[發明專利]用于原位測量樣本的蝕刻深度的輝光放電光譜方法和系統

有效

• 申請號: 201580034089.6
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN106662531B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: S·理查德;J-P·加斯頓;O·阿克;P·沙蓬
• 申請（專利權）人: 堀場喬賓伊馮公司
• 主分類號: G01N21/67
• 分類號: G01N21/67
• 代理公司: 11247 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 牛南輝;楊曉光

本發明涉及一種輝光放電測譜法系統，該輝光放電測譜法系統包括輝光放電燈，輝光放電燈適于接納固體樣本(10)并且形成輝光放電蝕刻等離子體(19)。根據本發明，一種用于原位測量通過蝕刻樣本(10)而產生的腐蝕凹口的深度的系統(100)包括：光學分離器(3)；光學裝置(4)，其適于分別地將第一入射束(21)向著所述樣本的第一區域(11)引導，所述第一區域暴露于所述蝕刻等離子體，并且將第二入射束(22)向著所述樣本同一側的第二區域(12)引導，所述第二區域免受蝕刻等離子體影響；以及光學重組裝置(3)，其適于形成干涉測量束(30)，以確定腐蝕凹口的深度(d)。

技術領域

本發明涉及通過光學發射光譜法(GD-OES)或通過質譜法(GD-MS)的用于輝光放電(GD)元素分析的裝置和方法。

更精確地，本發明涉及適于原位測量暴露于此輝光放電等離子體的樣本的蝕刻深度的輝光放電測譜法(GDS)的裝置和方法。

本發明特別地應用于通過輝光放電測譜法的用于分析材料的系統或方法，根據樣本中的蝕刻深度解析(resolve)該分析。

背景技術

輝光放電測譜法是允許分析均質或多層固體樣本的元素和/或分子化學組分的分析技術。可在樣本內部深處進行測量或者通過深度解析測量。

輝光放電測譜法常用于分析固體樣本的組分或組分分布。

輝光放電測譜法的原理在于，將樣本的面的有限區域暴露于蝕刻等離子體。等離子體從樣本表面提取原子，并且將它們置于電離或激發電子狀態。這些原子的性質是通過分析它們在等離子體中的發射光譜或等離子體中產生的離子的質譜來確定的。當提取原子時，根據暴露于等離子體的時間，在樣本的表面處形成凹口(crater)。根據腐蝕時間，通過測譜法檢測的信號的分析因此允許得到根據蝕刻時間解析的樣本組分。

然而，蝕刻速率通常在蝕刻方法期間有變化。蝕刻速率特別地隨暴露于等離子體的樣本區域的組分變化并且還隨與等離子體開始有關的短暫現象變化而變化。

現在，期望不僅根據等離子體所產生的腐蝕凹口的深度而且根據腐蝕等離子體期間的時間來分析組分。

現在，存在不同的確定根據時間的腐蝕凹口深度的方法。

現今最多使用的方法是基于校準已知組分的參考樣本的腐蝕速率。該校準需要對不同參考樣本進行不同測量并且假定諸如(例如)已知和/或均質密度的假設。所得結果的精確度仍然是不確定的。

已經提出了通過輝光放電測譜法進行分析并且同時確定蝕刻深度的其他方法。

專利文獻WO 2007/113072_A1描述了在GDS裝置中確定由于暴露于蝕刻等離子體的樣本表面被腐蝕而導致的高度變化的方法。所描述的方法是基于使用彩色共焦移動傳感器，彩色共焦移動傳感器在等離子體開始之前，檢測樣本表面的平面的位置相對于其初始位置的變化。

專利文獻CN102829732描述了基于三角測量傳感器針對同一技術問題的另一種裝置。在這種情況下，傳感器測量被表面反射的激光束的位置，期望該表面的深度被了解。

另一方面，專利文獻HORIBA Jobin Yvon的US6784989或FR 2843801描述了使用雙波長激光干涉儀。根據該文獻，光束被分成兩個次級束，次級束中的一個被暴露于蝕刻等離子體的樣本的表面反射，并且另一個次級束被樣本外部的固定參考表面反射。兩個反射束的光學重組形成隨樣本中的蝕刻深度變化而變化的干涉測量束。

然而，所有這些測量光學方法對于蝕刻等離子體所引起的升溫是敏感的，該升溫造成輝光放電腔室膨脹。因此會引入偏置，因為不可以將凹口的腐蝕和等離子體腔室的膨脹區分開。這些腐蝕深度確定方法因此具有有限精確度，實際上并不允許達到小于1微米的準確度。