TWI605512B - 終點信號強化用差動量測 - Google Patents

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TWI605512B
TWI605512B TW102137306A TW102137306A TWI605512B TW I605512 B TWI605512 B TW I605512B TW 102137306 A TW102137306 A TW 102137306A TW 102137306 A TW102137306 A TW 102137306A TW I605512 B TWI605512 B TW I605512B
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伊夫里歐 塞維拉諾
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蘭姆研究公司
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Description

終點信號強化用差動量測
本發明關於一種在半導體晶圓上形成半導體裝置的方法。更具體而言，本發明關於在半導體處理期間判斷終點。
形成半導體裝置時，終點偵側係用以判斷何時該停止一處理。這樣的終點偵側可偵側存在於電漿中之物種。在某些處理中，偵側終點物種十分困難。
為了實現前述並符合本發明之目的，提供一種用以蝕刻一層的方法。在腔室中提供一基板。產生一蝕刻電漿，以蝕刻基板上之一層。量測來自該腔室之第一區域的光以提供第一信號。量測來自該腔室之第二區域的光以提供第二信號。比較該第一信號與該第二信號以判斷蝕刻終點。
在本發明之另一表現形式中，提供一種用以蝕刻一蝕刻層之設備。提供一電漿處理腔室。一腔室壁形成電漿處理腔室殼體。用以支撐晶圓之基板支架係位於電漿處理腔室殼體內。用於調節該電漿處理腔室殼體中之壓力的壓力調節器係與該電漿處理腔室流體連接。用於提供功率至該電漿處理腔室殼體以維持電漿之至少一電極係相鄰於該電漿處理腔室。第一光感應器係放置以偵測來自該電漿處理腔室之第一區域的光。第 二光感應器係放置以偵測來自該電漿處理腔室之第二區域的光。用於提供氣體至電漿處理腔室殼體中之氣體入口係與該電漿處理腔室殼體流體連接。用於將氣體從該電漿處理腔室殼體中排出之氣體出口係與該電漿處理腔室殼體流體連接。至少一射頻功率源係電連接至該至少一電極。一氣體源係與該氣體入口流體連接。
本發明之這些及其它特徵部將於以下的本發明之詳細實施方式並結合下列圖式予以詳細描述。
104‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
116‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
124‧‧‧步驟
128‧‧‧步驟
132‧‧‧步驟
200‧‧‧堆疊
204‧‧‧基板
208‧‧‧蝕刻停止層
212‧‧‧蝕刻層
216‧‧‧圖案化遮罩
300‧‧‧電漿處理系統
302‧‧‧電漿反應器
304‧‧‧電漿處理腔室
306‧‧‧電漿功率供應器
308‧‧‧匹配網路
310‧‧‧TCP線圈
312‧‧‧功率窗
314‧‧‧電漿
316‧‧‧晶圓偏壓電源
318‧‧‧匹配網路
320‧‧‧電極
324‧‧‧控制器
330‧‧‧氣體源/氣體供應機構
332‧‧‧脈衝控制器
340‧‧‧氣體入口
342‧‧‧壓力控制閥
344‧‧‧泵
350‧‧‧腔室壁
352‧‧‧第一光感應器
353‧‧‧第一區域
354‧‧‧第二光感應器
355‧‧‧第二區域
356‧‧‧差動放大器
358‧‧‧光源
400‧‧‧電腦系統
402‧‧‧處理器
404‧‧‧電子顯示裝置
406‧‧‧主記憶體
408‧‧‧儲存裝置
410‧‧‧可移動儲存裝置
412‧‧‧使用者介面裝置
414‧‧‧通訊介面
416‧‧‧通信基礎結構
504‧‧‧基板
508‧‧‧第一光感應器
512‧‧‧第二光感應器
516‧‧‧第一區域
520‧‧‧第二區域
524‧‧‧基板之中心
本發明係藉由例示而非限制之方式顯示於隨附圖式中之圖形，且其中相似的參考數字表示相似的元件，且其中：圖1為本發明之一實施例的流程圖。
圖2A-B為根據本發明之一實施例的堆疊蝕刻之示意性剖面圖。
圖3為可用於本發明之一實施例中的電漿處理腔室之示意圖。
圖4為可用以實施本發明之電腦系統的示意圖。
圖5為用於本發明之另一實施例的基板、第一光感應器、以及第二光感應器之俯視圖。
本發明現將參照如隨附圖式中呈現之其若干較佳實施例加以詳述。在以下敘述中，提出許多具體細節以提供對本發明之深入了解。然而對熟習本技藝者將顯而易見，本發明可在缺少這些具體細節的部份或所有者的情況下實施。在其它情況下，已為人所熟知之程序步驟以及/或是結構將不再詳述，以不非必要地使本發明失焦。
圖1為本發明之一實施例的高階流程圖。在此實施例中，具有蝕刻層之基板係置於蝕刻腔室中(步驟104)。一氣體係流入至蝕刻腔室中(步驟108)。該氣體係形成為電漿(步驟112)。量測來自電漿之第 一區域的光，以提供第一信號(步驟116)。量測來自電漿之第二區域的光，以提供第二信號(步驟120)。比較第一信號和第二信號以偵側終點(步驟124)。偵側到終點時，開始下一處理步驟(步驟128)。自腔室移除基板(步驟132)。
範例
在本發明之一較佳實施例中，具有位於蝕刻層下方之蝕刻停止層的基板係置於蝕刻腔室中，其中該蝕刻層係位於一具有特徵部之圖案化遮罩下(步驟104)。圖2A為具有基板204之堆疊200的示意剖面圖，其中該基板具有設置在蝕刻層212下的蝕刻停止層208，而蝕刻層212係設置在圖案化遮罩216之下方。在此範例中，蝕刻停止層208為氮化矽且蝕刻層212不含氮。因此，來自氮化矽和蝕刻氣體之CN將被用來作為終點偵側之物種。
圖3示意性地繪示可用於本發明之一實施例中的電漿處理系統300之範例。電漿處理系統300包含電漿反應器302，該電漿反應器302其中具有由腔室壁350所界定之電漿處理腔室304。由匹配網路308調諧的電漿功率供應器306供應功率至靠近功率窗312之TCP線圈310，功率窗312供應功率至電漿處理腔室304以在電漿處理腔室304中產生電漿314。TCP線圈(上部功率源)310可用以產生均勻的擴散輪廓於電漿處理腔室304中。例如，TCP線圈310可用以產生環形功率分佈於電漿314中。功率窗312係設置以將TCP線圈310與電漿處理腔室304分開，同時允許能量從TCP線圈310傳遞至電漿處理腔室304。由匹配網路318調諧的晶圓偏壓電源316供電至電極320以設定偏壓電壓於矽基板204上，其中該矽基板係由電極320所支撐，使得在此實施例中之電極320亦為基板支架。脈衝控制器332使偏壓電壓產生脈衝。脈衝控制器332可介於匹配網路318和基板支架之間，或介於偏壓電源316和匹配網路318之間，或介於控制器324和偏壓電源316之間，或在一些其它配置中，使偏壓電壓產生脈衝。控制器324為電漿功率供應器306和晶圓偏壓電源316設定點。 各種實施例可使用的系統之範例為皆由位於加州Fremont的Lam Research Corporation所生產之KiyoTM工具以及FlexTM工具。
電漿功率供應器306和晶圓偏壓電源316可用以在特定的射 頻頻率下操作，例如，13.56MHz、60MHz、27MHz、2MHz、400kHz或其組合。電漿功率供應器306和晶圓偏壓電源316可調整為適當的大小，以提供一範圍的功率以獲得期望之處理性能。例如，在本發明之一實施例中，電漿功率供應器306可供應範圍在300至50,000Watts之功率，且晶圓偏壓電源316可供應在10到3,000V之範圍內的偏壓電壓。此外，TCP線圈310及/或電極320可由二或更多子線圈或子電極所構成，該等子線圈或子電極可由單一電源供應或數個電源供應所供電。
如圖3所示，電漿處理系統300更包含經由氣體入口340 與電漿處理腔室304流體連接的氣體源/氣體供應機構330。氣體入口可位於電漿處理腔室304中的任何有利位置，並且可採取任何形式以注入氣體。然而較佳地，氣體入口340可用以產生「可調式」氣體注入輪廓，此可獨立地調整流動至電漿處理腔室304的多個區域之各別氣體的流動。處理氣體和副產物係經由壓力控制閥342和泵344自腔室304移除，其中壓力控制閥342為一壓力調節器，且泵344亦用於維持一特定壓力於電漿處理腔室304中並提供氣體出口。氣體源/氣體供應機構330係由控制器324所控制。由Lam Research Corporation所修改之Kiyo系統可用以實施本發明之一實施例。
第一光感應器352和第二光感應器354係安裝於電漿處理 腔室304上。第一光感應器352係放置以量測來自線353所指示之第一區域的光。第二光感應器354係放置以量測來自線355所指示之第二區域的光。第一區域353比第二區域355更靠近基板204。第一區域和第二區域兩者皆位於電漿314內。第一光感應器352和第二光感應器354提供輸出，該輸出係用以作為一差動放大器356之輸入。差動放大器356之輸出係提供至控制器324。設置光源358以提供光至第一光感應器352和第二光感應器354，且該光源係連接至控制器324。
圖4為顯示電腦系統400之高階方塊圖，該電腦系統適合用 以實施本發明之實施例中所用的控制器324。該電腦系統可具有許多實體形式，其範圍可從積體電路、印刷電路板、和小型手持裝置到巨型超級電 腦。電腦系統400包含一或更多處理器402，並更可包含一電子顯示裝置404(用以顯示圖形、文字、和其他數據)、主記憶體406(如隨機存取記憶體(RAM))、儲存裝置408(如硬碟機)、可移動儲存裝置410(如光學磁碟機)、使用者介面裝置412(如鍵盤、觸控螢幕、鍵盤、滑鼠、或其他指向裝置等)、以及通訊介面414(如無線網路介面)。通訊介面414使軟體和數據可經由一連結在電腦系統400和外部裝置之間傳輸。該系統亦可包含與前述裝置/模組相連接之通信基礎架構416(如通信匯流排、交越條(cross-over bar)或網路)。
透過通信介面414所傳輸之資訊，可為例如電子、電磁、 光學之信號形式或其它能透過通信連結所傳輸而被通信介面414所接收之信號形式，該等信號可使用電線或電纜、光纖、電話線、行動電話連結、射頻連結、及/或其它通信管道加以實施。利用此通信介面，一或更多處理器402在執行前述步驟時，可接收來自網路之資訊，或可輸出資訊至該網路。再者，本發明之方法實施例可完全依靠處理器執行，或是可透過如網際網路之網路結合分擔部份處理的遠端處理器而執行。
用語「非暫時性電腦可讀取媒體」(non-transient computer readable medium)一般用於指稱如主記憶體、輔助記憶體、可移式儲存器的媒體、以及如硬碟、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM及其它形式的永久記憶體之儲存裝置，且不應解釋為涵蓋暫時性之標的，例如載波或是信號。電腦碼的範例包含例如由編譯器產生之機器碼、以及含有較高階編碼、使用直譯器由電腦所執行之檔案。電腦可讀取媒體亦可為由體現於載波且代表由處理器執行之一連串指令之電腦資料信號所傳送的電腦碼。
氣體係從氣體源330流入電漿處理腔室304中(步驟108)。 在此範例中，來自氣體源330之蝕刻氣體包含含氮成分，例如N2或NF3，該含氮成分所提供的氮物種可遮蔽來自蝕刻停止層之氮。該氣體係形成為電漿(步驟112)。第一光感應器352偵測來自第一區域353的光並產生第一信號，該第一信號係作為輸入而提供至差動放大器356(步驟116)。第二光感應器354偵測來自第二區域355的光並產生第二信號，該第二信號係作為輸入而提供至差動放大器356(步驟120)。在本發明之此實施例 中，第一信號係正規化且第二信號係正規化以將該等信號調整至相同的比例。差動放大器356將第一信號與第二信號進行比較並提供輸出至控制器324(步驟124)。在穩定狀態處理中，第一信號和第二信號之間的差異可為恆定。在此範例中，電漿使蝕刻層212被蝕刻掉，直到特徵部蝕刻至蝕刻停止層208為止。圖2B顯示特徵部已被蝕刻入蝕刻層212到達蝕刻停止層208後，具有基板204之堆疊200的示意性剖面圖。
當蝕刻處理到達蝕刻停止層208時，電漿中的物種改變， 因為從蝕刻停止層蝕刻掉的材料被添加至電漿中。物種之改變首先發生在第一區域353，並接著發生在第二區域355。因此，第一光感應器352處將在第二光感應器354偵測到該改變之前偵側到該改變。此改變會導致第一信號和第二信號之間的差異之尖波，該差異之尖波可用以作為終點偵側器。在此範例中，來自SiN蝕刻停止層以及蝕刻氣體之CN首先於第一區域353中增加。由於來自蝕刻氣體之CN係在第一區域353和第二區域355之間處於穩定狀態，因此來自蝕刻氣體之CN係從差動信號中移除。由於來自蝕刻停止層和蝕刻氣體之CN在出現於第二區域355之前出現在第一區域353，來自蝕刻停止層之CN導致差動信號之尖波，該差動信號提供強化的蝕刻停止信號。
偵測到第一信號和第二信號之間的差異之尖波(用以作為終 點偵測器)時，開始下一處理(步驟128)，其可藉由停止氣體之流動，或藉由改變氣體而達成。在其它實施例中，可藉由移除射頻功率或以其它方式改變射頻功率，或藉由改變另一參數而開始下一處理。當處理完成時，基板係從腔室中移除(步驟132)。
本發明之此實施例提供強化的偵側信號。一些電漿處理遮 蔽用以進行終點偵側之特定物種。例如，若氮為待偵側之物種，但是氮亦為蝕刻化學品的一部分，將難以偵側到氮的增加。然而，比較第一信號與第二信號將顯示在第一區域中之氮的尖波，以強化終點之偵側。
本實施例使用第一光感應器352和第二光感應器354偵側由 電漿所發出的光。藉由提供來自光源358的光，第一光感應器352和第二光感應器354可用以量測被電漿所吸收的光，亦即量測吸收光譜數據。若 光源305未提供光，則第一光感應器352和第二光感應器354可用以量測發光光譜數據。
在本發明之另一實施例中，第一光譜儀和第二光譜儀可用 以代替差動放大器356。第一光譜儀可校準至第二光譜儀。當在第二光譜儀中發現變化前，在第一光譜儀中發現變化時，該變化可用以作為終點指示。可將光譜儀調整至一特定波長，並量測單一波長或一波長範圍之強度的差異，而不是比較所有波長之強度。在其它實施例中，光譜儀可量測在不同波長或不同波長範圍下之強度。
差動放大器可與控制器或控制器之一部分分離。若差動放 大器為控制器之一部分，該控制器可用以使信號正規化。在其它實施例中，控制器或其他裝置可用以比較第一信號和第二信號。
較佳地，在此實施例中，第一區域和第二區域不包含基 板、蝕刻層、或圖案化遮罩，如圖3所示。相反地，該等感應器係定向為實質上平行於基板表面。更佳地，由第一光感應器和第二光感應器所量測的光並非直接從基板、蝕刻層、或圖案化遮罩反射，因為這樣的光可蓋過來自電漿的光。然而，本發明之其它實施例可提供數個感應器，該等感應器接收從基板、蝕刻層、或遮罩所附帶地反射或產生的一些光，其中該等感應器並非直接朝基板、蝕刻層、或遮罩定向。在其它實施例中，該等感應器可直接朝基板、蝕刻層、或遮罩定向。
第一信號和第二信號之間的差異使用減法。然而，第一信 號和第二信號之間的差異可直接將第二原始信號減去第一原始信號或從受調整的第二信號減去受調整的第一信號。此調整可使信號正規化，或可為一清除該等信號之處理或另一處理。相似地，量測第一信號和第二信號之間的比例可從第一原始信號及第二原始信號產生一比例，或者可從該第一受調整信號與該第二受調整信號建立一個比例。
在一些實施例中，繼續進行下一個處理可能是停止蝕刻處 理並接著自腔室移除基板。在其它實施例中，下一處理可能是添加額外的氣體以執行不同的蝕刻處理，該等額外的氣體可用以進一步蝕刻該蝕刻層或蝕刻另一層。在其它實施例中，下一個處理可能是沉積步驟、鈍化步 驟、或清潔步驟。終點之偵側激發下一步驟的開始。在其他實施例中，可偵測複數終點且該等終點係用於結束一個處理並開始下一個處理。
在另一實施例中，第一區域可能比第二區域更出自晶圓之 中心，使得第一區域最靠近基板中心的部分比第二區域最靠近基板中心的部份更靠近基板中心。圖5為用於本發明之另一實施例的基板504、第一光感應器508、及第二光感應器512之俯視圖。第一光感應器508量測第一區域516。第二光感應器512量測第二區域520。在此實施例中，雖然第一和第二區域516、520皆位於基板504上方之相同高度上，但第一區域516比第二區域520更靠近基板504之中心524。第一光感應器508和第二光感應器512之輸出的比例或差異可用以偵側終點。此實施例能夠偵側可指示終點的徑向異常。
本發明雖已透過數個較佳實施例加以說明，但仍有許多落 於本發明範疇內之替換、變更、修改及各種置換均等物。亦應注意有許多實施本發明之方法及裝置的替代性方式。因此欲使以下隨附請求項解釋為包含所有落於本發明之真正精神及範疇內的此替換、變更及各種置換均等物。
104‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
116‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
124‧‧‧步驟
128‧‧‧步驟
132‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種用於蝕刻一層的方法，包含：提供一基板於一腔室中；產生一蝕刻電漿以蝕刻在該基板上之一層；量測來自該腔室之第一區域的光以提供第一信號；量測來自該腔室之第二區域的光以提供第二信號；以及比較該第一信號與該第二信號以判斷一蝕刻終點，其中該比較該第一信號與該第二信號以判斷一蝕刻終點之步驟指示該第一區域中之氮的尖波。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該比較該第一信號與該第二信號之步驟包含量測該第一信號和該第二信號之間的差異或比例。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，更包含判斷已到達該蝕刻終點後，繼續至下一處理步驟。
  4. 如申請專利範圍第2項之用於蝕刻一層的方法，其中第一次比較該第一信號和該第二信號之步驟更包含在量測該第一信號和該第二信號之間的差異前，正規化該第一信號及正規化該第二信號。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該第一區域比該第二區域更靠近該基板。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該電漿係產生於該腔室中之一電漿區域內，且其中該第一區域和該第二區域通入該電漿區域中。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該第一信號提供來 自該第一區域的發光光譜數據且該第二信號提供來自該第二區域的發光光譜數據。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，更包含提供來自一光源的光至該第一區域和該第二區域中。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該第一信號提供來自該第一區域之吸收光譜數據且該第二信號提供來自該第二區域之吸收光譜數據。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該比較該第一信號與該第二信號之步驟比較在一波長之該第一信號的強度與在該波長之該第二信號的強度。
  11. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該比較該第一信號與該第二信號的步驟比較在一波長範圍之該第一信號的強度與在該波長範圍之該第二信號的強度。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於蝕刻一層的方法，其中該比較該第一信號與該第二信號之步驟比較在第一波長之該第一信號的強度與在第二波長之該第二信號的強度。
  13. 一種用於蝕刻一蝕刻層的設備，包含：一電漿處理腔室，包含：一腔室壁，形成一電漿處理腔室殼體；一基板支架，用以支撐在該電漿處理腔室殼體中之一基板；一壓力調節器，用以調節該電漿處理腔室殼體中之壓力；至少一電極，用以提供功率至該電漿處理腔室殼體以維持一電漿； 第一光感應器，用於偵測來自該電漿處理腔室之第一區域的光；第二光感應器，用於偵測來自該電漿處理腔室之第二區域的光；一氣體入口，用於提供氣體至該電漿處理腔室殼體中；一氣體出口，用於排出來自該電漿處理腔室殼體之氣體；至少一射頻功率源，電連接至該至少一電極；一氣體源，與該氣體入口流體連接；至少一處理器；以及電腦可讀取媒體，包含：用於流動之電腦可讀取碼，流動來自該氣體源之一蝕刻氣體至該電漿處理腔室；用於形成的電腦可讀取碼，從該蝕刻氣體形成一電漿；用於比較的電腦可讀取碼，比較來自該第一光感應器之一第一信號與來自該第二光感應器之一第二信號以判斷何時已到達蝕刻停止點，其中比較該第一信號與該第二信號以判斷一蝕刻終點之步驟指示該第一區域中之氮的尖波，或其中該第一信號與該第二信號的比較指示來自一SiN蝕刻停止層的CN存在於該第一區域中；以及用於進行下一處理的電腦可讀取碼，判斷已到達蝕刻停止點後進行下一處理。
  14. 如申請專利範圍第13項之用於蝕刻一蝕刻層的設備，其中該電漿處理腔室更包含一光源，設置以提供光至該第一光感應器和該第二光感應器。
  15. 如申請專利範圍第13項之用於蝕刻一蝕刻層的設備，其中該第一區域比該第二區域更靠近該基板支架。
  16. 如申請專利範圍第13項之用於蝕刻一蝕刻層的設備，其中該第一區域和該第二區域不包含該基板支架。
  17. 一種用於蝕刻一層的方法，包含： 提供一基板於一腔室中；產生一蝕刻電漿以蝕刻在該基板上之一層；量測來自該腔室之第一區域的光以提供第一信號；量測來自該腔室之第二區域的光以提供第二信號；以及比較該第一信號與該第二信號以判斷一蝕刻終點，其中用以提供第一信號而由該腔室之第一區域所量測之光及用以提供第二信號而由該腔室之第二區域所量測之光的比較指示來自一SiN蝕刻停止層的CN存在於該第一區域中。
  18. 如申請專利範圍第17項之用於蝕刻一層的方法，其中該比較該第一信號與該第二信號的步驟包含量測該第一信號和該第二信號之間的差異或比例。
  19. 如申請專利範圍第17項之用於蝕刻一層的方法，其中第一次比較該第一信號和該第二信號之步驟更包含在量測該第一信號和該第二信號之間的差異前，正規化該第一信號及正規化該第二信號。
  20. 如申請專利範圍第17項之用於蝕刻一層的方法，其中該第一區域比該第二區域更靠近該基板。
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