TWI575555B - Plasma processing device and monitoring method of plasma processing technology - Google Patents

Description

電漿處理裝置及電漿處理工藝的監測方法

本發明涉及半導體加工設備，特別涉及一種電漿處理裝置以及應用於該裝置的電漿處理工藝的監測方法。

使用電漿對作為被處理體的基片(如半導體晶片)實施規定的處理已經被廣泛應用於半導體製造工序中。隨著半導體元件特徵尺寸縮小，以及半導體製造過程中所用的電漿處理工藝步驟的數量和複雜性的迅速增加，對電漿處理工藝控制的要求變得更加嚴格，這就需要採用即時監控的手段來控制工藝過程的關鍵階段。

以電漿蝕刻工藝為例，在蝕刻過程中，一個關鍵的問題是當被蝕刻的介質層被蝕刻掉之後應當及時停止電漿蝕刻，以避免下層介質層受到電漿的蝕刻而損傷造成器件的失效。因此，精確判定電漿蝕刻工藝終點(endpoint)以避免因蝕刻不足或蝕刻過度就變得尤為重要。習知技術中通常採用光學發射光譜法(optical emission spectroscopy，OES)進行電漿蝕刻終點監測。OES技術主要是基於線上光譜檢測設備對電漿發射出的光譜進行檢測，由於蝕刻到不同物質層光譜會出現明顯的變化，特別當到達是蝕刻終點時，這種變化通過OES光譜信號的強度變化表現出來。因此，通過檢測蝕刻過程中蝕刻到不同層的物質時反應物或生成物的發射譜線強度值，以此就能夠判斷蝕刻終點。

圖1所示為習知技術的一種電漿蝕刻裝置，其包括一處理腔室11，在處理腔室內，將上電極設置在腔室頂部從反應氣體源12引入反應氣體的氣體噴淋頭113中，將下電極設置夾持基片W的靜電吸盤112中。通過將射頻 源13施加在下電極上，以形成射頻電場對反應氣體電離生成電漿。處理腔室的側壁上設置了透光視窗114，用於使腔室內所產生的電漿的光輻射透過。如圖2所示，終點監測單元14根據透光視窗114傳輸的電漿光輻射得到與蝕刻反應物或蝕刻副產物對應的特定波長光線的光強信號，並且以t0時刻得到的該光強信號I=F(t0)為基準強度，當某一時刻的該光強信號F(t)與該基準強度的差值F(t)-F(t0)超過設定閾值時，終點監測單元14判斷蝕刻工藝到達終點，並發出相應的檢測信號。然而，由於終點監測單元的計算和比較等動作均是基於透光窗口在不同時間(t0時刻和t時刻)所透過的光波強度，這就會產生以下問題：工藝過程中任何外部的干擾，如氣體流量，射頻輸入功率，氣體壓力等的變化都會導致電漿的發光強度的抖動，如圖2中的A處，而這種電漿發光強度的抖動一方面容易發生蝕刻終點的誤觸發導致蝕刻不足，另一方面如果外部干擾和蝕刻終點同時發生，原本電漿光強度的變化容易被干擾信號所覆蓋或者抵消而無法抓取到蝕刻終點導致蝕刻損傷。

因此，需要提供一種電漿處理裝置以及電漿處理工藝的監測方法以改善上述缺陷。

本發明的主要目的在於克服習知技術的缺陷，提供一種能夠準確抓取到電漿處理工藝終點的裝置及工藝監測方法。

為達成上述目的，本發明提供一種電漿處理裝置，包括處理腔室和射頻源。處理腔室的底部設有用於承載待處理基片的基座、頂部設有用於向所述處理腔室內輸入反應氣體的氣體噴淋頭；射頻源用於將所述處理腔室內的反應氣體電離以生成電漿。電漿處理裝置還包括多個可透過電漿光輻射的視窗和終點監測單元。多個視窗形成於所述處理腔室側壁的不同高度處且至少包括 第一視窗和第二視窗，所述第一視窗具有與所述基片的位置相對應的第一高度，所述第二視窗具有大於所述第一高度的第二高度。終點監測單元從由所述第二視窗透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號以及從由所述第一視窗所透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號，將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與電漿處理工藝的反應變化無關的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，並根據運算結果檢測所述電漿處理工藝的終點，其中所述第一光強信號與所述電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度對應。

優選地，所述終點監測單元包括過濾單元、光信號轉換單元和分析單元。所述過濾單元用於從由所述第一視窗透過的電漿光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二視窗透過的電漿光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與所述電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯；所述光信號轉換單元用於即時將所述第一光線和第二光線轉換為相應的電信號；所述分析單元用於根據所述第一光線的電信號和第二光線的電信號得到所述第一光強信號和所述第二光強信號並建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，根據該目標函數檢測所述電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號，其中f(t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標函數是與所述外部干擾信號不相關的函數。

優選地，所述分析單元包括加工模組、設定模組和判斷模組，所述加工模組用於對所述第一光線和第二光線的電信號加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大該第一光線和第二光線的電信號的差值；設定模組，根據所述第一光強信號和第二光強信號建立所述目標函數；所述判斷模組根據所述目標函數確定所述電漿處理工藝到達終點並輸出所述檢測信號。

優選地，所述終點監測單元還包括控制單元，其根據所述檢測信號控制所述處理腔室內的工藝條件。

優選地，所述第二光線與所述電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯或不相關聯。

優選地，所述電漿處理裝置還包括水準配置於所述氣體噴淋頭和所述基片之間的、用於從所述電漿中選擇性地使自由基通過的阻擋元件；所述第二視窗位於所述阻擋元件上方，所述第一視窗位於所述阻擋元件下方。

優選地，所述第一視窗位於所述基片上方0-100mm；所述第二視窗位於所述基片上方10mm-500mm。

本發明還提供了一種應用於上述電漿處理裝置的電漿處理工藝的監測方法，該電漿處理裝置包括處理腔室和射頻源，該處理腔室底部設有用於承載待處理基片的基座、頂部設有用於向所述處理腔室內輸入反應氣體的氣體噴淋頭，該射頻源用於將所述處理腔室內的反應氣體電離以生成電漿；其中，所述處理腔室側壁的不同高度處形成至少包括第一視窗和第二視窗的多個可透過電漿光輻射的視窗，所述第一視窗具有與所述基片的位置對應的第一高度，所述第二視窗具有大於所述第一高度的第二高度；所述電漿處理裝置可選擇地水準配置一位於所述第一視窗和第二視窗之間、用於從所述電漿中選擇性地使自由基通過的阻擋元件。所述監測方法包括以下步驟：S1：從所述第一視窗透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號以及從所述第二視窗透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號，所述第一光強信號與所述電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度對應；S2：將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與所述電漿處理工藝的反應變化無關的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，並根據運算結果檢測所述電漿處理工藝的終點。

優選地，步驟S1包括： S11：從由所述第一視窗透過的電漿的光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二視窗透過的電漿的光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯；S12：即時將所述第一光線和第二光線轉換為相應的電信號；以及S13：對所述第一光線和第二光線的電信號分別加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大所述第一光線和第二光線的電信號的差值。

優選地，步驟S2包括：S21：根據所述第一光強信號和第二光強信號建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，其中f(t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標函數是與所述外部干擾信號不相關的函數；以及S22：根據該目標函數檢測所述電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號。

優選地，所述電漿處理工藝的監測方法還包括：S3：根據所述電漿處理工藝的終點監測結果控制所述處理腔室內的工藝條件。

優選地，所述第二光線與所述反應物或副產物相關聯或不相關聯。

本發明的有益效果在於通過來自遠離基片的第二視窗的電漿光輻射得到第二光強信號得到參考信號，通過來自靠近基片的第一視窗的電漿光輻射得到與反應物或副產物對應的第一光強信號，根據第一光強信號和第二光強信號的運算結果進行終點監測，當處理腔室內產生的電漿受到外部干擾(如工藝條件的變化)時，由於第一和第二光強信號同時受該外部干擾的影響，兩者運算後該干擾得以抵消，從而能夠避免因外部干擾造成的電漿處理工藝終點的誤判，進而提高終點監測的準確性。

11‧‧‧反應氣體噴淋頭

14‧‧‧終點監測單元

31‧‧‧處理腔室

311‧‧‧側壁

312‧‧‧基座

313‧‧‧反應氣體噴淋頭

314a‧‧‧第一視窗

314b‧‧‧第二視窗

32‧‧‧射頻源

33‧‧‧終點監測單元

331‧‧‧過濾單元

332‧‧‧光信號轉換單元

333‧‧‧分析單元

61‧‧‧處理腔室

611‧‧‧側壁

612‧‧‧基座

613‧‧‧氣體噴淋頭

614a‧‧‧第一視窗

614b‧‧‧第二視窗

615‧‧‧阻擋元件

615a‧‧‧貫通孔

62‧‧‧射頻源

63‧‧‧終點監測單元

I1‧‧‧第一光線的電信號

I2‧‧‧第二光線的電信號

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

W‧‧‧夾持基片

圖1為習知技術中電漿處理裝置的示意圖；圖2為習知技術中電漿處理工藝用於終點監測的光強信號譜線示意圖；圖3為本發明一實施例的電漿處理裝置的示意圖；圖4為本發明一實施例的電漿處理裝置的終點監測單元的方塊圖；圖5為本發明一實施例的電漿處理工藝用於終點監測的光強信號譜線示意圖；圖6為本發明另一實施例的電漿處理裝置的示意圖；圖7為本發明一實施例的電漿處理工藝的監測方法的流程圖。

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。

圖3顯示了本發明一種實施方式提供的電漿處理裝置。應該理解，其僅僅是示例性的，可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖3所示不同。

本實施例的電漿處理裝置包括處理腔室31，該處理腔室31的頂部設置有反應氣體噴淋頭313，反應氣體噴淋頭313包含平板式的上電極；處理腔室31底部設置有用於夾持待處理基片W的基座312，該待處理基片W可以是待要蝕刻或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板，該基座可以是景點夾盤。基座312中設置有與上電極平行的平板式的下電極。下電極與射頻源32連接。射頻源32施加在下電極上，使得上下電極之間形成垂直方 向的射頻電場，從而將反應氣體電離以生成電漿。本實施例的電漿處理裝置為電容耦合型，在其他實施例中也可以採用感應耦合型處理裝置，本發明並不加以限制。

處理腔室31的側壁311的不同高度位置上形成多個可透過電漿光輻射的視窗，這些視窗可使處理腔室內電漿的光輻射傳輸至腔室外部。這些視窗至少包括第一視窗和第二視窗，其中第一視窗具有與基片W的位置相對應的第一高度，第二視窗具有大於第一高度的第二高度。本實施方式中以可透過電漿光輻射的視窗為2個為例，第一視窗314a形成在側壁上與基片W高度對應的位置，較佳的第一視窗314a位於基片W上方0-100mm，第二視窗314b位於基片上方10mm-500mm且高於第一視窗314a。至於這些視窗在處理腔室側壁周向上的位置關係，本發明並不加以限制，並且側壁311同一高度的位置處可以沿側壁周向形成多個視窗。

終點監測單元33接收從第一視窗314a和第二視窗314b傳輸的電漿光輻射，從由第一視窗314a所透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號，從由第二視窗314b所透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號。終點監測單元33將第二光強信號作為參考信號，將第一光強信號作為反應信號，對反應信號與該參考信號進行運算，並根據運算結果來檢測電漿處理工藝的終點。這裡的第一光強信號是電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度相對應，因此第一光強信號強度受電漿處理工藝反應的影響非常大。第二光強信號對於電漿處理工藝反應變化的敏感性要低於第一光強信號。另一方面，當產生與電漿處理工藝本身反應變化無關的外部干擾信號(如氣體流量，射頻輸入功率，氣體壓力等工藝條件的變化)時，該外部干擾信號同時作用於由第一視窗314a和第二視窗314b傳輸的電漿光輻射，因此相關的光強信號也都會對該外部干擾信號有所回應，而對第一光強信號和第二光強信號的運算則恰可以將外部干擾信號所造成的兩 者的信號抖動相抵消，因此得到的運算結果不會因外部干擾信號而發生抖動。需要注意的是，為避免真正到達工藝終點時參考信號也因電漿處理工藝本身反應變化發生信號抖動進而覆蓋或抵消第一光強信號的抖動，本發明將第二視窗314b設置在第一視窗314a上方優選為盡可能遠離第一視窗314a，如此可減小第二光強信號受反應本身的影響程度，本實施例中將第二視窗314b設置為接近氣體噴淋頭或與氣體噴淋頭的位置對應。如此一來，當第二光強信號與反應物濃度或副產物濃度相對應時，其雖然也受電漿處理處理工藝反應變化的影響、工藝到達終點會發生抖動，但由於第二光強信號是來自於遠離基片的第二視窗314b傳輸的電漿光輻射，其受電漿處理處理工藝反應變化的影響要小於第一光強信號，其信號變化趨勢或在工藝終點處的抖動幅度也顯著小於第一光強信號，因此根據兩者的運算結果得到的信號強度曲線在工藝終點處仍然會顯示出明顯的突變而被檢測出來。第二光強信號可以與電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度相對應，也可以不相對應。較佳的，第二光強信號與電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度相對應，這是因為當基片處理需在多個腔室中進行時，各個腔室的工藝條件和參數往往是基於電漿處理工藝反應進行調節的，因此如果第二光強信號與反應物濃度或副產物濃度對應，則在不同腔室進行處理時其表現也較為穩定，而如果與反應物濃度或副產物濃度不相對應那麼切換到其他反應腔室處理時第二光強信號的穩定性可能會受到影響。但另一方面，考慮到單一腔室中更精確地判斷工藝終點，也可以將第二光強信號設定為與反應物濃度或副產物濃度不相對應，如此第二光強信號不會受到反應的影響，當電漿處理工藝到達終點時參考信號也不會發生抖動。

接下來將結合圖4和圖5詳細說明本實施例的電漿處理裝置及電漿處理工藝的監測方法。請參考圖4，終點監測單元33包括過濾單元331、光信號轉換單元332和分析單元333。從第一視窗314a和第二視窗314b透過的電 漿光輻射被分別收集至過濾單元331，過濾單元331可包括一能夠將電漿光輻射中特定波長的光線濾出的濾波器。對於第一視窗314a傳輸的電漿光輻射，過濾單元331從中抽取出第一光線L1，該第一光線L1與反應物或副產物相關聯，可以是反應物或副產物所放射的單一特定波長的光線或與反應物或副產物相關的多種特定波長的光線。例如當用碳氟化合物氣體蝕刻氧化矽時，電漿蝕刻產生的副產物中會有CO，其對應的光譜波長為483nm，則過濾單元331可抽取出波長為483nm的光線為第一光線L1。對於第二視窗314b傳輸的電漿光輻射，過濾單元331從中抽取出第二光線L2，該第二光線L2可以是與反應物或副產物關聯或不相關聯的光線。光信號轉換單元332與過濾單元331相連，用於即時接收來自過濾單元331的第一光線L1和第二光線L2並進行光電轉換將其實時轉換為相應的電信號I1和I2。第一和第二光線的電信號強度反映了第一光線和第二光線在各個時刻的強度，分別用於成為第一光強信號和第二光強信號。光信號轉換單元332與過濾單元331可通過光譜儀實現其各自的功能。分析單元333與光信號轉換單元332相連，其根據第一光線的電信號I1和第二光線的電信號I2得到作為反應信號的第一光強信號f(t)和作為參考信號的第二光強信號g(t)並建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，根據該目標函數檢測電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號。反應信號f(t)對應於第一光線的電信號I1，其可以是光線的電信號I1本身，或者是對電信號I1加工得到，由於第一光線與反應物或副產物相關，因此反應信號f(t)可以理解為是與電漿中反應物或副產物濃度相關的函數。參考信號g(t)對應於第二光線的電信號I2，其可以是光線的電信號I2本身，或者是對電信號I2加工得到，是電漿中與第二光線對應物質的濃度相關的函數。如果第二光線與反應物或副產物對應，由於遠離基片W處的反應物或副產物的濃度變化顯著小於基片W附近的反應物或副產物濃度變化，因此參考信號g(t)隨時間變化的曲線相較於反應信號f(t)隨時間變化的曲線要平緩得多。如果第二光線是 對應於除了反應物和副產物以外的物質，那麼該物質濃度不因電漿處理工藝的反應本身而變化，由此參考信號g(t)在理想情況下是與反應物或副產物濃度不相關的常數。目標函數Y是反應信號f(t)和參考信號g(t)的函數，並且能夠將反應信號和參考信號因外部干擾所產生的信號抖動相抵消，因此目標函數是與外部干擾信號不相關的函數。

進一步的，分析單元333包括加工模組、設定模組和判斷模組，其中加工模組對電信號I1和I2分別加工形成第一光強信號(反應信號)和第二光強信號(參考信號)以擴大電信號I1和I2的差值。舉例來說，加工模組可以對電信號I1進行大於1倍的乘方運算將其放大而得到反應信號f(t)，而對於電信號I2進行小於1倍的乘方運算以將其縮小而得到參考信號g(t)。那麼兩個電信號的運算結果的波動情況被擴大，利於在運算結果波動較小的情況下提高信噪比。設定模組則根據第一光強信號I1和第二光強信號I2建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))。在本實施例中，目標函數Y=f(t)-g(t)，由於第二光強信號I2受反應物或副產物濃度變化的影響相對于第一光強信號I1較小甚至完全不受其影響，因此Y=f(t)-g(t)也可以認為是電漿中與反應物或副產物濃度相關而與外部干擾信號不相關的函數，且f(t)-g(t)消除了由外部干擾引起的信號抖動。判斷模組根據目標函數確定電漿處理工藝到達終點並輸出檢測信號。具體來說，判斷模組可以簡單將當前時刻f(t)-g(t)的運算結果與設定值比較，例如當第一光強信號與反應物濃度對應時，若比較結果大於設定值，判斷反應物因不再消耗而濃度增加，由此判定到達工藝終點。判斷模組也可以對函數Y=f(t)-g(t)運算例如通過求導得出拐點來確定工藝終點，或採用求導、積分或多種運算相結合複雜演算法來精確確定工藝終點，本發明並不加以限制。此外，目標函數Y=F(f(t)，g(t))也可以是除了減法之外的其他結合加減乘除、求導、積分或多種運算的複雜函數，只要能夠抵消第一光強信號和第二光強信號因外部干擾信號(如氣體流量、氣壓、射 頻功率等工藝條件的變化)而非電漿處理工藝本身的反應變化所引起的信號抖動即可。

在圖5所示曲線的T1時刻，反應信號(第一光強信號)f(t)的曲線發生抖動，同時參考信號(第二光強信號)g(t)的曲線也發生抖動，說明處理腔室內存在外部干擾如氣體流量、氣壓、射頻功率的變化。由於反應信號f(t)與參考信號g(t)兩者的運算結果(本實施例中為差值)已經消除了外部信號的抖動且並未產生突變，因此判斷模組不會判斷產生工藝終點。如果反應信號f(t)與參考信號g(t)兩者的運算結果產生突變，那麼判斷模組判斷這一突變是由電漿處理工藝反應本身所引起的，將發出檢測信號提示電漿處理工藝到達工藝終點。

進一步的，終點監測單元還可包括與分析單元相連的控制單元(圖中未示)，控制單元回應於分析單元所發出的檢測信號，根據檢測信號控制處理腔室內的工藝條件。例如在博世工藝中，當監測到蝕刻步驟到達蝕刻終點時，分析單元發出檢測信號，控制單元則根據檢測信號改變反應氣體類型、流量和壓力等工藝條件以切換進行沉積步驟。

上述實施例雖然是以兩個視窗為例說明本發明的電漿處理裝置和工藝監測方法，但本領域中具有通常知識者容易想到的在處理腔室的側壁上也可以設置不同高度的三個、四個或更多個可透過電漿光輻射的視窗。例如當形成三個視窗時，可以第一視窗透過的電漿光輻射的光強信號作為反應信號，分別以第二和第三視窗透過的電漿光輻射的光強信號作為兩個參考信號，將反應信號與兩個參考信號分別比較，再對比較結果進行運算或邏輯判定從而監測是否到達工藝終點；或者也可以對第二和第三視窗透過的電漿光輻射的光強信號進行處理而得到新的參考信號，將反應信號與新的參考信號比較並根據比較結果監測是否到達工藝終點。

圖6所示為本發明另一實施例的電漿處理裝置的示意圖。本實施 例的電漿處理裝置為感應耦合型，包括處理腔室61、射頻源62和終點監測單元63。處理腔室61內的底部設置基座612如靜電卡盤，待處理基片W被放置在基座612上，處理腔室61頂部設置氣體噴淋頭613，氣體噴淋頭用於從外部反應氣體源將反應氣體引入腔室內。處理腔室的頂板外側上方配置有感應耦合線圈，射頻源62通過匹配器(圖中未示)與該線圈連接，其提供的射頻電流流入線圈並圍繞該線圈產生磁場，進而在處理腔室61內感生出電場，以此對注入到腔室內的反應氣體進行電離並產生電漿，以對基片W進行相應處理。在氣體噴淋頭613與基片W之間的空間，水準配置一阻擋元件615，用於選擇性地僅使自由基通過而抑制陽離子通過。利用該阻擋組件615，可減小電漿的能量，阻止陽離子到達基片對基片上轟擊造成損傷。在本實施例中，阻擋元件615由兩個重疊的板件組成，每個板件具有多個貫通孔615a，並且上板件的通孔與下板件的通孔不重疊。一般來說陽離子會受基座產生的偏壓吸引而沿直線移動，自由基由於是中性的不被偏壓吸引而隨機移動，因此在兩個板件通孔不重疊的情況下，通過了上板件通孔的陽離子碰撞到下板件的實體部分而無法穿過下板件，但自由基不是直線移動仍可通過下板件的通孔，結果能夠使得從電漿中選擇性地使自由基通過。阻擋組件優選的是用陶瓷(如氧化鋁等)或石英等電介質材料製成或者阻擋元件表面具有陶瓷或石英塗層，以防止自由基由於與導電材料接觸而失活。本實施例中的阻擋元件僅為示例，在其他實施例中，阻擋元件615也可以為單層板，通過向阻擋元件施加負的直流電壓在阻擋元件的表面產生厚的鞘層，來防止陽離子和電子通過通孔。

阻擋元件615實際將處理腔室劃分為了電漿產生空間和電漿處理空間上下兩部分，由於僅利用自由基對基片進行處理，因此阻擋元件615上方的電漿光輻射的光強信號受電漿處理工藝反應的影響非常小。本實施例中將第二視窗614b設置於處理腔室61的側壁611的位於阻擋組件上方處，將第一視 窗614a設置於側壁611的位於阻擋組件下方處，由此從第一視窗314a所透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號受電漿反應本身影響程度要顯著小於第二視窗314b所透過的電漿光輻射中獲得的第二光強信號。在這種情況下，雖然第一視窗614a的位置仍然與基座對應，但第二視窗614b並不必須要遠遠高於第一視窗，只要兩個視窗分別位於阻擋元件上下方即可。較佳的第一視窗314a位於基片W上方0-100mm，第二視窗314b位於基片上方10mm-500mm。第二視窗314b終點監測單元63將第一光強信號與第二光強信號運算以消除第一光強信號由除電漿處理工藝的反應本身之外的干擾所引起的抖動並根據運算結果檢測電漿處理工藝的終點。終點監測單元63的功能以及工作原理與上述實施例相同，在此不再贅述。對於側壁形成大於2個視窗的情況，應確保用於獲得反應信號的視窗位於阻擋元件下方，用於獲得參考信號的視窗位於阻擋元件上方。

圖7所示為本發明電漿處理工藝監測方法的流程示意圖，該監測方法可應用於上述第一實施例和第二實施例的電漿處理裝置，其包括以下步驟：

S1：從第一視窗透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號以及從第二視窗透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號，其中第一光強信號與電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度對應。

該步驟中，首先從由第一視窗透過的電漿的光輻射中抽取第一光線、從由第二視窗透過的電漿的光輻射中抽取第二光線，其中第一光線與電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯。然後即時將第一光線和第二光線轉換為相應的電信號；接著對第一光線和第二光線的電信號分別加工形成第一光強信號和第二光強信號，第一光強信號和第二光強信號的差值相較於第一光線和第二光線的電信號的差值得以擴大。

S2：將第一光強信號與第二光強信號運算以將由與電漿處理工藝的反應變化無關的外部干擾信號所引起的第一光強信號和第二光強信號的抖動 相抵消，並根據運算結果檢測電漿處理工藝的終點。

該步驟中，首先根據第一光強信號和第二光強信號建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，目標函數Y=F(f(t)，g(t))能夠將第一光強信號f(t)和第二光強信號g(t)因外部干擾信號造成的信號抖動相抵消，是與外部干擾信號不相關的函數；然後根據該目標函數檢測電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號，例如通過採用求導、積分或多種運算相結合的複雜演算法來確定工藝終點。

綜上所述，本發明所提出的電漿處理裝置及工藝監測方法，通過將從由離基片較遠的第二視窗所透過的電漿光輻射中獲得的、受電漿反應影響較小的第二光強信號來作為參考信號，將從靠近基片的第一視窗所透過的電漿光輻射中獲得的、與反應物或副產物對應的受電漿反應影響大的第一光強信號來作為反應信號，根據反應信號與參考信號的運算結果進行終點監測，當處理腔室內產生的電漿受與電漿處理工藝本身的反應變化無關的外部干擾信號(如工藝條件的變化)時，由於反應信號和參考信號同時受該外部干擾的影響，兩者運算後該干擾得以抵消，從而能夠避免因外部干擾造成的電漿處理工藝終點的誤判，進而提高終點監測的準確性。

雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便於說明而舉例而已，並非用以限定本發明，本領域中具有通常知識者在不脫離本發明精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發明所主張的保護範圍應以申請專利範圍所述為准。

31‧‧‧處理腔室

311‧‧‧側壁

312‧‧‧基座

313‧‧‧反應氣體噴淋頭

314a‧‧‧第一視窗

314b‧‧‧第二視窗

32‧‧‧射頻源

33‧‧‧終點監測單元

W‧‧‧夾持基片

Claims (12)

1. 一種電漿處理裝置，包括：處理腔室，其底部設有用於承載待處理基片的基座、頂部設有用於向所述處理腔室內輸入反應氣體的氣體噴淋頭；射頻源，用於將所述處理腔室內的反應氣體電離以生成電漿；其中，還包括：形成於所述處理腔室側壁不同高度的至少包括第一視窗和第二視窗的多個可透過電漿光輻射的視窗，所述第一視窗具有與所述基片的位置相對應的第一高度，所述第二視窗具有大於所述第一高度的第二高度；以及終點監測單元，其從由所述第二視窗透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號以及從由所述第一視窗所透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號，將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與電漿處理工藝的反應變化無關的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，並根據運算結果檢測所述電漿處理工藝的終點，其中所述第一光強信號與所述電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度對應。
2. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述終點監測單元包括：過濾單元，用於從由所述第一視窗透過的電漿光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二視窗透過的電漿光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與所述電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯；光信號轉換單元，用於即時將所述第一光線和第二光線轉換為相應的電信號；以及分析單元，根據所述第一光線的電信號和第二光線的電信號得到所述第一光強信號和所述第二光強信號並建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，根據該目標函數 檢測所述電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號，其中f(t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標函數是與所述外部干擾信號不相關的函數。
3. 如請求項2所述的電漿處理裝置，其中所述分析單元包括：加工模組，對所述第一光線和第二光線的電信號加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大該第一光線和第二光線的電信號的差值；設定模組，根據所述第一光強信號和第二光強信號建立所述目標函數；判斷模組，根據所述目標函數確定所述電漿處理工藝到達終點並輸出所述檢測信號。
4. 如請求項2所述的電漿處理裝置，其中所述終點監測單元還包括控制單元，其根據所述檢測信號控制所述處理腔室內的工藝條件。
5. 如請求項1至4任一項所述的電漿處理裝置，其中所述第二光線與所述電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯或不相關聯。
6. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中還包括水準配置於所述氣體噴淋頭和所述基片之間的、用於從所述電漿中選擇性地使自由基通過的阻擋元件；所述第二視窗位於所述阻擋元件上方，所述第一視窗位於所述阻擋元件下方。
7. 如請求項1或6所述的電漿處理裝置，其中所述第一視窗位於所述基片上方0-100mm；所述第二視窗位於所述基片上方10mm-500mm。
8. 一種電漿處理工藝的監測方法，應用於一電漿處理裝置，該電漿處理裝置包括處理腔室和射頻源，該處理腔室底部設有用於承載待處理基片的基座、頂部設有用於向所述處理腔室內輸入反應氣體的氣體噴淋頭，該射頻源用於將所述處理腔室內的反應氣體電離以生成電漿；其中，所述處理腔室側壁的不同高度處形成至少包括第一視窗和第二視窗的多個可透過電漿光輻射的視窗，所述第一視窗具有與所述基片的位置對應的第一高度，所述第二視窗具有 大於所述第一高度的第二高度；所述電漿處理裝置可選擇地水準配置一位於所述第一視窗和第二視窗之間、用於從所述電漿中選擇性地使自由基通過的阻擋元件；所述監測方法包括以下步驟：S1：從所述第一視窗透過的電漿光輻射中獲得第一光強信號以及從所述第二視窗透過的電漿光輻射中獲得第二光強信號，所述第一光強信號與所述電漿處理工藝的反應物濃度或副產物濃度對應；S2：將所述第一光強信號與所述第二光強信號運算以將由與所述電漿處理工藝的反應變化無關的外部干擾信號所引起的所述第一光強信號和第二光強信號的抖動相抵消，並根據運算結果檢測所述電漿處理工藝的終點。
9. 如請求項8所述的監測方法，其中步驟S1包括：S11：從由所述第一視窗透過的電漿的光輻射中抽取第一光線以及從由所述第二視窗透過的電漿的光輻射中抽取第二光線，其中所述第一光線與電漿處理工藝的反應物或副產物相關聯；S12：即時將所述第一光線和第二光線轉換為相應的電信號；以及S13：對所述第一光線和第二光線的電信號分別加工形成所述第一光強信號和第二光強信號以擴大所述第一光線和第二光線的電信號的差值。
10. 如請求項9所述的監測方法，其中步驟S2包括：S21：根據所述第一光強信號和第二光強信號建立目標函數Y=F(f(t)，g(t))，其中f(t)為所述第一光強信號，g(t)為所述第二光強信號，所述目標函數是與所述外部干擾信號不相關的函數；以及S22：根據該目標函數檢測所述電漿處理工藝的終點並輸出檢測信號。
11. 如請求項8所述的監測方法，其中還包括： S3：根據所述電漿處理工藝的終點監測結果控制所述處理腔室內的工藝條件。
12. 如請求項8至11任一項所述的監測方法，其中所述第二光線與所述反應物或副產物相關聯或不相關聯。