重要考量，是晶圓蝕刻程度的 控制，以及決定終止此製程的時間，稱作終點（endpoint)。 一般監控蝕刻製程與決定終點的方法包括光譜與干涉計測 量。先前技術中已知的干涉計測量法包括雷射干涉計測量 與電漿發射干涉計測量，如沙文(Sawin)的美國專利號碼第 5,450,205號所揭露者。在雷射干涉計測量法中，由雷射10 產生的雷射光束I被導引透過光學窗12並照射在晶圓14 的一區域上，晶圓14在如圖一所示的電槳製程室16中接 受蝕刻。偵測器18偵測反射光束R的強度，並記錄成時間 的函數。偵測器可以是一帶通濾波器（bandpass filter)，其 4HICKMAN200060TW 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1239382 at B7 五、發明説明d) 與矽光二極體、光譜儀或電荷耦合裝置攝影機（CCD camera)連結。 丨—-----^---|^衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 當受蝕刻的材料對於入射光相對透明時，例如圖二所 示的層A，且覆蓋於一反射表面之上，如層B時，所偵測 到的光線強度會經歷一連串的最大與最小値。因爲層A對 於入射光是透明的，入射光會同時被層A的上表面反射， 以及被此材料折射。在層B的反射表面處，此折射光也會 向上反射通過層A、穿出層A並與從層A上表面反射而來 的光線干涉。隨著層A的被蝕刻，透過層A的光路徑長度 縮短，造成不停變化的干涉圖案。 電漿發射干涉計測量也分析從晶圓表面反射而來之光 線的干涉，但是卻使用蝕刻反應器電槳的光發射作爲光源。 如圖三中所示，從形成於電漿製程室22中的電漿發射20 所產生的入射光Γ，從放置於製程室22中的晶圓24表面反 射。從晶圓24而來的反射光R’穿透一光學窗26，並被一 偵測器28所偵測到。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 具有一頂端部分32的一電漿製程室38顯示於圖四中， 頂端部分32由放射線可通過的介電材料所形成。當介電材 料可透光時，如熔凝矽石（fused silica)，頂端部分32可當 作光學窗33。如圖四所示，光源34提供入射光束I”，入 射光束透過光學窗33，照射晶圓36的表面。反射光R”透 過光學窗33穿出電漿製程室38，並被偵測器39偵測到。 雖然沒有顯示出來，但是當沒有使用光源34時，電漿造成 的光發射也會藉著偵測器39被偵測到。 4HICKMAN200060TW 2 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1239382 A7 ____ B7 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在圖一與圖三、四中先前技術的系統所具有的共同問 題，係關於維持暴露於電漿中之窗的光學性質的困難度。 電漿要不就蝕刻此窗，使得窗失去淸澈度，要不就是此電 漿沉積物質於窗上，也會造成失去淸澈度。在圖四所示之 光學窗33的情形中，這些問題更形惡化，因爲頂端部分32 面對電漿35的底表面31通常被粗糙化。沉積的物質對粗 糙表面的黏附性比平滑表面更佳，而剝落到受蝕刻晶圓上 的可能性較低。肇因於粗糙的底表面31，光學窗33變成半 透光而不是全透光，對於當成先前技術干涉計測量監測方 法中的光學窗不甚有用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 維持窗光學品質的解決方案揭露於由尼等人（Ni et al·) 發明’轉讓給柯林硏發公司（Lam Research Corporation)申 請中之申請案序號第09/282,519號。參閱圖五，電漿製程 室40包括可傳送放射線的頂端部分42，頂端部分42具有 凹陷的光學窗44，其透過頂端部分42而形成。製程氣體透 過通連於預先製程室（prechamber) 46的入口 45流入電槳 製程室4〇中，此預先製程室46通連於電漿製程室40的內 部。製程氣體的通過避免電漿47蝕刻光學窗44或沉積物 質於其上。然後依照習知方法利用光源48與偵測器49執 行干涉計測量。 雖然光學窗44在光學上作用良好，卻有增加熔凝矽石 介電窗成本的缺點。除了在介電窗上加工一孔以容納預先 製程室46的成本外，此窗也因加工此孔而減弱了其結構。 因爲介電窗是真空製程室的一部份，必須被製作的比較厚

4HICKMAN200060TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 1239382 五、發明説明（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以彌補其結構強度的損失，這樣進一步增加了介電窗的成 本，並降低了介電窗耦合放射線至電漿的效力。此已揭露 的凹陷窗解決方案還有一缺點，就是電漿製程室的頂端中 間，在任何用途中都不是最理想的製程氣體進料位置。 因此，能夠從正在受蝕刻的晶圓偵測干涉訊號，而不 會導致先前技術維持光學窗淸潔方法所需的額外成本、製 程改變或限制氣體注入，是吾人所期望的。 發明槪要 本發明提供了一種干涉計測量方法與設備，供監控將 漫射（diffusing)或散射（scattering)元件置於晶圓與偵測 器之間的一電漿蝕刻製程。此漫射與散射元件去除了對於 難以維修，位於製程室頂端壁之透明光學窗的需要。其取 代了透明窗，或者准許透明窗從此製程室頂端壁中的位置 移到此製程室的側壁中，此窗較不會因爲高密度電漿而降 低品質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 特定而言，本發明係具體實施於具有由熔凝矽石形成 之頂端壁的一電漿製程室中，此頂端壁具有一頂表面與面 對電漿製程室內部的一底表面。在本發明的第一實施例中， 電漿發射產生的光從晶圓被反射，在頂端壁的底表面被散 射、並且穿透頂端壁的頂表面。偵測裝置包含一透鏡、光 纖、以及一偵測器，其偵測從晶圓而來相對頂端壁的光。 在本發明的另一實施例中，提供一光源以照射此晶圓。 4HICKMAN200060TW 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1239382 at B7 五、發明説明（5) 從光源而來的光線通過頂端壁的頂表面，並在頂端壁的底 表面處被漫射。從光源而來的漫射光照射此晶圓並從此晶 圓反射。從此晶圓反射而來的光線照射此頂端壁的底表面， 受到底表面的散射並穿透過此頂端壁的頂表面。偵測裝置 包含一透鏡、光纖以及一偵測器，此偵測器偵測從晶圓而 來相對頂端壁的光。 在本發明的另一實施例中，一屏幕（screen)被放置在 此電漿製程室的內部。從電漿發射而來的光從晶圓反射出 來，從屏幕散射並透過一觀看窗（viewing window)由一偵 測裝置所偵測。 在本發明的另一實施例中，一屏幕被放置在此電漿製 程室的內部，且一光源透過一窗照射此晶圓。從此晶圓反 射的光被此屏幕所散射，並透過一觀看窗被偵測。 在閱讀以下的發明說明並硏究數個圖式後，熟習此項 技藝者將會淸楚了解本發明的這些與其他優點。 圖式之簡單說明 圖一是先前技術的干涉計測量設備的示意圖。 圖二圖示光線被反射並且被折射以產生干涉最大値與 最小値。 圖三是另一先前技術的干涉計測量設備的示意圖。 圖四是另一先前技術的干涉計測量設備的示意圖。 圖五是另一先前技術的干涉計測量設備的示意圖。 4HICKMAN200060TW 5 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、? 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1239382 at B7 五、發明説明（G) 圖六是本發明之第一實施例的示意圖。 圖七圖示根據本發明所偵測到的干涉圖形。 圖八是本發明第二實施例的示意圖。 圖九是本發明第三實施例的示意圖。 圖十是本發明第四實施例的示意圖。 發明之詳細說明 依照本發明的第一實施例，電漿製程室50包含由熔凝 矽石形成的頂端壁52，如圖六所示。頂端壁52包括一粗糙 表面54，其面對電漿製程室50的內部與頂表面53。此粗 糙表面54係供以防止沉積於此粗糙表面54的物質剝落到 晶圓55上。一偵測裝置60，放置於電漿製程室50的外部， 並包括透鏡62與偵測器64 〇電漿發射產生的光線從晶圓55 反射，在此頂端壁52的粗糙表面54處被散射，並且，透 過頂端壁52的頂表面53。然後此傳遞光被偵測裝置60偵 測。以這種方式，如圖七所示的干涉圖案，是可偵測的以 用來監控此蝕刻製程。 在電漿蝕刻製程中，此粗糙表面54由於一放射線誘導 線圈（未圖示）的位置而受到局部性的蝕刻與物質沉積。 偵測裝置60較佳者係以偵測到的光線可透過被蝕刻粗糙表 面54位置的方式，放置在一位置。在這樣的組態中，偵測 到的光線不需要穿過可能是不透明的沉積物質。在粗糙表 面電漿鈾刻的效果通常是進一步使得表面更粗糙。此額外 4HICKMAN200060TW 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1239382 at B7 五、發明説明（0) 的粗糙化不會很明顯的改變此表面的光學漫射特性。 本發明的第二實施例顯示於圖八中。電漿製程室70包 含由熔凝矽石所形成的一頂端壁72 〇頂端壁72包括一粗糙 表面74 ’其面對電槳製程室7〇的內部與頂表面73。此粗 糙表面74係供以防止沉積於此粗糖表面74的物質刹落 晶圓75上。一偵測裝置80，放置於電漿製程室70的外部， 包括透鏡82與偵測器84。光源76提供的入射光，被頂端 壁72所散射，從晶圓55反射，在頂端壁72的粗糙表面74 處散射，並透過頂端壁72的頂表面73所傳遞。然後此偵 測裝置80偵測此傳遞光。以這種方式干涉圖案都可被偵'M 以用來監控此蝕刻製程。 圖九顯示本發明的第三實施例。放置一散射屏幕 (scattering screen) 90在一電漿製程室92中，此散射屏幕 90較佳者是一陶瓷屏幕。光源94提供的入射光從晶圓95 反射，從屏幕90散射以及反射，並且被偵測裝置100透過 觀看窗96所偵測。以這種方式干涉圖案可被偵測以用來監 控此蝕刻製程。 圖十顯示本發明的第四實施例。放置一散射屏幕110在 電漿製程室112中，此散射屏幕110最好是一陶瓷屏幕。電 漿發射產生的光線從晶圓115反射，從屏幕110散射以及反 射，並且被偵測裝置120透過觀看窗116所偵測。窗116最 好是設置在此製程室的側壁，遠離靠近此製程室頂端壁高 電漿密度的區域。在這樣的位置，對窗的電漿蝕刻大大的 減少，而在窗上物質的沉積可以藉由如加熱此窗的標準方 4HICKMAN200060TW 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ：297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣·

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1239382 at B7 五、發明説明（8) 法而加以控制。以這種方式干涉圖案可被偵測以用來監控 此蝕刻製程。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然在此只有對幾個本發明的實施例加以詳細描述， 本發明可以很多其他特定形式具體實施之，而不脫離本發 明的精神與範圍。尤其是，偵測裝置雖然被描述成包含透 鏡與偵測器，任何光學偵測裝置的使用都在本發明的範圍 之內。因此，現在這些例子與具體實施例應被當成例示性 的，而不是限制性的，而且本發明不應該被限制到在此給 定的細節，但可能在附加的申請專利範圍中被修改。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4HICKMAN200060TW 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1239382 A7 B7 五、發明說明（） 80偵測裝置 82透鏡 84偵測器 90散射屏幕 92電漿製程室 94光源 95晶圓 96觀看窗 1〇〇偵測裝置 110散射屏幕 112電漿製程室 115晶圓 116觀看窗 120偵測裝置 -I - I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •I訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1239382 B8 C8 D8

)年j 六、申請專利範圍 填請委Π貝明承私年S月说Π-Τ所提之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 修正本有無變更實質内容是否准予修正。 替換頁V2OT75服 案號：89119526

1. 一種監控一裝置製造程序的方法，包含步驟： 蝕刻放置在一製程室中的一晶圓； 由該晶圓反射光； 藉由一壁的一粗糙表面將一部份的反射光傳遞出去，該 壁係可供光線傳送出去；以及 偵測該傳送光線中一部份的強度，包含偵測該粗糙表面 傳送之散射光強度 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該粗糙表面係爲 粗糙的熔凝矽石窗 3.如申請專利範圍第2項之方法，其中該粗糙表面係爲一 放置於該製程室內部的屏幕 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中該蝕刻包含沉積-- 層於該晶圓上。 5.—種監控一晶圓製造程序的設備，包含 製程室，具有一壁係可供光線傳送出去，該壁具有 粗糙表面；以及 4HICKMAN/200060TW, LAM2P275.TW 本紙飱尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請先Μ对背面之注意事項再頁) B8 1239382 § .六、申請專利範圍 替換頁2004/5/28 案號：89119526 偵測裝置，可操作以偵測一光線中一部份的強度，該 光線係從該晶圓一表面反射而來，並且進一步被該粗糙 表面所散射。 6.如申請專利範圍第5項之設備，其中該粗糙表面係爲一 粗糙的熔凝矽石窗。 請先Μ对背面之注意事項再) -» 7。如申請專利範圍第5項之設備，其中該粗糙表面係爲 放置於該製程室內部的屏幕 8.如申請專利範圍第5項之設備，進一步包含一照射裝 置，可操作以照射該晶圓的表面 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4HICKMAN/200060TW, LAM2P275.TW 10 本紙張尺度適用中國固家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）