專利名稱：用于測量等離子體刻蝕工藝的工藝參數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體刻蝕工藝。更具體地，本發(fā)明涉及用于確定
在特定的晶片批次(wafer batch)的半導體晶片上的等離子體刻蝕工 藝中的多個工藝參數(shù)的方法和裝置。這些工藝參數(shù)包括晶片刻蝕速率 和刻蝕深度，以及刻蝕工藝的終點(endpoint)。
背景技術：
半導體制造涉及的主要工藝之一是半導體的刻蝕。典型的刻蝕工 藝需要等離子體放電來移除在半導體晶片表面上暴露的材料的被圖 形化的層。晶片可以由一層或多層構成。在硅片上刻蝕圖形化的槽的 工藝被稱為深反應離子刻蝕(DRIE)或淺槽隔離(STI)。
存在許多半導體工業(yè)使用的刻蝕工藝。用于刻蝕工藝的兩種常用 的刻蝕工具或反應器是電容耦合等離子體(CCP)工具和變壓器耦合 等離子體(TCP)工具。
可以參考圖1-3來解釋刻蝕工藝的原理。圖1示出了典型的CCP 處理工具的截面圖。真空室10包括底電極2和頂電極7，在底電極2 上放置有晶片或襯底3。還提供了進氣口 8和排氣管路9。該室還包 括底電極射頻(RF)電源1。
圖2示出了典型的TCP處理工具的截面圖。該處理工具包括與 CCP處理工具基本相同的組件，但不包括頂電極。其還包括第二RF 電源12、天線13和電介質窗6。通常在RF電源1和12與凈皮供電的 電極/天線之間放置匹配網(wǎng)絡(未示出)。該網(wǎng)絡的目的是將電源阻抗 (典型地為5011)與電極/天線阻抗匹配。
對于CCP工具，參考圖3解釋這樣的工具的典型操作。其包括
15在底電極2上放置晶片或襯底3，以及通過射頻電源l將恒定量的能 量施加到電極2和/或天線來使等離子體激發(fā)(ignite)。還提供恒定 氣流的一纟且原料氣體(feedstock gas ) 11，以恒定流量(throughput) 將原料氣體11注入室中。
通過濺射、化學刻蝕或反應離子刻蝕，刻蝕工藝導致材料從晶片 3上移除。接著，移除的材料被揮發(fā)到等離子體放電(plasma discharge) 5中。這些揮發(fā)性的材料4皮稱作刻蝕副產(chǎn)物4，并且與原 料氣體11 一起對等離子體放電5的化學性質(chemistry)有影響。 通過排氣或抽氣口 9抽出刻蝕副產(chǎn)物4和氣體11。 TCP工具的刻蝕 工藝以類似方式工作。
應當理解，非常希望能夠測量等離子體刻蝕或材料移除速率，從
而可以確定刻蝕特征深度。這是由于如下事實，即被刻蝕圖形的深度 對于根據(jù)晶片構造的電子器件的性能來說是關鍵的。
在當前許多技術被用于檢測刻蝕速率或刻蝕深度。在美國專利 No. 4367044中描述的一種這樣的技術基于折射。其它技術涉及使用 衍射(美國專利No. 5337144)、反射計(美國專利No. 6939811 )和 發(fā)射光^普(OES)(美國專利No. 4430151 )。
這些技術中的許多技術需要復雜的被適當安置的裝置，例如提供 光源、光學對準檢測器(optical alignment detector)和等離子體刻蝕 工具周圍的空間。這當然具有不期望的、增加半導體制造成本的缺點。 此外，這些技術常基于對晶片的某些區(qū)域的測量，在一些情形下，這 些測量沒有考慮刻蝕深度的中心到邊緣的變化。最后，這些技術中有 一些依賴于同時被刻蝕的掩模的厚度。應當理解，這些技術對在半導 體工業(yè)中成問題的深度測量準確性具有不利的影響。
還應當理解，為了降低材料成本以及防止對在構造中的電子器件 的損壞，能夠檢測刻蝕工藝何時結束將會非常有利。
在這點上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，刻蝕工藝的許多參數(shù)在刻蝕工藝完成時改 變。例如，在晶片頂層的下面，提供不同化學成分的另一層。如果該 層暴露于與第一層相同的等離子體，則將產(chǎn)生放電的化學性質的改變?；瘜W性質的改變歸因于在新的 一層材料被棵露并且開始揮發(fā)時來 自晶片或襯底表面的刻蝕副產(chǎn)物的成分上的改變。該化學變化可能影 響刻蝕工藝的功率、匹配網(wǎng)絡設置、壓強以及等離子體光發(fā)射。
因此，刻蝕工藝終點可以被定義為刻蝕工藝的任何、 一些或全部 參數(shù)發(fā)生變化的時間段，其對應于刻蝕一層(例如，未掩蔽的頂層) 的結束，暴露了下面的層。
為了檢測工藝終點，使用傳感器監(jiān)視這些參數(shù)中的一個或多個的
時間演化(evolution)。這些參數(shù)不僅可以包括在上述處理晶片的放 電和表面中的物理和化學過程，而且可以包括等離子體工具操作條 件。已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在刻蝕工藝期間發(fā)生改變的其它參數(shù)包括射頻功率、 各種氣體的氣體壓強和流量以及各種波長(即發(fā)射光謙(OES))處 的等離子體光強。
圖4詳述了在刻蝕工藝期間工藝參數(shù)隨時間變化的理想表現(xiàn)的 曲線圖。其由下列五個部分組成
1. 在開始放電時的初始瞬變(IT)區(qū)。
2. 當晶片上未掩蔽的材料被連續(xù)地刻蝕時的主刻蝕(ME)區(qū)。
3. 從主刻蝕到過刻蝕轉變的終點(EP)區(qū)。該終點始于被刻蝕 的材料開始從晶片上被清除時。
4. 當已經(jīng)從晶片移除大部分或所有材料并且放電繼續(xù)刻蝕下面 的層時的過刻蝕(OE)區(qū)。在許多情況下，避免過刻蝕是關鍵的。
5. 當放電^L停止時的最終瞬變(FT)區(qū)。
應當理解，對于刻蝕工藝的參數(shù)的理想信號，主刻蝕是連續(xù)的過 程，通過信號電平突變來識別終點。理想信號的過刻蝕是始終如一的 過程(uniform process )。因此，在理想信號中，終點典型地被視為 信號強度的劇降。這對應于產(chǎn)生信號的刻蝕副產(chǎn)物的耗盡。然而，其 也可以是信號的上升，例如可能由于最初被刻蝕副產(chǎn)物耗盡的等離子 體中其它物質(species)的增力口。
由于工藝的化學性質受晶片上正被刻蝕的材料的影響，將預期當 層被完全地移除時，放電的化學性質將同時發(fā)生改變。然而，在實際的刻蝕工藝期間，應當理解，在晶片的整個區(qū)域之上可能不會均勻地
刻蝕晶片，這不遵循圖4的理想表現(xiàn)。因此，在晶片的一些區(qū)域中可 能先于其它區(qū)域而移除被刻蝕的層。因此，在工藝參數(shù)的實際信號中， 終點不是劇降或劇升，而是在一定量的時間內從主刻蝕到過刻蝕的轉 變。這被示出在圖5中，其中實際的刻蝕信號在時間At期間內具有 下降的終點。還應注意，參數(shù)還可以具有與整個工藝期間的各種變化 相關聯(lián)的復雜時間結構，不是所有變化都與終點相關聯(lián)，例如多步刻 蝕工藝。因此，終點的確定必須用通過工具監(jiān)視傳感器觀察的相應信 號改變來仔細地進行分析。
在一些情形下，刻蝕工藝的參數(shù)之一足夠用作監(jiān)視等離子體工藝 終點的工藝監(jiān)視信號，因為其能夠足夠清楚地檢測變化。然而，實際 信號還可能包含相當量的噪聲，并且在一些情形下包含偏移(drift)。 低信噪比和/或強偏移可能導致終點檢測算法的低靈敏度。這些是僅晶 片的一小部分被刻蝕的低開口面積情形(總面積的l到0. 5%)中的 主要問題。該情形中，許多參數(shù)可以被用作工藝監(jiān)視信號。然后可以 利用多變量分析技術(MVA)來結合這些工藝監(jiān)視信號以將工藝演化 精簡為單個監(jiān)視信號。在現(xiàn)有技術中，MVA技術是眾所周知的，因 此這里將不再進一步詳述。
傳統(tǒng)地，使用光學傳感器來實現(xiàn)等離子體刻蝕工藝的終點檢測。 電傳感器也可以被用于終點檢測。然而，隨著半導體制造工業(yè)中新工 藝的開發(fā)，存在實現(xiàn)減小半導體幾何尺寸的驅動力。因此，相應地需 要開發(fā)用于工藝控制和工藝終點檢測的高級傳感器。
因此，近幾年來，進一步開發(fā)了光學系統(tǒng)以包括寬帶發(fā)射光i普 (OES)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用多波長測量和各種算法以更精確地確定工 藝中終點的出現(xiàn)。
典型的光學傳感器由快速光敏器件(例如光電二極管或光電倍增 管)的陣列組成。這些器件檢測來自等離子體的光發(fā)射，并且將它們 記錄為電信號以作為工藝監(jiān)視信號使用。通過靠窗放置傳感器，或者 通過使用在觀察口和傳感器之間的光纖光導，傳感器可以通過在工具
18室中的觀察口被暴露于來自等離子體的光發(fā)射。在觀察口和傳感器之 間使用透鏡和/或光濾波器是可選的，并且可以取決于具體的等離子體 工藝。光濾波器允許對特定光波段的光進行檢測。為了改善傳感器對 工藝的靈敏度，在一些情形中，可以優(yōu)選光纖和傳感器。
如前面討論的，這些終點檢測的方法可以測量來自等離子體發(fā)射 的 一 個或多個光語線的時間平均強度。在所測量的光譜發(fā)射中主體等
離子體(bulk plasma)之內具有長衰變時間的發(fā)射占支配地位，該發(fā) 射產(chǎn)生非調制或DC信號。大部分系統(tǒng)使用電荷耦合器件來測量具有 數(shù)量級為10-lOOms的積分時間的強度。于是，可以執(zhí)行各種單變量 和多變量統(tǒng)計算法來提高終點轉變的信噪比。然而，這些技術對于等 離子體刻蝕工藝的精確的終點檢測可能是無法令人滿意的，尤其是由 于半導體芯片上組件尺寸不斷減小。
標題為"System and method for determining endpoint in etch
processes using partial least squares discriminant analysis in the time domain of optical emission spectra，，的美國專利No. 6,830,939示出了 化學計量學算法(chemometric algorithm )越來越多地3皮應用在終點 檢測系統(tǒng)中。
因此，應當理解，期望提供可以提供精確的終點檢測以及確定刻 蝕工藝的刻蝕速率和刻蝕纟果度的方法和系統(tǒng)。
發(fā)明內容
如在所附權利要求中闡明的，本發(fā)明提供一種用于檢測在半導體 晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)的方法，該方法 包括以下步驟
檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光；
過濾所檢測的光以提取調制光；以及
處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)。
通過檢測由等離子體發(fā)出的調制光，可以獲得對刻蝕工藝的工藝 參數(shù)的非常精確的評估。工藝參數(shù)可以是刻蝕工藝的終點。 工藝參數(shù)可以是刻蝕工藝的刻蝕速率。
本發(fā)明還包括用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工
藝的刻蝕速率的方法，該方法包括以下步驟
檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光；
過濾所檢測的光以提取調制光；以及
處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的刻蝕速率。
通過檢測由等離子體發(fā)出的調制光，可以獲得對刻蝕工藝的刻蝕 速率和刻蝕深度的非常精確的評估。
該檢測的步驟還可以包括過濾光以檢測所選的波段的步驟。
該處理的步驟可以包括以下步驟
將所檢測的光轉換為數(shù)字信號；
將該數(shù)字信號變換為頻域信號；
從該頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān) 視信號；
生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲
線，以及根據(jù)該曲線確定刻蝕速率。
生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲
線的步驟可以包括
校準工藝監(jiān)視信號的值以生成轉換信號值；以及 生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內該轉換信號值的曲線。 優(yōu)選地，校準步驟包括將工藝監(jiān)視信號的值乘以轉換常數(shù)。 該方法還可以包括對曲線進行積分以生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時
間內刻蝕面積(etch area)的第二曲線以及根據(jù)第二曲線確定刻蝕深
度的步驟。
該方法還可以包括在第二曲線中的信號電平轉變與表示目標刻 蝕深度的存儲值匹配時生成指示符的步驟。
適合地，該指示符是指示已經(jīng)到達目標刻蝕深度的視覺的或聽覺 的指示符。優(yōu)選地，數(shù)字信號的變換包括對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換。 優(yōu)選地，在對與該晶片同一批次的晶片的測試晶片分析期間，確
定工藝監(jiān)視信號。
優(yōu)選地，在對與該晶片同一批次的晶片的測試晶片分析期間，可
以確定轉換常數(shù)。
對該批次的測試晶片分析可以包括以下步驟 在刻蝕工藝持續(xù)時間內檢測由被刻蝕的測試晶片的等離子體產(chǎn) 生的調制光；
將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號； 將該數(shù)字信號變換為頻域信號； 確定該頻域信號的主頻率；以及
選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。 選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的 步驟可以包括以下步驟
生成在刻蝕工藝內的一組測試晶片的電子顯微鏡圖像， 根據(jù)所生成的圖像測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速率和
刻蝕深度；以及
選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變化的
值(value over time)的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
合適地，該方法還包括在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值
和實際刻蝕速率之間建立線性關系的步驟。
優(yōu)選地，所建立的線性關系被存儲作為轉換常數(shù)。 確定主頻率的步驟包括確定具有較高的信號強度值的那些頻域
信號的步驟。
本發(fā)明還包括 一 種確定供檢測來自特定晶片批次的半導體晶片 上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的方法使用的工藝監(jiān)視信號 和轉換常數(shù)的方法，該方法包括以下步驟
在等離子體刻蝕工具中放置晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕
工藝；
21在刻蝕工藝持續(xù)時間內檢測由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制
光；
將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號；
將該數(shù)字信號變換為頻域信號；
確定該頻域信號的主頻率；
選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號； 在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率之間 建立線性關系；以及
存儲所建立的線性關系作為轉換常數(shù)。
選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的 步驟可以包括以下步驟
生成測試晶片的電子顯微鏡圖像，
根據(jù)所生成的圖像來測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速率 和刻蝕-果度；以及
選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變化的
值的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
確定主頻率的步驟可以包括確定具有較高的信號強度值的那些
頻域信號的步驟。
本發(fā)明還提供一種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻
蝕工藝的刻蝕速率的裝置，該裝置包括
用于檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光的裝置； 用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置；以及 用于處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的刻蝕速率的裝置。 用于檢測的裝置還可以包括用于過濾光以檢測所選的波段的裝置。
用于處理的裝置可以包括
用于將所檢測的光轉換為數(shù)字信號的裝置；
用于將該數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；
用于從該頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號的裝置；
用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度成比例 的曲線的裝置；以及
用于根據(jù)該曲線確定刻蝕速率的裝置。
用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度成比例
的曲線的裝置可以包括
用于校準工藝監(jiān)視信號的值以生成轉換信號值的裝置；以及 用于生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內該轉換信號值的曲線的裝置。 用于校準的裝置可以包括用于對工藝監(jiān)視信號的值乘以轉換常
數(shù)的裝置。
該裝置還可以包括對曲線進行積分以生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時 間內刻蝕面積的第二曲線的裝置，以及根據(jù)第二曲線確定刻蝕深度的 裝置。
優(yōu)選地，該裝置還包括當在第二曲線中的信號電平轉變與表示目 標刻蝕深度的存儲值匹配時生成指示符的裝置。
優(yōu)選地，該指示符是指示已經(jīng)達到目標刻蝕深度的視覺的或聽覺 的指示符。
用于檢測的裝置可以是光敏器件。
用于變換的裝置可以包括微控制器。
用于變換的裝置可以包括現(xiàn)場可編程門陣列。
用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝 監(jiān)視信號的裝置，以及用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信 號的強度成比例的曲線的裝置可以包括計算機。
對曲線進行積分以生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內刻蝕面積的第 二曲線的裝置，以及當在第二曲線中的信號電平轉變與表示目標刻蝕 深度的存儲值匹配時生成指示符的裝置可以包括計算機。
本發(fā)明還提供一種用于確定在檢測來自特定晶片批次的半導體 晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率中使用的工藝監(jiān)視信號 和轉換常數(shù)的裝置，該裝置包括等離子體刻蝕工具；
用于檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的 調制光的裝置；
用于將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號的裝置； 用于將該數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置； 用于確定該頻域信號的主頻率的裝置；
用于選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信 號的裝置；
用于在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率 之間建立線性關系的裝置；以及
用于存儲所建立的線性關系作為轉換常數(shù)的裝置。
用于選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信 號的裝置包括
用于生成測試晶片的電子顯微鏡圖像的裝置；
用于根據(jù)所生成的圖像測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速 率和刻蝕深度的裝置；以及
用于選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變 化的值的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置。
還提供包括程序指令的計算機程序，該程序指令用于使可以具體 實現(xiàn)在記錄介質、載波信號或只讀存儲器上的計算機程序實現(xiàn)上述方 法。
本發(fā)明還提供用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工 藝的刻蝕速率的方法，該刻蝕工藝產(chǎn)生緊鄰晶片的等離子體鞘層 (plasma sheath )，該方法包括基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的 光確定刻蝕速率的步驟。
所檢測的光可以包括調制光和非調制光。
優(yōu)選地，從等離子體鞘層以及等離子體其余部分發(fā)出的光被一起 檢測，但基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的光確定刻蝕速率。
本發(fā)明還提供一種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻
24蝕工藝的終點的方法，該方法包括以下步驟 檢測由等離子體產(chǎn)生的光； 過濾所檢測的光以提取調制光；
處理所檢測的調制光以確定何時到達刻蝕工藝的終點；以及 在已經(jīng)確定終點時生成指示符。
半導體晶片典型地包括多個層，刻蝕工藝涉及對一層的多個部分
的移除。由于光的調制將在終點處改變(例如轉變到下一層)，因此 通過檢測調制光發(fā)射，可以實現(xiàn)對刻蝕工藝終點的精確確定。
該檢測的步驟還可以包括過濾光以檢測所選的波段的步驟。
該處理的步驟可以包括對所檢測的調制光執(zhí)行終點檢測算法。
終點檢測算法可以包括以下步驟
將所檢測的光轉換為數(shù)字信號；
將該數(shù)字信號變換為頻域信號；
確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與對應于 何時到達刻蝕工藝的終點的所存儲的信號電平轉變值匹配。
確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與所存儲 的信號電平轉變值匹配的步驟可以包括以下步驟
從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視
信號；
生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度的曲線；以及 確定曲線中的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變值匹配。
數(shù)字信號的變換可以包括對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換。 指示符可以是停止刻蝕工藝的控制信號。 指示符可以是視覺的或聽覺的指示符，指示刻蝕工藝已經(jīng)完成。 可以在與該晶片同 一批次的晶片的測試晶片分析期間確定所存 儲的信號電平轉變值和工藝監(jiān)視信號。
該批次的測試晶片分析可以包括以下步驟
在刻蝕工藝持續(xù)時間內檢測由被刻蝕的測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光；
將所檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號；
將該數(shù)字信號變換為頻域信號；
確定該頻域信號的主頻率；
選擇在到達刻蝕工藝的終點時表現(xiàn)出(exhibit)信號電平轉變的 那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號；以及
存儲該信號電平轉變的值用作所存儲的信號電平轉變值。
選擇在到達刻蝕工藝的終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻 率作為工藝監(jiān)視信號的步驟可以包括以下步驟
生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線；以及
選擇在到達刻蝕工藝的終點時在曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的 那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
本發(fā)明還公開了 一種確定供檢測來自特定晶片批次的半導體晶 片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的方法使用的工藝監(jiān)視信號和 信號電平轉變值的方法，該方法包括以下步驟
在等離子體刻蝕工具中放置晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕
工藝；
檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制
光；
將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號；
將該數(shù)字信號變換為頻域信號；
確定該頻域信號的主頻率；
生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線；
選擇在到達刻蝕工藝的終點時在該曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變
的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號；以及
選擇該信號電平轉變的值作為要被存儲的信號電平轉變值。
該方法還可以包括以下步驟 生成測試晶片的電子顯微鏡圖像；
并且其中選擇的步驟還包括選擇在測試晶片圖像示出到達刻蝕工藝的終點時在該曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工 藝監(jiān)視信號。
確定主頻率的步驟可以包括確定具有較高的信號強度值的那些 頻域信號的步驟。
本發(fā)明還可以包括用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻
蝕工藝的終點的裝置，該裝置包括 等離子體刻蝕工具；
用于檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光的裝置； 用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置； 用于處理所檢測的調制光以確定何時到達刻蝕工藝的終點的裝 置；以及
用于在已經(jīng)確定終點時生成指示符的裝置。
用于檢測的裝置還可以包括用于過濾光以檢測所選的波段的裝置。
用于處理的裝置可以包括
用于將所檢測的光轉換為數(shù)字信號的裝置；
用于將數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；以及
用于確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與對 應于何時到達刻蝕工藝終點的所存儲的信號電平轉變值相匹配的裝 置。
用于確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與所 存儲的信號電平轉變值相匹配的裝置可以包括
用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝 監(jiān)視信號的裝置；
用于生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度的曲線 的裝置；以及
用于確定曲線中的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變 值匹配的裝置。
用于檢測的裝置可以是光敏器件。用于變換的裝置可以包括微控制器。
用于變換的裝置可以包括現(xiàn)場可編程門陣列。
用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝 監(jiān)視信號、生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內工藝監(jiān)視信號的強度的曲 線、以及確定曲線中的信號電平轉變是否與對應于何時到達刻蝕工藝 終點的所存儲的信號電平轉變值相匹配的裝置可以包括計算機。
本發(fā)明還提供一種用于確定要被存儲以在檢測來自特定晶片批 次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點中使用的工藝監(jiān)
視信號和信號電平轉變值的裝置，該裝置包括 等離子體刻蝕工具；
用于在刻蝕工藝持續(xù)時間內檢測由晶片批次的測試晶片的等離 子體產(chǎn)生的調制光的裝置；
用于將檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號的裝置； 用于將數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置； 用于確定頻域信號的主頻率的裝置；
用于選擇在到達刻蝕工藝的終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些
主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置；以及
用于選擇該信號電平轉變的值作為信號電平轉變值的裝置。 用于選擇在到達刻蝕工藝的終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些
主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置可以包括
生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線的裝置；以及 選擇在到達刻蝕工藝的終點時在曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的
那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置。
還提供包括程序指令的計算機程序，該程序指令用于使可以具體
實現(xiàn)在記錄介質、載波信號或只讀存儲器上的計算機程序實現(xiàn)上述方法。
本發(fā)明還提供用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工 藝的終點的方法，該刻蝕工藝產(chǎn)生緊鄰晶片的等離子體鞘層，該方法 包括基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的光來確定終點的步驟。
28從等離子體鞘層以及等離子體其余部分發(fā)出的光可以被一起檢 測，但基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的光來確定終點。 所檢測的光可以包括調制光和非調制光。
參考附圖，從本發(fā)明實施例(僅作為實例給出)的下列描述中將
更清楚地理解本發(fā)明，在附圖中
圖l是典型的CCP處理工具的截面圖； 圖2是典型的TCP處理工具的截面圖3是圖1的CCP處理工具的截面圖，其詳述了刻蝕副產(chǎn)物； 圖4是在刻蝕工藝期間工藝參數(shù)隨時間的變化的理想曲線圖； 圖5是在刻蝕工藝期間工藝參數(shù)隨時間的變化的實際曲線圖； 圖6是實現(xiàn)本發(fā)明中涉及的組件的一個實施例的示意圖； 圖7詳述了本發(fā)明一個實施例的工藝流程； 圖8詳述了圖5的工藝流程的進一步的步驟，用于確定刻蝕速率 和深度；
圖9詳述了圖5的工藝流程的進一步的步驟，用于確定刻蝕工藝 的終點；
圖10a詳述了本發(fā)明的示例性的刻蝕速率曲線； 圖lOb詳述了本發(fā)明的示例性的刻蝕深度曲線； 圖11詳述了在確定用于特定晶片批次的最佳工藝監(jiān)視信號中的 最初幾步的工藝流程；
圖12示出了通過檢測調制光而生成的實例電壓波形；
圖13示出了通過將FFT應用到圖12的波形而生成的FFT波
形；
圖14詳述了在確定用于特定晶片批次的最佳工藝監(jiān)視信號中的 進一步的步驟的工藝流程；以及
圖15示出了來自等離子體工具中記錄的FFT中的許多頻率之一 的時間工藝信號的實例。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種用于在晶片刻蝕工藝期間用對刻蝕工藝期間 由等離子體發(fā)出的輻射的調制強度敏感的傳感器來監(jiān)視等離子體反
應器的方法。接著，由傳感器收集的數(shù)據(jù)可以被用于檢測正被刻蝕的 晶片的刻蝕速率和刻蝕深度以及確定晶片刻蝕工藝的終點。
為了理解本發(fā)明的原理，應該明白發(fā)生在刻蝕工藝期間的化學反 應。在晶片的刻蝕期間，等離子體發(fā)出一定幅度的調制光。調制光的 幅度與刻蝕速率有關。此外，在到達終點時，來自刻蝕工藝的副產(chǎn)物 的濃度將發(fā)生轉變。該副產(chǎn)物濃度變化將導致來自等離子體的光發(fā)射 的轉變。
用于在放電中激發(fā)原子或分子的主要的源之一是電子碰撞激發(fā)。
這些激發(fā)與電子密度成正比。在等離子體主體(plasma bulk)中原子 和分子的激發(fā)是隨時間不變的(time uniform)，其中電子密度是隨 時間不變的。另一方面，如圖1到圖3中的4所指出的，在等離子體 鞘層(即在等離子體和電極/晶片之間的區(qū)域)中的電子密度以刻蝕工 具的驅動射頻被高度調制。
被激發(fā)的物質經(jīng)由具有特征衰變速率的自發(fā)發(fā)射而發(fā)光。被激發(fā) 的物質也可以通過來自射頻周期的受激發(fā)射發(fā)出輻射。通常，等離子 體發(fā)射與在激發(fā)態(tài)中的物質的數(shù)密度成正比。如果在激發(fā)態(tài)中的物質 的密度被調制，則期望光發(fā)射將被以類似方式調制。這引起非調制的 或DC發(fā)射分量和以驅動射頻被調制的附加分量。調制光是在特定頻 率處表現(xiàn)出周期性時間強度變化的那種光。
由于局部的副產(chǎn)物密度在等離子體鞘層區(qū)域中更高，因此存在于 晶片表面附近的刻蝕副產(chǎn)物更可能被電子激發(fā)。由于在等離子體鞘層 區(qū)域中電子被強烈地調制，因此來自這些區(qū)域的光將被高度調制并且 該調制將與驅動射頻相關。
由于調制光發(fā)射對應于主要由晶片或襯底之上的"鞘"區(qū)處被激 發(fā)的刻蝕副產(chǎn)物發(fā)出的光，因此應當理解，從晶片表面移除材料的速度的任何變化(其對應于刻蝕速率的改變)還將被視為調制光發(fā)射的 改變。因此，在刻蝕速率和深度的監(jiān)視中使用調制光是理想的。
還發(fā)現(xiàn)調制光發(fā)射對終點更敏感，因為其與具有長去激活時間的 物質(例如從壁上解除吸附的氣體以及工具偏移)的記憶效應無關， 并且因為其對應于主要由激發(fā)的刻蝕副產(chǎn)物發(fā)出的光。因此，在刻蝕 工藝終點的檢測中使用調制光也是理想的。
在單頻刻蝕工具中，期望調制光與驅動射頻和諧波對應。但是在 雙頻系統(tǒng)中，很可能發(fā)現(xiàn)以雙驅動頻率的混合產(chǎn)品以及以射頻本身及 其諧波被調制的光。
本發(fā)明的光學傳感器檢測該等離子體光調制。接著，為了確定刻 蝕速率、刻蝕深度以及刻蝕工藝終點，使用所檢測的等離子體光調制。
由于調制光基本在等離子體鞘層中，因此本發(fā)明涉及基本上僅使用從 等離子體鞘層發(fā)出的光來確定刻蝕速率、刻蝕深度以及刻蝕工藝終點。
圖6示出了實施本發(fā)明中涉及的組件的一個實施例的示意圖。多 個傳感器14提供對來自位于刻蝕工具(刻蝕工具未示出)中的等離 子體15的等離子體光的檢測。傳感器14可以采取光電二極管或光電 倍增管的形式。為了成功地檢測等離子體光調制，傳感器應該具有快 速響應時間。多個光濾波器16可以與傳感器14結合使用，每個濾波 器適合于檢測特定光波段，這些濾波器位于傳感器和等離子體之間。 光濾波器具有將輸入到傳感器的光變窄為以特定波長為中心的幾納 米寬的波段的作用，以便選擇來自等離子體中特定物質(例如反應物 或刻蝕副產(chǎn)物)的光。這具有移除不想要的波段的作用。因此，濾波 器允許實時監(jiān)視特定光線，使得能夠對在鞘處的等離子體化學性質進 行分類。
信號調節(jié)塊17接收來自傳感器14的輸出數(shù)據(jù)。在信號調節(jié)塊 17處，來自傳感器14的所檢測的光信號被調節(jié)和數(shù)字化。在本發(fā)明 一個實施例中，通過跨阻抗放大器和可編程電壓放大器來實現(xiàn)調節(jié)。 跨阻抗放大器將來自傳感器的信號轉換為電壓信號，而電壓放大器放大這些電壓信號。被放大的電壓信號由模數(shù)轉換器(ADC)數(shù)字化。 在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，ADC以達70MHz的頻率工作。為了使得能 夠由計算機(PC) 19對刻蝕速率、深度和終點進行估計，處理器18 提供將數(shù)字信號處理為所需的格式。處理器可以是任何適合的處理設 備，例如微控制器或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。計算機19提供對 處理器輸出信號的進一步處理以確定刻蝕工藝的刻蝕速率、深度和終 點，以及在到達預先設置的刻蝕深度和已經(jīng)確定終點時生成一個或多 個指示符。
圖7詳述了本發(fā)明一個實施例的工藝流程。在步驟1中，由在刻 蝕工具中正被刻蝕的特定批次的晶片的等離子體產(chǎn)生光。光學傳感器 連續(xù)地檢測從等離子體鞘層發(fā)出的調制光以及來自等離子體其余部 分的非調制光(步驟2)。另外，可以過濾光以僅檢測特定光波段的 光。在步驟3中，實時處理所檢測的等離子體光調制信號以確定刻蝕 工藝的至少一個工藝參數(shù)。可以通過刻蝕速率和深度算法處理信號。 該算法確定刻蝕速率以及何時達到期望的刻蝕深度。接著，在達到該 深度時生成指示符。也可以通過終點檢測算法來實時處理等離子體光 調制信號，以確定何時到達刻蝕工藝的終點并且在已經(jīng)確定終點時生 成指示符。
工藝流程可以被分解為許多進一步的步驟，下面參考圖8和圖9 更詳細地描述這些步驟。圖8詳述了用于確定刻蝕速率和深度的步驟， 而圖9詳述了用于確定終點的步驟。應當注意，在兩圖中步驟1到4 是相同的。
參考圖8，刻蝕工藝開始于步驟l。在步驟2a中，通過光學傳感 器檢測不同光波段的調制等離子體光。也可以檢測非調制光。通過跨 阻抗放大器將光轉換為電壓信號，隨后通過電壓放大器放大該電壓信 號(步驟2b)。接著，被放大的電壓信號由ADC數(shù)字化以提供數(shù)字 信號(步驟2c)。處理器中的快速傅里葉變換濾波器通過計算數(shù)字信 號的FFT將數(shù)字信號變換到頻域中(步驟2d)。
重復步驟2a到2d約兩千次，對得到的一組FFT求平均值以生成樣品FFT(步驟2e)。應當注意，整個平均過程僅費時約250ms。 計算機記錄該樣品FFT (步驟3 )。
在步驟4中，提取已經(jīng)被預先選擇充當工藝監(jiān)視信號的樣品FFT 的一個或多個頻率的數(shù)據(jù)值。這些工藝監(jiān)視信號已經(jīng)被選擇為將提供 對要確定的工藝參數(shù)(即，刻蝕工藝的刻蝕速率和深度和/或何時到達 終點的參數(shù))的最精確的評估的那些信號。在測試晶片分析期間實現(xiàn) 對工藝監(jiān)視信號的選擇，稍后將描述其中的細節(jié)。因此，通過對可以 估計刻蝕速率的這些工藝監(jiān)視信號的數(shù)據(jù)值的監(jiān)視，可以確定是否已 經(jīng)到達刻蝕工藝中所需的刻蝕深度和終點。
應當理解，上述步驟提供了對所檢測光的過濾以從等離子體光 (其可以包括調制光和非調制光)中提取調制光，隨后監(jiān)視預先選擇 的調制光信號以便確定刻蝕工藝的刻蝕速率、刻蝕深度和/或終點。
從在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內已經(jīng)生成的樣品FFT值中提取的一 個或多個頻率的數(shù)據(jù)值被用于計算刻蝕速率和深度，和/或確定刻蝕終 點，長口下戶斤述。
為了便于理解，將首先描述確定刻蝕速率和深度所涉及的進一步 的處理步驟，隨后描述在確定刻蝕工藝的終點時涉及的進一步的處理 步驟。
1.用于確定刻蝕速率和刻蝕深度的過程步驟
為了確定已經(jīng)被選擇作為工藝監(jiān)視信號的單頻處的刻蝕速率，必 須首先校準從樣品FFT值提取的數(shù)據(jù)值。該校準包括對每個數(shù)據(jù)值乘 以轉換常數(shù)，以便生成在刻蝕工藝的時間上作曲線時提供刻蝕工藝的 實際刻蝕速率的轉換信號值。轉換常數(shù)表示在工藝監(jiān)視信號和實際刻 蝕速率之間的關系。
在之前已經(jīng)執(zhí)行的測試晶片分析期間建立工藝監(jiān)視信號的值和 實際刻蝕速率之間的相關性，接著將轉換常數(shù)存儲在計算機中。稍后 描述這一過程。
在進行轉換后，實時生成所轉換的工藝監(jiān)視信號對時間的曲線， 如圖10a所示。該曲線對應于刻蝕工藝的刻蝕速率。因此，可以由該
33曲線確定刻蝕工藝的刻蝕速率(步驟5)。
多于一個頻率被選擇作為工藝監(jiān)視信號時，可以利用多變量分析 (MVA )技術將與各種頻率分量的強度成比例的時間演化結合為單個 曲線。
應當注意，在刻蝕工藝期間等離子體連續(xù)地并且以恒定的速率移 除晶片材料時，工藝監(jiān)視信號將保持恒定。應當理解，在工藝監(jiān)視信 號保持恒定時，面積和時間之間將是線性關系。
在圖10a的曲線下面的面積與刻蝕深度成正比。因此，為了確定 刻蝕深度，需要對曲線下面的面積進行估計。在步驟6中，為了計算 當前的刻蝕深度，對刻蝕速率信號進行數(shù)值積分。圖10b示出了刻蝕 深度計算的圖示。因此，可以由圖10b的曲線來確定刻蝕深度。
接著，分析圖10b的曲線以確定對于刻蝕工藝來說是否已經(jīng)達到 目標刻蝕深度。在本發(fā)明一個實施例中，這通過確定在刻蝕深度曲線 上的信號電平轉變與所存儲的表示目標刻蝕深度的信號電平值是否 匹配來實現(xiàn)。目標刻蝕深度對于生產(chǎn)中的特定半導體器件的工藝是必 要的，并且典型地由工藝的最初設計者指定。
如果信號電平轉變與刻蝕深度的目標值匹配，則工藝進行到步驟 7。如果沒有發(fā)現(xiàn)匹配，則倘若刻蝕工藝尚未完成，工藝流程就返回 到步驟2。
在步驟7中，計算機生成指示符，其指示已經(jīng)達到刻蝕工藝中的 目標刻蝕深度。在本發(fā)明一個實施例中，計算機生成的指示符是視覺 的或聽覺的指示符。在本發(fā)明另一實施例中，指示符是刻蝕工具停止 刻蝕工藝的控制信號。
應當理解，在達到所要求的刻蝕深度后，根據(jù)用戶對刻蝕工藝的 要求，處理器可以執(zhí)行許多可替代的任務。
同樣可以使用其它數(shù)值技術代替傅里葉分析來確定刻蝕速率/深度。
2.用于確定刻蝕工藝的終點的過程
現(xiàn)在參考圖9,為了在已經(jīng)選擇單個頻率作為工藝監(jiān)視信號時確定終點，基于從在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內生成的樣品FFT值中提取的 該頻率的數(shù)據(jù)值，實時生成信號的相應強度作為時間函數(shù)的曲線。多 于一個頻率被選擇作為工藝監(jiān)視信號時，可以將各種頻率分量的強度 的時間演化結合為單個曲線(步驟5)。
在步驟6中，分析曲線以確定是否已經(jīng)滿足刻蝕工藝的終點條 件。在本發(fā)明一個實施例中，這通過確定曲線中的信號電平轉變與對 應于何時對于晶片批次的所選工藝監(jiān)視信號來說已經(jīng)到達刻蝕工藝 終點的所存儲的信號電平轉變值是否匹配來實現(xiàn)。該存儲的信號電平 轉變值在測試晶片分析期間被確定，隨后被預編程到計算機中，稍后 將詳細描述。如果發(fā)現(xiàn)匹配，則過程進行到步驟7。如果沒有發(fā)現(xiàn)匹 配，則倘若刻蝕工藝尚未完成，工藝流程就返回到步驟2。
在步驟7中，計算機生成指示符，其指示已經(jīng)檢測到刻蝕工藝中 的終點。在本發(fā)明一個實施例中，計算機生成的指示符是視覺的或聽 覺的指示符。在本發(fā)明另一實施例中，指示符是刻蝕工具停止刻蝕工 藝的控制信號。
應當理解，在已經(jīng)檢測到終點后，根據(jù)用戶對于刻蝕工藝的要求， 處理器可以執(zhí)行許多可替代的任務。
同樣可以使用其它數(shù)值技術代替傅里葉分析來確定何時到達終點。
應當理解，也可以使用其它方法來由所選的工藝監(jiān)視信號確定終 點。例如，模式(pattern)識別技術可以被用于將所選的工藝監(jiān)視信 號的曲線和存儲的特性曲線進行比較。
如在本發(fā)明的背景技術中所解釋的，為了能夠精確地檢測特定晶 片的工藝參數(shù)，首先必須選擇最適合的工藝監(jiān)視信號來監(jiān)視期望確定 的一個或多個工藝參數(shù)。在本發(fā)明的情況下，這涉及確定調制光的哪 些頻率最適合充當監(jiān)視信號。實際上，每個晶片批次具有其獨有的特 性。因此，在能夠確定用于特定晶片批次的晶片的刻蝕工藝的刻蝕速 率、深度和/或終點之前，必須通過執(zhí)行對每個單獨晶片批次的分析來 實現(xiàn)提前準備，以選擇為了使得能夠確定來自該特定批次的晶片的刻
35蝕速率、深度和/或終點而應該被監(jiān)視的最適合的頻率。這通過批次的 測試晶片分析來實現(xiàn)。此外，當存在多于一個層時，每個層的工藝監(jiān) 視信號的值可以不必相同，因為每層產(chǎn)生不同的刻蝕副產(chǎn)物，以不同 的方式影響放電。因此，需要對每個晶片層執(zhí)行測試晶片分析。
下面描述利用通過傅里葉分析執(zhí)行的實現(xiàn)來選擇最佳工藝監(jiān)視 信號的過程。然而，如之前所建議的，應當理解，同樣可以使用許多 其它數(shù)值技術代替傅里葉分析。
確定最佳工藝監(jiān)視信號的最初幾個步驟與在上述的刻蝕速率、深 度和終點監(jiān)視技術期間執(zhí)行的那些相同。然而，為了便于理解，下面 將再次簡要地描述它們。
圖11詳述了確定用于特定晶片批次的最佳工藝監(jiān)視信號的工藝 流程。在步驟1中，在刻蝕工具中放置該批次的測試晶片并且開始刻
蝕工藝。在步驟2a中，通過傳感器檢測來自等離子體的光，并且將 光信號轉換為電壓信號。該光可以包括調制分量和非調制分量。接著， 放大電壓信號(步驟2b )。在步驟2c中，電壓信號被數(shù)字化并且輸 入到處理器中。處理器利用快速傅里葉變換將數(shù)字化的電壓信號變換 到頻域中以提供FFT (步驟2d)。
重復步驟2a到2d約兩千次，對得到的一組FFT求平均值以生 成樣品FFT (步驟2e)，計算機記錄該樣品FFT (步驟2f)。應當 注意，整個平均過程僅費時約250ms。
在直到刻蝕工藝完成的時間內重復步驟2a到2f。此時，處理器 將已經(jīng)記錄了覆蓋測試晶片的整個刻蝕工藝的持續(xù)時間的 一組樣品 FFT。工藝完成后，生成的樣品FFT波形已經(jīng)準備^皮檢查以確定用作 監(jiān)視該特定晶片批次的刻蝕速率、深度和/或終點的工藝監(jiān)視信號的最 佳頻率。
在對于批次的所有晶片選擇用作工藝監(jiān)視信號的調制光的最佳 頻率中的第一步涉及確定樣品FFT的主頻率分量。
圖12和圖13描述了可以怎樣確定主頻率分量。圖12示出了由 檢測調制光而生成的實例電壓波形。應當理解，該波形包含多于一個頻率加噪聲。圖13示出了由將FFT應用到該電壓波形而生成的FFT 波形。這是強度與頻率的關系曲線。在這個實例中，可以清楚地看到， 存在四個峰，每個低于100MHz。這些峰指示包含在波形中的頻率信 號，峰的高度指示在波形中其對應頻率的相對強度。因此，應當理解， 主頻率分量對應于在樣品FFT波形中的峰(即那些具有較高的信號強 度值的頻域信號)。
如圖12所示，要確定終點時，應該檢查主頻率分量(步驟l)。 接著，應該確定在測試晶片圖像示出已經(jīng)到達終點時表現(xiàn)出信號電平 轉變的那些頻率分量(步驟2)。接著，這些頻率分量被用作工藝監(jiān) 視信號(步驟3),工藝監(jiān)視信號需要被編程到計算機中(步驟4)。
要確定刻蝕速率和刻蝕深度時，在建立主頻率分量后，還必須從 主頻率分量中找到具有滿足兩個條件的時間信號的那些頻率。第一條 件為時間信號是穩(wěn)定的。第一條件基于刻蝕速率應該恒定的這一認 識。第二條件為時間信號對小的刻蝕速率改變敏感。施加第二條件以 確保一個或多個工藝監(jiān)視信號確實與刻蝕速率相關聯(lián)。
通常，可以假定通過每個單層的刻蝕速率(在存在多于一個層的 情況下)近似恒定。當刻蝕一層時，由于刻蝕速率在整個工藝期間不 是完全恒定的，因此可能出現(xiàn)刻蝕速率的微小變化?？涛g速率的小變 化還可能由刻蝕工藝中小的偏移引起。然而，刻蝕速率的大變化更可 能與刻蝕層轉變(終點)或工藝控制參數(shù)的變化(例如功率、壓強、 氣流或混合物的改變)相關。
通過結合對于主頻率分量獲得的值分析測試晶片圖像，并且確定 在刻蝕工藝時間內哪些主頻率表現(xiàn)出與由測試晶片圖像確定的實際 刻蝕速率最緊密相關的值，來測試第二條件，如下面所解釋的。
可以利用現(xiàn)有技術中已知的任何技術來獲得測試晶片圖像。 一種 這樣的技術涉及在刻蝕工具中放置第一測試晶片并且運行刻蝕工藝 直到已經(jīng)經(jīng)過了預定時間段為止。接著，從刻蝕工具中移出測試晶片， 并且通過對晶片切片來檢查其表面的狀態(tài)。然后，在刻蝕工具中放置 第二測試晶片并且運行刻蝕工藝，直到已經(jīng)經(jīng)過了第二預定時間段為止，第二時間段大于第一時間段(第二時間段典型地比第一時間段多
幾秒)。接著，移出第二測試晶片，并且檢查其表面。對來自該批次 的一組測試晶片中的其它測試晶片重復該工藝，直到預定時間段超過
對于該特定晶片批次到達刻蝕深度和/或終點花費的時間為止，這組晶 片中的每個晶片具有相同的質量并且具有相同的特性?？梢詫τ谕瑯?質量和特性的幾批晶片重復該工藝，在每批上運行的測試操作具有小 的工具操作參數(shù)變化。
在已經(jīng)將來自該組的所有測試晶片放置在刻蝕工具中后，對于每
單個晶片生成掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。也可以使用其它成像技 術，例如原子力顯微鏡(AFM)技術。這些圖像揭示出工藝的時間演 化。應當理解，盡管技術上它不是單個晶片的工藝的時間演化，但如 果在處理之前已經(jīng)全部以類似方式準備該組晶片，則結果應當反映了 單個晶片的時間演化是公認的。根據(jù)SEM圖像，有可能測量作為時 間函數(shù)的刻蝕速率和深度和/或工藝終點。
這些測試晶片圖像允許計算作為時間函數(shù)的刻蝕速率和深度和/ 或工藝終點。接著，由光學傳感器檢測到的、具有與用于刻蝕速率和 深度和/或工藝終點的測試晶片結果最相關的值的主頻率的時間信號 被選擇用作工藝監(jiān)視信號。
當然，應當理解，如果頻率信號在刻蝕工藝內根本不改變，則終 點檢測是沒有價值的。然而，另一方面，在整個工藝期間，信號可以 表現(xiàn)出許多改變。圖15示出了來自等離子體工具中記錄的FFT中的 許多頻率之一的時間工藝信號的實例。在這種情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)刻蝕 終點對應于在85和100秒之間的信號電平轉變。
因此，優(yōu)選將工藝工程師的知識和測試晶片分析結合使用，以確 定哪個信號電平轉變實際對應于在到達終點時發(fā)生的轉變。
在單頻信號被選擇作為工藝監(jiān)視信號時，工藝監(jiān)視基于該單信 號?？商娲?，如果多于一個頻率被選擇作為工藝監(jiān)視信號，則可以 使用多變量分析技術(MVA)來結合這些信號，以輸出用于確定刻蝕 速率和深度和/或工藝終點的單個結合的時間工藝信號。此處可以使用的典型的MVA技術是主成分分析(PCA)。在測試晶片分析過程中 的最后一步中，為了使得能夠為經(jīng)歷刻蝕工藝的特定晶片確定至少一 個工藝參數(shù)，必須用各種值對計算機編程。
要確定刻蝕速率和深度時，必須校準被選擇充當用于刻蝕速率的 工藝監(jiān)視信號的那些頻率。該校準包括確定在實際刻蝕速率(根據(jù)晶 片分析估計的)和被選擇在刻蝕工藝過程內充當工藝監(jiān)視信號的頻率 之間的轉換常數(shù)的值。這涉及在多于一個有用頻率的情況下，在所選 的頻率或MVA信號隨時間變化的值和實際刻蝕速率之間建立線性關 系。這通過將所測量的刻蝕速率(在晶片分析之后)除以所選頻率的 信號值來計算。因此，該常數(shù)將信號值(為任意單位)轉換為實際刻 蝕速率(典型地，微米/分)。在確定關系后，記錄該轉換常數(shù)。如之 前解釋的，需要該常數(shù)，以便在執(zhí)行本發(fā)明的確定刻蝕速率的技術時 轉換將從隨時間變化的工藝監(jiān)視信號中獲得的值，從而表示實際刻蝕 速率。應當注意，該常數(shù)對于給定的晶片批次工藝是特定的，并且如
果晶片的質量或特性或者工藝參數(shù)變化，則無法將信號正確地轉換為 刻蝕速率。
還必須用所記錄的轉換常數(shù)對計算機編程。
此外，還必須用目標刻蝕深度值對計算機編程。該值是對于在晶 片層上刻蝕的深度所期望的值，并且由工藝設計師基于在特定晶片上 制造的半導體器件而設置。
期望確定刻蝕工藝的終點時，必須用在測試晶片分析期間記錄 的、對應于對于一個或多個所選頻率何時到達刻蝕工藝終點的信號電 平轉變值對計算機預編程。
最終，計算機被編程以監(jiān)視所選的、在測試晶片分析期間被確定 充當工藝監(jiān)視信號的一個或多個頻率。
如之前提到的，要在多于一個層上進行刻蝕工藝時，對每層的工 藝監(jiān)視信號所獲得的值可以不必相同。因此，對于每層應該分別地重 復測試晶片分析過程。
在完成上述準備后，可以監(jiān)視對于來自所分析批次的晶片的任何層在刻蝕工藝中的刻蝕速率和深度和/或終點。這通過將來自該批次的
任何晶片放置到刻蝕工具中，并且遵循之前參考圖8和圖9解釋的本 發(fā)明的步驟來實現(xiàn)。
應當理解，本發(fā)明的方法和裝置可被用于電容耦合等離子體 (CCP)工具、變壓器耦合等離子體(TCP)工具以及這些工具的任 何其它變體中。出于等離子體刻蝕/處理襯底、表面或晶片的目的，也 可以使用由射頻(RF)驅動的任何其它等離子體源。
也可以將該技術和其它傳感器(例如傳統(tǒng)的光發(fā)射、下游等離子 體監(jiān)視、RF電流、電壓或功率)結合使用。
參考附圖描述的本發(fā)明實施例包括計算機裝置和/或在計算機裝
置中執(zhí)行的處理。然而，本發(fā)明還延伸到計算機程序，具體地是適于
實行本發(fā)明的存儲在載體上或在載體中的計算機程序。程序可以是源 代碼、目標代碼或者源和目標代碼中間的代碼的形式，例如以部分編
式。載體可以包括諸如ROM的存儲介質(如CD ROM)或磁記錄介 質(如軟盤或硬盤)。載體可以是電或光信號，其可以經(jīng)由電或光纜 或者通過無線電或其它手段被發(fā)送。
本發(fā)明不局限于以上描述的實施例，而可以在結構和細節(jié)方面有 變化。在本文中關于本發(fā)明使用的詞"包括"和詞"具有/包含"用于指定 所陳述的部件、整體、步驟或組件的存在，而不排除一個或多個其它 部件、整體、步驟、組件或其群組的存在或加入。
應當理解，為清楚起見，也可以在單個實施例中組合地提供在單 獨的實施例的上下文中描述的本發(fā)明的某些特征。反之，為了簡便起 見，也可以分別 下文中描述的本發(fā)明的各特征，
權利要求
1.一種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟檢測在所述刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光；過濾所檢測的光以提取調制光；以及處理所檢測的調制光以確定所述刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述工藝參數(shù)是刻蝕工藝的終點。
3. 根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所述工藝參數(shù)是刻蝕工藝的刻蝕速率。
4. 一種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的方法，所述方法包括以下步驟檢測在所述刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光；過濾所檢測的光以提取調制光；以及處理所檢測的調制光以確定所述刻蝕工藝的刻蝕速率。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述檢測的步驟還包括過濾光以檢測所選的波段的步驟。
6. 根據(jù)權利要求4或權利要求5所述的方法，其中所述處理的步驟包括以下步驟將所檢測的光轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；從所述頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號；生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲線；以及根據(jù)所述曲線確定刻蝕速率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲線的步驟包括校準所述工藝監(jiān)視信號的值以生成轉換信號值；以及生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述轉換信號值的曲線。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中校準步驟包括將所述工藝監(jiān)視信號的值乘以轉換常數(shù)。
9. 根據(jù)權利要求7或權利要求8所述的方法，還包括對所述曲線進行積分以生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內刻蝕面積的第二曲線，以及根據(jù)所述第二曲線確定刻蝕深度的步驟。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括在第二曲線中的信號電平轉變與表示目標刻蝕深度的存儲值匹配時生成指示符的步驟。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述指示符是指示已經(jīng)達到目標刻蝕深度的視覺的或聽覺的指示符。
12. 根據(jù)權利要求6到11中任何一個所述的方法，其中數(shù)字信號的變換包括對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換。
13. 根據(jù)權利要求6到12中任何一個所述的方法，其中在對與所述晶片同一批次的晶片進行測試晶片分析期間，確定所述工藝監(jiān)視信號。
14. 根據(jù)權利要求8到13中任何一個所述的方法，其中在對與所述晶片同一批次的晶片進行測試晶片分析期間，確定所述轉換常數(shù)。
15. 根據(jù)權利要求13或權利要求14所述的方法，其中對所述批次進行的測試晶片分析包括以下步驟檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由被刻蝕的測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光；將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；確定所述頻域信號的主頻率；以及選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的步驟包括以下步驟生成在刻蝕工藝期間的一組測試晶片的電子顯微鏡圖像；根據(jù)所生成的圖像來測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速率和刻蝕深度；以及選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變化的值的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率之間建立線性關系的步驟。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所建立的線性關系被存儲作為轉換常數(shù)。
19. 根據(jù)權利要求15到18中任何一個所述的方法，其中確定主頻率的步驟包括確定具有較高的信號強度值的那些頻域信號的步驟。
20. —種確定供檢測在特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的方法使用的工藝監(jiān)視信號和轉換常數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟在等離子體刻蝕工具中放置所述晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕工藝；檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光；將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；確定所述頻域信號的主頻率；選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號；在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率之間建立線性關系；以及存儲所建立的線性關系作為轉換常數(shù)。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的步驟包括以下步驟生成測試晶片的電子顯微鏡圖像；根據(jù)所生成的圖像來測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速率和刻蝕深度；以及選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變化的值的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
22. 根據(jù)權利要求20或權利要求21所述的方法，其中確定主頻率的步驟包括確定具有較高的信號強度值的那些頻域信號的步驟。
23. —種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的裝置，包括用于檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光的裝置；用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置；以及用于處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的刻蝕速率的裝置。
24. 根據(jù)權利要求23所述的裝置，其中用于檢測的裝置還包括用于過濾光以檢測所選的波段的裝置。
25. 根據(jù)權利要求23或24所述的裝置，其中用于處理的裝置包括用于將所檢測的光轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；用于從所述頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號的裝置；用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲線的裝置；以及用于根據(jù)所述曲線確定刻蝕速率的裝置。
26. 根據(jù)權利要求25所述的裝置，其中用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲線的裝置包括用于校準所述工藝監(jiān)視信號的值以生成轉換信號值的裝置；以及用于生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述轉換信號值的曲線的裝置。
27. 根據(jù)權利要求26所述的裝置，其中用于校準的裝置包括用于將所述工藝監(jiān)視信號的值乘以轉換常數(shù)的裝置。
28. 根據(jù)權利要求26或權利要求27所述的裝置，還包括對所述曲線進行積分以生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的刻蝕面積的第二曲線的裝置，以及根據(jù)所述第二曲線確定刻蝕深度的裝置。
29. 根據(jù)權利要求28所述的裝置，還包括當?shù)诙€中的信號電平轉變與表示目標刻蝕深度的存儲值匹配時生成指示符的裝置。
30. 根據(jù)權利要求29所述的裝置，其中所述指示符是指示已經(jīng)達到目標刻蝕深度的視覺的或聽覺的指示符。
31. 根據(jù)權利要求23到30中任何一個所述的裝置，其中用于檢測的裝置是光敏器件。
32. 根據(jù)權利要求25到31中任何一個所述的裝置，其中用于變換的裝置包括微控制器。
33. 根據(jù)權利要求25到31中任何一個所述的裝置，其中用于變換的裝置包括現(xiàn)場可編程門陣列。
34. 根據(jù)權利要求25到33中任何一個所述的裝置，其中用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號的裝置以及用于生成與刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的所述工藝監(jiān)視信號的強度成比例的曲線的裝置包括計算機。
35. 根據(jù)權利要求28到34中任何一個所述的裝置，其中對所述曲線進行積分來生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內的刻蝕面積的第二曲線的裝置以及當?shù)诙€中的信號電平轉變與表示目標刻蝕深度的存儲值匹配時生成指示符的裝置包括計算機。
36. —種用于確定在檢測特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率中使用的工藝監(jiān)視信號和轉換常數(shù)的裝置，包括等離子體刻蝕工具；用于檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光的裝置；用于將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；用于確定所述頻域信號的主頻率的裝置；用于選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置；用于在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率之間建立線性關系的裝置；以及用于將所建立的線性關系存儲作為轉換常數(shù)的裝置。
37. 根據(jù)權利要求36所述的裝置，其中用于選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置包括用于生成測試晶片的電子顯微鏡圖像的裝置；用于根據(jù)所生成的圖像來測量作為時間函數(shù)的刻蝕工藝的刻蝕速率和刻蝕深度的裝置；以及用于選擇具有與所測量的刻蝕速率和刻蝕深度相關的、隨時間變化的值的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置。
38. —種包括使計算機執(zhí)行權利要求3到22中任何一個的方法的程序指令的計算機程序。
39. 根據(jù)權利要求38所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在記錄介質上。
40. 根據(jù)權利要求38所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在載波信號上。
41. 根據(jù)權利要求38所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在只讀存儲器上。
42. —種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)，包括用于檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光的裝置；用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置；以及用于處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的刻蝕速率的裝置。
43. —種用于確定在檢測特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率中使用的工藝監(jiān)視信號和轉換常數(shù)的計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)，包括用于在等離子體刻蝕工具中放置所述晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕工藝的裝置；用于檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光的裝置；用于將所檢測的調制光轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；用于確定所述頻域信號的主頻率的裝置；用于選擇對刻蝕速率的變化敏感的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置；用于在所選的隨時間變化的工藝監(jiān)視信號的值和實際刻蝕速率之間建立線性關系的裝置；以及用于存儲所建立的線性關系作為轉換常數(shù)的裝置。
44. 一種檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的刻蝕速率的方法，所述刻蝕工藝生成緊鄰晶片的等離子體鞘層，所述方法包括基本上僅利用從所述等離子體鞘層發(fā)出的光來確定刻蝕速率的步驟。
45. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中從所述等離子體鞘層以及等離子體其余部分發(fā)出的光被一起檢測，但基本上僅利用從所述等離子體鞘層發(fā)出的光來確定刻蝕速率。
46. 根據(jù)權利要求45所述的方法，其中所檢測的光包括調制光和非調制光。
47. —種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的方法，所述方法包括以下步驟檢測由等離子體產(chǎn)生的光；過濾所檢測的光以提取調制光；處理所檢測的調制光以確定何時到達刻蝕工藝的終點；以及在已經(jīng)確定終點時生成指示符。
48. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其中所述檢測的步驟還包括過濾光以檢測所選的波段的步驟。
49. 根據(jù)權利要求47或權利要求48所述的方法，其中所述處理的步驟包括對所檢測的調制光執(zhí)行終點檢測算法。
50. 根據(jù)權利要求49所述的方法，其中所述終點檢測算法包括以下步驟將所檢測的光轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與對應于何時到達刻蝕工藝終點的所存儲的信號電平轉變值匹配。
51. 根據(jù)權利要求50所述的方法，其中確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變值匹配的步驟包括以下步驟從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號；生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內所述工藝監(jiān)視信號的強度的曲線；以及確定所述曲線中的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變值匹配。
52. 根據(jù)權利要求50或權利要求51所述的方法，其中數(shù)字信號的變換包括對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換。
53. 根據(jù)權利要求47到52中任何一個所述的方法，其中所述指示符是停止所述刻蝕工藝的控制信號。
54. 根據(jù)權利要求47到53中任何一個所述的方法，其中所述指示符是指示刻蝕工藝已經(jīng)完成的視覺的或聽覺的指示符。
55. 根據(jù)權利要求50到54中任何一個所述的方法，其中在與所述晶片同 一批次的晶片的測試晶片分析期間確定所存儲的信號電平轉變值和所述工藝監(jiān)視信號。
56. 根據(jù)權利要求55所述的方法，其中所述批次的測試晶片分析包括以下步驟檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由被刻蝕的測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光；將所檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；確定所述頻域信號的主頻率；選擇在到達刻蝕工藝終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為所述工藝監(jiān)視信號；以及存儲所述信號電平轉變的值用作所存儲的信號電平轉變值。
57. 根據(jù)權利要求56所述的方法，其中選擇在到達刻蝕工藝終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的步驟包括以下步驟生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線；以及選擇在到達刻蝕工藝的終點時在所述曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號。
58. —種確定供檢測特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的方法使用的工藝監(jiān)視信號和信號電平轉變值的方法，所述方法包括以下步驟在等離子體刻蝕工具中放置所述晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕工藝；檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光；將所檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號；將所述數(shù)字信號變換為頻域信號；確定所述頻域信號的主頻率；生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線；選擇在到達刻蝕工藝終點時在所述曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號；以及選擇所述信號電平轉變的值作為要被存儲的信號電平轉變值。
59. 根據(jù)權利要求56到58中任何一個所述的方法，還包括以下步驟生成測試晶片的電子顯微鏡圖像；并且其中選擇的步驟還包括選擇在測試晶片圖像示出到達刻蝕工藝終點時在所述曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為所述工藝監(jiān)視信號。
60. 根據(jù)權利要求56到59中任何一個所述的方法，其中確定主頻率的步驟包括確定具有較高的信號強度值的那些頻域信號的步驟。
61. —種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的裝置，包括等離子體刻蝕工具；用于檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光的裝置；用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置；用于處理所檢測的調制光以確定何時到達刻蝕工藝的終點的裝置；以及用于在已經(jīng)確定終點時生成指示符的裝置。
62. 根據(jù)權利要求61所述的裝置，其中用于檢測的裝置還包括用于過濾光以檢測所選的波段的裝置。
63. 根據(jù)權利要求61或權利要求62所述的裝置，其中用于處理的裝置包括用于將所檢測的光轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；以及用于確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與對應于何時到達刻蝕工藝終點的所存儲的信號電平轉變值相匹配的裝置。
64. 根據(jù)權利要求63所述的裝置，其中用于確定一個或多個預先選擇的頻率的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變值相匹配的裝置包括用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號的裝置；用于生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內所述工藝監(jiān)視信號的強度的曲線的裝置；以及用于確定所述曲線中的信號電平轉變是否與所存儲的信號電平轉變值匹配的裝置。
65. 根據(jù)權利要求61到64中任何一個所述的裝置，其中用于檢測的裝置是光敏器件。
66. 根據(jù)權利要求63或權利要求64所述的裝置，其中用于變換的裝置包括微控制器。
67. 根據(jù)權利要求63或權利要求64所述的裝置，其中用于變換的裝置包括現(xiàn)場可編程門陣列。
68. 根據(jù)權利要求64到67中任何一個所述的裝置，其中用于從頻域信號中提取一個或多個預先選擇的頻率來用作工藝監(jiān)視信號、生成在刻蝕工藝經(jīng)過的時間內所述工藝監(jiān)視信號的強度的曲線、以及確定曲線中的信號電平轉變是否與對應于何時到達刻蝕工藝終點的所存儲的信號電平轉變值相匹配的裝置包括計算機。
69. —種用于確定被存儲以在檢測特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝終點中使用的工藝監(jiān)視信號和信號電平轉變值的裝置，包括等離子體刻蝕工具；用于檢測在刻蝕工藝持續(xù)時間內由所述晶片批次的測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光的裝置；用于將所檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；用于確定所述頻域信號的主頻率的裝置；用于選擇在到達刻蝕工藝終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置；以及用于選擇所述信號電平轉變的值作為信號電平轉變值的裝置。
70. 根據(jù)權利要求69所述的裝置，其中用于選擇在到達刻蝕工藝終點時表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置包括生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線的裝置；以及選擇在到達刻蝕工藝終點時在所述曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置。
71. —種包括使計算機執(zhí)行權利要求47到60中任何一個的方法的程序指令的計算機程序。
72. 根據(jù)權利要求71所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在記錄介質上。
73. 根據(jù)權利要求71所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在載波信號上。
74. 根據(jù)權利要求71所述的計算機程序，被具體實現(xiàn)在只讀存儲器上o
75. —種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)，包括用于檢測由等離子體產(chǎn)生的光的裝置；用于過濾所檢測的光以提取調制光的裝置；用于處理所檢測的調制光以確定何時到達刻蝕工藝終點的裝置；以及用于在已經(jīng)確定終點時生成指示符的裝置。
76. —種用于確定在檢測特定晶片批次的半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點中使用的工藝監(jiān)視信號和信號電平轉變值的計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)，包括用于在等離子體刻蝕工具中放置所述晶片批次的測試晶片并且啟動刻蝕工藝的裝置；用于檢測在刻蝕工藝的持續(xù)時間內由測試晶片的等離子體產(chǎn)生的調制光的裝置；用于將所檢測的調制光信號轉換為數(shù)字信號的裝置；用于將所述數(shù)字信號變換為頻域信號的裝置；用于確定所述頻域信號的主頻率的裝置；用于生成在刻蝕工藝的持續(xù)時間內主頻率的強度的曲線的裝置；用于選擇在到達刻蝕工藝終點時在所述曲線中表現(xiàn)出信號電平轉變的那些主頻率作為工藝監(jiān)視信號的裝置；以及用于選擇所述信號電平轉變的值作為要被存儲的信號電平轉變值的裝置。
77. —種檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的終點的方法，所述刻蝕工藝產(chǎn)生緊鄰晶片的等離子體鞘層，所述方法包括基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的光來確定終點的步驟。
78. 根據(jù)權利要求77所述的方法，其中從等離子體鞘層以及等離子體其余部分發(fā)出的光被一起檢測，但基本上僅利用從等離子體鞘層發(fā)出的光來確定終點。
79. 根據(jù)權利要求78所述的方法，其中所檢測的光包括調制光和非調制光。
80. —種基本上如參考并示出在圖4到圖15中的在本文中描述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于測量等離子體刻蝕工藝的工藝參數(shù)的方法和裝置。一種用于檢測在半導體晶片上進行的等離子體刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)的方法。該方法包括以下步驟檢測在刻蝕工藝期間由等離子體產(chǎn)生的光；過濾所檢測的光以提取調制光；以及處理所檢測的調制光以確定刻蝕工藝的至少一個工藝參數(shù)。
文檔編號H01J37/32GK101675495SQ200880007160
公開日2010年3月17日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權日2007年2月2日
發(fā)明者F·索伯羅恩, M·迪帕卡, S·丹尼爾斯, S·格林 申請人:雷克薩斯研究有限公司