采用反射辐射监控衬底处理制造技术

一种衬底处理设备具有一个能处理衬底的腔室，一个提供辐射的辐射源，一个适于将辐射偏振到一个或多个偏振角的辐射偏振器，偏振角选择成与衬底上的被处理部件的取向相关，一个在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生信号的辐射检测器，以及一个处理该信号的控制器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
背景本专利技术涉及衬底处理的监控。在衬底处理方法中，通过例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、氧化、氮化、离子注入和蚀刻工艺在衬底上形成包括半导体、绝缘材料和导体材料、包括但不限制的硅、多晶硅、二氧化硅、铝、铜和硅化钨材料的部件。在CVD工艺中，采用反应气体在衬底上沉积材料。在PVD工艺中，溅射靶以在衬底上沉积材料。在氧化和氮化工艺中，通过将衬底暴露于合适的气体环境中，在衬底上形成氧化物或氮化物材料如二氧化硅或氮化硅。在离子注入中，将离子注入到衬底中。在常规蚀刻工艺中，包括抗蚀剂或硬掩模的抗蚀刻部件形成在衬底上，并且蚀刻抗蚀刻部件之间的衬底的露出部分(衬底开口区域)以形成栅极、通路、接触孔或互连线的图形。监控衬底处理或监控在衬底处理室中进行的工艺的常规方法经常出现问题。工艺监控方法可用于例如在被处理部件或材料中发生预定改变之后、在工艺阶段之后或在工艺结束时停止或改变工艺。例如，在硅晶片上的绝缘材料如二氧化硅中的沟槽的蚀刻中，希望在达到预定深度之后停止蚀刻。在一种常规方法中，在衬底中蚀刻特定深度所需要的时间是由预定蚀刻速度和被蚀刻的衬底层或材料的起始厚度计算的。在另一方法中，计算由从衬底反射的辐射的的相长和相消干涉产生的峰值以确定衬底蚀刻深度。然而，在衬底上的材料的起始厚度因衬底而互不相同时或在其它工艺参数改变时，这种技术通常是不准确的。特别是在被蚀刻的衬底在抗蚀刻部件之间具有小开口区域时难以精确地监控蚀刻工艺，这是因为来自这个区域的处理信号相对于来自衬底其它部分的处理信号来说太小了。而且例如在将绝缘或金属材料沉积在通路或沟槽中期间难以确定沉积在衬底上的通路或沟槽中的材料深度，这是因为沉积的材料面积小造成的。因此，希望检测在衬底处理期间可能产生的小变化。还希望定量地评估这种变化，例如蚀刻深度、或沉积在衬底上的材料的厚度。还希望在具有小开口区域的衬底蚀刻期间或在将材料沉积到衬底的小区域中期间精确地监控衬底处理。概述一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、适于将辐射偏振到相对于衬底上的被处理部件(feature)的取向所选择的一个或多个偏振角的辐射偏振器、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生第一信号的辐射检测器、以及处理第一信号的控制器。一种在处理区中处理衬底的方法包括以下步骤提供在处理区中的衬底、设置用被激励气体(energized gas)处理衬底的处理条件、提供选择成与衬底上的被处理部件取向相关的以一个或多个偏振角偏振的辐射、检测从衬底反射的辐射和响应该检测辐射而产生的信号、以及处理该信号。一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、适于将辐射偏振到多个偏振角的辐射偏振器、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生信号的辐射检测器、以及处理该信号的控制器。一种在处理区中处理衬底方法包括以下步骤提供在处理区中的衬底、设置用受激励的气体处理衬底上的部件的处理条件、提供以多个偏振角偏振的辐射、检测从衬底反射的辐射和响应被检测的辐射而产生的信号、以及处理该信号。一种衬底处理设备包括能处理衬底的腔室、提供辐射的辐射源、在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生信号的辐射检测器、以及过滤该信号的带通滤波器。一种衬底处理方法包括将衬底放置在处理区中、设置被激励气体的处理条件以处理衬底、在处理区中提供辐射源、检测在处理衬底期间从衬底反射的辐射并产生信号、以及过滤该信号。一种衬底处理设备包括处理室，其包括衬底支撑件、气体入口、气体激励器、气体出口和具有凹槽的壁，该凹槽中带有窗口和在窗口上的遮蔽装置(mask)；处理监控系统，它能通过壁的凹槽中的窗口监控在处理室中进行的处理。一种在腔室中处理衬底的方法包括将衬底放置在腔室中，在腔室中提供受激励的气体以处理衬底，掩敝设置在腔室壁的凹槽中的窗口，以及通过壁的凹槽中的窗口监控在腔室中进行的处理。一种在处理区中蚀刻衬底和监控蚀刻工艺的方法包括(a)通过将衬底放置在处理区中蚀刻衬底，在处理区提供被激励的处理气体，和排出处理气体，由此被激励气体可产生辐射发射；(b)通过检测辐射发射的一个或多个波长的强度，产生与该被检测的强度相关的第一信号，并评估第一信号，由此确定蚀刻工艺的第一阶段的完成；(c)通过检测从被蚀刻衬底反射的偏振辐射的一个或多个波长的强度，产生与被检测强度产相关的第二信号，并评估第二信号，由此确定蚀刻工艺的第二阶段的完成。一种衬底处理设备包括腔室，其包括接收衬底的衬底支撑件、将处理气体引入腔室的气体入口、激励处理气体以形成能蚀刻衬底并产生辐射发射的受激励气体的气体激励器、和排出处理气体的排气装置；适于检测辐射发射的一个或多个波长的强度并产生与被检测的强度相关的第一信号以及检测从被蚀刻衬底反射的偏振辐射的一个或多个波长的强度并产生与被检测强度相关的第二信号的一个或多个辐射检测器；以及评估第一信号以确定蚀刻工艺的第一阶段的完成和评估第二信号以确定蚀刻工艺的第二阶段的完成的控制器。一种在处理区中蚀刻衬底并监控蚀刻工艺的方法包括(a)通过将衬底放置在处理区中以蚀刻衬底，该衬底包括第一层和位于第一层下面的第二层，在处理区提供受激励的处理气体，和排出处理气体，由此受激励气体产生辐射发射；(b)通过检测辐射发射的一个或多个波长的强度，产生与该被检测的强度相关的第一信号，并评估第一信号以确定从蚀刻第二层产生的辐射发射的一个或多个波长的强度的变化，由此确定蚀刻工艺的第一阶段的完成；(c)通过检测从被蚀刻衬底反射的偏振辐射的一个或多个波长的强度，其中偏振辐射以一个或多个第一偏振角和第二偏振角被偏振，产生与被检测强度相关的第二信号，并评估第二信号，由此确定第二层的蚀刻深度，其中所述第一偏振角基本上平行于衬底上被蚀刻部件的取向，第二偏振角基本上垂直于衬底上被蚀刻部件的取向。一种适于蚀刻衬底的衬底蚀刻设备，其中衬底包括第一层和位于第一层下面的第二层，该设备包括腔室，其包括接收衬底的衬底支撑件、将处理气体引入腔室的气体入口、激励处理气体以形成能蚀刻衬底和产生辐射发射的受激励气体的气体激励器、和排出处理气体的排气装置；适于以一个或多个第一偏振角和第二偏振角偏振辐射的辐射偏振器，其中第一偏振角基本上平行于衬底上的被蚀刻部件的取向，第二偏振角基本上垂直于衬底上的被蚀刻部件的取向；一个或多个辐射检测器，适于检测辐射发射的一个或多个波长的强度并产生与该检测强度相关的第一信号，以及检测从被蚀刻衬底的表面反射的偏振辐射的一个或多个波长的强度并产生与被检测强度相关的第二信号；以及控制器，适于评估第一信号以确定在蚀刻第二层期间产生的辐射发射的一个或多个波长的强度的变化，由此确定第一层的完成，并评估第二信号以监控第二层的蚀刻深度。附图通过下列表示本专利技术例子的附图、文字说明和所附权利要求使本专利技术的这些和其它特征、方案和优点更易于被理解。然而，应该理解一般可用在本专利技术中的每个特征，不仅在特定附图所示范围中，而且本专利技术包括这些特征的组合。附图说明图1a是衬底中的被蚀刻第一部件和用于接收具有多个偏振角的衬底反射辐射的装置的示意图；图1b是图1a的衬底中被蚀刻的另一特征的示意图，第二特征的主要取向不同于第一特征的主要取向；图2a和2b分别是表示在部分蚀刻该部件之前和之后，在辐射从氧化层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底处理设备，包括：一个能处理衬底的腔室；一个提供辐射的辐射源；一个适合于将辐射偏振为一个或多个偏振角的辐射偏振器，该偏振角被选择成与衬底上被处理的部件的取向相关；一个辐射检测器，用于在处理期间检测从衬底 反射的辐射并产生第一信号的；和一个处理该第一信号的控制器。

【技术特征摘要】
US 2000-10-23 09/695,577;US 2001-3-8 09/803,0801.一种衬底处理设备，包括一个能处理衬底的腔室；一个提供辐射的辐射源；一个适合于将辐射偏振为一个或多个偏振角的辐射偏振器，该偏振角被选择成与衬底上被处理的部件的取向相关；一个辐射检测器，用于在处理期间检测从衬底反射的辐射并产生第一信号的；和一个处理该第一信号的控制器。2.根据权利要求1的设备，其中该部件包括主取向，并且其中辐射被偏振到基本上平行于主取向的第一偏振角和基本上垂直于主取向的第二偏振角。3.根据权利要求1的设备，其中控制器处理第一信号，以便相对于其它信号分量增加由衬底上的被处理部件反射的辐射所产生的信号分量。4.根据权利要求1的设备，其中控制器确定以不同偏振角偏振的反射辐射的信号分量的比例或相减值。5.根据权利要求1的设备，其中控制器包括一个带通滤波器，其相对于其它信号分量增加由衬底上的被处理部件反射的辐射所产生的信号分量的强度。6.根据权利要求1的设备，其中该衬底包括第一层和位于第一层下面的第二层；该辐射源包括在腔室中的产生辐射发射的被激励的气体；该辐射检测器还适于检测辐射发射的一个或多个波长的强度并产生与被检测强度相关的第二信号；和该控制器还适于评估第二信号以确定在蚀刻第二层期间产生的辐射发射的一个或多个波长的强度变化，以便确定第一层蚀刻的完成。7.根据权利要求1的设备，其中该腔室包括衬底支撑件、气体供给装置、气体激励器和排气装置；和该控制器处理第一信号以检测与处理开始相关信号的特性、完成或后来的结束点、该特性包括信号中的谷值或峰值、向上倾斜、或向下倾斜；和控制器操作衬底支撑件、气体供给装置、气体激励器和排气装置中的一个或多个，以便根据检测信号特性来改变处理条件。8.一种在处理区中处理衬底的方法，该方法包括以下步骤(a)在处理区中提供衬底；(b)设立处理条件，以便用被激励的气体处理衬底；(c)提供以一个或多个偏振角偏振的辐射，该偏振角被选择成与衬底上的被处理部件的取向相关；(d)检测从衬底反射的辐射并响应被检测辐射产生一信号；和(e)处理该信号。9.根据权利要求8的方法，其中在(c)中的一个或多个偏振角包括基本上平行于部件取向的第一偏振角和基本上垂直于部...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z隋，H单，N约翰松，H努尔巴赫什，Y关，C弗鲁姆，J袁，CL谢，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]