[发明专利]刻蚀终点检测方法及装置

说明书

本发明提供一种刻蚀终点检测方法及装置，该刻蚀终点检测方法包括：通过电源调制信号对刻蚀电源信号进行调幅得到刻蚀调幅信号；获取光谱仪采集的基于等离子体刻蚀样品生成的光谱信号；其中，等离子体由刻蚀工艺系统基于刻蚀调幅信号加载生成；通过电源调制信号对光谱信号进行混频滤波处理；根据经过混频滤波处理的光谱信号检测刻蚀终点。本发明可以有效检测出不同膜层结构中所含有的元素成分，从而实现高精度的脉冲刻蚀终点检测及控制。

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，具体地，涉及一种刻蚀终点检测方法及装置。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，器件的核心尺寸在不断缩小，原有技术对小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层的情况存在难以监控其刻蚀过程的瓶颈，特别是对于28nm节点以下的工艺制备、3D存储高深宽比的刻蚀制备和MRAM超薄层刻蚀工艺，由于刻蚀过程中刻蚀有效暴露面积较少，刻蚀元素的浓度较低，导致在工艺过程中光发射光谱检测的有效信息基本被背景噪声所覆盖，用于工艺终点判断的信号难以被有效地提取，对传统的光发射光谱分析技术构成巨大挑战。

另外，在小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层的干法刻蚀过程中，需要实时准确监测刻蚀进度，确保停止在所期望的膜层，即实现高精度的终点检测，从而确保最终的器件功能，因此满足小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层的终点检测技术对集成电路产业的发展尤为重要。

目前等离子体刻蚀常用的终点检测技术主要是光发射光谱法(OES)，其原理是利用检测等离子体中某种反应性化学基团或原子所发射波长光强的变化来实现刻蚀终点检测，通常过程是对刻蚀过程中真空腔室的气体成分连续进行光发射谱采集，由此获取腔室中的气体反应物和生成物信息，比照待刻蚀样品的膜层结构所含原子信息，进而判断等离子体刻蚀的进程，实现终点检测。但是此过程一是要求刻蚀腔内的等离子体处于连续和稳定的状态，否则刻蚀背景的等离子体状态直接影响光谱光强的变化，二是要求刻蚀元素有较高的暴露浓度，否则由于浓度较小，其元素发光谱淹没在等离子体刻蚀过程中的光谱背景噪声中。在面对小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层情况的样品，采用传统的光发射光谱法显得力不从心，其终点判断的能力和准确性受到很大影响。

另外一种终点检测方式为激光干涉终点检测(IEP)，采用的双光束激光干涉测量的方法，其原理是当激光垂直入射薄膜表面时，在透明薄膜前被反射的光线与穿透该薄膜后被下层材料反射的光线相互干涉，在一定的条件下，薄膜厚度的变化会导致干涉光强的变化。但是，考虑到集成电路元器件在制造过程中通常涉及多个不同材料膜层的连续刻蚀，激光干涉终点检测方式对不同材料的折射率有一定的要求，否则可能无法采集到刻蚀膜层足够光强下的上表面反射信号和下表面反射信号，导致判断结果出现偏差，难以满足多膜层多材料刻蚀的终点检测需求。

综上，目前等离子体刻蚀工艺过程中针对小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层的终点检测方法面临着以下问题：

1.使用等离子体刻蚀所用的传统的光发射光谱法对刻蚀材料无要求，但是刻蚀过程中的刻蚀元素有较高的暴露浓度，由于小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层的条件限制，导致刻蚀过程中元素暴露浓度较小，其元素发光谱淹没在等离子体刻蚀中的光谱背景噪声中，无法满足针对小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层应用的等离子体刻蚀工艺。

2.使用激光干涉法可实现等离子刻蚀的终点判断但是由于激光干涉方法检测过程依赖选择的测试点位和刻蚀材料的折射率，激光必须聚焦在晶片被刻蚀的点位上，并且所选点位面积大小和粗糙度信息都会对测试产生影响。由于小窗口、高深宽比导致存在所选电位的光学焦点问题以及超薄膜层的光路测量问题，因此针对小窗口、高深宽比、超薄刻蚀膜层使用激光干涉法的终点判断过程基本无法满足使用条件。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种刻蚀终点检测方法及装置，以有效检测出不同膜层结构中所含有的元素成分，从而实现高精度的脉冲刻蚀终点检测及控制。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种刻蚀终点检测方法，包括：