一种刻蚀速率均一度的监测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种刻蚀速率均一度的监测方法和装置，以实现实时对腔体内等离子体刻蚀速率均一度的监测。所述方法包括：在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
【专利说明】一种刻蚀速率均一度的监测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件制作【技术领域】，尤其涉及一种刻蚀速率均一度的监测方法及装置。
【背景技术】
[0002]在半导体器件制作领域，尤其是在显示技术的构图领域，刻蚀技术(etchingtechni △ Iue)是一种把未被抗蚀剂掩蔽的薄膜层除去,从而在薄膜上得到与抗蚀剂膜上完全相同图形的工艺。
[0003]一般地，刻蚀方式包括刻蚀和湿法刻蚀两大类。刻蚀主要包括等离子体刻蚀法。等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。
[0004]在刻蚀过程中，对刻蚀速率的均一度监测非常重要，如果刻蚀速率不均匀，会产生某些区域刻蚀不到位，某些区域过刻的现象，会造成器件不良。
[0005]理论上等离子体刻蚀是等厚度进行刻蚀的，即在某一时刻被刻蚀膜层各处被刻蚀掉的厚度相等。实际实施时，因为腔体内各处的等离子体浓度不一致，且浓度的一致性无法精确控制，被刻蚀膜层附近等离子体浓度较大的区域刻蚀速率较大，附近等离子体浓度较小的区域刻蚀速率较小。
[0006]一般情况下，测试反应腔体内的刻蚀速率的均一度需要对测试玻璃先后进行刻蚀、剥离、测试等工序，然后通过统计一张玻璃上每个点位的刻蚀数据，计算得出刻蚀反应腔体的刻蚀速率和均一度等参数。这种做法的缺点是不能对刻蚀反应腔体的刻蚀速率均一度进行实时监测。另外，现有技术测试反应腔体内的刻蚀速率的均一度是在刻蚀之后通过人工测试进行的,一般的测试至少在2-3个小时之内完成，需要耗费一定的人力成本。
【发明内容】
[0007]本发明实施例提供的一种刻蚀速率均一度的监测方法及装置，以实现实时对刻蚀的反应腔体内等离子体刻蚀速率均一度的监测。
[0008]本发明实施例提供的所述刻蚀速率均一度的监测方法包括以下步骤:
[0009]在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；
[0010]根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0011]根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；
[0012]根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
[0013]较佳地，所述根据光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，包括:[0014]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间，自所述第一起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间；
[0015]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量以及减少量，所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间，自所述第二起始时间开始，所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间；
[0016]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间，自所述第三起始时间开始，所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
[0017]较佳地，所述根据光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，包括:
[0018]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间，自所述第四起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间；
[0019]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量以及增加量，所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间，自所述第五起始时间开始，所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间；
[0020]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分比，所述发光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间，自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
[0021]较佳地，根据如下公式确定所述刻蚀速率的最大值和最小值:
[0022]ERmax=d/ (a*tl+b)；
[0023]ERmin=d/ (a*t2+b)；
[0024]其中，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；tl为所述起始时间，t2为所述终止时间。
[0025]较佳地，所述膜层厚度补偿系数a的范围为0.92?0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2?-0.5。
[0026]较佳地，所述根据刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度，具体为:
[0027]根据以下公式确定所述刻蚀速率均一度；
[0028]Unif= (ERmax-ERmin) / (ERmax+ERmin)；
[0029]Unif为所述刻蚀速率的均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
[0030]本发明实施例提供一种刻蚀速率均一度的监测装置，包括:
[0031]光谱信号采集单元，用于在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；
[0032]时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0033]刻蚀速率确定单元，根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；
[0034]均一度确定单元，用于根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
[0035]较佳地，所述时间确定单元包括:反应物时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0036]生成物时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间。
[0037]较佳地，所述反应物时间确定单元包括:
[0038]第一起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，确定所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间；
[0039]第一终止时间确定单元，用于自所述第一起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间。
[0040]较佳地，所述反应物时间确定单元包括:
[0041]第二起始时间确定单元,用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间；
[0042]第二终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，自所述第二起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间。
[0043]较佳地，所述反应物时间确定单元包括:
[0044]第三起始时间确定单元,用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间；
[0045]第三终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，自所述第三起始时间开始，确定所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
[0046]较佳地，所述生成物时间确定单元包括:
[0047]第四起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，确定所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间；
[0048]第四终止时间确定单元，用于自所述第四起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间。
[0049]较佳地，所述生成物时间确定单元包括:
[0050]第五起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，确定所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间；[0051]第五终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量，自所述第五起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间。
[0052]较佳地，所述生成物时间确定单元包括:
[0053]第六起始时间确定单元，用于比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分t匕，所述发光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间；
[0054]第六终止时间确定单元，用于自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
[0055]较佳地，刻蚀速率的最大值和最小值确定单元具体用于:根据如下公式确定所述刻蚀速率的最大值和最小值；
[0056]ERmax=d/ (a*tl+b)；
[0057]ERniin=Cl/ (a*t2+b)；
[0058]其中，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；tl为所述起始时间，t2为所述终止时间。
[0059]较佳地，所述膜层厚度补偿系数a的范围为0.92~0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2~-0.5。
[0060]较佳地，所述均一度确定单元具体用于:根据以下公式确定刻蚀速率的均一度；
[0061]Unif= (ERmax-ERmin) / (ERniaj^ERniin);
[0062]Unif为刻蚀速率的均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
[0063]本发明实施例通过在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。实现了在刻蚀过程中实施监测并确定刻蚀反应腔体内的刻蚀均一度，解决了在刻蚀工艺完成之后通过人工计算刻蚀均一度引起的测试繁琐和测试结果不及时的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0064]图1本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测方法流程示意图；
[0065]图2为本发明实施例提供的监测等离子体刻蚀速率均一度的监测系统结构示意图；
[0066]图3为本发明实施例提供的氯离子的光谱信号的强度值随时间变化的特征曲线示意图；
[0067]图4为本发明实施例提供的氯离子的光谱信号的强度值归一化值随时间变化的特征曲线示意图；
[0068]图5为本发明实施例提供的氯离子的光谱信号的强度值变化量随时间变化的特征曲线示意图；[0069]图6为本发明实施例提供的氯离子的光谱信号的强度值增加量百分比随时间变化的特征曲线示意图；
[0070]图7为本发明实施例提供的不同厚度的被刻蚀膜层刻蚀速率的均一度、最大刻蚀速率、最小刻蚀速率的对比示意图；
[0071]图8为本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测装置结构示意图之一；
[0072]图9为本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测装置结构示意图之二 ；
[0073]图10为本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测装置结构示意图之三。
【具体实施方式】
[0074]本发明实施例提供的一种刻蚀速率均一度的监测方法及装置，以实现实时对刻蚀的反应腔体内等离子体刻蚀速率均一度的监测。
[0075]以下将结合附图具体说明本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测方法和装置。
[0076]参见图1，本发明实施例提供的一种刻蚀速率均一度的监测方法，包括以下步骤:
[0077]S101、在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；
[0078]S102、根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0079]S103、根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；
[0080]S104、根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
[0081]本发明实施例通过在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值进而可确定刻蚀速率的均一度。实现了在刻蚀过程中实施监测并确定刻蚀反应腔体内的刻蚀均一度，解决了在刻蚀工艺完成之后通过人工计算刻蚀均一度引起的测试繁琐和测试结果不及时的问题，可提高工作效率，节约人工测试带来的人力成本。
[0082]步骤SlOl中，优选地，可以通过光学发射光谱采集设备采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；具体地，所述光学发射光谱采集设备可以为光学发射光谱仪，例如终点探测装置(End-Point Detector，简称EPD);EH)是一种用来探测被刻蚀膜层终点并及时停止刻蚀以防止对下面的膜层过度刻蚀的设备，EPD可以检测刻蚀的反应腔体内构成反应物气体或生成物气体的某一或某几种物质的光谱信号的强度值，从而实现探测被刻蚀膜层终点的目的。
[0083]步骤SlOl中，可以通过终点探测装置直接探测反应物或生成物的发光强度值作为光谱信号的强度值。
[0084]步骤SlOl中，所述反应物或生成物可以为构成反应物的全部或部分元素,或者为构成生成物的全部或部分元素。
[0085]例如，设反应物为氯气(Cl2)和氟化硫(SF6),可以采集刻蚀的反应腔体内氯离子或氟离子的发光强度值；具体采集哪一种物质的发光强度值可以在刻蚀开始之前提前设置。
[0086]步骤S102中，根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，可以至少包括以下几种方式:
[0087]第一种，根据反应物的光谱信号的强度值确定对应的起始时间和终止时间，具体的可以为，确定所述反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，包括:
[0088]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间，自所述第一起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间；
[0089]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一预设时刻发光光强值变化量的增加量以及减少量，所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间，自所述第二起始时间开始，所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间；
[0090]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间，自所述第三起始时间开始，所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
[0091]第二种，根据生成物的光谱信号的强度值确定对应的起始时间和终止时间，具体的可以为，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，包括:
[0092]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间，自所述第四起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间；
[0093]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量以及增加量，所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间，自所述第五起始时间开始，所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间；
[0094]或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分比，所述发光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间，自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
[0095]步骤S103根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值，【具体实施方式】如下:
[0096]根据公式(I)确定刻蚀速率的最大值；根据公式(2)确定刻蚀速率的最小值。
[0097]ERmax=d/(a*tl+b) ； (I)
[0098]ERmin=d/(a*t2+b) ； (2)
[0099]其中，ERmax为刻蚀速率的最大值，ERmin为刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；d的单位为埃(A )，公式(I)和公式(2)
中ERmax和ERmin的单位为埃/秒(A/s ) ； tl和t2分别为反应物光谱信号的强度值变化阶
段对应的起始时间和终止时间；或者分别为生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0100]公式(I)和公式(2)的变形分别对应公式(3)和公式(4)；[0101]ERniax=Cl/[(a*tl+b)*60] ； (3)
[0102]ERmin=d/[(a*t2+b)*60] ； (4)
[0103]公式(3)和公式(4)中ERmax和ERmin的单位为埃/分钟(A/mill λ
[0104]优选地，所述膜层厚度补偿系数a的范围为0.92?0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2?-0.5。
[0105]需要说明的是，由于存在被刻蚀膜层均匀性的不同，预设膜层厚度d与实际值之间存在一定误差，通过膜层厚度补偿系数a对预设膜层厚度d做修正；补偿系数a可以根据经验值确定；
[0106]由于起始时间tl和终止时间t2是Ero测试得到，该时间值相比较实际值存在一定延迟，通过时间补偿系数b对监测到的起始时间tl和终止时间t2进行修正；所述时间补偿系数b可以根据经验值确定。
[0107]步骤S104中，根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定所述刻蚀速率的均一度，可根据以下公式(5)确定；
[0108]Unif= (ERmax-ERmin) / (ERmax+ERmin) ； (5)
[0109]Unif为刻蚀速率均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
[0110]以下将以刻蚀以等离子体刻蚀为例说明，并且采用Ero实时采集刻蚀的反应腔体内反应物为氯离子的光谱信号的强度值，以多晶硅为被刻蚀膜层为例说明。
[0111]参见图2，为包括本发明实施例提供的用于监测等离子体刻蚀速率均一度的光谱信号的强度值的Ero探头2、用于计算刻蚀速率的最大值和最小值以及刻蚀速率均一性的上位机3，以及刻蚀反应腔体I的系统结构示意图；
[0112]具体实施时，Ero探头2位于刻蚀反应腔体I中同时与上位机3信号相连。Ero探头2与上位机3通过光纤或光缆等信号线4信号相连。
[0113]上位机3用于接收Ero探头2采集到的反应物或生成物的发光光强值，根据所述发光光强值确定所述反应物或生成物发光光强变化阶段对应的起始时间和终止时间；根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值，根据该刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率均一度。
[0114]以下将介绍Ero探头检测反应物发光光强的原理。
[0115]参见图2，刻蚀反应腔体I内的反应物11置于被供给高频电源的两个电极12之间，反应物11受到电极12之间产生辉光放电的激励产生等离子体或等离子体基团；
[0116]以氯气作为反应物生成氯离子为例说明，氯气生成氯离子经历了电子从一能级跃迁到另一能级的过程，受到激励的氯原子和氯分子会发射光波，即等离子体发光。每一组分元素发射的光波都具有特征光谱，可用于识别特定原子和分子。如F原子自由基从等离子体诱发的激励态下驰豫时，发射的光波长为703.7nm。监测703.7nm这一波长可以得到等离子体中F原子自由基的相对浓度。
[0117]参见图2，本发明通过Ero探头2获取刻蚀反应腔体I内整个刻蚀过程中氯离子的特征光谱，该特征光谱反应了不同时刻氯离子的发光光强值，Ero探头2将获取的不同时刻氯离子的发光光强值通过信号线(例如光纤或光缆等信号线)发送给上位机3 ;上位机3根据不同时刻氯离子的发光光强值生成相应的特征曲线；根据特征曲线上的拐点对应的时间确定刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
[0118]具体地，上位机3根据不同时刻氯离子的发光光强值生成如图3所示的氯离子的发光光强值D随时间t变化的特征曲线示意图；
[0119]或者生成如图4所示的氯离子的光谱信号的强度值归一化值G随时间t变化的特征曲线示意图；
[0120]或者生成如图5所示的氯离子的光谱信号的强度值变化量△ I随时间t变化的特征曲线示意图；
[0121]或者生成如图6所示的氯离子的光谱信号的强度值增加量百分比B随时间t变化的特征曲线示意图；
[0122]所述上位机生成特征曲线也称建立特征曲线。
[0123]参见图3，为氯离子发光光强值D随时间t变化的曲线示意图，刻蚀过程主要包括三个阶段。第一阶段:反应物发光光强稳定阶段；第二阶段:反应物发光光强变化阶段；第三阶段:反应物发光光强平稳不再升高的过刻阶段。
[0124]简单解释刻蚀过程包括上述三个阶段的原因:设被刻蚀膜层的厚度为d，由于刻蚀反应腔体内不同位置分布的反应气体的浓度大小存在差异，被刻蚀膜层表面不同区域附近的反应气体的浓度大小不同，较大反应物浓度附近的被刻蚀膜层刻蚀速率较快，较小反应物浓度附近的被刻蚀膜层刻蚀速率较慢，被刻蚀膜层存在被先刻蚀完的区域和被后刻蚀完的区域；因此，EPD会监测到的反应物的光谱强度值会不同。
[0125]刻蚀的第一阶段，反应物的离子或基团与被刻蚀膜层进行化学反应，消耗反应物的同时生成生成物，在首次刻蚀到终点之前(即Ero首次监测到刻蚀终点之前)，反应物与生成物在很长一段时间内处于动态平衡阶段，即刻蚀过程的第一阶段；此阶段反应物的发光光强(如氯离子的发光光强)会保持`一个稳定的过程(即保持一个恒定值)，且单位时间内被刻蚀掉的被刻蚀膜层的量是恒定的。
[0126]随着刻蚀时间的增加，因刻蚀反应腔体内不同位置刻蚀速率的差异，会存在首先被刻蚀完的区域，tl之前氯离子的发光光强为一稳定值。
[0127]刻蚀的第二阶段，tl时刻之后单位时间内被刻蚀掉的被刻蚀膜层的量逐渐减少，单位时间内反应物的消耗逐渐减小，刻蚀反应腔体中的反应物与生成物失去动态平衡，反应物相比较tl时刻之前增加，反应物的发光光强逐渐增大，特征曲线属于上升阶段；tl时刻是反应物发光光强由一稳定值开始变化的时刻，也是特征曲线的一个拐点，该时间拐点可作为反应物发光强度变化阶段的起始时间点；
[0128]刻蚀的第三阶段，刻蚀反应腔体内被刻蚀的膜层完全被刻蚀掉，反应物不再被消耗，因此，反应物的量达到最大值，反应物的发光光强值达到一个峰值；，反应物的发光光强值达到一个峰值，该峰值对应的时间点作为反应物发光强度变化阶段的终止时间。
[0129]图4为将图3所示的氯离子发光光强值D的归一化值G随时间t变化的特征曲线示意图，即图3所示的氯离子在各时间点发光光强值D与刻蚀的第一阶段氯离子的发光光强的均值(该均值可通过经验预设，通常为第一阶段氯离子的发光光强值的平均值，或者是第一阶段某一时间段内氯离子的发光光强的一稳定值)的比值。图4所示的特征曲线的变化趋势与图3所示的特征曲线的变化趋势类似，这里不再赘述。图4所示的特征曲线示意图是在图3所示的特征曲线的基础上以光强稳定阶段(即第一刻蚀阶段)对应的光谱信号的强度值作为归一化的基准点归一化后得到的。
[0130]针对图4，确定反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，具体为:
[0131]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间，自所述第一起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间；
[0132]参考图5和图6所示的两种方式确定起始时间tl和终止时间t2。
[0133]针对图5，确定反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，具体为:
[0134]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一预设时刻发光光强值变化量的增加量以及减少量，所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间，自所述第二起始时间开始，所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间；
[0135]针对图6，确定反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，具体为:
[0136]从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间，自所述第三起始时间开始，所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
[0137]生成物的光谱信号特征曲线与图4至图6所示的特征曲线的变化趋势正好相反。例如:发光光强值D的归一化值G随时间t变化的趋势为开始保持恒值，随后逐渐减小，最后保持另一恒值。
[0138]步骤S102中“根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间”，所述起始时间和终止时间可以为上述第一起始时间和第一终止时间，或者为上述第二起始时间和第二终止时间，或者可以为上述第三起始时间和第三终止时间，或者可以为上述第四起始时间和第四终止时间，或者可以为上述第五起始时间和第五终止时间，或者还可以为第六起始时间和第六终止时间。
[0139]以下将具体说明上位机根据图3-图6任一所示的曲线图以及被刻蚀膜层的厚度d确定刻蚀速率最大值和最小值以及刻蚀均一度的方法。
[0140]针对某一特征曲线确定反应物发光光强变化阶段对应的所述起始时间tl和终止时间t2;某一特征曲线的类型为图3至图6中的任一种，具体采用哪一种可以根据实际需求预先设定；
[0141]上位机确定出起始时间tl和终止时间t2后，根据预设被刻蚀膜层的厚度d，通过公式(3)确定刻蚀速率的最大值ERmax ;根据公式(4)确定刻蚀速率的最小值ERmin。
[0142]根据公式(5)确定刻蚀速率的均一度。
[0143]参见图7，为不同厚度的被刻蚀膜层刻蚀速率的均一度Unif、最大刻蚀速率ERmax、最小刻蚀速率ERmin的对比示意图；
[0144]通过实验验证，当被刻蚀膜层厚度d为2300A时，在刻蚀时间为30.8s?32.2s时，刻蚀速率最大的位置首先被刻蚀掉；ERmax的范围为[4723,4820] A/min;在刻蚀时间为40.2s?41.3s时，刻蚀速率最慢的位置被刻蚀掉，ERmin的范围为[3752，3829] Λ/mm,刻蚀均一度Unif在11%上下浮动；
[0145]当被刻蚀膜层厚度d为1500A时，刻蚀时间为21.2s时，被刻蚀膜层上的第一个位点被刻蚀完毕，刻蚀时间为27.8s时，被刻蚀膜层上的最后一个位点被刻蚀完毕，ERfflax为4920 A/m in, ERmin 为 3795 A/min;
[0146]当被刻蚀膜层厚度d为1200A时，刻蚀时间为15.8s时，被刻蚀膜层上的第一个位点被刻蚀完毕，刻蚀时间为22.8s时，被刻蚀膜层上的最后一个位点被刻蚀完毕，ERfflax为4295 A/min, ERmin 为3769 人/min。
[0147]通过图7可以直观地确定不同厚度的被刻蚀膜层刻蚀速率的均一度。
[0148]以下将具体说明本发明实施例提供的刻蚀速率均一度的监测装置。参见图8，刻蚀速率均一度的监测装置包括:
[0149]光谱信号采集单元10，用于在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；
[0150]时间确定单元20，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；
[0151]刻蚀速率确定单元30，根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；
[0152]均一度确定单元40，用于根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
[0153]其中，光谱信号采集单元10可以通过图2所示的光谱信号的强度值的EH)探头2实现，光谱信号采集单元10、时间确定单元20和刻蚀速率确定单元30均可以由图2所示的上位机3实现。
[0154]较佳地，参见图9，时间确定单元20可包括反应物时间确定单元201和生成物时间确定单元202，或者包括反应物时间确定单元201和生成物时间确定单元202其中之一。其中，反应物时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间；生成物时间确定单元，根据所述光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间。
[0155]较佳地，参见图10，反应物时间确定单元201包括:
[0156]第一起始时间确定单元2011,用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，确定所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间；
[0157]第一终止时间确定单元2012，用于自所述第一起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间。
[0158]较佳地，反应物时间确定单元201包括:
[0159]第二起始时间确定单元2013,用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一预设时刻发光光强值变化量的增加量，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间；[0160]第二终止时间确定单元2014，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，自所述第二起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间。
[0161]较佳地，反应物时间确定单元201还包括:
[0162]第三起始时间确定单元2015，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，确定所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间；
[0163]第三终止时间确定单元2016，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，自所述第三起始时间开始，确定所述发光光强值增量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
[0164]较佳地，参见图10，生成物时间确定单元202包括:
[0165]第四起始时间确定单元2021，从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，确定所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间；
[0166]第四终止时间确定单元2022，用于自所述第四起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间。
[0167]较佳地，生成物时间确定单元202包括:
[0168]第五起始时间确定单元2023，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，确定所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间；
[0169]第五终止时间确定单元2024，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量，自所述第五起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间。
[0170]较佳地，参见图10，生成物时间确定单元202包括:
[0171]第六起始时间确定单元2025，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分比，确定所述发光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间；
[0172]第六终止时间确定单元2026，自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
[0173]较佳地，刻蚀速率的最大值和最小值确定单元具体用于:根据如下公式确定所述刻蚀速率的最大值和最小值；
[0174]ERmax=d/(a*tl+b)；
[0175]ERmin=d/ (a*t2+b)；
[0176]其中，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；tl为所述起始时间，t2为所述终止时间。
[0177]较佳地，所述膜层厚度补偿系数a的范围为0.92?0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2?-0.5。
[0178]较佳地，均一度确定单元40具体用于:根据以下公式确定刻蚀速率的均一度；[0179]Unif= (ERmax-ERmin) / (ERniaj^ERniin);
[0180]Unif为刻蚀速率的均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
[0181]本发明实施例通过在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值；根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物发光光强变化阶段对应的起始时间和终止时间；根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值；根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。实现了在刻蚀过程中实施监测并确定刻蚀反应腔体内的刻蚀均一度,解决了在刻蚀工艺完成之后通过人工计算刻蚀均一度引起的测试繁琐和测试结果不及时的问题，可提高工作效率，节约人工测试带来的人力成本。
[0182]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是⑶-R0M，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0183]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这 些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种刻蚀速率均一度的监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值； 根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间； 根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值； 根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述根据光谱信号的强度值，确定所述反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间，包括: 从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间，自所述第一起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间； 或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量以及减少量，所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间，自所述第二起始时间开始，所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间； 或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间，自所述第三起始时间开始，所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述根据光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶`段`对应的起始时间和终止时间，包括: 从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间，自所述第四起始时间开始，所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间； 或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量以及增加量，所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间，自所述第五起始时间开始，所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间； 或者从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分比，所述发光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间，自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，根据如下公式确定所述刻蚀速率的最大值和最小值:
ERmax=d/ (a*tl+b)；
ERmin=d/ (a*t2+b)； 其中，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；tl为所述起始时间，t2为所述终止时间。
5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述膜层厚度补偿系数a的范围为.0.92~0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2~-0.5。
6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述根据刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度，具体为: 根据以下公式确定所述刻蚀速率均一度；
Unif= (ERmax-ERmin) / (ERniaj^ERniin); Unif为所述刻蚀速率的均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
7.一种刻蚀速率均一度的监测装置，其特征在于，包括: 光谱信号采集单元，用于在刻蚀过程中，实时采集刻蚀的反应腔体内反应物或生成物的光谱信号的强度值； 时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物或生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间； 刻蚀速率确定单元，用于根据所述起始时间、终止时间以及预设的被刻蚀膜层的厚度，确定刻蚀速率的最大值和最小值； 均一度确定单元，用于根据所述刻蚀速率的最大值和最小值确定刻蚀速率的均一度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述时间确定单元包括: 反应物时间确定单元，用于根据所述光谱信号的强度值，确定所述反应物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间； 生成物时间确定单元，根据所述光谱信号的强度值，确定所述生成物光谱信号的强度值变化阶段对应的起始时间和终止时间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反应物时间确定单元包括: 第一起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的增加量，确定所述增加量大于第一阈值对应的时间点为所述第一起始时间； 第一终止时间确定单元，用于自所述第一起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最大值对应的时间点为第一终止时间。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反应物时间确定单元包括: 第二起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第二阈值对应的时间为第二起始时间； 第二终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，自所述第二起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的减少量小于第三阈值对应的时间为第二终止时间。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反应物时间确定单元包括: 第三起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，所述发光光强值增加量百分比大于第四阈值对应的时间点为第三起始时间； 第三终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值增加量百分比，自所述第三起始时间开始，确定所述发光光强值增加量百分比大于第五阈值对应的时间为第三终止时间。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述生成物时间确定单元包括: 第四起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值归一化后的归一化值的减少量，确定所述减少量大于第六阈值对应的时间点为所述第四起始时间； 第四终止时间确定单元，用于自所述第四起始时间开始，确定所述发光光强值归一化后的归一化值达到最小值对应的时间点为第四终止时间。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述生成物时间确定单元包括: 第五起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的减少量，确定所述发光光强值变化量的减少量大于第七阈值对应的时间为第五起始时间； 第五终止时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值变化量的增加量，自所述第五起始时间开始，确定所述发光光强值变化量的增加量大于第八阈值对应的时间为第五终止时间。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述生成物时间确定单元包括: 第六起始时间确定单元，用于从刻蚀开始起计时，比较当前时刻与前一时刻发光光强值减少量百分比，所述发 光光强值减少量百分比大于第九阈值对应的时间点为第六起始时间； 第六终止时间确定单元，用于自所述第六起始时间开始，所述发光光强值减少量百分比大于第十阈值对应的时间为第六终止时间。
15.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，刻蚀速率的最大值和最小值确定单元具体用于:根据如下公式确定所述刻蚀速率的最大值和最小值；
ERmax=Cl/ (a*tl+b)；
ERmin=d/ (a*t2+b)； 其中，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值，a为膜层厚度补偿系数，b为时间补偿系数，d为被刻蚀膜层的设定厚度；tl为所述起始时间，t2为所述终止时间。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述膜层厚度补偿系数a的范围为0.92~0.95，所述时间补偿系数b的范围为-0.2~-0.5。
17.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述均一度确定单元具体用于:根据以下公式确定刻蚀速率的均一度；
Unif= (ERmax-ERmin) / (ERniaj^ERniin); Unif为刻蚀速率的均一度，ERmax为所述刻蚀速率的最大值，ERmin为所述刻蚀速率的最小值。
【文档编号】H01L21/66GK103715113SQ201310688786
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】刘轩, 丁欣, 张巍, 韩勉, 钟亮, 刘祖宏, 吴代吾, 侯智 申请人:合肥京东方光电科技有限公司, 京东方科技集团股份有限公司