[发明专利]基于FTIR光谱监测的等离子体刻蚀机内部状态维护方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀机内部状态的监测、维护方法。

背景技术

大面积高密度等离子体刻蚀机，如ICP(电感耦合等离子体)和TCP(变压器耦合等离子体)等离子体等目前已被运用于深亚微米超大规模集成电路的图形形成工艺。为了得到最佳的产品良率和器件性能，就必须使得刻蚀机始终处于稳定的最佳工艺窗口。而最佳工艺窗口取决于许多参数：如等离子体密度，电子温度，自由基密度，气体流量及晶片温度等。由于这些参数经常发生漂移，因此需要对设备硬件参数以及工艺参数进行控制，以寻求最佳的工艺条件。随着器件几何尺寸持续缩小，对工艺过程的控制提出了更为严格的要求。使得对工艺过程进行鲁棒性表征、可靠性预测以及这些因素对最终产品的影响的控制等成为一种基本的技术。并且反应腔室在经过一段时间运行后，其内部的状态会发生改变，从而导致工作点的漂移。因此需要对设备运行状态进行实时监视，尽量延长刻蚀机的MTBF(mean time between failure，平均无故障时间)时间，减少刻蚀机的MTTR(mean time to repaire，平均修复时间)时间，进而保证刻蚀机能够长时间稳定可靠运行，提高设备的运行效率。

高密度等离子体刻蚀机是利用反应腔室上部的射频源来产生高密度等离子体的密度，利用下部的射频源来控制等离子体中粒子对晶片的轰击能量，以达到各项异性刻蚀的目的。由于工艺窗口的变化会对元件的性能造成很严重的影响。而工艺窗口的漂移则与反应腔室内壁所附着的聚合物的状态有很密切的联系，刻蚀工艺历史及反应腔室内的刻蚀污染物均会对刻蚀速率造成影响，因而反应腔室内壁聚合物状态直接影响到工艺窗口。所以要定期对刻蚀机进行预防维护工艺(PM)后，对等离子体参数进行测量分析，以确定能恢复到最佳工艺状态。最简单的方法是定期打开反应腔室，采用人工目测来确定何时进行反应腔室的清洗，如申请号为200680041101.7中国专利所公开的等离子体诊断设备及方法，以及申请号为200410054223.2的中国专利所公开的等离子体刻蚀机台在预防维护工艺后的监控方法。而目前通常所采用的方法是观察等离子体所发射出来的特征OES光谱的强度的变化，如果反应腔室内壁沉积的聚合物过厚过多，就会导致OES光谱上有较为明显的特征峰出现，且峰的强度有较大的变化，OES是检测等离子体中各种离子的浓度，其中包括反应物离子的浓度，反应产物离子的浓度，以及中间过程产物的浓度，通过观察在等离子体中某个离子浓度变化与OES光谱强度变化间的关系，来间接判断反应腔室内壁沉积的聚合物对等离子体的影响大小，由于聚合物所产生的等离子体的浓度很低，且等离子体与反应腔室内壁间的化学作用非常复杂。当可观察到其对应的OES特征峰时，聚合物的厚度已经超过了工艺窗口所能容忍的值，因而这种检测方法过于粗糙，不能实时检测等离子体与反应腔室内壁之间的相互作用。这两种方法都不能及时、准确地判断设备是否需要进行维护，因而就不能有效提高等离子体刻蚀机的设备利用效率。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，为此，本发明提出了一种基于FTIR光谱监测的等离子体刻蚀机内部状态维护方法，能及时、准确地在等离子体刻蚀机需要维护时进行维护，提高等离子体刻蚀机的设备利用效率。

本发明的目的是这样实现的：基于FTIR光谱监测的等离子体刻蚀机内部状态维护方法，包括如下步骤：

1)安装傅里叶变换红外光谱探针系统：在等离子体刻蚀机的反应腔室外壁开一个窗口，窗口材料采用透明的内反射晶体，在窗口的一端安装衰减全反射傅里叶变换红外光谱探针，另一端安装红外探测器，使傅里叶变换红外光谱探针发射的光线在内反射晶体内多次反射后，从内反射晶体另一端射出，聚焦到碲镉汞探测器，所述碲镉汞探测器与图谱处理系统连接；

2)利用傅里叶变换红外光谱探针系统对处于最佳工作状态的等离子体刻蚀机的反应腔室内壁的薄膜组分进行测量，获得标准的傅里叶变换红外光谱图谱；

3)利用傅里叶变换红外光谱探针系统对等离子体刻蚀机的反应腔室内壁的薄膜组分进行测量，得到相应的傅里叶变换红外光谱图谱，通过与标准傅里叶变换红外光谱图谱进行比较，确定是否需要对反应腔室进行清洗，以及所附着的聚合物的组分，如是，则执行步骤4)；

4)对等离子体刻蚀机反应腔室进行清洗；

5)当等离子体刻蚀机经过清洗后，再执行步骤3)。

进一步，傅里叶变换红外光谱探针的谱线入射方向与内反射晶体成90度，与腔室内壁表面的法线成θ度，0°＜θ＜90°；