一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统。


背景技术：

2.等离子体刻蚀属于干法刻蚀工艺的其中一种，其特点是刻蚀过程图形精确、分辨率高，主要优势在于具有快速刻蚀速率的同时可获得良好的物理形貌，已经广泛应用于半导体制造技术。其基本原理是刻蚀气体通过高频辉光放电，被激活成等离子态，扩散至晶圆表面与需要刻蚀的材料反应，形成挥发性物质被去除，如刻蚀时间延长，造成基底层材料损伤，影响品质，还会造成原材料浪费。因此如何控制刻蚀时间，并在刻蚀终点处终止反应成为关键所在。


技术实现要素：

3.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统。
4.本实用新型采用的技术方案如下：一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，关键在于：包括等离子反应腔体，所述等离子反应腔体上设有观察窗口，所述等离子反应腔体上安装有刻蚀气体管路及射频电极，所述观察窗口处安装有光学探头，光学探头、刻蚀气体管路及射频电极与光谱分析单元连接。
5.优选的，所述光学探头为准直光束探头，所述光学探头通过光纤与所述光谱分析单元连接。
6.优选的，所述刻蚀气体管路包括与所述等离子反应腔体连通的输气管，所述输气管上安装有隔离阀及流量计，所述隔离阀及流量计均与所述光谱分析单元连接。
7.优选的，所述光谱分析单元包括依次连接的光谱仪、上机位及plc控制器，所述光谱仪与光学探头连接，所述plc控制器与射频电极、隔离阀、流量计连接。
8.优选的，所述光谱仪包括机体，所述机体中设有分光仪和光耦合传感器。
9.有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，通过光学探头将实时监测得到的参与反应的等离子体发射光，传送到光谱分析单元转化成对应的光谱图，一旦对应刻蚀终点的特征谱线出现，即可发出终止反应的指令，并作用于刻蚀气体管路及射频电极，能够对等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点进行监测，控制其刻蚀时间，避免由于刻蚀过度造成工艺产品品质缺陷。
附图说明
10.图1为本实用新型的结构示意图；
11.图2为刻蚀模拟光谱图。
具体实施方式
12.为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
13.如图1所示，一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，包括等离子反应腔体1，所述等离子反应腔体1上设有观察窗口11，所述等离子反应腔体1上安装有刻蚀气体管路2及射频电极3，所述观察窗口处安装有光学探头4，光学探头4、刻蚀气体管路2及射频电极3与光谱分析单元5连接。光学探头通过等离子体反应腔的观测窗口实时监测参与反应的等离子体发射的光，这样既不影响等离子体反应机制，又能保护探头，光谱分析单元将光信号转化成对应的光谱图，一旦对应刻蚀终点的特征谱线出现，即可发出终止反应的指令给刻蚀气体管路及射频电极，避免由于刻蚀过度。
14.本实施例中，所述光光学探头4通过光纤与所述光谱分析单元5连接。所述光学探头为安装有准直透镜的光学探头，准直透镜用于准直来自激光输入光纤输出的激光以及减少不同频率激光之间的色差并输出激光信号准直探头对光纤束的高度发散输出进行准直。
15.本实施例中，所述刻蚀气体管路2包括与所述等离子反应腔体1连通的输气管21，所述输气管21上安装有隔离阀22及流量计23，所述隔离阀22及流量计23均与所述光谱分析单元5连接。刻蚀气体通过不锈钢管路输送至工艺反应腔，管路上设置有隔离阀、流量计等控制气流。
16.本实施例中，所述光谱分析单元5包括依次连接的光谱仪51、上机位52及plc控制器53，所述光谱仪51与光学探头4连接，所述plc控制器53与射频电极3、隔离阀22、流量计23连接。上机位将光谱仪的电信号转化成对应的光谱图，并将实时光谱图进行分析，通过plc控制器发送终止反应指令给射频电极、隔离阀、流量计，可以更加高效、精准、快速地控制等离子体刻蚀反应时间，最大限度保证了纵向刻蚀，可大幅提高工艺的产品良率，缩短整个刻蚀工艺时间，降低成本及材料消耗。
17.本实施例中，所述光谱仪51包括机体，所述机体中设有分光仪511和光耦合传感器512。组合式光栅和多通道列阵光耦合传感器的波长覆盖范围可达到200nm～1100nm，可实现更宽泛的波长监测范围。
18.整个刻蚀过程如图2所示，横坐标表示整个刻蚀工艺时长，纵坐标表示光谱强度，0-t1时间段为刻蚀时间，被刻蚀层物质光谱信号强烈；t1-t2时间段为过渡时间，基底物光谱信号增强；t2-t3时间段为刻蚀完成时间，各谱线强度趋于稳定。由谱图可看出，至t2即到达刻蚀终点，通过系统数据分析，能够精准地在刻蚀终点处对工艺制程的气流、射频电源等进行调控，迅速结束反应。
19.最后需要说明，上述描述仅为本实用新型的优选实施例，本领域的技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，其特征在于：包括等离子反应腔体(1)，所述等离子反应腔体(1)上设有观察窗口(11)，所述等离子反应腔体(1)上安装有刻蚀气体管路(2)及射频电极(3)，所述观察窗口处安装有光学探头(4)，光学探头(4)、刻蚀气体管路(2)及射频电极(3)与光谱分析单元(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，其特征在于：所述光学探头(4)为准直光束探头，所述光学探头(4)通过光纤与所述光谱分析单元(5)连接。3.根据权利要求1所述的一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，其特征在于：所述刻蚀气体管路(2)包括与所述等离子反应腔体(1)连通的输气管(21)，所述输气管(21)上安装有隔离阀(22)及流量计(23)，所述隔离阀(22)及流量计(23)均与所述光谱分析单元(5)连接。4.根据权利要求3所述的一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，其特征在于：所述光谱分析单元(5)包括依次连接的光谱仪(51)、上机位(52)及plc控制器(53)，所述光谱仪(51)与光学探头(4)连接，所述plc控制器(53)与射频电极(3)、隔离阀(22)、流量计(23)连接。5.根据权利要求4所述的一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，其特征在于：所述光谱仪(51)包括机体，所述机体中设有分光仪(511)和光耦合传感器(512)。

技术总结
本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于终点检测的等离子体刻蚀监控系统，包括等离子反应腔体，所述等离子反应腔体上设有观察窗口，所述等离子反应腔体上安装有刻蚀气体管路及射频电极，所述观察窗口处安装有光学探头，光学探头、刻蚀气体管路及射频电极与光谱分析单元连接。与现有技术相比，本实用新型通过光学探头将实时监测得到的参与反应的等离子体发射光，传送到光谱分析单元转化成对应的光谱图，一旦对应刻蚀终点的特征谱线出现，即可发出终止反应的指令，并作用于刻蚀气体管路及射频电极，能够对等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点进行监测，控制其刻蚀时间，避免由于刻蚀过度造成工艺产品品质缺陷。于刻蚀过度造成工艺产品品质缺陷。于刻蚀过度造成工艺产品品质缺陷。


技术研发人员：张自强 郑圣弘 施文俊 聂庆庆
受保护的技术使用者：深圳融科半导体装备有限公司
技术研发日：2022.10.08
技术公布日：2023/3/28