一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統及方法與流程
2023-06-05 07:00:26
本發明涉及半導體製造領域，更具體地，涉及一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統和方法。
背景技術：
在半導體製造的前道工藝中，金屬雜質可能導致器件電性的變化，尤其在圖形傳感器的器件製作中，金屬雜質的管控更是影響產品良率的重要影響因素。因此，對於前道刻蝕腔體，金屬雜質的管控就尤為重要。
請參閱圖1和圖2，圖1是現有技術的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的過程示意圖，圖2是現有技術的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法示意圖。如圖1所示，現有技術中對刻蝕腔體金屬雜質監控的方法是定期(通常1天1次)準備一枚金屬測試矽片(氧化膜片或矽光片)，將其放入刻蝕腔體中，採用機臺正常作業時的反應條件(包括反應物種類及流量、壓強、溫度及反應時間等)刻蝕金屬測試矽片，待反應完成後，取出金屬測試矽片，對其進行電感耦合等離子質譜分析(icp-ms)或全反射x射線螢光分析(txrf)，最後，根據測試分析結果反饋到生產控制系統，通過生產控制系統控制機臺繼續作業或停機。如圖2所示，金屬監控片測試結果確認，如果金屬雜質含量正常，則繼續進行工藝；否則，停止工藝，並確認受影響產品範圍。通常對從上次監控ok到本次監控ng期間作業的所有產品逐個進行質量鑑定。通過以上描述可以看出，現有方法存在一定的局限性：(1)無法實時監控；(2)結果反饋耗時久；(3)使用大量測試矽片且無法循環使用，監控成本高；(4)ng後需要耗費長時間對可疑產品進行質量鑑定，嚴重降低了生產效率。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統及方法，通過將實時監控的測試光譜曲線與預先收集的基準光譜曲線進行比對，實現實時監控刻蝕腔體中金屬雜質含量的目的，既能節省用於監控的矽片成本和測試時間成本，同時又能使監控頻度從定期監控升級到實時監控，在腔體出現問題時，能第一時間知曉，從而將影響範圍控制到最小。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統，其中，包括：刻蝕腔體，其內具有支撐矽片的矽片放置平臺；光譜收集器，其探頭安裝於刻蝕腔體的側壁或頂部，用來收集刻蝕腔體內反應物和生成物的光譜強度，並通過光纖傳送到光譜分析儀中；光譜分析儀，其與光譜收集器相連，用於接收來自光譜收集器的光譜強度並將其轉換為光譜曲線，通過將實時監控的測試光譜曲線與預先收集的基準光譜曲線進行比對，計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，並判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內；及工藝控制電腦，其與光譜分析儀相連，用於接收來自光譜分析儀的結果，並根據結果對刻蝕腔體內的工藝進行繼續或停止的操作。
優選地，所述基準光譜曲線是在金屬含量正常的刻蝕腔體內所得到的曲線。
優選地，所述光譜強度表徵對應波長的物質含量。
優選地，所述測試光譜曲線和基準光譜曲線為刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的曲線。
優選地，所述測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異為在特定時間段內，特定波長的光譜強度總和的相對差異。
優選地，所述測試光譜曲線和基準光譜曲線為刻蝕特定時間點時，不同波長的強度隨波長變化的曲線。
優選地，所述測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異為特定時間點時，特定波長的光譜強度的相對差異。
優選地，所述光譜分析儀通過對波長的分析能確定超標的金屬種類，進一步確定導致該金屬雜質超標的工藝環節。
優選地，所述金屬雜質包括鈉、鉀、鐵、鎳、銅、鋁、鎂、鉛、鋅。
一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法，包括以下步驟：
步驟s01：將產品或非產品片放入金屬含量正常的刻蝕腔體內進行作業，並由光譜收集器收集反應物和生成物的光譜強度，經光譜分析儀對接收到的光譜強度進行分析轉換，得到基準光譜曲線，可以通過icp-ms測試驗證刻蝕腔體內的金屬含量是否正常；
步驟s02：機臺正常作業產品或非產品片；
步驟s03：在作業產品或非產品片的同時，光譜收集器收集反應物和生成物的光譜強度；
步驟s04：光譜分析儀接收來自光譜收集器的光譜強度信息，將其轉換成測試光譜曲線，並與步驟s01得到的基準光譜曲線進行比對，計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，並判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內；
步驟s05：將光譜分析儀的結果傳送給工藝控制電腦，工藝控制電腦根據結果對刻蝕腔體內的工藝作出判斷，若結果為測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異小於誤差允許範圍，則監控ok，工藝控制電腦控制刻蝕腔體內的工藝繼續執行步驟s02-s05；若結果為測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異大於等於誤差允許範圍，則監控ng，工藝控制電腦發出異常警報並停止機臺作業。
從上述技術方案可以看出，本發明提供了一種新的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統及方法，通過在刻蝕腔體內安裝光譜收集器，收集生成物和反應物的光譜強度，並通過光譜分析儀轉換為測試光譜曲線，並與基準光譜曲線進行對比，得到金屬雜質是否超標的結果，再通過工藝控制電腦根據上述結果對刻蝕腔體內的工藝進行繼續或停止的操作。該方法能夠對刻蝕腔體中的金屬雜質的含量實時進行監控，既能節省用於監控的矽片成本和測試時間成本，同時更能使監控頻度從定期監控升級到實時監控，在腔體出現問題時，能第一時間知曉，從而將影響範圍控制到最小。
附圖說明
圖1是現有技術的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的過程示意圖；
圖2是現有技術的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法示意圖；
圖3是本發明的一種監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統的結構示意圖；
圖4是本發明的一種監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法示意圖；
圖5是基準光譜曲線為刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的示意圖；
圖6是基準光譜曲線為刻蝕特定時間點，不同波長的強度隨波長變化的示意圖；
圖7是測試光譜曲線和基準光譜曲線為刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的曲線時，測試光譜強度與基準光譜強度的比較示意圖。
圖8是測試光譜曲線和基準光譜曲線為為刻蝕特定時間點，不同波長的強度隨波長變化的曲線時，測試光譜強度與基準光譜強度的比較示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便於說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，並進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。
在以下本發明的具體實施方式中，請參閱圖3，圖3是本發明的一種監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統的結構示意圖。如圖3所示，一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統，包括：刻蝕腔體，其內具有支撐矽片的矽片放置平臺；光譜收集器，其探頭安裝於刻蝕腔體的側壁或頂部，用來收集刻蝕腔體內反應物和生成物的光譜強度，並通過光纖傳送到光譜分析儀中；光譜分析儀，其與光譜收集器相連，用於接收來自光譜收集器的光譜強度並將其轉換為光譜曲線，通過將實時監控的測試光譜曲線與預先收集的基準光譜曲線進行比對，計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，並判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內；及工藝控制電腦，其與光譜分析儀相連，用於接收來自光譜分析儀的結果，並根據結果對刻蝕腔體內的工藝進行繼續或停止的操作。
請參閱圖4，圖4是本發明的一種監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法示意圖。如圖4所示，一種實時監控刻蝕腔體金屬雜質含量的方法，包括以下步驟：
步驟s01：將產品或非產品片放入金屬含量正常的刻蝕腔體內，並由光譜收集器收集反應物和生成物的光譜強度，經光譜分析儀對接收到的光譜強度進行分析轉換，得到基準光譜曲線。
在此步驟中，可以通過icp-ms測試驗證刻蝕腔體內的金屬含量是否正常，其中金屬雜質包括鈉、鉀、鐵、鎳、銅、鋁、鎂、鉛、鋅或者其他任意影響產品或非產品片刻蝕的金屬。
在此步驟中，如圖5所示，基準光譜曲線是刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的曲線，即在t1-tn時間段內，波長λ1的特定波長的強度隨時間變化的曲線。因此，在基準光譜曲線中，橫坐標為時間t，縱坐標為特定波長的光強i；對特定波長λ1選取特定時間段t1-tn，截取相應的光譜強度i形成基準光譜曲線。
如圖6所示，基準光譜曲線是刻蝕特定時間點時，不同波長的強度隨波長變化的曲線，即在一個特定的時間點，波長λ1-λn的光譜強度與其對應波長的曲線。因此，在基準光譜曲線中，橫坐標為波長λ，縱坐標為不同波長的光強i；在特定的時間點t1截取相應的光譜強度i形成基準光譜曲線。
每種反應物和有其特定波長，通過對波長的分析，可以確定該波長所對應的物質，光譜強度表徵對應波長的物質含量。通過對金屬含量正常的刻蝕腔體進行反應物和生成物取樣，得到正常工藝下的各反應物和生成物的含量信息，將其作為標準，以後機臺作業得到的反應物和生成物的含量與其作對比，可以方便地比較出各反應物和生成物的含量變化。
步驟s02：機臺正常作業產品或非產品片。
步驟s03：在作業產品或非產品片的同時，光譜收集器收集反應物和生成物的光譜強度。
在該步驟中，光譜收集器位於刻蝕腔體的側壁或頂部，能夠實時收集被刻蝕矽片周圍的反應物和生成物的光譜強度。
步驟s04：光譜分析儀接收來自光譜收集器的光譜強度，將其轉換成測試光譜曲線，並與步驟s01得到的基準光譜曲線進行比對，計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，並判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內。
在該步驟中，基準光譜曲線有兩種，相對應的，測試光譜曲線也有兩種，即刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的曲線以及刻蝕特定時間點時，不同波長的強度隨波長變化的曲線。
如圖5和圖7所示，當測試光譜曲線和基準光譜曲線為刻蝕特定時間段內，特定波長的強度隨時間變化的曲線時，在實時監控的生產過程中，對特定波長λ1選取特定時間段t1-tn，截取相應的光譜強度i2形成測試光譜曲線，對波長λ1在時間點t1-tn段對應的基準光譜強度i0和測試光譜強度i2分別求和σi0和σi2；計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，計算公式：d1＝(σi2－σi0)/σi0×100％，判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內。在此種方案中，通過對一段時間的整體信號數據進行比較，以降低信號幹擾帶來的誤差。
如圖6和圖8所示，當測試光譜曲線和基準光譜曲線為刻蝕特定時間點，不同波長的強度隨波長變化的曲線時，在實時監控的生產過程中，在特定的時間點t1截取相應的光譜強度i1形成測試光譜曲線，在時間點t1，波長λ1對應的基準光譜強度和測試光譜強度分別是i0和i1；計算出測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異，計算公式：d1＝(i1－i0)/i0×100％，判斷上述相對差異是否在誤差允許範圍內。在此中方案中，計算比較過程比較迅速，但誤差風險會因可能發生的信號幹擾而增加。
該光譜分析儀通過對波長的分析能確定超標的金屬是哪一種金屬，以及確定該種金屬的增量。既然知曉超標金屬為何種金屬，則可以反推工藝過程，進一步確定導致該金屬雜質超標的工藝環節，便於查找事故原因，及時改善工藝環境，提高成品率。
步驟s05：將光譜分析儀的結果傳送給工藝控制電腦，工藝控制電腦根據結果對刻蝕腔體內的工藝作出判斷，若結果為測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異小於誤差允許範圍，則監控ok，工藝控制電腦控制刻蝕腔體內的工藝繼續執行步驟s02-s05；若結果為測試光譜強度與基準光譜強度的相對差異大於等於誤差允許範圍，則監控ng，工藝控制電腦發出異常警報並停止機臺作業。
在該步驟中，工藝控制電腦與光譜分析儀相連，用來接收來自光譜分析儀的結果，若監控到金屬雜質超標，即監控ng，則立即觸發工藝控制電腦的報警裝置，同時停止機臺作業，則只有當前作業的一片產品的質量不合格，不僅提高了產品的成品率，而且節約了產品檢驗的時間成本，提高了生產效率。
綜上所述，本發明提供了一種新的監控刻蝕腔體金屬雜質含量的系統及方法，通過在刻蝕腔體內安裝光譜收集器，收集反應物和生成物的光譜強度，並通過光譜分析儀將其轉換成測試光譜曲線，並與基準光譜曲線進行對比，得到金屬雜質是否超標的結果，再通過工藝控制電腦根據上述結果對刻蝕腔體內的工藝進行繼續或停止的操作。該方法能夠對刻蝕腔體中的金屬雜質的含量實時進行監控，既能節省用於監控的矽片成本和測試時間成本，同時更能使監控頻度從定期監控升級到實時監控，在腔體出現問題時，能第一時間知曉，從而將影響範圍控制到最小。
以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。