[發(fā)明專利]用于等離子體刻蝕結(jié)構(gòu)的光學(xué)探測(cè)方法及計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

有效

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• 申請(qǐng)日: 2011-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN102519364A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李程;張瑜;楊渝書
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B11/22;H01L21/66
• 代理公司: 隆天國際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 郝新慧;張?jiān)≡?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于等離子體刻蝕結(jié)構(gòu)的光學(xué)探測(cè)方法及計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，對(duì)于等離子體刻蝕的原位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取，業(yè)界廣泛使用的是一種名為IEP(Interferometry?End?Point)，即光學(xué)干涉終點(diǎn)設(shè)定的技術(shù)，又稱為光學(xué)干涉技術(shù)，其原理為利用一光束在薄膜上下界面的反射而形成的兩束同源光束之間的相干現(xiàn)象，來測(cè)定薄膜厚度。由其原理可知，IEP被僅僅局限于透光薄膜的厚度的原位實(shí)時(shí)測(cè)量，而無法獲取更多刻蝕結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于等離子體刻蝕結(jié)構(gòu)的光學(xué)探測(cè)方法，能夠針對(duì)復(fù)雜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(如周期排列的溝槽或者通孔陣列)的特點(diǎn)，原位實(shí)時(shí)地獲取其關(guān)鍵尺寸和刻蝕深度等重要參數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于等離子體刻蝕結(jié)構(gòu)的光學(xué)探測(cè)方法，包括下述步驟：S1：將來自光源的入射光處理成平行偏振光，并通過加裝在刻蝕機(jī)臺(tái)上電極的保偏光纖傳輸，垂直入射到待測(cè)量結(jié)構(gòu)上；S2：經(jīng)由所述保偏光纖將所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)上的反射光引出，并采集所述反射光的光譜；S3：將所采集的光譜發(fā)送給計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行處理，以獲得與所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)際參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述將來自光源的入射光經(jīng)由光源偏振光路的處理步驟S1具體包括：將來自光源的平行光經(jīng)由偏振濾鏡處理成為平行偏振光；所述平行偏振光通過所述保偏光纖傳輸后，通過物鏡的聚焦垂直入射到所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)上。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，在采集所述反射光的光譜時(shí)，還包括：不斷旋轉(zhuǎn)所述保偏光纖來調(diào)整入射光的TE模偏振方向，使得所采集的反射光的光譜的特征Q因子最大，其中Q因子為所述反射光的光譜的諧振中心頻率與諧振頻率帶寬之比。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，當(dāng)所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)為溝槽時(shí)，通過使所述入射光的TE模偏振方向垂直于溝槽的延伸方向，來獲得最大化的特征Q因子。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，當(dāng)所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)為通孔陣列時(shí)，通過使所述入射光的TE模偏振方向平行于所述通孔陣列的對(duì)稱軸方向，來獲得最大化的特征Q因子。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)所述采集的反射光進(jìn)行處理的步驟包括：接收所述反射光的光譜；基于一預(yù)設(shè)值應(yīng)用時(shí)域有限差分方法對(duì)所述反射光的光譜進(jìn)行分析擬合，得到與所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)際參數(shù)的中間結(jié)果，其中所述預(yù)設(shè)值包括所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和規(guī)格；基于所述預(yù)設(shè)值對(duì)所述中間結(jié)果進(jìn)行篩選，排除不合理的值，以獲得與所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)際參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述與待測(cè)量結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)際參數(shù)包括關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度以及刻蝕坡度中的任一種或任意幾種。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述刻蝕機(jī)臺(tái)為反應(yīng)式離子蝕刻機(jī)、等離子體蝕刻機(jī)、變壓器耦合式蝕刻機(jī)、以及電容耦合式蝕刻機(jī)中的任一種。

本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，用于對(duì)待測(cè)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行光譜分析以獲得所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)的實(shí)際參數(shù)，所述系統(tǒng)包括：初始化模塊，用于讀取用于簡化擬合過程并用于篩選結(jié)果的預(yù)設(shè)值，其中該預(yù)設(shè)值包括待測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和規(guī)格；信號(hào)采集模塊，用于接收一反射光的光譜信號(hào)；分析擬合模塊，用于基于在所述初始化模塊中的預(yù)設(shè)值對(duì)所述信號(hào)采集模塊所接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行分析擬合，以獲得與待測(cè)量結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)際參數(shù)的中間結(jié)果，所述分析擬合的方法采用的是時(shí)域有限差分方法；校驗(yàn)?zāi)K，用于基于在所述初始化模塊中的預(yù)設(shè)值對(duì)在所述分析擬合模塊中所獲得的中間結(jié)果進(jìn)行篩選，排除不合理的值，獲得與所述待測(cè)量結(jié)構(gòu)的有關(guān)的實(shí)際參數(shù)；輸出模塊，用于輸出所述實(shí)際參數(shù)。

本發(fā)明通過上述步驟的光學(xué)探測(cè)方法，較目前業(yè)界普遍使用的IEP而言，具有對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的原位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取的明顯優(yōu)勢(shì)，其可同時(shí)獲取刻蝕機(jī)結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)；所獲取的各種數(shù)據(jù)，可以被廣泛應(yīng)用于機(jī)臺(tái)流程控制以及實(shí)時(shí)制程控制系統(tǒng)中，從而獲得更好的刻蝕效果。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于等離子體刻蝕結(jié)構(gòu)的光學(xué)探測(cè)方法的流程圖；

圖2A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的入射光和反射光光路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在刻蝕機(jī)臺(tái)上加裝保偏光纖的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)式離子蝕刻機(jī)RIE的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕機(jī)ICP的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變壓器耦合式刻蝕機(jī)TCP的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電容耦合式刻蝕機(jī)CCP的結(jié)構(gòu)示意圖；