刻蚀深度监测系统的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种刻蚀深度监测系统。


背景技术：

2.半导体工艺中，常用的刻蚀工艺包括干法刻蚀、湿法刻蚀等。在刻蚀过程中，需要实时监测晶圆的刻蚀深度，并动态地调整相应的工艺参数，以使晶圆的各个区域的刻蚀深度保持一致。传统技术中，通常采用干涉量测终点(interferometry endpoint detection，iep)法监测晶圆的刻蚀深度。然而，传统的iep法只能对晶圆的某一固定位置的刻蚀深度进行监测，而难以准确地对晶圆任意位置的刻蚀深度进行监测，从而传统技术存在监测准确度较低的问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高监测准确度的刻蚀深度监测系统。
4.本技术提供了一种刻蚀深度监测系统，包括：上位机；刻蚀腔室；所述刻蚀腔室内具有载台，所述载台之上承载有晶圆；所述刻蚀腔室的顶部设有透光板；激光器，位于所述刻蚀腔室的上方；所述激光器用于产生入射光信号；第一电机，一端与所述激光器连接，另一端与所述上位机连接；所述上位机用于通过所述第一电机控制所述激光器的运动轨迹；光线控制装置，位于所述刻蚀腔室的上方；所述光线控制装置用于将所述入射光信号反射至所述晶圆的表面以产生第一干涉光信号；第二电机，一端与所述光线控制装置连接，另一端与所述上位机连接；所述上位机还用于通过所述第二电机控制所述光线控制装置的移动轨迹；所述光线控制装置的下表面的一侧还设置有第一探测器，所述第一探测器与所述上位机连接；所述第一探测器用于接收所述第一干涉光信号，并将所述第一干涉光信号传输至所述上位机；所述上位机还用于根据所述第一干涉光信号得到所述晶圆的刻蚀深度。
5.在其中一个实施例中，所述刻蚀深度监测系统还包括：分光装置，位于所述刻蚀腔室的上方，且固定设置于所述激光器和所述光线控制装置之间；所述分光装置用于将所述入射光信号分束为第一入射光信号和第二入射光信号，所述第一入射光信号的方向与所述第二入射光信号的方向不同；所述第一入射光信号经所述光线控制装置反射至所述晶圆的表面以产生所述第一干涉光信号，所述第二入射光信号入射至所述晶圆的表面以产生第二干涉光信号；第二探测器，位于所述分光装置的下表面的一侧；所述第二探测器与所述上位机连接，所述第二探测器用于接收所述第二干涉光信号，并将所述第二干涉光信号传输至所
述上位机。
6.在其中一个实施例中，所述刻蚀深度监测系统还包括：分光装置，位于所述刻蚀腔室的上方，且位于所述激光器和所述光线控制装置之间；所述分光装置与所述光线控制装置一体设置，使得所述分光装置与所述光线控制装置的移动轨迹相同；所述分光装置用于将所述入射光信号分束为第一入射光信号和第二入射光信号，所述第一入射光信号的方向与所述第二入射光信号的方向不同；所述第一入射光信号经所述光线控制装置反射至所述晶圆的表面以产生所述第一干涉光信号，所述第二入射光信号入射至所述晶圆的表面以产生第二干涉光信号；第二探测器，位于所述分光装置的下表面远离所述第一探测器的一侧；所述第二探测器与所述上位机连接，所述第二探测器用于接收所述第二干涉光信号，并将所述第二干涉光信号传输至所述上位机。
7.在其中一个实施例中，所述载台包括多个温控区域；各所述温控区域内设有热电偶，各所述热电偶均与所述上位机连接；所述上位机还用于通过各所述热电偶检测各所述温控区域的温度。
8.在其中一个实施例中，各所述温控区域呈辐射状均匀分布。
9.在其中一个实施例中，各所述温控区域内还设有加热器；各所述加热器均与所述上位机连接；所述上位机还用于通过各所述加热器调节各所述温控区域的温度。
10.在其中一个实施例中，所述刻蚀深度监测系统还包括刻蚀气体供给管路，所述刻蚀气体供给管路一端与所述刻蚀腔室内部相连通；所述刻蚀气体供给管路上设有刻蚀气体流量阀，所述上位机还与所述刻蚀气体流量阀连接，所述刻蚀气体流量阀用于控制刻蚀气体的流量。
11.在其中一个实施例中，所述光线控制装置的移动轨迹为圆环形。
12.在其中一个实施例中，所述光线控制装置包括反射镜；所述分光装置包括激光分束镜。
13.在其中一个实施例中，所述透光板包括石英板或玻璃板。
14.上述刻蚀深度监测系统，包括：上位机；刻蚀腔室，所述刻蚀腔室内具有载台，所述载台之上承载有晶圆；所述刻蚀腔室的顶部设有透光板；激光器，位于所述刻蚀腔室的上方；所述激光器用于产生入射光信号；第一电机，一端与所述激光器连接，另一端与所述上位机连接；所述上位机用于通过所述第一电机控制所述激光器的运动轨迹；光线控制装置，位于所述刻蚀腔室的上方；所述光线控制装置用于将所述入射光信号反射至所述晶圆的表面以产生第一干涉光信号；第二电机，一端与所述光线控制装置连接，另一端与所述上位机连接；所述上位机还用于通过所述第二电机控制所述光线控制装置的移动轨迹；所述光线控制装置的下表面的一侧还设置有第一探测器，所述第一探测器与所述上位机连接；所述第一探测器用于接收所述第一干涉光信号，并将所述第一干涉光信号传输至所述上位机；所述上位机还用于根据所述第一干涉光信号得到所述晶圆的刻蚀深度。由于在刻蚀过程中第一探测器收集到的第一干涉光信号来自于晶圆的不同位置，从而上位机通过第一干涉光信号能够确定晶圆的不同位置的刻蚀深度，从而能够提高监测准确度。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为一个实施例中传统的干涉量测终点设备的结构示意图；图2为一个实施例中在刻蚀前入射光信号的光路示意图；图3为一个实施例中在刻蚀过程中入射光信号的光路示意图；图4为一个实施例中刻蚀深度监测系统的结构示意图；图5为又一个实施例中刻蚀深度监测系统的结构示意图；图6为另一个实施例中刻蚀深度监测系统的结构示意图；图7为一个实施例中晶圆的俯视结构示意图；图8为另一个实施例中刻蚀深度监测系统的结构示意图。
17.附图标记说明：10-上位机，20-刻蚀腔室，201-载台，2011-温控区域，202-晶圆，2021-第一膜层，2022-第二膜层，203-透光板，30-激光器，40-第一电机，50-光线控制装置，501-第一探测器，502-反射镜，60-第二电机，70-分光装置，701-第二探测器，702-激光分束镜，80-刻蚀气体流量阀。
具体实施方式
18.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
20.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
21.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
22.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
23.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特
征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
24.传统的干涉量测终点(interferometry endpoint detection，iep)设备的结构示意图如图1所示，激光器30固定设置于刻蚀腔室20之上，激光器30产生入射光信号入射至晶圆202的表面产生干涉光信号。此时，请参阅图2以及图3，晶圆202包括第一膜层2021以及第二膜层2022，图2为在刻蚀前，激光器30产生的入射光信号的光路示意图，在入射光信号进入的第一膜层2021前，入射光信号在第一膜层2021的表面产生反射而形成第一反射光信号；同时，在入射光信号穿透第一膜层2021而到达第二膜层2022的表面后，入射光信号在第二膜层2022的表面产生反射而形成第二反射光信号；第一反射光信号与第二反射光信号相互干涉而形成干涉光信号。
25.图3为在刻蚀过程中，激光器30产生的入射光信号的光路示意图。图3中，
△
d表示第一膜层2021被刻蚀的刻蚀深度，当
△
d满足如下关系式时，干涉光信号的强度会增强：其中，n为第一膜层2021的折射率，λ为入射光信号的波长，θi为入射光信号的入射角度。也就是说，图3中的第一膜层2021的膜后每变化一个
△
d，干涉光信号的强度就会增强至出现一个最大值。通过图1中的上位机10生成干涉光信号的强度变化曲线，随着刻蚀过程中第一膜层2021的不断减薄，干涉光信号的强度变化曲线逐渐形成周期性的正弦波状的信号曲线。通过正弦波的数量便可监测第一膜层2021的膜厚的变化情况（即监测晶圆202的刻蚀深度的变化情况）。
26.然而，传统技术中，如图1所示，激光器30通常固定设置于刻蚀腔室20之上，从而只能对晶圆202的某一固定位置的刻蚀深度进行监测，而难以准确地对晶圆202任意位置的刻蚀深度进行监测，从而传统技术存在监测准确度较低的问题。
27.请参阅图4，本技术提供了一种刻蚀深度监测系统，包括：上位机10、刻蚀腔室20、激光器30、第一电机40、光线控制装置50、第二电机60以及第一探测器501；刻蚀腔室20内具有载台201，载台201之上承载有晶圆202；刻蚀腔室20的顶部设有透光板203；激光器30，位于刻蚀腔室20的上方；激光器30用于产生入射光信号；第一电机40，一端与激光器30连接，另一端与上位机10连接；上位机10用于通过第一电机40控制激光器30的运动轨迹；光线控制装置50，位于刻蚀腔室20的上方；光线控制装置50用于将入射光信号反射至晶圆202的表面以产生第一干涉光信号；第二电机60，一端与光线控制装置50连接，另一端与上位机10连接；上位机10还用于通过第二电机60控制光线控制装置50的移动轨迹；光线控制装置50的下表面的一侧还设置有第一探测器501，第一探测器501与上位机10连接；第一探测器501用于接收第一干涉光信号，并将第一干涉光信号传输至上位机10；上位机10还用于根据第一干涉光信号得到晶圆202的刻蚀深度。
28.如图4所示，在刻蚀过程中，激光器30产生的入射光信号经光线控制装置50反射至晶圆202的表面产生第一干涉光信号。由于光线控制装置50在第二电机60的驱动下可以不停地进行移动，从而第一探测器501收集到的第一干涉光信号来自于晶圆202的不同位置，从而上位机10通过第一干涉光信号经分析得出的晶圆202的刻蚀深度更准确，从而能够提
高监测准确度。
29.上述刻蚀深度监测系统，包括：上位机10；刻蚀腔室20，刻蚀腔室20内具有载台201，载台201之上承载有晶圆202；刻蚀腔室20的顶部设有透光板203；激光器30，位于刻蚀腔室20的上方；激光器30用于产生入射光信号；第一电机40，一端与激光器30连接，另一端与上位机10连接；上位机10用于通过第一电机40控制激光器30的运动轨迹；光线控制装置50，位于刻蚀腔室20的上方；光线控制装置50用于将入射光信号反射至晶圆202的表面以产生第一干涉光信号；第二电机60，一端与光线控制装置50连接，另一端与上位机10连接；上位机10还用于通过第二电机60控制光线控制装置50的移动轨迹；光线控制装置50的下表面的一侧还设置有第一探测器501，第一探测器501与上位机10连接；第一探测器501用于接收第一干涉光信号，并将第一干涉光信号传输至上位机10；上位机10还用于根据第一干涉光信号得到晶圆202的刻蚀深度。由于在刻蚀过程中第一探测器501收集到的第一干涉光信号来自于晶圆202的不同位置，从而上位机10通过第一干涉光信号能够确定晶圆202的不同位置的刻蚀深度，从而能够提高监测准确度。
30.另外，在刻蚀过程中，由于光线控制装置50不停地进行移动，有可能会出现激光器30产生的入射光信号无法射入光线控制装置50内的情况，此时第一探测器501无法接收到第一干涉光信号。因此，需要通过上位机10控制第一电机40，以驱动激光器30协同光线控制装置50进行移动，从而保证第一探测器501始终能够接收到第一干涉光信号。
31.其中，上位机10指可以直接发出操控命令的计算机或单片机，上位机10可以包括电脑、手机、平板、面板等等，本实施例在此不做限制。
32.在一个实施例中，透光板203包括石英板或玻璃板或其他能够使光线正常通过的器件，本实施例在此不做限制。
33.请参阅图5，在一个实施例中，刻蚀深度监测系统还包括：分光装置70以及第二探测器701；分光装置70位于刻蚀腔室20的上方，且固定设置于激光器30和光线控制装置50之间；分光装置70用于将入射光信号分束为第一入射光信号和第二入射光信号，第一入射光信号的方向与第二入射光信号的方向不同；第一入射光信号经光线控制装置50反射至晶圆202的表面以产生第一干涉光信号，第二入射光信号入射至晶圆202的表面以产生第二干涉光信号；第二探测器701位于分光装置70的下表面的一侧；第二探测器701与上位机10连接；第二探测器701用于接收第二干涉光信号，并将第二干涉光信号传输至上位机10。
34.如图5所示，通过在激光器30和光线控制装置50之间的某一合适的固定位置设置分光装置70，则上位机10可以通过第二干涉光信号监测晶圆202在此固定位置的刻蚀深度，同时上位机10可以通过第一干涉光信号监测晶圆202在不同位置的刻蚀深度，并可以将两种干涉光信号得到的刻蚀深度进行对比，以更准确地确定晶圆202的刻蚀深度，从而进一步提高监测准确度。
35.请参阅图6，在一个实施例中，刻蚀深度监测系统还包括：分光装置70以及第二探测器701；分光装置70位于刻蚀腔室20的上方，且位于激光器30和光线控制装置50之间；分光装置70与光线控制装置50一体设置，使得分光装置70与光线控制装置50的移动轨迹相同；分光装置70用于将入射光信号分束为第一入射光信号和第二入射光信号，第一入射光信号的方向与第二入射光信号的方向不同；第一入射光信号经光线控制装置50反射至晶圆202的表面以产生第一干涉光信号，第二入射光信号入射至晶圆202的表面以产生第二干涉
光信号；第二探测器701位于分光装置70的下表面远离第一探测器501的一侧；第二探测器701与上位机10连接，第二探测器701用于接收第二干涉光信号，并将第二干涉光信号传输至上位机10。
36.如图6所示，通过分光装置70与光线控制装置50一体设置，使得第一电机40能够同时驱动分光装置70以及光线控制装置50进行移动，且分光装置70与光线控制装置50的移动轨迹相同，从而第一干涉光信号以及第二干涉光信号均能反映晶圆202在不同位置的刻蚀深度，从而上位机10能够将两种干涉光信号得到的刻蚀深度进行对比，以更准确地确定晶圆202的刻蚀深度，从而进一步提高监测准确度。
37.为了附图的美观性，在图5及图6中未示出第二探测器701与上位机10之间的连接，然而应当知晓的是第二探测器701与上位机10之间存在连接关系，以使上位机10能够获取第二探测器701收集到的第二干涉光信号。
38.在一个实施例中，如图5或图6所示，光线控制装置50包括反射镜502；分光装置70包括激光分束镜702。
39.当然，光线控制装置50还可以包括能够改变入射光角度的其他合适的器件；分光装置70还可以包括能够将入射光信号进行分光的其他合适的器件，本实施例在此不作限制。
40.请参阅图7以及图8，在一个实施例中，载台201包括多个温控区域2011；各温控区域2011内设有热电偶（未示出），各热电偶均与上位机10连接；上位机10还用于通过各热电偶检测各温控区域2011的温度。
41.在一个实施例中，如图7所示，各温控区域2011呈辐射状均匀分布。
42.可以理解的是，通过使各温控区域2011呈辐射状均匀分布可以监测晶圆202的各个位置的温度情况。各温控区域2011可以按照如图7所示的分布方式，当然，也可以采用其他的合适的分布方式，以使得温控区域2011能够监测到晶圆202的所有位置的温度情况，本实施例在此不做限制。
43.另外，图7中温控区域2011的数量为17个，但应当理解的是，图7中的温控区域2011的数量仅为一种示例，在实际的应用环境中，温控区域2011的数量可以根据实际的应用场景而确定，本实施例在此不作限制。
44.在一个实施例中，如图7以及图8所示，温控区域2011内还设有加热器（未示出）；各加热器均与上位机10连接；上位机10还用于通过各加热器调节各温控区域2011的温度。
45.在刻蚀过程中，上位机10通过第一干涉光信号，和/或，第二干涉光信号得到到晶圆202各个位置的刻蚀深度后，还可以通过晶圆202各个位置的刻蚀深度以及刻蚀时间得到晶圆202各个位置的刻蚀速率。例如，若设晶圆202某个位置的刻蚀深度为
△
d，刻蚀时间为
△
t，则此位置的刻蚀速率为
△
d/
△
t。
46.在刻蚀过程中，晶圆202的各个位置的刻蚀速率的大小可能会有一些差异。晶圆202的各个位置的刻蚀速率的大小与温度有关，因此，上位机10还能够在得到晶圆202各个位置的刻蚀速率以及晶圆202各个位置对应的温控区域2011的温度情况以后，通过各加热器改变对应的温控区域2011的温度，以能够准确地对晶圆202各个位置的刻蚀速率进行调节，从而能够使晶圆202的各个区域的刻蚀速率保持一致，从而能够保证晶圆202的各个位置的刻蚀深度的一致性。
47.此外，为了附图的美观性，图8中示出的上位机10与载台201相连接，但需知上位机10实际上是与载台201包括的各温控区域2011的各个热电偶以及各个加热器相连接。
48.请继续参阅图8，在一个实施例中，刻蚀深度监测系统还包括刻蚀气体供给管路（未示出），刻蚀气体供给管路一端与刻蚀腔室20内部相连通；刻蚀气体供给管路上设有刻蚀气体流量阀80，上位机10还与刻蚀气体流量阀80连接，刻蚀气体流量阀80用于控制刻蚀气体的流量。
49.其中，晶圆202的刻蚀速率的大小还与刻蚀气体的流量有关，刻蚀气体的流量越大，刻蚀气体的量越多，则晶圆202的刻蚀速率越快。因此，上位机10还能够在得到晶圆202的刻蚀速率以后，通过刻蚀气体流量阀80以对刻蚀气体的流量进行控制，从而能够准确地对晶圆202的刻蚀速率进行调控。
50.在一个实施例中，光线控制装置50的移动轨迹为圆环形，以保证光线控制装置50的移动轨迹能够覆盖到晶圆202的各个位置，从而能够确定晶圆202的不同位置的刻蚀深度，从而能够提高监测准确度。
51.当然，光线控制装置50的移动轨迹还可以为其他合适的移动轨迹，只要能够保证光线控制装置50的移动轨迹能够覆盖到晶圆202的各个位置即可，本实施例在此不做限制。
52.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
53.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。