目标成分的浓度空间分布确定系统、方法、设备及介质与流程

本发明涉及半导体检测，具体涉及目标成分的浓度空间分布确定系统、方法、设备及介质。

背景技术：

1、在半导体蚀刻工艺（如电感耦合等离子体刻蚀、电容耦合等离子体刻蚀）中，氟基、氯基等活性成分（如f、cl、cf2等自由基）的浓度及其空间分布直接决定刻蚀速率、各向异性、选择比及晶圆内均匀性。

2、当前存在具备多个进样口的气体分析设备，多个进样口的作用在于能够在不同工艺阶段对进样口进行切换，以保护传感器，然而，上述气体分析设备的多个进样口往往安装于工艺腔室的同一物理区域或相近位置，气体分析设备不具备空间分布感知能力。另外，不同进样口对应采样点的气体压力不同，且不同进样口对应传输通道之间存在传输损耗差异，导致不同采样点的采集信号不具有可比性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种目标成分的浓度空间分布确定系统、方法、设备及介质，以解决成分浓度分析结果仅能反映腔室某一区域的活性成分浓度，缺失活性成分的空间信息，且不同采样点的采集信号不具有可比性的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种目标成分的浓度空间分布确定系统，该系统包括：采样模块、成分分析模块以及空间分布确定模块；

3、采样模块包括预设数量个采样端口、预设数量个限流元件以及预设数量个取样管路；采样端口之间的间距大于第一预设阈值，采样端口之间的间距根据空间重建模型的类型确定，第一预设阈值用于控制采样端口所在的采样区域不重叠；

4、采样模块与成分分析模块相连，用于通过采样端口在工艺腔室中获取成分样品；

5、限流元件与采样端口相连；采样模块用于通过限流元件调整采样端口获取的成分样品，得到目标成分样品，并将目标成分样品传输至取样管路，其中，限流元件的类型和尺寸根据工艺腔室中目标成分的压力和预设规则确定；

6、采样模块用于通过取样管路将目标成分样品传输至成分分析模块，其中，不同取样管路之间的长度差小于第二预设阈值，第二预设阈值用于控制取样管路之间的长度差；

7、成分分析模块与空间分布确定模块相连，用于根据目标成分样品，生成质谱特征信号，并将质谱特征信号输入空间分布确定模块；

8、空间分布确定模块用于根据质谱特征信号、采样端口的位置坐标以及空间重建模型，生成目标成分的浓度空间分布信息。

9、在一种可选的实施方式中，采样模块还包括：通路调整组件和通路切换组件；采样模块还包括加热带；

10、通路调整组件，用于在通过取样管路传输目标成分样品之前，清理取样管路中残留的样品；

11、通路切换组件通过多个第一通路与通路调整组件相连，用于将目标取样管路对应的第一通路作为目标通路，并将目标通路与成分分析模块导通，以使得目标通路将目标成分样品传输至成分分析模块，其中，目标取样管路为正在传输目标成分样品的取样管路；

12、加热带缠绕在取样管路的管路外壁，用于调整取样管路中目标成分样品的温度。

13、通过通路调整组件清理取样管路中残留的样品，消除采样交叉干扰；利用通路切换组件控制不同第一通路导通或断开，使不同目标取样管路中的目标成分样品分开输入成分分析模块，仅利用单个成分分析模块就能实现多点时序采样，低成本获取多位置气体样品，保障检测数据准确可靠。

14、在一种可选的实施方式中，通路调整组件包括：三通阀和预抽泵；

15、三通阀的第一接口与取样管路相连，三通阀的第二接口与预抽泵相连，三通阀的第三接口与第一通路相连，其中，在三通阀中通过第二通路连接第一接口与第二接口，通过第三通路连接第一接口与第三接口；

16、通路调整组件，用于在通过候选取样管路传输目标成分样品之前，关闭候选取样管路对应的第三通路，开启候选取样管路对应的第二通路；

17、通路调整组件，还用于利用预抽泵抽取候选取样管路中残留的样品，并持续预设时长；

18、通路调整组件，还用于在预设时长之后，关闭候选取样管路对应的第二通路，开启候选取样管路对应的第三通路。

19、先通过三通阀连通候选取样管路与预抽泵，利用预抽泵执行预抽操作，排空候选取样管路中残留的样品，以消除不同采样通道交叉污染，保障多点采样检测数据精准可比。

20、在一种可选的实施方式中，空间分布确定模块包括：数据预处理组件、模型调用组件以及信息调整组件；

21、数据预处理组件，用于对质谱特征信号进行预处理，得到目标信号；

22、模型调用组件，用于在多个空间重建模型中确定目标模型，将目标信号和采样端口的位置坐标输入目标模型，得到目标成分的浓度空间分布信息；

23、信息调整组件，用于根据浓度空间分布信息中的目标指标，生成展示信息，并将展示信息传输至目标设备。

24、对质谱特征信号进行预处理，以消除采样误差；按需选择目标模型以适配不同腔体工况，输出浓度空间分布信息并可视化目标指标，将展示信息上传目标设备，支撑刻蚀工艺均匀性监测与调控。

25、在一种可选的实施方式中，数据预处理组件包括：预处理单元、第一处理单元、第二处理单元以及标定单元；

26、预处理单元，用于获取取样管路的管路长度和成分样品在取样管路中的平均线速度，根据管路长度和平均线速度确定校正偏移量，根据校正偏移量调整质谱特征信号，得到中间信号；

27、标定单元，用于通过分步标定法确定每个采样端口的传递系数，其中，分步标定法包括：在工艺腔室内不包含等离子体时，向工艺腔室通入已知浓度的标定气体，测量每个采样端口的响应信号，根据响应信号得到分子态传递系数；在工艺腔室内包含等离子体时，根据内标气体的质谱信号和独立参考测量方法确定自由基态相对灵敏度因子，根据分子态传递系数和自由基态相对灵敏度因子，得到自由基态传递系数；

28、第一处理单元，用于在目标成分样品中不包含预设气体的情况下，根据中间信号得到目标成分的第一特征峰强度，根据第一特征峰强度与自由基态传递系数的比值，得到目标信号；

29、第二处理单元，用于在目标成分样品中包含预设气体的情况下，根据中间信号得到目标成分的第一特征峰强度和预设气体的第二特征峰强度，根据第一特征峰强度与第二特征峰强度的比值，得到目标信号。

30、标定单元还用于：在工艺间歇阶段，向工艺腔室通入标定气体，其中，标定气体用于更新分子态传递系数。

31、在一种可选的实施方式中，标定单元还用于：在工艺间歇阶段且工艺腔室内不包含等离子体时，向工艺腔室通入标定气体，其中，标定气体用于更新分子态传递系数。

32、在一种可选的实施方式中，系统还包括：控制模块；

33、控制模块，用于确定当前工艺阶段，并根据当前工艺阶段确定采样端口集合和采样端口集合中采样端口调用顺序，其中，采样端口集合用于确定需要获取目标成分样品的采样端口。

34、控制模块可自动识别不同工艺阶段，灵活调整采样端口与采集顺序；压力波动时屏蔽敏感端口，腐蚀工况降低易堵端口采样频次，兼顾采样数据可靠性与管路损耗。

35、第二方面，本发明提供了一种目标成分的浓度空间分布确定方法，该方法应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的目标成分的浓度空间分布确定系统，该方法包括：

36、通过采样端口在工艺腔室中获取成分样品，其中，采样端口之间的间距大于第一预设阈值，采样端口之间的间距根据空间重建模型的类型确定，第一预设阈值用于控制采样端口所在的采样区域不重叠；

37、通过限流元件调整采样端口获取的成分样品，得到目标成分样品，其中，限流元件的类型和尺寸根据工艺腔室中目标成分的压力和预设规则确定；

38、通过取样管路将目标成分样品传输至成分分析模块，其中，不同取样管路之间的长度差小于第二预设阈值，第二预设阈值用于控制取样管路之间的长度差；

39、通过成分分析模块根据目标成分样品，生成质谱特征信号；

40、根据质谱特征信号、采样端口的位置坐标以及空间重建模型，生成目标成分的浓度空间分布信息。

41、在一种可选的实施方式中，根据质谱特征信号、采样端口的位置坐标以及空间重建模型，生成目标成分的浓度空间分布信息，包括：

42、在空间重建模型为第一子模型的情况下，将位置坐标转换为极坐标；

43、根据质谱特征信号，得到目标成分的径向浓度分布；

44、根据极坐标对径向浓度分布进行预设插值处理，得到目标方程，并根据目标方程得到采样端口对应的权重；

45、根据权重、极坐标以及径向浓度分布，得到目标成分的浓度空间分布信息。

46、将位置坐标转换为极坐标以简化运算，求解权重完成径向插值，旋转生成完整二维浓度分布图，计算简便高效，快速还原腔室内自由基径向浓度分布。

47、在一种可选的实施方式中，根据质谱特征信号、采样端口的位置坐标以及空间重建模型，生成目标成分的浓度空间分布信息，包括：

48、在空间重建模型为第二子模型的情况下，将质谱特征信号作为观测值，根据观测值、位置坐标以及第二子模型对应的公式，得到工艺腔室内每个采样点对应的预测均值和置信区间；

49、第二子模型对应的公式满足：

50、

51、其中，为工艺腔室内任一位置的位置坐标，为另一位置的位置坐标，、均表示横坐标，、均表示纵坐标，表示处的目标活性成分浓度；表示高斯过程；表示均值函数；表示协方差函数，用于描述任意两个位置与处浓度值之间的空间相关性；

52、根据预测均值和置信区间，得到目标成分的浓度空间分布信息；

53、在空间重建模型为第三子模型的情况下，获取工艺参数向量，根据质谱特征信号得到采样端口对应的归一化信号强度；

54、根据工艺参数向量、归一化信号强度以及位置坐标，得到输入向量；

55、将输入向量输入第三子模型，得到目标成分的浓度空间分布信息。

56、在一种可选的实施方式中，在根据目标成分样品，生成质谱特征信号之前，方法还包括：

57、通过分步标定法确定每个采样端口的传递系数；

58、分步标定法包括：在工艺腔室内不包含等离子体状态下，向工艺腔室通入已知浓度的标定气体，测量每个各采样端口的响应信号，根据响应信号得到分子态传递系数；在工艺腔室内包含等离子体状态下，利用根据内标气体的质谱信号作为内部标尺，结合和独立参考测量方法确定自由基态相对灵敏度因子，根据分子态传递系数和自由基态相对灵敏度因子，得到自由基态传递系数。

59、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的目标成分的浓度空间分布确定方法。

60、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的目标成分的浓度空间分布确定方法。

61、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的目标成分的浓度空间分布确定方法。

62、在本发明中，采样模块通过其中的采样端口、限流元件以及取样管路，在工艺腔室中获取目标成分样品；采样端口之间的间距大于第一预设阈值；限流元件的类型和尺寸根据工艺腔室中目标成分的压力和预设规则确定，不同取样管路之间的长度差小于第二预设阈值；成分分析模块根据目标成分样品，生成质谱特征信号；空间分布确定模块根据质谱特征信号、采样端口的位置坐标以及空间重建模型，生成目标成分的浓度空间分布信息。目标成分的浓度空间分布信息不仅能反映腔室某一局部点的活性成分浓度，还可以在浓度空间分布信息中获知活性成分在整个腔室内的浓度空间分布。

63、该系统通过多个采样端口实现对工艺腔室进行多点采样，并结合采样端口的位置坐标，采样的同时对工艺腔室进行空间感知，实现在单台气体成分分析设备框架内对工艺腔室多个空间位置活性成分浓度的时序采样与空间分布重建，从单点测量升级为空间感知，为刻蚀均匀性监控提供直接数据支撑。以一套成分分析模块配合共享切换阀组接入多个采样端口，成本远低于多台分析设备并行方案，并利用空间重建模型、质谱特征信号以及位置坐标，生成目标成分的浓度空间分布信息，使得浓度空间分布信息包括工艺腔室内各采样点的活性成分浓度。采样端口采用消耗性设计，结构简单、成本可控，无需昂贵的防腐蚀涂层和复杂的加热系统，易于在现有蚀刻腔室上改造安装，进一步降低了部署和维护成本，限流元件和取样管路的结构参数差异化配置，使各端口输出流量落入分析仪线性范围，并减少取样管路中样品的传输延迟。该系统的适用范围广，空间重建模型可采用少量实验数据训练或基于物理仿真预训练后迁移调优，适配不同机台和工艺配方。

64、另外，目标成分的浓度空间分布信息可以反馈至刻蚀设备的进气分布、射频功率分配、多区温控等执行器，为实现晶圆级刻蚀均匀性的自动调节提供控制输入。