等离子体处理装置及等离子体处理工艺的监测方法_2

文档序号:9647658阅读:来源:国知局
测信号。
[0024]优选地,所述等离子体处理工艺的监测方法还包括:
[0025]S3:根据所述等离子体处理工艺的终点监测结果控制所述处理腔室内的工艺条件。
[0026]优选地,所述第二光线与所述刻蚀反应物或刻蚀产物相关联或不相关联。
[0027]本发明的有益效果在于通过来自远离基片的第二窗口的等离子体光辐射得到第二光强信号得到参考信号,通过来自靠近基片的第一窗口的等离子体光辐射得到与反应物或副产物对应的第一光强信号,根据第一光强信号和第二光强信号的运算结果进行终点监测,当处理腔室内产生的等离子体受到外部干扰(如工艺条件的变化)时,由于第一和第二光强信号同时受该外部干扰的影响,两者运算后该干扰得以抵消,从而能够避免因外部干扰造成的等离子体处理工艺终点的误判,进而提高终点监测的准确性。
【附图说明】
[0028]图1为现有技术中等离子体处理装置的示意图;
[0029]图2为现有技术中等离子体处理工艺用于终点监测的光强信号谱线示意图;
[0030]图3为本发明一实施例的等离子体处理装置的示意图;
[0031]图4为本发明一实施例的等离子体处理装置的终点监测单元的方块图;
[0032]图5为本发明一实施例的等离子体处理工艺用于终点监测的光强信号谱线示意图;
[0033]图6为本发明另一实施例的等离子体处理装置的示意图;
[0034]图7为本发明一实施例的等离子体处理工艺的监测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0036]图3显示了本发明一种实施方式提供的等离子处理装置。应该理解,其仅仅是示例性的,可以包括更少或更多的组成元件,或该组成元件的安排可能与图3所示不同。
[0037]本实施例的等离子体处理装置包括处理腔室31,该处理腔室31的顶部设置有反应气体喷淋头313,反应气体喷淋头11包含平板式的上电极;反应腔室31底部设置有用于夹持待处理基片W的基座312,该待处理基片30可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板,该基座可以是景点夹盘。基座312中设置有与上电极平行的平板式的下电极。下电极与射频源32连接。射频源32施加在下电极上,使得上下电极之间形成垂直方向的射频电场,从而将反应气体电离以生成等离子体。本实施例的等离子体处理装置为电容耦合型,在其他实施例中也可以采用电感耦合型处理装置,本发明并不加以限制。
[0038]处理腔室31的侧壁311的不同高度位置上形成多个可透过等离子体光辐射的窗口,这些窗口可使处理腔室内等离子体的光辐射传输至腔室外部。这些窗口至少包括第一窗口和第二窗口,其中第一窗口具有与基片W的位置相对应的第一高度,第二窗口具有大于第一高度的第二高度。本实施方式中以可透过等离子体光辐射的窗口为2个为例,第一窗口 314a形成在侧壁上与基片W高度对应的位置,较佳的第一窗口 314a位于基片W上方0-100mm,第二窗口 314b位于基片上方10mm-500mm且高于第一窗口 314a。至于这些窗口在处理腔室侧壁周向上的位置关系,本发明并不加以限制,并且侧壁311同一高度的位置处可以沿侧壁周向形成多个窗口。
[0039]终点监测单元33接收从第一窗口 314a和第二窗口 314b传输的等离子体光辐射,从由第一窗口 314a所透过的等离子体光福射中获得第一光强信号,从由第二窗口 314b所透过的等离子体光辐射中获得第二光强信号。终点监测单元33将第二光强信号作为参考信号,将第一光强信号作为反应信号,对反应信号与该参考信号进行运算,并根据运算结果来检测等离子体处理工艺的终点。这里的第一光强信号是等离子体处理工艺的反应物浓度或副产物浓度相对应,因此第一光强信号强度受等离子体处理工艺反应的影响非常大。第二光强信号对于等离子体处理工艺反应变化的敏感性要低于第一光强信号。另一方面,当产生与等离子体处理工艺本身反应变化无关的外部干扰信号(如气体流量,射频输入功率,气体压力等工艺条件的变化)时,该外部干扰信号同时作用于由第一窗口 314a和第二窗口 314b传输的等离子体光福射,因此相关的光强信号也都会对该外部干扰信号有所响应,而对第一光强信号和第二光强信号的运算则恰可以将外部干扰信号所造成的两者的信号抖动相抵消,因此得到的运算结果不会因外部干扰信号而发生抖动。需要注意的是,为避免真正到达工艺终点时参考信号也因等离子体处理工艺本身反应变化发生信号抖动进而覆盖或抵消第一光强信号的抖动,本发明将第二窗口 314b设置在第一窗口 314a上方优选为尽可能远离第一窗口 314a,如此可减小第二光强信号受反应本身的影响程度,本实施例中将第二窗口 314b设置为接近气体喷淋头或与气体喷淋头的位置对应。如此一来,当第二光强信号与反应物浓度或副产物浓度相对应时,其虽然也受等离子体处理处理工艺反应变化的影响、工艺到达终点会发生抖动,但由于第二光强信号是来自于远离基片的第二窗口314b传输的等离子体光辐射,其受等离子体处理处理工艺反应变化的影响要小于第一光强信号,其信号变化趋势或在工艺终点处的抖动幅度也显著小于第一光强信号,因此根据两者的运算结果得到的信号强度曲线在工艺终点处仍然会显示出明显的突变而被检测出来。第二光强信号可以与等离子体处理工艺的反应物浓度或副产物浓度相对应,也可以不相对应。较佳的,第二光强信号与等离子体处理工艺的反应物浓度或副产物浓度相对应,这是因为当基片处理需在多个腔室中进行时,各个腔室的工艺条件和参数往往是基于等离子体处理工艺反应进行调节的,因此如果第二光强信号与反应物浓度或副产物浓度对应,则在不同腔室进行处理时其表现也较为稳定,而如果与反应物浓度或副产物浓度不相对应那么切换到其他反应腔室处理时第二光强信号的稳定性可能会受到影响。但另一方面,考虑到单一腔室中更精确地判断工艺终点,也可以将第二光强信号设定为与反应物浓度或副产物浓度不相对应,如此第二光强信号不会受到反应的影响,当等离子体处理工艺到达终点时参考信号也不会发生抖动。
[0040]接下来将结合图4和图5详细说明本实施例的等离子体处理装置及等离子体处理工艺的监测方法。请参考图4,终点监测单元33包括过滤单元331、光信号转换单元332和分析单元333。从第一窗口 314a和第二窗口 314b透过的等离子体光辐射被分别收集至过滤单元331,过滤单元331可包括一能够将等离子体光辐射中特定波长的光线滤出的滤波器。对于第一窗口 314a传输的等离子体光福射,过滤单兀331从中抽取出第一光线Q,该第一光线Q与反应物或副产物相关联,可以是反应物或副产物所放射的单一特定波长的光线或与反应物或副产物相关的多种特定波长的光线。例如当用碳氟化合物气体刻蚀氧化硅时,等离子体刻蚀产生的副产物中会有C0,其对应的光谱波长为483nm,则过滤单元331可抽取出波长为483nm的光线为第一光线Q。对于第二窗口 314b传输的等离子体光福射,过滤单元331从中抽取出第二光线L2,该第二光线L2可以是与反应物或副产物关联或不相关联的光线。光信号转换单元332与过滤单元331相连,用于实时接收来自过滤单元331的第一光线Q和第二光线L2并进行光电转换将其实时转换为相应的电信号L和12。第一和第二光线的电信号强度反映了第一光线和第二光线在各个时刻的强度,分别用于成为第一光强信号和第二光强信号。光信号转换单元332与过滤单元331可通过光谱仪实现其各自的功能。分析单元333与光信号转换单元332相连,其根据第一光线的电信号^和第二光线的电信号12得到作为反应信号的第一光强信号f(t)和作为参考信号的第二光强信号g(t)并建立目标函数Y = F (f (t),g (t)),根据该目标函数检测等离子体处理工艺的终点并输出检测信号。反应信号f(t)对应于第一光线的电信号L,其可以是光线的电信号L本身,或者是对电信号L加工得到,由于第一光线与反应物或副产物相关,因此反应信号f (t)可以理解为是与等离子体中反应物或副产物浓度相关的函数
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