[发明专利]等离子体刻蚀装置及等离子体刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种等离子体刻蚀装置及利用该等离子体刻蚀装置进行的等离子体刻蚀方法。

背景技术

随着半导体器件高度集成和高度复杂化，如何精确实时控制等离子体刻蚀过程是一个巨大的挑战。在刻蚀终点检测方面，目前普遍采用的光学光谱发射法(OES)和激光干涉法(IEP)。

光学光谱发射法(OES)是目前干刻使用最广泛的终点检测方法，其原理是利用检测等离子体中反应物或生成物所发射波长光的强度变化来判断终点检测。等离子体的发光强度变化可以从工艺腔側壁上的观察孔观测。不同的物质所激发的光波波长各不相同，某特定物质光强变化反应其在等离子体中含量的变化。一般在刻蚀终点时，反应物光强增强，所刻蚀膜生成物光强减弱，通过检测这种光强的变化来检测刻蚀终点。光学光谱发射法是最常用的终点检测方法，它很容易集成在刻蚀设备上且对工艺没有影响，但这种方法仍然存在着一些不足之处：检测的光波的强度与刻蚀速率成正比，所以当刻蚀速率很慢时检测终点非常困难；当被刻蚀膜的面积很小时，所得到的OES信号强度很弱，无法完成终点检测。

激光干涉法(IEP)是通过激光光源检测透明薄膜厚度的变化，当厚度变化停止时则说明到达刻蚀终点。其原理是当激光垂直入射薄膜表面时，在透明薄膜表面被反射的光线与穿透薄膜后被下层表面反射的光线相互干涉。在薄膜厚度变化Δd满足Δd＝λ/2h(λ:激光波长，h:薄膜材料的折射率)时，可以得到干涉加强，这样每出现一个Δd变化，就会出现一个峰值。随着厚度不断变薄，就形成许多正弦波状的信号曲线。但IEP也有些限制：膜透光性要好；激光必须聚焦在被刻蚀区域且面积足够大；被激光照射的区域温度升高，影响刻蚀速率；如果刻蚀表面粗糙不平，影响信号强度；机械震动，温度变化都会影响干涉信号。

因此，针对待刻蚀面积很小的情况，上述两种终点检测方法中无论是OES光强还是IEP信号都很弱，无法检测到刻蚀终点。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种等离子体刻蚀装置，以及高精度的终点检测方法，通过将排放气体进行质量分离后得到待检测物质，进一步的通过待检测物质中元素种类或元素的含量来判断刻蚀过程是否达到终点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子体刻蚀装置，包括：刻蚀腔、位于刻蚀腔体上的进气管道和排气管道、位于刻蚀腔室内的上电极、与上电极相对的下电极、以及位于下电极上的晶圆承载台，位于所述刻蚀腔室外部的所述排气管道部分具有：

样品采集通道，具有进口和出口，所述进口和所述出口均与所述排气管道相连通；

样品离子化腔，与所述样品采集通道的进口相连通，用于将通过进口进入到所述样品离子化腔的气体中的物质进行质量分离，得到待检测物质；

加速腔，与所述样品离子化腔相连通，用于对所述待检测物质加速，使所述待检测物质进入到样品检测设备；

样品检测设备，与所述加速腔相连通，并与所述样品采集通道的出口相连通，对经加速进入的所述待检测物质进行元素种类或元素含量检测，以判断刻蚀过程是否达到终点；所述样品检测设备检测完毕后，所述待检测物质通过所述样品采集通道的出口进入到所述排气管道中，从而被排出所述排气管道。

优选地，还包括控制模块和刻蚀系统通讯模块；所述控制模块与所述样品检测设备相连，所述样品检测设备将刻蚀过程达到终点的指令发送给所述控制模块，所述控制模块控制所述刻蚀系统通讯模块来向刻蚀系统发送停止刻蚀指令，所述刻蚀系统接收到停止刻蚀指令后，关闭所述进气管道。

优选地，所述样品离子化腔具有磁场，所述进入到所述样品离子化腔的气体发生解离产生带电粒子，在所述磁场中解离后的不同质量的带电粒子具有不同的运动轨迹，从而不同质量的带电粒子被分离，以得到待检测的带电粒子。

优选地，所述样品离子化腔具有加速区，所述进入到所述样品离子化腔的气体中的不同质量的物质被加速后飞行的距离不同，从而不同质量的物质被分离，以得到待检测的物质。

优选地，所述样品离子化腔占所述样品采集通道的水平方向上长度的百分比大于50％。

优选地，所述样品采集通道具有竖直的出口和进口、以及与所述进口和所述出口相连通的水平输送管道，所述样品离子化腔、所述加速腔和所述样品检测设备依次排列设置于所述水平输送管道上。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种根据上述的等离子体刻蚀装置进行等离子体刻蚀的方法，其包括：

步骤01：将晶圆置于所述晶圆承载台上，开启所述进气管道、所述上电极和所述下电极，对所述晶圆进行等离子体刻蚀；