使用多變量分析的等離子體蝕刻終點檢測的制作方法
【專利說明】使用多變量分析的等離子體蝕刻終點檢測
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于2012年10月17日提交的、題目為“使用多變量分析的等離子體蝕刻過程的終點檢測的方法(METHOD OF ENDPOINT DETECT1N OF PLASMA ETCHING PROCESSUSING MULTIVARIATE ANALYSIS) ”(參考號:TT1-240PR0V)的共同未決的美國臨時專利申請第61/715，047號，并要求該美國臨時專利申請的權益和優(yōu)先權，其全部內容通過引用被合并在本文中。
[0003]本發(fā)明的背景
技術領域
[0004]本發(fā)明涉及例如在半導體制造中用于控制在襯底上蝕刻結構的過程的方法和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于確定蝕刻過程的終點的方法。
【背景技術】
[0005]在制造半導體器件、液晶顯示器(IXD)、發(fā)光二極管(LED)和一些光伏器件(PV)的過程中通常與光刻結合地使用等離子體蝕刻工藝。一般來說，諸如光致抗蝕劑的輻射敏感材料的層首先被涂覆在襯底上，并且被暴露于圖案化的光以對其給出潛像。之后，曝光的輻射敏感材料顯影，以移除曝光的輻射敏感材料(或未曝光的，如果使用負性光致抗蝕劑)，從而留下露出隨后要被蝕刻的區(qū)域的輻射敏感材料的圖案，并覆蓋不希望被蝕刻的區(qū)域。在例如等離子體蝕刻過程的蝕刻過程期間，在等離子體處理室中襯底和輻射敏感材料圖案被暴露于活躍離子，以引起輻射敏感材料下的材料的移除，以形成諸如通孔、溝槽等的蝕刻的特征。在蝕刻下層材料中的特征之后，使用灰化或剝離處理，輻射敏感材料的剩余物從襯底被移除，以暴露形成的蝕刻結構，準備好進一步處理。
[0006]在諸如半導體器件的許多類型的器件中，在疊置在第二材料層上的第一材料層中執(zhí)行等離子體蝕刻過程，并且重要的是:在不繼續(xù)蝕刻下層的第二材料層的情況下，一旦蝕刻過程在第一材料層中已形成開口或圖案，蝕刻過程應準確地被停止。
[0007]出于控制蝕刻過程的目的，使用各種類型的終點控制，一些終點控制依靠分析等離子體處理室中的氣體的化學組成以推斷例如蝕刻過程是否已進行到與正被蝕刻的層的化學組成不同的化學組成的下層。其它過程可以依靠由正被蝕刻的結構制成的直接當場(in-situ)測量。在前組中，光學發(fā)射光譜(OES)經(jīng)常被用于監(jiān)視等離子體處理室中的氣體的化學組成。通過正被使用的等離子體激活機制激活等離子體處理室中的氣體的化學組成種類，并且在等離子體的光學發(fā)射譜中，激活的化學組成種類產(chǎn)生不同的頻譜特征。例如正被蝕刻的層的清除和襯底上的下層的暴露引起的光學發(fā)射譜的變化能夠被監(jiān)視并被用于精確地結束，即終止蝕刻過程，以避免下層的蝕刻或形成諸如底切等的其它導致生產(chǎn)失敗的缺陷。
[0008]根據(jù)正被蝕刻的結構的類型和蝕刻過程參數(shù)，蝕刻過程的終點處的等離子體的光學發(fā)射譜的變化可以很明顯且容易檢測，或反之微妙且很難檢測。例如，使用用于處理光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)的當前的算法，具有很低開口率的結構的蝕刻能夠使終點檢測困難。因此需要改進以使基于光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)的蝕刻終點檢測在這種挑戰(zhàn)性的蝕刻過程條件下更魯棒。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的一個方面是用于確定蝕刻過程終點數(shù)據(jù)的方法，包括在等離子體蝕刻處理工具中執(zhí)行一個或更多個等離子體蝕刻過程運行，該等離子體蝕刻處理工具包括用于獲得光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)的光譜儀。在等離子體蝕刻過程運行中的每次運行期間，按照相等時間間隔取樣光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)集，并以時間樣本占據(jù)行且像素位置(即波長)占據(jù)列地形成光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[X]。
[0010]在本發(fā)明的另一個方面中，然后逐個元素地平均獲得的光學發(fā)射光譜數(shù)據(jù)矩陣[X]以形成一個或更多個等離子體蝕刻過程運行的平均光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[X]avgO之后，能夠過濾平均光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[X]avg，以從光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)移除噪聲。為了改進數(shù)據(jù)質量以供進一步處理，對光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[X]和平均光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[x]avg中的每個進行截舍以移除對應于等離子體啟動狀況和蝕刻過程的終點之后的任何狀況的數(shù)據(jù)集的任何部分。通過計算均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]進一步進行計算，在均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]中，每個列的每個元素表示針對該光譜儀像素，即矩陣列，在截舍之后剩余的所有時間樣本上的光譜儀像素強度的平均。然后從光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[X]中的每個減去均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]。因此，光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)被去均值。然而，與在多變量分析中做的不同的，在被用作多變量分析的輸入之前，光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)不被標準化(normalize) ο
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，去均值和非標準化的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)現(xiàn)在被用作主成分分析(PCA)的輸入，主成分分析(PCA)將物理光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)變換成變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]。它也提供主成分權重向量[P]，主成分權重向量[P]能夠被用于隨后將任何物理光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)變換成主成分域。
[0012]在本發(fā)明的又一個方面中，為了可靠地確定蝕刻過程的終點，變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素能夠被組合成函數(shù)形式f (Ti),也被稱為趨勢變量，其尤其強調在蝕刻過程達到終點時的時間期間，變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]元素發(fā)生的變化。在一個實施方式中，趨勢變量f (Ti)可以只包括變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的單個元素。在其它實施方式中，趨勢變量f (Ti)可以包含變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的兩個元素的比。比本身可以被提升至整數(shù)或非整數(shù)次冪。為了進一步增加終點檢測的可靠性，能夠通過減去在蝕刻過程期間針對所有樣本時間評估的變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的每個元素的最小值或最小值的倍數(shù)來移動(shift)變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素。從變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素移動或移除“基礎”進一步地協(xié)助使方法對與特定蝕刻過程相關聯(lián)的等離子體化學組成的微妙變化更敏感。在一個實施方式中，趨勢變量的函數(shù)形式可以是f (Ti) = (T2-2_min(T2))2/(T3-2_min(T3))2，其包含變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素TjPT3的比的平方，每個元素被移動了相應元素的每個元素的最小值的兩倍。
[0013]在本發(fā)明的另一方面中，主成分權重向量[P]的值、均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]和可選地變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素的最小值HIin(Ti)能夠被保存在易失性或非易失性數(shù)據(jù)存儲介質上，以供名義上相同的或相似的蝕刻過程的當場終點檢測。
[0014]在本發(fā)明的一方面中，通過從數(shù)據(jù)存儲介質檢索先前存儲的主成分權重向量[P]的值、均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]和可選地變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素的最小值Hiin(Ti),進行蝕刻過程的當場終點檢測的處理。在把襯底裝載入等離子體蝕刻處理室并引發(fā)等離子體時，在蝕刻過程期間按照規(guī)則或不規(guī)則間隔使用安裝在等離子體蝕刻處理工具上的光譜儀取得光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)的測量結果。獲得的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)在減去均值光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)矩陣[Savg]之后乘以主成分權重向量[P]，用于將當場獲得的數(shù)據(jù)快速變換至主成分域。一旦被變換，變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的計算的元素能夠被組合在預選的函數(shù)形式f (Ti)或趨勢變量中，如前面描述的，MTi)的時間演變允許蝕刻過程的終點的精確的當場確定。在一個實施方式中，函數(shù)形式f (Ti)或趨勢變量可以包含變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素的移動后的值的使用，通過減去變換后的光學發(fā)射光譜(OES)數(shù)據(jù)向量[T]的元素的最小值Hiin(Ti)完成其移動。
【附圖說明】
[0015]尤其是在結合附圖考慮時，參考以下詳細描述，本發(fā)明的更全面的理解和許多其伴隨的優(yōu)點將變得容易明白，在附圖中:
[0016]圖1是具