专利名称：用于对光谱反射计光信号进行电子空间滤波的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及光谱反射测量法，更具体来说，涉及使用宽束反射测量法、成像光谱法以及二维电荷耦合器件(2-D CCD)阵列分析在半导体制造中进行的终点(endpoint)检测。
背景技术：
在诸如集成电路、存储单元等的半导体结构的制造中，在半导体晶片上在一系列制造工艺步骤中对多个特征部、结构以及部件进行限定、构图以及构成，以创建多层集成结构。在半导体制造过程中通过许多操作处理半导体晶片。在精确控制的环境下添加层、对结构和特征部进行限定、构图、刻蚀、去除、抛光以及许多其他处理，在这些处理中对半导体晶片和其上所限定并构成的特征部进行精密监测和分析，以按严格的精度确定各处理的终点。
典型地，在各处理之后，对晶片进行检查以确认按可接受精度级并按最小误差或非一致性完成了前一处理。对晶片进行处理的各处理的各种操作变量(例如，事件定时、气压、浓度、温度等)进行记录，使得可以快速识别任何变量的任何变化，并有可能将其与检查晶片时所发现的任何误差或非一致性关联起来。然而，目前的结构和器件要求进行原位(in-situ)监测和分析，以按经济和高效的水平实现制造所需精度级，从而使得能够在与消费者和工业要求相当的规模上进行制造。
一种通用的制造工艺是等离子刻蚀。在半导体制造中，通常将等离子刻蚀用于对导电和介电材料进行刻蚀，以在其中限定特征部和结构。典型地，使用等离子刻蚀腔室，其能够按光刻胶掩模所限定的对淀积在基板上的选定层进行刻蚀。通常，将该处理腔室设置成容纳处理气，并将射频(RF)电力施加给该处理腔室中的一个或更多个电极。根据具体希望的处理控制腔室内的压力。当将希望的RF电力施加给(多个)电极时，激活了腔室内的处理气，从而产生等离子体。将该等离子体设置成对半导体晶片的选定层执行希望的刻蚀。在其他实现中，也可以将等离子体用于淀积处理。
典型地，等离子刻蚀操作中的原位监测和分析涉及光谱反射测量法或激光干涉测量法。作为示例，可以使用光谱反射测量法或激光干涉测量法来测量半导体晶片上的薄膜和薄膜结构的特性，以为处理提供终点呼叫(endpoint call)，使得一旦去除了或向晶片添加了给定量的材料就可以停止刻蚀或淀积步骤。此外，使用这种处理来确定刻蚀何时进行到了距下层具体预设距离内。当前的光谱反射测量方法的一个问题在于它们通常使用光辐射束(其波长标称为200-1000nm，以下称为光)对晶片进行诊断，该光辐射束的直径在模片(die)(晶片上的重复图案的基本单元)的尺寸的量级上。
如果如在作为示例的制造内嵌动态随机存取存储器(EDRAM)的情况那样，反射计测量的关注特征部只占据束面积的很小一部分，那么信号对比度将很差。克服该困难的一个方法是使用很小的束(以下也称为“斑(spot)”)，并将该斑指向模片内各处，直到它落在关注区域上为止。这种方法可以用于激光干涉测量法。然而，为了实现该方法，需要附加的成像摄像机、定位硬件以及图像识别算法。
图1示出了例示原位监测硬件和处理的典型等离子刻蚀系统100。示出的等离子刻蚀腔室102具有置于卡盘104上的晶片106。为了适合于进行原位处理监测，等离子刻蚀系统100可以使用各种附加特征部和结构。作为示例，图1所例示的等离子刻蚀系统100包括位于刻蚀腔室100顶部的视口(viewport)108。典型地，包括有光学套件112，根据操作员的希望、处理应用等，该光学套件112可以包括从宽束到激光的多个光源中的任何光源以及检测器。在某些应用中，包括x-y平移台110，其用于相对于关注特征部或区域对光学套件112进行定位，或用于对分立安装的激光源116进行定位。
典型地，设置具有照明用白光源的摄像机114，将该摄像机114与商用模式识别软件耦合起来。在典型实现中，摄像机114观察整个晶片或其某个大子区。一旦摄像机114和模式识别软件识别出一关注区域，x-y平移台110就驱动光学套件112以将斑定位在关注区域上，以进行终点呼叫。在典型的光谱反射测量计配置中，从晶片106上方对宽束120进行指向，并且反射光基本上通过同一宽束120路径返回。
在某些应用中，将激光源116置于等离子刻蚀腔室102的一侧而非顶部。通过光学套件112精确地对由类似于x-y平移台110的x-y平移台驱动的激光源116进行指向。然后检测器118接收并分析激光干涉计系统中的反射光图案。
在又一系统中，将摄像机114(其具有照明用光源和模式识别软件)实现为用于进行“全晶片”观察，以确定对等离子刻蚀的一般化全晶片响应，如热点、晶片边沿是否比中央刻蚀得更快等。典型地，这种类型的系统使用滤波器或滤波器组合来寻找特定波长，作为晶片中的特定状态变化的指示器。
上述光谱反射计、激光干涉计以及滤波处理中的每一个在本领域中都是公知的。图1例示的一个限制是随着系统变得更精确和更复杂，将添加附加硬件。附加硬件典型地要求复查并修改腔室设计，这可能会接近极其昂贵的情况，并且准确度的提高往往低于所预期或希望的。
鉴于上述情况，需要这样的方法和系统，即，其使得能够通过在不需要硬件定位系统的情况下自动选择晶片模片的一部分，进行绝对的刻蚀到深度(etch-to-depth)测量，甚至进行相对深度变化测量。
发明内容
总的来说，本发明通过提供这样的方法和系统满足了上述需求，这些方法和系统用于进行实现了具有宽束简单性的窄斑或小斑干涉测量法的精度的终点和刻蚀到深度确定。可以按多种方式实现本发明，这些方式包括过程、设备、系统、装置、方法或计算机可读介质。下面描述了本发明的几个实施例。
在一个实施例中，提供了一种用于确定对晶片上的表面进行等离子刻蚀操作的终点的方法。晶片表面具有正被刻蚀的特征部，该方法包括将准直光施加到晶片表面上和对来自晶片表面的反射光进行检测的步骤。通过离散检测区域检测该反射光，将各检测区域配置成描绘频带上的独特信号。该方法还包括识别该多个检测区域中的一个以将其与模型光信号相关联的步骤。根据来自该多个检测区域中的识别出的一个的反馈执行等离子刻蚀操作的终点。在对表面上的特征部进行刻蚀的过程中执行终点。
在另一实施例中，提供了一种用于刻蚀晶片的系统。该系统能够确定对晶片上的表面进行等离子刻蚀操作的终点，该晶片表面具有正被刻蚀的特征部。该系统包括用于检测来自晶片表面的反射光的检测器。通过离散检测区域检测该反射光。将各检测区域配置成生成频带上的特定光信号。将这些检测区域中的一个配置成与模型光信号相关联，由此等离子刻蚀操作的终点基于来自这些检测区域中的识别出的一个的反馈。
本发明胜出现有技术的优点很多。本发明的一个显著好处和优点在于，利用宽束反射测量法的简单性，实现了以前只有利用窄斑干涉测量法的精度和复杂性才能实现的某些性能。本发明的实施例不需要分立的摄像机和附带的分立单独照明系统，不需要模式识别软件或机动化平移台系统。只使用单个宽束，实施例就通过实质上创建了一系列平行窄束反射计的宽束反射测量法实现了窄斑干涉测量法的精度。
另一好处是，不必对腔室进行大的修改，不按任何方式干扰等离子形成物和等离子流，不需要昂贵的平移台、光学套件等(它们要求对系统进行附加的和进一步的修改)，就可以将本发明的实施例与等离子处理系统合并起来。
根据结合附图的以下详细说明，本发明的其他优点将变得清楚，这些附图通过举例例示了本发明的原理。
附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分，其例示了本发明的示例性实施例，并且与文字说明一起用于解释本发明的原理。
图1示出了例示原位监测硬件和处理的典型等离子刻蚀系统。
图2是根据本发明一实施例的分光计检测和分析系统。
图3例示了根据本发明一个实施例的将指向晶片表面的透镜系统的光纤孔径。
图4是根据本发明一个实施例的光谱测量法检测和分析组件的框图。
图5A例示了根据本发明一个实施例的成像分光计的入口狭缝中的检测器光纤的排列。
图5B例示了根据本发明一个实施例的2-D CCD阵列检测和分析的示例图。
图6A示出了根据本发明一个实施例的可能投射到半导体晶片上的示例性束斑和光纤孔径中的检测器光纤的典型位置。
图6B例示了根据本发明一实施例将图6A的束斑投射到示例性模片上。
图7是流程图，其例示了根据本发明一个实施例的用于在等离子刻蚀操作中进行终点呼叫的方法操作。
具体实施例方式
对用于确定和选择使用模片的哪个区域来确定等离子刻蚀操作中的处理终点的发明进行了描述。在优选实施例中，用于使用光谱反射测量法检测和分析光信号的方法和系统包括实现2-D CCD检测器阵列以对来自多个光信号的输出进行分辨；然后将经分析的信号匹配到模型终点或精确的深度信号，以实现基本上绝对的刻蚀到深度和终点呼叫。在以下描述中，对许多具体细节进行阐述以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员，应当理解，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施本发明。另一方面，不对公知的处理操作进行详细描述，以避免不必要地使本发明变得模糊。
作为概括，本发明的实施例提供了终点呼叫或刻蚀到深度功能，而实现这些无需加强设计的附加腔室硬件、庞大的模式识别软件等。如上所述，典型的光谱反射计系统使用宽带光源，并具有大束斑尺寸，平均斑尺寸的直径约为12.5mm。通常无需分辨模片内的特征部。将白光从上方指向晶片表面，反射光向上返回，将来自晶片的反射作为波长的函数进行分析。使用加权平均来分析模片上的总体响应，该加权平均涵盖了诸如硬掩模、被刻蚀特征部的类型、开口空间面积、图案密度等的特征部和结构。尽管用于利用加权平均进行评估的算法可能对特定结构(例如，具有比较恒定和均匀特征部布局的图案或模片)特别有用，但是该算法并非没有限制。作为示例，如果反射计测量的关注的特征部只占据束面积的很小一部分(例如，EDRAM图案和特征部)，那么信号对比度将很差。
解决其中特征部只占据宽带光谱反射计的斑尺寸的很小一部分的该区域分析问题的一个方法是求助于较小的束尺寸。作为示例，诸如激光干涉仪系统中所用的简单激光可以具有约50微米(μm)的斑尺寸。在约15mm正方形的大模片中，虽然必须使小的激光斑指向成覆盖相对于斑尺寸的大面积，但是将实现对所关注的具体特征部进行识别和分析的强大得多的能力。为了使斑在模片中四处移动，如上所述，需要附加的成像摄像机、复杂的图像识别算法、附加的光学套件、x-y平移台等。
本发明的实施例试图实现小斑的某些优点，但是保持实现大斑光谱测量法技术的简单性和容易性。具体来说，不添加附加的摄像机、台等，这些需要进行腔室设计修改，或者可能干扰希望的等离子特性。如在包含EDRAM或其他内嵌存储单元或其他这种特征部的模片示例中，本发明的实施例试图分析大斑覆盖区(footprint)中的一些区域，而同时忽略其他区域。
本发明的实施例实质上使用全电子技术以在模片上“操纵”束，以对关注区域进行识别和分析。使用对从光纤丛发出的光进行准直的透镜系统来形成直径约为12.5mm的大直径束。由于典型的晶片模片尺寸约为12.5mm，所以对示例性的12.5mm斑尺寸进行描述。根据处理参数和希望可以实现更大或更小的斑。从晶片反射的光通过同一透镜系统返回并回到光纤丛的孔径。光纤丛还包含收集光纤(也称为检测器光纤)，该收集光纤将该反射光传输到分光计。
图2是根据本发明一实施例的分光计检测和分析系统130。分光计检测和分析系统130的组件包括光源134、光源光纤丛136、透镜系统132、检测光纤丛140以及成像分光计138。
在一个实施例中，光源134包括典型地覆盖从250到1000nm的波长范围的宽谱源，该宽谱源用于提供希望的宽带光源，该宽带光源将被按约为模片尺寸的覆盖区投射为晶片表面上的大斑。在其他实施例中，光源134可以是诸如氙闪光灯的脉冲光源、诸如氘/卤素的双光源或卤素光源与发光二极管的组合。
光源光纤丛136向透镜系统132发射来自光源134的光。在一个实施例中，光源光纤丛包括用于光传输的多条光纤，示例性光纤丛包括60-200条光纤，根据诸如光纤直径、制造经济性等因素，还可以包括从少至20条光纤到约200条光纤的实施例。在本发明一个实施例中，光源光纤丛136中选择的光纤是多模光纤。
在本发明一个实施例中，设置透镜系统132以对光进行准直并扩展通过光源光纤丛136从光源134接收的光。透镜系统132对光进行准直，将该光扩展成直径约为12.5mm的斑，并将该光对准晶片106的表面(见图1)。在一个实施例中，透镜系统132置于等离子刻蚀腔室的外部，在位于该等离子刻蚀腔室的顶部区域中的视口(viewport)上方，该视口提供到该等离子刻蚀腔室内部的视觉入口。
在本发明一个实施例中，透镜系统132不仅对通过光源光纤丛136从光源134接收的光进行准直和导向，而且透镜系统132还将检测器光纤140a(见下面的图3)与光源光纤136a(见下面的图3)交织起来。由此透镜系统132将从光源134接收的光指向晶片106的表面(见图1)，并接收从晶片106的表面反射的光。由检测光纤丛140将所接收的光传输给成像分光计138。
图3例示了根据本发明一个实施例的将指向晶片106(见图1)的表面的透镜系统134(见图2)的光纤孔径135。图3例示了从将指向晶片106的表面的透镜系统132的光纤孔径135观察到的透镜系统132内的光源光纤136a和检测器光纤140a的排列的一个实施例。表示检测器光纤140a的暗圈与表示光源光纤136a的亮圈相交织。在一个实施例中，将检测器光纤140a散布在透镜系统134的光纤孔径135处呈现的整个光纤图案中。这种散布确保了检测器光纤140a接收来自基本上指向晶片表面106的束的整个覆盖区的反射。
回到图2，检测光纤丛140将检测器光纤140a(见图3)接收的光传输给成像分光计138。在本发明一个实施例中，检测光纤丛140包括13条检测器光纤140a，而在其他实施例中检测器光纤140a的数量可以从约5条变化到约15条检测器光纤140a，这取决于所需分辨率级和成像分光计138的能力或容量。在一个实施例中，成像分光计138包括2-D CCD检测器阵列，以下对其进行更详细的描述。
图4是根据本发明一个实施例的光谱测量法检测和分析组件的框图。透镜系统132包括与光源光纤136a(见图3)相交织的检测器光纤140a(见图3)。通过检测光纤丛140将检测器光纤140a从透镜系统132导引到成像分光计138。在成像分光计138处，在成像分光计入口狭缝142处垂直对齐检测器光纤140a，这在下面更详细地进行描述。
图5A例示了根据本发明一个实施例的成像分光计138(见图4)的入口狭缝142中的检测器光纤140a的排列。如上所述，由检测光纤丛140(见图4)将与透镜系统134(见图4)中的光源光纤136a相交织的检测器光纤140a导引到成像分光计138。在本发明一个实施例中，垂直地对齐检测器光纤140a，以基本上准确地填充入口狭缝142。在本发明一个实施例中，在入口狭缝142中布置有至少5条检测器光纤140a。在其他实施例中，在入口狭缝142中排列有与交织插入到透镜系统134(见图2)的光纤孔径135(见图3)中的检测器光纤140a同样多的检测器光纤140a，在一个实施例中将13条检测器光纤140a导引到并排列在入口狭缝142中。在一个实施例中，检测器光纤140a的数量受成像分光计138的能力限制以防止来自不同光纤的光在其中重叠，在本发明一个实施例中，将一个以上的成像分光计138设置成容纳对于希望的或必需的特征部分辨率足够数量条检测器光纤140a。
在一个实施例中，不确定或保持单条检测器光纤140a在入口狭缝142内的具体定位或位置与其在透镜系统134中的具体位置之间的精确关联，而是基于与精确的检测器光纤140a定位无关的分析波长进行包括终点呼叫或刻蚀到深度确定的处理分析。如以下将更详细地描述的，利用波长分析来确定晶片106(见图1)上的关注区域，一旦识别出了关注区域，就对来自该特征部的反射进行分析，而不管检测器光纤140a在透镜系统134或入口狭缝142中的位置如何。在另一实施例中，保持严格的符合性，以确保各检测器光纤140a在透镜系统134中的具体定位与在垂直取向入口狭缝142内的位置之间的基本上精确的位置对应。
图5B例示了一种根据本发明一个实施例的2-D CCD阵列检测和分析的示例性图150。2-D CCD阵列分析在本领域是公知的，图5B例示了针对终点检测和刻蚀到深度测量和监测的根据本发明实施例的实现。在图5B中，上x轴152和左y轴154表示图150的维度。在本发明的一个实施例中，按像素表示2-D CCD阵列图150的大小。在一个实施例中，上x轴长度是1024个像素，而在一个实施例中，上x轴长度是2048个像素。在一个实施例中，左y轴高度是128个像素，而在一个实施例中，左y轴高度是256个像素。在一个实施例中，图150的所选大小建立了图示阵列光信息的比例。
在本发明的一个实施例中，下x轴例示光信息的波长。2-D CCD阵列图150呈现了由器件阵列测量的来自多条检测器光纤的测量信息，并按希望的大小或比例沿波长谱图示出该信息。在沿右y轴158的垂直方向上，根据信号幅值按合适的比例图示出各检测器光纤140a(见图5B)，图5A中所例示的各检测器光纤140a具有2-D CCD图150中的对应位置。在例示的实施例中，沿2-D CCD阵列图150的底部图示出光纤1，沿2-DCCD阵列图150的顶部图示出光纤13，并在这两端之间相应地图示出光纤2-12(未示出)。在一个实施例中，为了绘图清楚并容易分辨独立和不同的多个检测器图，选择希望数量的像素(未示出)，作为在检测器光纤140a信号的多个垂直叠置图中的每一个之间的空带或缓冲带。
如图5A和5B例示的实施例所示，各检测器光纤140a提供了基本上遍及整个波长谱的阵列数据。按此方式，可以对来自各检测器光纤140a的信号进行监测和分析，所述信号集总提供了基本上遍及与半导体晶片上的模片的尺寸对应的面积的反射信息。在一个实施例中，这种监测和分析使得能够对检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合进行数学选择，以提供最佳信号对比度，或者实时地提供给定处理的反射特性图(signature)中的最佳信息内容。这使得能够在运行时确定使用哪个检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合来进行检查、分析和监测。在一个实施例中，可以将各信号、各关注信号和/或各信号组合与适合于处理类型、制造阶段、正制造的结构、图案密度等的多个模型中的任何一个进行比较，以对处理进度(即，终点)、膜深度(即，刻蚀到深度)以及多个希望处理参数中的任何一个进行评估。通过与合适模型的最佳匹配实时进行检测器光纤140a选择，接着按合适的或希望的方式在制造过程中跟踪检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合。
在本发明的一个实施例中，成像分光计138(见图4)内包含的2-DCCD检测器阵列对来自至少5条检测器光纤140a(多至可被成像分光计138清楚分辨的数量条光纤)的信号进行分辨，以按2-D CCD阵列图150进行显示。由成像分光计138内的2-D CCD检测器阵列的不同区域对来自各检测器光纤140a的信号独立地进行检测，并将所得数据分别提供给终点算法，并提供给2-D CCD阵列图150。
在一个实施例中，该算法是手动模式的，其中将终点处理方法(recipe)编程为使用特定检测器光纤140a的输出来确定终点。选定的检测器光纤140a取决于晶片类型、模片上的图案以及其他参数。在一个实施例中，根据2-D CCD阵列图150上呈现的观察图案确定选定的检测器光纤140a。在这种实施例中，在相对于成像分光计138(见图4)的入口狭缝142(见图5A)与相对于光纤孔径135(见图3)的检测器光纤140a位置之间必需保持严格的符合，并且必须知道并保持等离子刻蚀腔室中的晶片106(见图1)的取向。
在另一实施例中，所述算法对来自所有检测器光纤140a的信号进行并行运算，呈现出最高信号对比度的信号被选择用于确定终点。
在又一实施例中，所述算法对来自所有检测器光纤140a的信号进行并行运算，并使用各信号的误差级对这些信号进行仲裁以确定将哪个终点返回给工具。在该实施例中，对来自各光纤的信号与一模型进行实时比较。对于每条检测器光纤，对该模型中的参数(例如，晶片上的各层的厚度、开口面积、表面粗糙度等)进行调节以实现该模型与来自检测器光纤的信号之间的最佳“吻合度”。可以将该吻合度视为表示该模型与从各检测器光纤140a返回的来自晶片的真实信号配合得多好的误差信号。然后根据具有最低误差信号的光纤信号计算返回给工具的终点。在一个实施例中，如果没有低于预定限的误差信号，那么系统将向工具返回告警。
图6A示出了根据本发明一个实施例的可以投射到半导体晶片上的示例性束斑160和光纤孔径135(见图3)中的检测器光纤140a的典型位置。在本发明的一个实施例中，如上所述，束斑160的直径约为12.5mm。如图6A所示，检测器光纤140a的典型位置提供了用于接收来自束斑160的反射光的基本上完全的覆盖。在一个实施例中，这种覆盖考虑了光传播现实，如散射、衰减、干涉等。
图6B例示了根据本发明一实施例的图6A的束斑160在示例性模片162上的投影。再次示出了光纤孔径135中的检测器光纤140a的典型位置，并在该示例性模片162上标示出关注区域164、166。根据本发明一实施例，13条检测器光纤140a提供了来自示例性模片162的基本上整个面积或区域的光信号。如上所述，可以对来自基本上遍及整个示例性模片162的反射信息进行监测和分析。在一个实施例中，这种监测和分析使得能够对检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合进行数学选择，以提供最佳信号对比度，或者实时地提供给定处理的反射特性图的最佳信息内容。在图6B中，关注区域164可以通过检测器光纤140a-1返回与针对希望其达到特定状态或处理程度(例如，终点、刻蚀到深度等)的特定特征部、结构、单元等的模型相匹配的信号。一旦识别出匹配，检测器光纤140a-1就可以实时进行监测，直到实现了希望的状态或处理程度。
应当理解，在一个实施例中，在通过具有2-D CCD检测器阵列的成像分光计138(见图4)处理的接收光信号与针对特定参数的模型处理信号之间识别匹配。在图6B中，检测器光纤140a-1可以是或可以不是可具体识别的光纤，或者可以处于或可以不处于可具体识别的位置，而是对返回信号进行匹配，以具体识别希望的参数，如终点、刻蚀到深度等。
类似地，可以通过来自检测器光纤140a-2与140a-3的信号或通过来自检测器光纤140a-2和140a-3的信号组合识别关注区域166。一旦识别出匹配，就可以独立地或组合地对检测器光纤140a-2、140a-3进行实时监测和分析，以识别希望的状态或进度。如上所述，所提供的本发明的一个实施例识别从检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合接收的信号或信号组合与适合于处理类型、制造阶段、正制造的结构、图案密度等的多个模型中的任何一个之间的匹配，以对处理进度(即，终点)、膜深度(即，刻蚀到深度)以及多个希望处理参数中的任何一个进行实时评估，使得能够实现运行时精度。通过与合适模型的最佳匹配来实时进行检测器光纤140a选择，然后按合适的或希望的方式在制造过程中跟踪检测器光纤140a或检测器光纤140a的组合。
图7是流程图170，其例示了根据本发明一个实施例的用于在等离子刻蚀操作中进行终点呼叫的方法操作。该方法以操作172开始，在操作172中，接收基板以进行等离子刻蚀。在一个示例中，基板是其中限定有并处于正在制造过程中的多个结构的半导体晶片。这些结构可以是通常在半导体晶片中或在半导体晶片上制造的任何类型的结构，如集成电路、存储单元等。在一个实施例中，这些结构是嵌入式动态随机存取存储器结构，其具有相对较大的大体开口的面积或带有存储单元结构散布区域的无特征空间。
该方法继续到操作174，在操作174中，将基板置于等离子刻蚀腔室中。图1总体上例示了一示例性腔室。在一个实施例中，等离子刻蚀腔室具有位于该腔室的顶部区域中的视口，该视口提供了到要在等离子刻蚀腔室中处理的晶片的顶部或活性表面的视觉入口。
在操作176中，照亮基板。光源通过光纤丛将光传输到置于视口上方的透镜系统。在一个实施例中，该光纤丛包括数量范围可以是从约60到约200的多条光纤。在另一实施例中，该光纤丛包括其数量范围可以是从约20到约200的多条光纤。在透镜系统处，使光准直，并将其对准晶片表面，并且按具有直径约为12.5mm的斑的光束传播该光。在一个实施例中，选择12.5mm斑尺寸以与示例性模片(在晶片上重复的图案的基本单元)的约12.5mm尺寸相关联，然而，根据制造希望、图案类型、密度、分布以及多个操作参数(根据这些操作参数相应地修改斑尺寸)中的任何一个，该斑尺寸可以更大或更小。
该方法继续到操作178，在操作178中，光从基板的表面反射，并被利用多条检测器光纤进行检测。这些检测器光纤与多条光源光纤和透镜系统中的光纤孔径相交织。在一个实施例中，13条检测器光纤与60-200条光源光纤相交织，它们散布在光纤孔径中，确保对束斑及其反射光的完全接收覆盖。
接着，在操作180中，将检测光从透镜系统通过检测光纤丛传输到成像分光计。由于检测器光纤与光源光纤相交织并散布在光纤孔径中以提供对束斑的基本上完全的接收覆盖，所以各检测器光纤传输了来自基板表面的与特定位置或地点对应的检测光。
该方法继续到操作182，在操作182中，通过成像分光计对来自所述多条检测器光纤中的每一条的检测光进行分析。该成像分光计包括用于分析检测光的2-D CCD检测器阵列，在一个实施例中，该成像分光计提供覆盖各检测反射信号的光谱的图形表示。
该方法以操作184结束，在操作184中，选择一条或更多条检测器光纤以根据所述分析进行终点呼叫。在一个实施例中，该终点呼叫基于使用选择来自特定检测器光纤的信号以确定终点所用的算法进行的分析。作为示例，在已知特征部位于基板上的已知地点的情况下，将已知光纤对准与该特征部对应的已知地点，对该已知检测器光纤进行监测并将其与该已知特征部的终点的模型进行匹配。
在另一实施例中，该终点呼叫基于其中对来自所有检测器光纤的信号并行运行终点算法的分析。对各信号进行检查以识别出所有信号中的最大信号对比度。选择该特定信号，并对返回选定信号的光纤进行监测以与终点特性图进行匹配。
在又一实施例中，类似于前一实施例，终点呼叫基于其中对来自所有检测器光纤的信号并行运行终点算法的分析。在该实施例中，终点算法将利用各信号的误差级在所有这些信号之间进行仲裁。选择一信号，将该信号与终点信号进行匹配，以进行终点呼叫。在一个实施例中，如果相对误差级改变了，那么所述仲裁可以改变晶片刻蚀过程中选择的光纤。例如，如果在晶片处理开始时两条光纤返回很相似的误差但是在处理过程中误差变化得不同，那么可能发生光纤选择的改变。一旦进行了终点呼叫，则完成了本方法。
根据上述多个创造性的实施例，应当理解，本发明可以使用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些操作是需要对物理量进行物理操纵的操作。通常，尽管不必要，这些量具有能够存储、传送、组合、比较以及进行其他操纵的电或磁信号的形式。此外，通常将执行的操纵称为诸如生成、识别、确定或比较的术语。
也可以将本发明的多个方面实现为计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质是可以存储数据的任何数据存储装置，此后计算机系统可以读取该数据。计算机可读介质还包括其中实现了计算机代码的电磁载波。计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附连存储(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CR-R、CD-RW、磁带以及其他光学和非光学数据存储装置。还可以通过与计算机系统相连接的网络发布计算机可读介质，从而按分布方式存储并执行计算机可读代码。
尽管出于理解清楚的目的在某些细节上对上述发明进行了描述，但是很明显，可以在所附权利要求的范围内实施某些变化和修改。因此，应当将目前实施例视为例示性的而非限制性的，并且本发明并不限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围及其等同物内进行修改。
权利要求
1.一种用于确定对晶片上的晶片表面进行等离子刻蚀操作的终点的方法，该晶片表面具有正被刻蚀的特征部，该方法包括以下步骤将准直光施加到晶片表面上；对来自晶片表面的反射光进行检测，该反射光是利用多个离散检测区域来检测的，各检测区域被配置成描绘频带上的独特信号；识别所述多个检测区域中的一个检测区域以与模型光信号相关联；以及根据来自所述多个检测区域中的识别出的一个检测区域的反馈，执行等离子刻蚀操作的终点，执行终点是在对晶片表面上的特征部进行刻蚀的过程中进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过到透镜的光纤孔径的光源光纤丛从光源接收所述准直光，该透镜用于对光进行准直并将该准直光指向晶片表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光纤孔径包括多条光检测器光纤，该多条光检测器光纤在所述光纤孔径处与来自光源光纤丛的多条光源光纤相交织。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个离散检测区域由所述多条光检测器光纤限定，该多个离散检测区域对应于晶片表面上通过所述多条光检测器光纤对来自其的反射光进行检测的区域。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤将来自晶片表面的检测反射光传输给成像分光计；通过成像分光计对检测反射光进行分析；将来自经分析的检测反射光的光信号与模型光信号进行匹配；以及选择匹配的光信号以确定等离子刻蚀操作的终点。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述成像分光计包括用于分析检测反射光的二维电荷耦合器件阵列。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述二维电荷耦合器件阵列被设置成针对每个检测区域显示频带上的独特信号。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，通过并行地将来自多条光检测器光纤中的每一条的光信号与模型光信号进行匹配并识别最大信号对比度，来实现所述将来自经分析的检测反射光的光信号与模型光信号进行匹配的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤选择所识别的最大信号对比度并对选定信号进行监测，以与终点特性图进行匹配。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，通过并行地将来自多条光检测器光纤中的每一条的光信号与模型光信号进行匹配，并对来自该多条光检测器光纤中的每一条的光信号进行仲裁以识别最大可接受误差级，来实现所述将来自检测反射光的光信号与模型光信号进行匹配的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤选择来自所述多条光检测器光纤中的每一条的光信号中的一个，以确定具有低于最大可接受误差级的最低误差级的等离子处理的终点。
12.一种用于刻蚀晶片的系统，该系统能够确定对晶片上的晶片表面进行等离子刻蚀操作的终点，该晶片表面具有正被刻蚀的特征部，该系统包括检测器，用于检测来自晶片表面的反射光，该反射光是通过多个离散检测区域来检测的，各检测区域被设置成生成频带上的特定光信号，所述多个检测区域中的一个检测区域被设置成与模型光信号相关联，由此等离子刻蚀操作的终点基于来自所述多个检测区域中的识别出的一个检测区域的反馈。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，当确定所述多个检测区域中被设置成与模型光信号相关联的一个检测区域时，所述一个检测区域的特定光信号来自所述多个检测区域中的所述识别出的一个检测区域，并被用于确定等离子刻蚀操作的终点。
14.根据权利要求12所述的系统，还包括等离子处理腔室，具有内部区域、外部以及提供从所述外部到所述内部区域的视觉入口的视口；光源，被设置成提供宽束光，以通过所述视口将宽束光指向到位于所述等离子处理腔室的内部区域内的半导体晶片的活性表面上；多条检测器光纤，该多条检测器光纤中的每一条都具有检测端和分析端，各检测端位于透镜系统的光纤孔径中；成像分光计，该成像分光计容纳所述多条检测器光纤中的每一条的分析端；以及二维电荷耦合器件检测器阵列，用于对来自所述多条检测器光纤中的每一条的接收光信号进行分析，其中，等离子刻蚀操作的终点是基于对来自所述多条检测器光纤中的每一条的接收光信号的分析来确定的。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述对来自所述多条检测器光纤中的每一条的接收光信号的分析包括以下步骤将来自所述多条检测器光纤中的每一条的接收光信号与针对等离子刻蚀操作的希望终点的模型光信号进行匹配。
16.根据权利要求14所述的等离子处理系统，其中，所述电荷耦合器件检测器阵列提供至少一个经分析的接收光信号的标绘图。
全文摘要
一种用于确定对半导体晶片进行等离子处理的终点的方法，该方法包括以下步骤提供光源；和提供用于对来自该光源的光进行准直并使其对准半导体晶片的活性表面。多条光检测器光纤交织在多条光源光纤间，这些光源光纤将光从光源传输到透镜系统。来自半导体晶片的活性表面的反射光由多条光检测器光纤接收，并被提供给成像分光计。接收到的反射光由成像分光计进行分析，并与模型光信号进行匹配。选择匹配的光信号以确定等离子处理的终点或其他状态。
文档编号G01N21/27GK1826685SQ200480021237
公开日2006年8月30日 申请日期2004年6月24日 优先权日2003年7月22日
发明者安德鲁·佩里 申请人:拉姆研究公司