CN108231621A - 一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法 - Google Patents

一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体刻蚀工艺的处理方法，该方法包括交替循环的沉积和刻蚀工艺子过程，在每个子过程进行中，时间控制模块控制第一输气管路、第二输气管路、抽气管路的启闭，使该子过程的气体输送到工艺腔内，同时检测模块的检测单元检测工艺腔内气体浓度所形成的特征值，通过特征值确定气体的种类和浓度，检测模块的切换单元判断所述特征值是否达到预定的阈值，如果达到预定的阈值，则切换偏压电源输出满足该子过程的偏压功率。本发明还公开了一种等离子体刻蚀工艺的处理装置。本发明提高了整个工艺的稳定性和控制性，得到更小的倾斜角度。

Description

一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于补偿气体输送和偏压功率快速切换时不同步的等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法，其中，该等离子体刻蚀工艺包括两个相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程。
背景技术
近年来，汽车电子、航空航天、通讯、计算机等领域对微电子技术要求提高，要求其更趋向于小型化、超轻超薄、性能可靠、功耗低、多功能和低成本方向发展，从而对刻蚀工艺的要求越来越高。
刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀常采用的为等离子体刻蚀工艺。等离子体是指被电离的气体，主要由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性离子，如原子或游离基，这些活性离子扩散到许可时的部位，在哪里与被刻蚀材料反应，形成挥发性反应物而被去除。
等离子体刻蚀工艺已成为半导体未加工领域的一个重要技术，并且随着对刻蚀工艺的要求越来越高，循环刻蚀成为一大趋势，比如用于硅通孔刻蚀工艺。硅通孔刻蚀工艺是一种采用等离子体干法刻蚀的深硅刻蚀工艺，深硅刻蚀工艺一般采用博士(Bosch)工艺。Bosch工艺是一种改进的等离子体刻蚀工艺。Bosch工艺是在反应离子刻蚀过程中，反复在侧壁上沉积抗蚀层和钝化侧壁，在保护侧壁的条件下，形成高深宽比的沟槽。在沉积过程中，含碳氟等离子体气体通入反应腔中，能够形成氟化碳类高分子聚合物，沉积在侧壁上和底部，起到侧壁钝化的作用。在刻蚀过程中，含氟的气体进入反应腔中，形成等离子体，由于各向异性刻蚀，将底部的保护膜去除，并进一步刻蚀槽底部，而侧壁上的聚合物保护膜在消失殆尽之前又堆积一层保护膜，反复交替进行这一过程，从而实现高深宽比的刻蚀。
Bosch工艺使用SF6作为刻蚀气体，C4F8作为沉积气体。在高深宽比刻蚀中，为了得到更小的倾斜角度，一是通过减少Bosch工艺刻蚀和沉积的时间，并尽可能快地让流量达到预定的阈值，二是通过匹配不同的偏压功率，通SF6气体时进行刻蚀时，需要配合使用高功率偏压电源，增加竖直方向的物理轰击；通C4F8气体时进行沉积时，需要配合低功率偏压电源，减少底部物理轰击。
等离子体光谱检测技术(OES)是目前使用最广泛的终点检测手段。其原理是利用检测等离子体中某种反应性化学基团或挥发性基团所发射波长的光强的变化，来实现终点检测。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态时，伴随着这一过程所发射出来的光线。光线强度变化可以从反应腔室侧壁上的观测孔进行观测。不同原子或分子所激发的光波波长各不相同，光线强度的变化反应出等离子体中原子或分子浓度的变化。在预期的刻蚀终点处可检测到发射光谱的改变，就是检测到的刻蚀终点。根据被检测得到的光线强度变强或变弱的改变，从而对工艺步骤的终点实时监控。
通常的等离子体刻蚀工艺的处理装置中，利用等离子体光谱检测技术形成的等离子体光谱检测仪来进行终点检测，等离子体光谱检测仪通常包含上千个CCD单元的线性阵列，所监控的波长范围从200nm到1100nm，在等离子体光谱检测仪内，经光电转换、电信号的A/D转换及复杂的数字信号处理后得到数据，再将这些数据送到相应的应用软件处理后就可实时观测等离子体变化的等离子体光谱谱图。
例如，在Bosch工艺中，利用时间控制模块控制沉积或刻蚀过程，利用等离子体光谱检测仪对工艺过程进行终点检测。在刻蚀或沉积过程交替进行过程中，由时间控制模块同时控制输气阀和偏压电源的开启，然而，由于射频功率切换和气体输送的延迟时间不同，分别为一百毫秒以下和0.4-0.8秒，较大的延迟时间差造成在射频电源开启和气体输送之间产生较大的异相位，由于气体进入到等离子腔中的浓度，不可能在开始就达到所要求的值，如果这时候施加了满足要求的偏压功率，则不能很好地形成所需的等离子体，导致沉积或刻蚀工艺子过程的工艺质量和稳定性下降，影响到整个工艺的质量和稳定性，比如对图案的刻蚀控制和ER控制等变得困难。
图1为现有技术中的一个等离子体工艺腔室的结构示意图。如图1所示，等离子体工艺腔室10具有一个处理腔体11，处理腔体11基本上为柱形，且处理腔体11的侧壁基本上垂直，处理腔体11的顶部设置上电极12。处理腔体11内的底部设置基座13，基座13内设置静电夹盘131和下电极132；在静电夹盘131上方放置待要加工的基片W，该基片W可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。其中，所述静电夹盘131用于夹持基片W。通常，在上电极12与下电极132之间的区域为处理区域P，该区域P将形成高频能量以点燃和维持等离子体。工艺条件辅助单元包括第一输气管路14、第二输气管路15、偏压电源17；其中，第一输气管路包含通过管道连接的第一质量流量控制器141和第一输气阀142，其中，第一质量流量控制器141的出气端与第一输气阀142的进气端，第一质量流量控制器141的进气端连接沉积步骤中的气体源143(C4F8气体源)，第一输气阀142的出气端通过输气管道140将沉积步骤中的气体输送至处理腔体11；第二输气管路15包含通过管道连接的第二质量流量控制器151和第二输气阀152，其中，第二质量流量控制器151的出气端与第二输气阀152的进气端，第二质量流量控制器151的进气端连接刻蚀步骤中的气体源153(SF6气体源)，第一输气阀152的出气端与第一输气阀142的出气端合并后通过输气管道140将刻蚀步骤中的气体输送至处理腔体11；偏压电源17与下电极132连接。
如图1所示，一般质量流量控制器(MFC)的响应速度至少为0.5s，而MFC后端的气动阀(普通的气动阀)开、关速度更长。当刻蚀和沉积切换的时间减少到0.3s或更小时，MFC和普通的气动阀已经不能满足要求。再者，随着Bosch工艺刻蚀和沉积时间的不断缩短，该时间可能远远小于气体从MFC出发到达反应腔的传输时间。在第一质量流量控制器141打开的时候，第一输气阀142同时打开，第二输气阀152关闭，此时打开低功率偏压电源，实际上，C4F8气体和低功率偏压电源是不匹配的，同理，在第二质量流量控制器151打开的时候，第二输气阀152同时打开，第一输气阀142关闭，此时打开高功率偏压电源，实际上，SF6气体和高功率偏压电源是不匹配的。第一质量流量控制器141和第二质量流量控制器151的响应速度一般大于0.5s，第一输气阀142和第二输气阀152的响应速度一般1s左右。在Bosch工艺中为了得到更小的倾斜角度，需要尽可能地减少SF6气体和C4F8气体的切换时间。当切换时间小于0.3s时，MFC和气动阀的响应速度已经达不到要求。
如图2所示，显示了Bosch工艺中气体输送和偏压功率切换的不同步现象。
此外，在其他包含快速转换的循环刻蚀工艺中，也会存在气体输送和所施加的偏压电源切换不同步的现象。
因此，需要一种方法能够补偿循环刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换的不同步现象，从而促进气体输送和偏压功率切换达到同步，进一步提高整个工艺的稳定性和可控性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法，能够有效提高整个工艺的稳定性和可控性，得到更小的倾斜角度。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种等离子体刻蚀工艺的处理装置，所述刻蚀工艺包括两个相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程，所述装置包含等离子工艺腔和工艺条件辅助单元，其特点是，所述辅助单元包括：
第一输气管路，用于向所述等离子工艺腔输送沉积步骤中的气体；
第二输气管路，用于向所述等离子工艺腔输送刻蚀步骤中的气体；
抽气管路，用于抽取所述等离子工艺腔内的沉积步骤结束后的气体和刻蚀步骤结束后的气体，并通过第一支路连接至第一输气管路，通过第二支路连接至第二输气管路；
偏压电源，用于提供所述沉积工艺子过程中的偏压功率或提供所述刻蚀工艺子过程中的偏压功率；
时间控制模块，用于控制所述沉积或刻蚀工艺子过程的时间，以及第一输气管路、第二输气管路、抽气管路的启闭切换，其中，刻蚀和沉积工艺子过程的时间长度小于0.5秒；
检测模块，包括：
检测单元，用于检测在所述沉积步骤或刻蚀工艺子过程中进入所述等离子工艺腔内气体浓度所形成的特征值；
切换单元，通过所述特征值判断所述沉积或刻蚀工艺子过程中进入所述等离子工艺腔内气体种类和浓度，并根据气体种类和浓度，切换所述偏压电源输出满足所述沉积或刻蚀工艺子过程的偏压功率。
所述的第一输气管路包含通过管道连接的第一质量流量控制器和第一输气阀，其中，第一质量流量控制器的出气端与所述的第一输气阀的进气端，所述的第一质量流量控制器的进气端连接沉积步骤中的气体源，所述的第一输气阀的出气端通过输气管道将沉积步骤中的气体输送至所述等离子工艺腔；所述的第二输气管路包含通过管道连接的第二质量流量控制器和第二输气阀，其中，第二质量流量控制器的出气端与所述的第二输气阀的进气端，所述的第二质量流量控制器的进气端连接刻蚀步骤中的气体源，所述的第一输气阀的出气端与所述的第一输气阀的出气端合并后通过输气管道将刻蚀步骤中的气体输送至所述等离子工艺腔。
所述的抽气管路包含排气泵，在所述等离子工艺腔的底部设置有排气通道，使用排气泵能够将等离子工艺腔内的沉积步骤结束后的气体和刻蚀步骤结束后的气体经由这些排气通道抽出，所述的排气泵的出气端通过第一支路连接至第一输气阀的进气端，通过第二支路连接至第二输气阀的进气端，并且，在第一支路上设置有第一抽气阀，在第二支路上设置有第二抽气阀。
所述的第一输气阀、第二输气阀、第一抽气阀及第二抽气阀均为ALD气动阀。
所述检测模块中的检测单元包括等离子体光谱检测仪，所述等离子工艺腔的侧壁上具有一个石英窗，所述等离子体光谱检测仪透过所述石英窗检测输送进工艺腔内气体的特征值，其中，所述特征值为进入所述工艺腔内所述气体的特征谱中特征峰的强度。
一种等离子体刻蚀工艺的处理方法，应用于上述的处理装置中，其包括相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程，其特点是，所述沉积和刻蚀工艺子过程具体包括如下步骤：
在所述沉积工艺子过程中：
步骤S102：所述时间控制模块控制开启所述第一输气管路输入在所述沉积工艺子过程中所需气体，同时关闭所述第二输气管路及第一支路；
步骤S104：所述检测模块的检测单元检测在所述等离子体工艺腔内的气体的浓度所形成的特征值；
步骤S106：所述切换单元，根据所述特征值判断进入等离子体工艺腔内气体种类和浓度，当所述特征值达到预定的阈值时，切换所述偏压电源输出所述沉积工艺子过程的偏压功率；以及
在所述刻蚀工艺子过程中：
步骤S202：所述时间控制模块控制开启所述第二输气管路输入在所述刻蚀工艺子过程中所需气体，同时关闭所述第一输气管路及第二支路；
步骤S204：所述检测模块的检测单元检测在所述等离子体工艺腔内气体浓度所形成的特征值；
步骤S206：所述切换单元，根据所述特征值判断进入等离子体工艺腔内气体种类和浓度，当所述特征值达到预定的阈值时，切换所述偏压电源输出所述刻蚀工艺子过程的偏压功率；
其中，所述沉积和刻蚀工艺子过程的时间长度小于0.5秒。
所述的特征值为进入所述工艺腔内所述气体的特征谱中的特征峰的强度。
所述沉积工艺子过程气体包括含碳氟气体，所述刻蚀工艺子过程气体包括含氟气体。
所述的特征值为输入气体的等离子体光谱的特征谱中特征峰的强度。
所述得刻蚀工艺为硅通孔刻蚀工艺。
所述的硅通孔工艺为博世工艺。
所述的沉积工艺子过程的偏压功率为第一功率，所述刻蚀工艺子过程的偏压功率为第二功率，且第二功率大于第一功率。
本发明一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法与现有技术相比具有以下优点：本发明将气体输送和偏压功率切换分别由时间控制模块和检测模块控制，通过检测模块监控通入工艺腔内气体的变化状态，即气体的种类和浓度，可以更加精确的控制偏压功率切换时间，从而克服了气体输送和偏压功率切换的延迟时间不同所造成的不同步现象，提高了整个工艺的稳定性和控制性，得到更小的倾斜角度；通过开关第一输气阀和第一抽气阀，实现输送C4F8气体；通过开关第二输气阀和第二抽气阀，实现输送SF6气体；第一输气阀、第一抽气阀、第二输气阀、第二抽气阀均为响应速度只有5ms的ALD气动阀，同时，增加抽气管路抽走用过的反应气体及副产品气体，减少SF6和C4F8的切换速度，保证短时间内管路和等离子体工艺腔室内的气体流量就达到预设的阈值。
附图说明
图1为现有技术中的一个等离子体工艺腔室的结构示意图，其使用是根据现有技术中的的补偿方法；
图2为Bosch工艺中气体输送和偏压功率切换的不同步示意图；
图3为本发明的一个较佳实施例的等离子体处理腔室的示意图，其使用是根据本发明的一个较佳实施例的补偿方法；
图4为本发明的上述较佳实施例补偿循环等离子体刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换不同步的方法的流程示意图。
图5为本发明的实施例效果图；
图6为现有技术中开关MFC的响应速度为0.5S的情况下的气体流量示意图；
图7为本发明中开关MFC的响应速度为0.3S的情况下的气体流量示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。
通常情况下，刻蚀工艺包括两个相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程，本发明的等离子体刻蚀工艺的处理装置，用于补偿循环刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换不同步的问题，该装置包含等离子工艺腔和工艺条件辅助单元。在本发明中，等离子工艺腔可以采用任何种类的，不做任何限定。
图3为本实施例中的一个等离子体工艺腔室的结构示意图。图3与图1相比，在处理腔体11的底部设置有排气通道，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出等离子体工艺腔室10，还设有抽气管路16，抽气管路16上设有排气泵161，使用排气泵161能够将处理腔体11内用过的反应气体及副产品气体抽出等离子体工艺腔室10，所述的排气泵161的出气端通过第一支路162连接至第一输气阀142’的进气端，通过第二支路163连接至第二输气阀152’的进气端，并且，在第一支路162上设置有第一抽气阀1621，在第二支路163上设置有第二抽气阀1631；检测模块中的检测单元包括等离子体光谱检测仪18(OES)，处理腔体11的侧壁上具有一个石英窗，所述等离子体光谱检测仪18透过所述石英窗检测输送进等离子体工艺腔室10内气体的特征值，其中，所述特征值为进入所述等离子体工艺腔室10内所述气体的特征谱中特征峰的强度。
在本实施例中，检测模块的检测单元可以是等离子体光谱检测仪，本实施例中以等离子体检测仪进行解释说明，这不用于限制本发明的范围。反应气体包括沉积工艺子过程中的气体和刻蚀工艺子过程中的气体。通常情况下,沉积工艺子过程气体包括含碳氟气体，刻蚀工艺子过程气体包括含氟气体。在本实施例中，含碳氟气体为C4F8，含氟气体为SF6。
本发明与现有技术相比，在工艺条件辅助单元中将第一输气阀、第二输气阀由普通气动阀替换为ALD气动阀，ALD气动阀的响应速度只有5ms；增加抽气管路16及等离子体光谱检测仪18；抽气管路16中的第一抽气阀1621及第二抽气阀1631均为ALD气动阀；第一输气管路14和第二输气管路15的位置不做限定。
上述图3所示为本实施例中的等离子体刻蚀装置示意图，仅为解释本实施例，不用于限制本发明的范围。
现结合附图3～5，通过具体实施例对本发明的补偿刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换不同步的等离子体刻蚀装置的辅助单元和方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。
本发明中，采用的刻蚀工艺可以但不限于是硅通孔刻蚀工艺，采用的刻蚀硅通孔的方法可以但不限于是博世工艺。本实施例中，采用博世工艺用以进一步详细解释说明本发明，其它不一一赘述。
本实施例的博世工艺中，采用的偏压电源为射频电源为例进行解释说明，包括沉积和刻蚀工艺两个工艺子过程，但这不用于限制本发明的范围。
沉积工艺子过程中所需的工艺气体和刻蚀工艺子过程中所需的工艺气体分别从气体源143和153中被输入至处理腔体11内。在本实施例中，第一输气管路14用于向处理腔体11内输送沉积工艺子过程中的气体；第二输气管路15用于向处理腔体11内输送刻蚀工艺子过程中的气体。
偏压电源用于提供沉积工艺子过程中的偏压功率或提供刻蚀工艺子过程中的偏压功率。本发明实施例中，偏压电源可以是射频电源，本实施例中，以射频电源为例进行解释说明，但这不用于限制本发明的范围。
如图3所示，射频电源17可以施加在上电极12与下电极132上，用以将射频电源，从而在处理腔体11内部产生大的电场。众所周知，大多数电场线被包含在上电极12和下电极132之间的处理区域P内，此电场对少量存在于处理腔体11内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体11内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、沉积工艺子过程等。
我们知道，沉积或刻蚀工艺子过程的时间是不同的，且沉积或刻蚀工艺子过程中所输入的气体也是不同的，时间控制模块用于控制沉积或刻蚀工艺子过程的时间切换，并且，在时间切换的同时，进行第一输气管路14、第二输气管路15、抽气管路16的启闭切换。也就是说，当时间控制模块控制从沉积工艺子过程转换到刻蚀工艺子过程转换的同时，关闭了第一输气管路14、第二支路163，停止输入沉积工艺子过程中所输入的气体，开启了第二输气管路15，向处理腔体11内部输入刻蚀工艺子过程中所输入的气体；在本实施例中，第一输气管路14、第二输气管路15启闭切换的时间间隔为0.3s。
在通常情况下，由于沉积工艺子过程中的偏压功率或提供所述刻蚀工艺子过程中的偏压功率是不同的，在本实施例中，沉积工艺子过程的射频电源的功率可以为50W，刻蚀工艺子过程的射频电源的射频功率可以为100W。
时间控制模块也控制了沉积工艺子过程中的偏压功率或提供所述刻蚀工艺子过程中的偏压功率的切换。如背景技术中所述，时间控制模块受控于终点检测手段，由于气体输入存在延迟，而且射频功率的延迟时间小于气体输入的延迟时间，气体进入到等离子腔中的浓度，不可能在开始就达到所要求的值，如果这时候施加了满足要求的偏压功率，不能很好地形成所需的等离子体，导致沉积或刻蚀工艺子过程的工艺质量和稳定性下降。
为了很好地解决上述问题，在本发明的实施例中，增加了检测模块，该模块包括检测单元和切换单元，检测单元用于检测在沉积步骤或刻蚀工艺子过程中进入所述处理腔体11内部气体所形成的等离子体光谱的特征值；切换单元通过所述特征值判断沉积或刻蚀工艺子过程中进入处理腔体11内部气体种类和浓度，并根据气体种类和浓度，切换所述偏压电源输出满足所述沉积或刻蚀工艺子过程的偏压功率。在本发明中，任何一种可以检测出输入处理腔体11内部气体的种类和浓度的检测设备，均可适用于本发明，在本实施例中，采用了等离子体光谱检测技术。
等离子体光谱检测技术原理是利用检测等离子体中某种反应性化学基团或挥发性基团所发射波长的光强的变化，来实现气体性能的检测，例如，气体的种类和浓度。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态时，不同原子或分子所激发的光波波长各不相同。
等离子体光谱检测仪通常包含上千个CCD单元的线性阵列，在等离子体光谱检测仪内，经光电转换、电信号的A/D转换及复杂的数字信号处理后得到数据，再将这些数据送到相应的应用软件处理后就可实时观测等离子体变化的等离子体光谱谱图，等离子体光谱谱图中的光线强度等特征值的变化能反应出等离子体中原子或分子浓度的变化。
在实际使用中，等离子体工艺腔室10的侧壁上可以具有一个石英窗，等离子体光谱检测仪可以包括一台等离子光谱发射仪，其放置于等离子体工艺腔室10外，透过所述石英窗检测输送进处理腔体11内部气体的特征值，其中，特征值为特征谱中特征峰的强度。需要说明的是，如果本实施例中终点检测手段采用的是等离子体光谱检测技术，那么，本实施例中的检测模块中的检测单元可以合并采用终点检测手段中的等离子光谱发射仪，所不同的是，后续处理等离子体光谱谱图中的数据方式不同，产生的触发信号和方式不同。
以下结合附图4，对本发明的本实施例的补偿循环刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换不同步的补偿方法做详细说明。
首先，在博世工艺开始时，可以但不限于先进行沉积工艺子过程。沉积工艺子过程中时间控制模块控制气体的输送，检测模块控制沉积过程的射频功率，此时的气体可以但不限于是C4F8。
步骤S102：时间控制模块发出信号，第一输气管路14打开，同时第二输气管路15、第一支路162关闭，C4F8气体进入处理腔体11内；即打开第一输气阀142’，关闭第二输气阀152’、第一抽气阀1621。
步骤S104：检测模块的检测单元检测处理腔体11内部气体浓度所形成的特征值，本发明中的特征值可以输入气体的特征峰的强度等，根据特征值的峰值强度，可以判断出输入气体的种类和浓度。在本实施例中该特征值为输入气体的等离子体光谱的特征峰的强度。
步骤S106：当判断气体的特征谱中的特征值达到预定的阈值时，例如，处理腔体11内部C4F8气体的浓度达到了80％，切换单元控制射频电源，改变射频功率为沉积工艺子过程的射频功率。在本实施例中当切换单元判断等离子体光谱的特征谱中显示的特征峰强度达到预定阈值时，将通过控制射频电源来改变射频功率为沉积过程的射频功率；需要说明的是，这里的预定阈值根据实际工艺中气体达到工艺腔内时等离子体光谱的特征谱线的强度(即气体浓度达到了预定的阈值)，本实施例的沉积工艺子过程中，选用F的703nm的特征谱线。
本实施例中，沉积工艺子过程的射频功率可以但不限于为50W，射频功率变为沉积工艺子过程的射频功率后，气体中的等离子体的稳定时间可以但不限于为0.2-0.4秒，这不用于限制本发明的范围。
然后，可以但不限于进行刻蚀工艺子过程。刻蚀工艺子过程中时间控制模块控制气体的输送，检测模块控制刻蚀工艺子过程的射频功率切换，此时的气体可以但不限于是SF6。
步骤S202：时间控制模块分别向沉积工艺子过程和刻蚀工艺子过程的第一输气管路14、第二输气管路15、抽气管路16发出信号，然后沉积过程的第一输气管路14关闭，第一支路162打开，而刻蚀过程的第二输气管路15打开，第二支路163关闭，此时，SF6气体进入处理腔体11内部；即打开第二输气阀152’、第一抽气阀1621，关闭第一输气阀142’、第二抽气阀1631。
步骤S204：检测模块的等离子体光谱检测仪监控工艺腔内气体浓度所形成的特征值，本发明中的特征值可以是输入气体的特征峰的强度等。在本实施例中该特征值为输入气体的等离子体光谱的特征峰的强度，这样就可以通过检测气体的特征值来判断处理腔体11内部气体的种类和浓度。
步骤S206：当判断气体的特征谱中的特征值达到预定的阈值时，例如，处理腔体11内部SF6的浓度达到了80％，切换单元控制射频电源，改变射频功率为刻蚀工艺子过程的射频功率；
其中，所述沉积和刻蚀工艺子过程的时间长度小于0.5秒。
在本实施例中当切换单元判断等离子体光谱的特征谱中显示的特征峰强度达到预定阈值时，将通过控制射频电源来改变射频功率为刻蚀过程的射频功率。需要说明的是，这里的预定阈值根据实际工艺中气体达到工艺腔内时等离子体光谱的特征谱线的强度(即气体浓度达到了预定的阈值)，本实施例的沉积工艺子过程中，选用F的703nm的特征谱线。
本实施例中，刻蚀工艺子过程的射频功率可以但不限于为100W，射频功率变为刻蚀工艺子过程的射频功率后，气体中的等离子体的稳定时间可以但不限于为0.2-0.4秒，这不用于限制本发明的范围。
本实施例中，如图5所示，使用OES检测等离子体工艺腔室10内的等离子成分，当采集到F的光谱强度时，打开100w的射频功率，当采集到CF2的光谱强度时，打开50w的射频功率。F主要由SF6提供，参与刻蚀过程，CF2由C4F8提供，参与沉积过程；这样可以完全匹配等离子成分和射频功率，间隔0.3s，CF2和F交替出现，从而进一步改善高深宽比特征的倾斜角度。
为了更好的说明本发明的效果，请参阅图6和图7，图6显示了在现有技术中开关MFC的相应速度为0.5S的情况下，142中的气流从零逐渐增加到最大值需要0.5S，随后第一输气阀142串联的MFC关闭，同时第二输气阀152中气流开始增加有0.1s时间是两种气流混合的，这还是开关时间在0.5S情况下的示意图，有20％的时间是两种气体混合供应的。如果要达到0.3S的气体切换时间则MFC中流出的气体还没达到最大值就已经需要关闭了，而且1/3的开通时间里是两种气体混合进入处理腔体内的。这时候本发明如果要用反应气体的光谱来确定进入反应腔的具体成分就变成很困难，因为有大量时间(1/3)没法确定处理腔体内所进行的工艺，也就没法施加合适的偏压功率到处理腔体内。再如图7所示，本发明中的第一输气阀142’因为采用了ALD气动阀门，切换时间降低到5ms，相对0.3s的反应时间来说基本可以忽略不计其所占的比例，所以本发明才能够实现利用通入反应腔内的气体光谱来确定当前在进行的反应。
在本实施例中，依此反复进行上述沉积和刻蚀工艺子过程，直至形成硅通孔。但这不用于限制本发明的范围。
综上所述，本发明提供的补偿刻蚀工艺中气体输送和偏压功率不同步的等离子体刻蚀工艺的处理装置及刻蚀方法，利用检测模块控制偏压功率的改变，时间控制模块控制气体的输送，从而促进了气体输送和偏压功率切换达到同步，提高了整个工艺的稳定性和可控性。
以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种等离子体刻蚀工艺的处理装置，所述刻蚀工艺包括两个相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程，所述装置包含等离子工艺腔和工艺条件辅助单元，其特征在于，所述辅助单元包括：
第一输气管路，用于向所述等离子工艺腔输送沉积步骤中的气体；
第二输气管路，用于向所述等离子工艺腔输送刻蚀步骤中的气体；
抽气管路，用于抽取所述等离子工艺腔内的沉积步骤结束后的气体和刻蚀步骤结束后的气体，并通过第一支路连接至第一输气管路，通过第二支路连接至第二输气管路；
偏压电源，用于提供所述沉积工艺子过程中的偏压功率或提供所述刻蚀工艺子过程中的偏压功率；
时间控制模块，用于控制所述沉积或刻蚀工艺子过程的时间，以及第一输气管路、第二输气管路、抽气管路的启闭切换，其中，刻蚀和沉积工艺子过程的时间长度小于0.5秒；
检测模块，包括：
检测单元，用于检测在所述沉积步骤或刻蚀工艺子过程中进入所述等离子工艺腔内气体浓度所形成的特征值；
切换单元，通过所述特征值判断所述沉积或刻蚀工艺子过程中进入所述等离子工艺腔内气体种类和浓度，并根据气体种类和浓度，切换所述偏压电源输出满足所述沉积或刻蚀工艺子过程的偏压功率。
2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述的第一输气管路包含通过管道连接的第一质量流量控制器和第一输气阀，其中，第一质量流量控制器的出气端与所述的第一输气阀的进气端，所述的第一质量流量控制器的进气端连接沉积步骤中的气体源，所述的第一输气阀的出气端通过输气管道将沉积步骤中的气体输送至所述等离子工艺腔；
所述的第二输气管路包含通过管道连接的第二质量流量控制器和第二输气阀，其中，第二质量流量控制器的出气端与所述的第二输气阀的进气端，所述的第二质量流量控制器的进气端连接刻蚀步骤中的气体源，所述的第一输气阀的出气端与所述的第一输气阀的出气端合并后通过输气管道将刻蚀步骤中的气体输送至所述等离子工艺腔。
3.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述的抽气管路包含排气泵，在所述等离子工艺腔的底部设置有排气通道，使用排气泵能够将等离子工艺腔内的沉积步骤结束后的气体和刻蚀步骤结束后的气体经由这些排气通道抽出，所述的排气泵的出气端通过第一支路连接至第一输气阀的进气端，通过第二支路连接至第二输气阀的进气端，并且，在第一支路上设置有第一抽气阀，在第二支路上设置有第二抽气阀。
4.如权利要求3所述的处理装置，其特征在于，所述的第一输气阀、第二输气阀、第一抽气阀及第二抽气阀均为ALD气动阀。
5.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述检测模块中的检测单元包括等离子体光谱检测仪，所述等离子工艺腔的侧壁上具有一个石英窗，所述等离子体光谱检测仪透过所述石英窗检测输送进工艺腔内气体的特征值，其中，所述特征值为进入所述工艺腔内所述气体的特征谱中特征峰的强度。
6.一种等离子体刻蚀工艺的处理方法，应用于权利要求1～5中任意一项权利要求所述的处理装置中，其包括相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程，其特征在于，所述沉积和刻蚀工艺子过程具体包括如下步骤：
在所述沉积工艺子过程中：
步骤S102：所述时间控制模块控制开启所述第一输气管路输入在所述沉积工艺子过程中所需气体，同时关闭所述第二输气管路及第一支路；
步骤S104：所述检测模块的检测单元检测在所述等离子体工艺腔内的气体的浓度所形成的特征值；
步骤S106：所述切换单元，根据所述特征值判断进入等离子体工艺腔内气体种类和浓度，当所述特征值达到预定的阈值时，切换所述偏压电源输出所述沉积工艺子过程的偏压功率；以及
在所述刻蚀工艺子过程中：
步骤S202：所述时间控制模块控制开启所述第二输气管路输入在所述刻蚀工艺子过程中所需气体，同时关闭所述第一输气管路及第二支路；
步骤S204：所述检测模块的检测单元检测在所述等离子体工艺腔内气体浓度所形成的特征值；
步骤S206：所述切换单元，根据所述特征值判断进入等离子体工艺腔内气体种类和浓度，当所述特征值达到预定的阈值时，切换所述偏压电源输出所述刻蚀工艺子过程的偏压功率；
其中，所述沉积和刻蚀工艺子过程的时间长度小于0.5秒。
7.如权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述的特征值为进入所述工艺腔内所述气体的特征谱中的特征峰的强度。
8.如权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述沉积工艺子过程气体包括含碳氟气体，所述刻蚀工艺子过程气体包括含氟气体。
9.如权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述的特征值为输入气体的等离子体光谱的特征谱中特征峰的强度。
10.如权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述得刻蚀工艺为硅通孔刻蚀工艺。
11.如权利要求10所述的处理方法，其特征在于，所述的硅通孔工艺为博世工艺。
12.如权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述的沉积工艺子过程的偏压功率为第一功率，所述刻蚀工艺子过程的偏压功率为第二功率，且第二功率大于第一功率。
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