专利名称：利用光学发射光谱特性对刻蚀过程进行监测的方法
技术领域：
本发明涉及半导体刻蚀工艺的监测，尤其涉及利用光学发射光语(Optical emission spectroscopy) 4争'l"生^f刻蚀过禾呈进^亍监测的方法。
背景技术：
在电介质材料(如二氧化硅，氮化硅等)刻蚀过程中，常会在刻蚀腔的内 壁淀积一层聚合物，其主要成分为CFX。这层聚合物在刻蚀腔内壁上的多少会对 后面的制程工艺特性有很大的影响，为此需要一种方法来检测刻蚀腔内壁上聚 合物的厚度，并以此来判断刻蚀腔是否适合下一个工艺制程的要求。
为了测量这层聚合物的厚度，现今常采用直接测量法，如采用石英晶体膜 厚监测仪来进行测量。但是这种方法需要额外的仪器，并且不方便，每次PM都 需要更换晶片。
此外，在刻蚀过程中，对刻蚀特性(如刻蚀速率和关键尺寸等)的监测， 也极为重要，尤其是在大规模集成电路制造中对关键尺寸的控制，显得尤为重 要。通常的监测方法是在刻蚀后，经去光阻和湿法清洗，采用专门设备来量测 关键尺寸，例如采用扫描电子显微镜。然而，这只是一种事后量测方法，即在 刻蚀完一段时间后再进行量测的方法；并且在制备的一批晶圆一般只量一片， 难以实现实时有效的监控。
因此，如何解决对现有刻蚀工艺的实时有效的监测，实已成为本领域技术 人员亟待解决的技术i果题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用光学发射光语特性对刻蚀过程进行监测的 方法，以实现对刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度的实时检测。
本发明的另 一 目的在于提供一种利用光学发射光语特性对刻蚀过程进行监测的方法，以实现对刻蚀性能(例如刻蚀速率和关键尺寸等)的实时检测。
为了达到上述的目的，本发明提供一种利用光学发射光谱特性对刻蚀过程
进行监测的方法，其包括a)在刻蚀过程中，用光学发射光谱采集设备实时采 集各元素光i瞽信号的强度；b)从所采集的各元素光谦信号中筛选出特定元素或 某段光谱的信号，其中，特定元素光谱信号强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的 厚度成线性关系；以及c)根据筛选出特定元素的光谱信号的强度，及所述特定 元素光傳信号强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度之间的线性关系确定当前 所述刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度。
使用光学发射光谱，可能为某些特定元素，如CF2， Ar, O， F, CF， C2, SiF, SiF2, CO, CN， CH， H， N2, SiCl等。
据筛选出特定元素的光谱信号的强度，及所述特定元素光谱信号强度与刻蚀速 率之间的关系确定当前刻蚀速率的步骤；以及^f艮据筛选出特定元素的光谱信号 的强度，及所述特定元素光语信号强度与关键尺寸之间的关系确定当前晶圆的 关键尺寸的步骤。
由上所述，本发明的利用光学发射光谱特性对刻蚀过程进行监测的方法可 有效实现对刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度、刻蚀速率及关键尺寸的实时在线 测量进而实现对刻蚀过程的有效监控。
本发明的利用光学发射光傳特性对刻蚀过程进行监测的方法由以下的实施 例及附图给出。
图l是本发明具体实施例的流程图。
图2是CF2光谙信号强度和聚合物厚度之间线性关系示意图。 图3是CF2光i普信号强度和刻蚀速率之间线性关系示意图。 图4是CF2光镨信号强度和关键尺寸之间线性关系示意图。
具体实施例方式
以下将对本发明的利用光学发射光语特性对刻蚀过程进行监测的方法作进一步的详细描迷。
请参见图1，本发明的方法包括下列步骤
首先，在刻蚀过程中，光学发射光谱采集设备实时采集各元素光谱信号的 强度。
接着，从所采集的各元素光谱信号中筛选出特定元素的光谱信号，其中， 所述特定元素光谱信号强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度成线性关系，在 本实施例中，所述特定元素为CF2，请参见图2，其为CF2光语信号强度(Intensity ) 和聚合物厚度(Polymerthickness)之间线性关系示意图。
接着，根据筛选出特定元素的光谱信号的强度，及所述特定元素光谱信号 强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度之间的线性关系确定当前所述刻蚀腔内 壁淀积的聚合物的厚度，例如，当采集的CF2的光i普信号强度为0.74&11时，相 应可确定当前所述刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度为2300埃。
接着，根据筛选出特定元素的光谱信号的强度，及所述特定元素光谱信号 强度与刻蚀速率之间的关系确定当前刻蚀速率。请参见图3,其为CF2光谱信号 强度(Intensity)和刻蚀速率(SI02 Etch Rate )之间线性关系示意图。由图可见， 当采集的CF2的光语信号强度为1900aAi时，当前刻蚀速率为120mm/min。
最后，根据筛选出特定元素的光镨信号的强度，及所述特定元素光谱信号 强度与关键尺寸之间的关系确定当前晶圓的关键尺寸。请参见图4，其为CF2 光谱信号强度(Intensity)和关键尺寸(Critical dimension)之间线性关系示意图。 由图可见，当采集的CF2的光语信号强度为1900a,u时，可确定当前晶圓的关键 尺寸为0.142um。
综上所述，本发明的方法根据某些元素的光学发射光镨信号强度，如CF2， 与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度、刻蚀速率及关4建尺寸之间的线性关系，采 用光学发射光语的方法，可实现对刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度、刻蚀速率 及关键尺寸的实时在线测量，并且可以测量每片晶圓的关键尺寸。此法简单、 方便、廉价，且不用增加额外的仪器。
需要说明的是，本发明的方法不局限于根据CF2的光谱信号强度来监测刻 蚀过程，也可以釆用Ar， O， F， CF, C2, SiF， SiF2， CO， CN， CH， H， N2, SiCl等进行替换，同样能够达到良好的技术效果。
权利要求
1、一种利用光学发射光谱特性对刻蚀过程进行监测的方法，其特征在于，包括a)在刻蚀过程中，光学发射光谱采集设备实时采集各元素光谱信号的强度；b)从所采集的光谱信号中筛选出特定元素或某段光谱的信号，其中，选定光谱的信号强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度成线性关系；以及c)根据筛选出的光谱信号强度，及所述选定光谱信号强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度之间的线性关系确定当前所述刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度。
2、 如权利要求1所述的利用光学发射光谱特性对刻蚀过程进行监测的方 法，其特征在于从所采集的光i普信号中筛选出的特定元素是CF2、 Ar、 O、 F、 CF、 C2、 SiF、 SiF2、 CO、 CN、 CH、 H、 N2或SiCl。
3、 如权利要求1或2所述的利用光学发射光谱特性对刻蚀过程进行监测的 方法，其特征在于还包括根据筛选出特定元素光镨的信号的强度，及所述所 选定光谱信号强度与刻蚀速率之间的关系确定当前刻蚀速率的步骤。
4、 如权利要求1或2所迷的利用光学发射光语特性对刻蚀过程进行监测的 方法，其特征在于还包括根据筛选出特定元素光谱的信号的强度，及所述所 选定光谱信号强度与关键尺寸之间的关系确定当前晶圆的关键尺寸的步骤。
全文摘要
本发明提供一种利用光学发射光谱(Optical Emission Spectroscopy)特性对刻蚀过程进行监测的方法，其首先由光学发射光谱采集设备实时在线采集光谱信号，然后从中筛选出某些特定元素(例如CF<sub>2</sub>)的光谱或某一段光谱，然后再根据筛选出光谱信号的强度与刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度之间的线性关系确定当前所述刻蚀腔内壁淀积的聚合物的厚度，由此可实现对刻蚀过程的实时有效监控。
文档编号H01L21/311GK101436530SQ200810204538
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者林俊毅, 许昕睿, 陈乐乐 申请人:上海宏力半导体制造有限公司