CN110931399A - 一种多种检测功能的rie半导体材料刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，包括：RIE半导体材料刻蚀腔体、气体流量计、质谱‑光谱联用仪、RHEED、原子力显微镜、气体压强计、温度测试仪、翘曲测试仪、X射线衍射仪、射频电源、真空泵、采集板卡、电脑终端。其将光谱检测、质谱检测、XRD检测、原子力显微镜检测、温度、应力、气体流量和压强检测集成于RIE半导体材料刻蚀系统中，提供了一种具备气态/固态/粒子态/等离子态的多维度质量检测功能的反应离子刻蚀原位在线检测系统。该装置测量手段基本实现了覆盖元素、晶格、物质等与缺陷直接相关的信息的监测以及薄膜表面粗糙度、刻蚀深度、深宽比等薄膜信息的检测，实现了低损伤高性能的材料刻蚀过程。

Description

一种多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置

技术领域

本发明属于半导体材料的干法刻蚀技术领域，尤其涉及一种多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置。

背景技术

刻蚀是半导体制造、微电子制造以及微纳制造中极其重要的一步工艺，是半导体材料图形化(pattern)处理的一种重要方式。材料刻蚀水平的优劣直接对半导体器件的性能和寿命等产生重要影响。在半导体材料刻蚀过程中，在线检测技术作为控制材料刻蚀水平的前提，是半导体材料刻蚀技术提升的重要组成部分。要达到刻蚀材料的均匀性、可控性、低损伤、低缺陷等要求，在材料刻蚀过程中，需要对腔室温度、材料组分、材料翘曲、刻蚀速度、气体流量、气体压力等直接影响刻蚀后薄膜性能的参数进行精确控制。

半导体薄膜刻蚀中能量的吸收、传递、转换机制以及缺陷的产生、演化、调控涉及电子密度(等离子体)、原子、分子等动力学。目前，关于半导体薄膜反应离子刻蚀装置的研究已经广泛开展，并取得部分成果，但对于刻蚀过程中的检测与调控的研究尚处于起始阶段，并且检测手段较单一，大都是采用某一种检测方法对刻蚀情况进行检测，检测能力和精度较低。但是，反应离子刻蚀过程本质上是物理作用及化学作用导致的薄膜微观结构的演变过程，结构变化取决于化学键的形成和断裂以及原子的重排过程，这种时间尺度的原子运动最终决定了材料的成型(相变)过程及功能。随着刻蚀功率的提高，反应离子刻蚀导致的不均性也会增加，因此刻蚀功率改变后对刻蚀均匀性的在线监测显得十分必要。

半导体图形化衬底进一步的精细化对刻蚀分辨率提出了更高的要求，因此需要采用多种更先进的测量手段来在线表征这些微观的变化过程，使我们从本质上认识材料反应离子刻蚀的过程，提高检测能力和精度，从而更科学的优化反应离子刻蚀工艺。

目前市场上的设备主要针对刻蚀腔内温度、刻蚀均匀性和材料表面形貌这些参数的测量，在线PL和拉曼检测、XRD检测技术在实验室研究中已经有所应用，但在生产设备上的使用还未见报道。质谱仪、扫面电子显微镜、超快RHEED等未见集成于半导体材料刻蚀系统的报道。质谱仪可以将物质离子化，然后根据不同物质的荷质比进行分离，根据测量的不同离子的谱峰强度检测刻蚀腔内刻蚀气体以及被刻蚀材料的组分，建立刻蚀等离子气体随时间的变化规律，根据其变化趋势可以准确反映出某一时刻内发生的特殊变化，确定气体组分对刻蚀效果的影响关系。但目前并未有集成质谱仪在线检测的半导体薄膜刻蚀设备，且质谱仪对于离子质量过于类相似的物质分辨能力稍差，而光谱仪作为鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的仪器，其具有检测灵敏、迅速等优点。

刻蚀腔内的气体组分及其比例、气体流量及压强对半导体薄膜的刻蚀速率及刻蚀均匀性具有重要作用，气体组分的实时监控可以帮我们更好地理解刻蚀过程中发生的化学刻蚀、物理刻蚀的占比及其对刻蚀变化的影响，掌握其反应机理，优化刻蚀参数。另一种重要的检测仪器RHEED设备，可以通过电子的衍射图案实时监测刻蚀过程，但无法捕获材料结构的瞬间变化信息，利用超快RHEED进行半导体材料刻蚀过程的在线监测，可以实现高时空分辨的检测，确定半导体薄膜刻蚀过程中的吸附及解吸附等过程；原子力显微镜AFM是测量薄膜表面形貌尤其是亚纳米级起伏的常用设备，目前都是在离线状态下进行的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能实现半导体薄膜材料刻蚀过程中对气态、固态、粒子态、等离子态、应力、温度、缺陷、损伤等实时监测，且通过检测结果反馈调节刻蚀参数的装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，包括：

RIE半导体材料刻蚀腔体、气体流量计、质谱-光谱联用仪、RHEED、原子力显微镜、气体压强计、温度测试仪、翘曲测试仪、X射线衍射仪、射频电源、真空泵、采集板卡、电脑终端；

所述RIE半导体材料刻蚀腔体包括若干个密封的透明窗口；

所述的气体流量计、气体压强计、翘曲测试仪均布置于所述RIE半导体材料刻蚀腔体的顶部；

所述X射线衍射仪安装于所述RIE半导体材料刻蚀腔体的两侧；

所述RHEED设置于所述RIE半导体材料刻蚀腔体上；

所述原子力显微镜集成于所述RIE半导体材料刻蚀腔体内；

所述温度测试仪布置于所述RIE半导体材料刻蚀腔体的侧壁；

所述的射频电源、真空泵设置于所述RIE半导体材料刻蚀腔体的底部；

所述质谱-光谱联用仪包括电感耦合等离子体质谱仪、电感耦合光谱仪、分析设备；

所述的电感耦合光谱仪、分析设备均置于所述RIE半导体材料刻蚀腔体外，所述电感耦合等离子体质谱仪设置于RIE半导体材料刻蚀腔体的内。

所述电脑终端与所述采集板卡通过导线连接；所述采集板卡分别与所述的RIE半导体材料刻蚀腔体、气体流量计、质谱-光谱联用仪、RHEED、原子力显微镜、气体压强计、温度测试仪、翘曲测试仪、X射线衍射仪、射频电源、真空泵通过导线依次连接；

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合光谱仪的集成采用集成共用材料气化至等离子体产生装置，通过将电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合光谱仪的检测模块合理布置实现质谱-光谱的集成。

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，X射线衍射仪包括入射模块和接收模块，分别安装于RIE半导体材料刻蚀腔体的两侧，并通过透明窗口入射到被刻蚀材料的表面。

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，温度测量仪采用单相机比色测温系统，通过透明窗口检测刻蚀材料或者刻蚀腔的表面温度，实现对刻蚀腔内的温度实时监控。

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，翘曲测量仪检测光路通过透明窗口进行传输。

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，RHEED包括超快RHEED或RHEED；超快RHEED的电子枪与荧光成像窗口分别布置在刻蚀腔体两侧；电子枪以非常小的能量将单能电子掠入射到被刻蚀材料表面，通过荧光屏上衍射斑点的形貌获得薄膜厚度，组分以及晶体生长机制信息。

在上述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置中，原子力显微镜的原子力显微镜探针及悬臂梁部分集成于RIE半导体材料刻蚀腔体内，用于刻蚀过程中薄膜表面形貌的原位测量。

本发明的具体工作方式为：

质谱-光谱联用仪通过对RIE半导体材料刻蚀腔体室内的反应气体等离子体化后进行组分及比例的分析；X射线衍射仪利用晶体产生衍射图谱，反映了晶体内部原子的排列方面的信息确定晶体的种类、相成分等一系列信息；气体压强计用于实时监测RIE半导体材料刻蚀腔体内的真空度；气体流量仪用于实时监测RIE半导体材料刻蚀腔体内的气体注入的流量和流速均匀性；原子力显微镜通过悬臂梁探针对薄膜的表面形貌及力曲线进行测量；翘曲测试仪通过摄像头高速采集被刻蚀材料的形貌图片进行对比，获得形貌变化的对比结果，确定刻蚀后的翘曲情况；温度测试仪可以实时监测刻蚀过程中材料的温度变化。

本发明的有益效果：

本发明将RHEED检测、质谱-光谱检测、XRD微结构检测、原子力显微镜检测、温度和应力检测等检测功能集成于半导体材料刻蚀装备中，提供了一种具备多维度(气态/固态/粒子态/等离子态)质量在线检测功能的半导体薄膜刻蚀系统，以确保被刻蚀材料的刻蚀均匀性以及材料性能达到最优。

本发明的具有多种在线检测功能的半导体材料刻蚀系统可以集成以上全部的检测方式，也可以部分集成。实现了对被刻蚀材料表面形貌、表面粗糙度、材料刻蚀过程中组分变化、刻蚀深度、刻蚀缺陷等的在线监测，提高刻蚀速度与均匀性，实现低损伤高性能的材料刻蚀过程。

本发明集成超快RHEED，但不排除使用普通RHEED；本发明将原子力显微镜集成于半导体材料刻蚀系统内，通过在密封腔内对半导体薄膜刻蚀过程的表面形貌进行在线测量，实现在刻蚀过程中对材料的表面形貌、力曲线的在线监测，同时避免薄膜受到外界环境的污染。

附图说明

图1为本发明一个实施例多种在线检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置结构示意图；

图中，1-RIE半导体材料刻蚀腔体、2-气体流量计、3-质谱-光谱联用仪、4-RHEED、5-原子力显微镜AFM、6-气体压强计、7-温度测试仪、8-翘曲测试仪、9-X射线衍射仪XRD、10-射频电源、11-真空泵、采集板卡12、电脑终端13；

图2为本发明一个实施例电感耦合等离子体质谱-光谱联用仪结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例采用以下技术方案来实现，如图1所示，多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，包括：RIE半导体材料刻蚀腔体1，气体流量计2，质谱-光谱联用仪3，超快RHEED4，原子力显微镜AFM5，气体压强计6，温度测试仪7，翘曲测试仪8，X射线衍射仪XRD9，射频电源10，真空泵11、采集板卡12、电脑终端13；

RIE半导体材料刻蚀设备可用于亚微米及以下尺寸的半导体材料刻蚀。

质谱检测技术作为一种高精度的物质成分及比例检测方法应用广泛，测量范围可达10^-6at％～100at％。光谱检测技术经感应线圈产生高频电磁场，使气化物质形成等离子体，通过检测等离子体发出的光信号，形成对元素的监测过程，但在电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合光谱仪的检测过程中均通过在ICP矩管后接检测器实现对应功能，故本实施例将电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合光谱仪集成共用材料气化至等离子体产生装置，通过将二者的检测模块合理布置实现质谱-光谱的集成。从而提高了集成度、降低了对被刻蚀薄膜材料的检测损伤，该质谱-光谱联用仪分布在刻蚀腔体内的部分对刻蚀材料进行等离子体激发，并通过信号传处理系统将一系列的信号提取利用计算机分析实现对材料成分、损伤、均匀性的在线监测。质谱-光谱联用仪还可实现对刻蚀过程腔室内的反应气体等离子体化后进行组分及比例的分析，实现对刻蚀腔内气体组分的在线检测，保证反应刻蚀腔体内气体的纯净，降低刻蚀污染。其中激光诱导发射同时该光谱仪也可直接检测刻蚀气体等离子化的分布均匀性。

所述电脑终端与所述采集板卡通过导线连接；所述采集板卡分别与所述的RIE半导体材料刻蚀腔体、气体流量计、质谱-光谱联用仪、RHEED、原子力显微镜、气体压强计、温度测试仪、翘曲测试仪、X射线衍射仪、射频电源、真空泵通过导线依次连接；

RIE半导体材料刻蚀腔体、气体流量计、质谱-光谱联用仪、RHEED、原子力显微镜、气体压强计、温度测试仪、翘曲测试仪、X射线衍射仪、射频电源、真空泵、采集板卡、电脑终端；

本实施例质谱-光谱联用仪为等电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合等离子体光谱仪的改进设计，其通过合理布置质谱和光谱检测装置共用气化及激发等离子体部件实现检测装置的轻量化，并且可以通过二者的检测结果进行对比验证，保证分析结果的准确性。

光谱检测装置可以置于RIE半导体材料刻蚀腔体1外，通过密封的透明窗口进行射线传输；质谱检测装置的等离子体接收部分置于RIE半导体材料刻蚀腔体1内，通过合理布置腔体可将分析设备布置于RIE半导体材料刻蚀腔体1外，降低腔室内空间的占用。

质谱-光谱联用仪还可以实现对RIE半导体材料刻蚀腔体1内的反应气体等离子体进行检测，分析RIE刻蚀时RIE半导体材料刻蚀腔体1内的气体组分及比例，实现对RIE半导体材料刻蚀腔体1内气体成分的监测，确保不引入其他非刻蚀等离子气体，降低材料被污染的几率，为反应离子刻蚀过程提供定量分析指导。

XRD即X射线衍射，它是一种晶体检测方法，X射线打在原子周期排列的晶体上时会产生衍射图谱，衍射图谱反映了晶体内部原子的排列方面的信息，不同晶体的原子排列方式是不同的，因此，通过衍射图谱就能确定晶体的种类、相成分等一系列信息。本实施例将X射线衍射仪9的入射模块与检测模块分别安装于RIE半导体材料刻蚀腔体1的两侧，X射线通过在RIE半导体材料刻蚀腔体1上安装的透明窗口进行传输，X射线以大于全反射角固定的角度入射到被刻蚀材料的表面，可以实时检测刻蚀表面的粗糙度、薄膜的厚度及应力，X射线扫描工作可以实时检测薄膜的损伤、晶格缺陷等信息。

X射线衍射仪9安装于RIE半导体材料刻蚀腔体1外，并通过透射窗口入射到被刻蚀材料表面，其接收器密封安装于RIE半导体材料刻蚀腔体1上或安装于密封的RIE半导体材料刻蚀腔体1的透明窗口外。

X射线衍射仪9为了实现实时检测功能，XRD以特定的角度入射被刻蚀材料表面，并以特定的角度接收，通过在刻蚀过程中检测材料表面反射率的变化来反映被刻蚀材料厚度以及表面粗糙度的变化。

X射线衍射仪9可以实现材料刻蚀过程的原位X射线表征测试技术，包括X射线衍射，X射线CTR散射(晶体截断面)和X射线反射率等。

X射线衍射仪9用于在线检测被刻蚀材料的晶格结构，从而监测缺陷的形成过程，为设备优化以及降低缺陷及刻蚀损伤提供指导。同时可用于监测残余应力。

本实施例装置集成了温度测试仪7用于RIE半导体材料刻蚀腔体1内温度检测，采用单相机比色测温系统，通过透明照射窗口检测刻蚀材料或者刻蚀腔的表面实现对RIE半导体材料刻蚀腔体1内的温度实时监控。同时监测RIE半导体材料刻蚀腔体1内刻蚀等离子体的温度变化。

本实施例装置集成了翘曲测试仪8，翘曲测试仪安装于RIE半导体材料刻蚀腔体1顶部位置，检测光路通过透明窗口进行传输，对材料刻蚀中的翘曲进行在线检测，并可推导出材料中的残余应力，可将计算结果与XRD残余应力分析结果进行对比验证。

残余应力和温度检测可通过CFD(计算流体动力学)和应力模型进行耦合仿真预测刻蚀结果。

RIE半导体材料刻蚀腔体1内集成的气体流量计2和气体压强计6主要用于检测刻蚀腔体内的反应气体与压强的均匀性，气体流量计2与气体压强计6布置于RIE半导体材料刻蚀腔体1顶部，便于观测及调节，并通过实验确定其与不同半导体材料刻蚀过程中刻蚀均匀性与刻蚀速率的对应关系，优化刻蚀工艺参数。

气体压强计用于实时监测RIE半导体材料刻蚀腔体1内部的真空度，确保等离子体刻蚀的速度以及降低刻蚀材料表面粗糙度。

气体流量仪用于实时监测RIE半导体材料刻蚀腔体1内的气体注入的均匀性，实时监测刻蚀材料不同位置的刻蚀气体浓度变化以调节相应区域的气流输入，使刻蚀材料不同部位的刻蚀气体消耗与供给一致，确保刻蚀均匀性及刻蚀速率一致。

所有在线检测测量点可以是刻蚀晶体上的任意点，更多用于检测材料被刻蚀晶体边缘及沟槽。

原子力显微镜5(AFM)与RIE半导体材料刻蚀腔体1集成在一起，其中原子力显微镜5探针及悬臂梁部分集成于RIE半导体材料刻蚀腔体1内，减少刻蚀中的半导体材料转运过程，降低被刻蚀材料被外界环境污染几率，实现在刻蚀过程中薄膜表面形貌的原位测量。原子力显微镜5用于对薄膜的表面形貌及力曲线进行测量，AFM集成于刻蚀密封腔内，可以减少刻蚀中的材料转运过程，降低被刻蚀材料被外界环境污染几率，实现刻蚀过程中材料表面形貌、刻蚀深度均匀性的在线检测。

本实施例测量手段基本实现了覆盖元素、晶格、物质等与缺陷直接相关的信息的监测以及薄膜表面粗糙度、刻蚀深度、深宽比等薄膜信息的检测。同时通过RIE半导体材料刻蚀腔体1内部温度和压强等的检测、系统分析、优化刻蚀参数、提高刻蚀速度与均匀性，实现低损伤高性能的材料刻蚀过程。但并不局限于以上几种在线实时检测手段。

具体实施时，图1所示，为本实施例中半导体材料反应离子刻蚀RIE系统的结构示意图，图2所示，为本实施例中质谱-光谱联用仪的联用设计结构示意图。多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置基本结构包括：RIE半导体材料刻蚀腔体1，气体流量计2，质谱-光谱联用仪3，超快RHEED4，原子力显微镜AFM5，气体压强计6，温度测试仪7，翘曲测试仪8，X射线衍射仪XRD9，射频电源10，真空泵11。但不仅限于上述结构。

该装置为结合RIE半导体材料刻蚀腔体1和多种检测设备的复合刻蚀腔，其中，集成了气体流量计2；质谱-光谱联用仪3；超快RHEED4；原子力显微镜(AFM)5；气体压强计6；温度测试仪7；翘曲测试仪8；X射线衍射仪(XRD)9；射频电源10；真空泵11。

并且，在RIE半导体材料刻蚀腔体1中，半导体材料在刻蚀过程中可旋转至任意位置进行在线测量。

且具有多维度质量在线检测功能，在薄膜刻蚀过程中，利用质谱-光谱联用仪3和X射线衍射仪9对被刻蚀材料的成分及晶粒结构进行实时检测，以逐层判断刻蚀薄膜的成分、厚度、粗糙度和晶粒结构缺陷是否超标，利用翘曲测量仪8实时监测刻蚀中薄膜的翘曲变化，利用温度测量仪7检测刻蚀材料表面温度及刻蚀腔内不同部位的温度，同时利用质谱-光谱联用仪3可实现对RIE半导体材料刻蚀腔体1内气体进行任意时刻取样检测，判断刻蚀反应气体的成分比例及刻蚀腔内反应生成的挥发性物质的元素成分。

并采用质谱-光谱联用仪3通过RIE半导体材料刻蚀腔体1的等离子体检测模块和置于RIE半导体材料刻蚀腔体1外的分析模块的共同作用，实现对腔室内被刻蚀样品成分、反应气体成分及反应挥发生成物成分的任意时刻在线原位检测。

且质谱-光谱联用仪3中的光谱检测模块和X射线衍射仪9的射线均通过RIE半导体材料刻蚀腔体1上的透明窗口进行传输，接收器接收信号并进行分析。本发明的检测仪器的安装位置不限图1所示位置。

本实施例X射线衍射仪9以X射线在相对于被刻蚀薄膜晶格的全反射角进行入射。以得到最强的衍射信号，但不限于图中所示入射角，通过接收的反射信息，反应薄膜表面的粗糙度、深宽比等刻蚀信息。

而且，X射线衍射仪9固定于RIE半导体材料刻蚀腔体1外部，X射线通过刻蚀腔上的透明窗口进行传输。且X射线衍射仪9可以以扫描的方式完成对薄膜晶格的原位检测。

并且，翘曲测量仪8采用激光翘曲测量仪，翘曲测量仪安置于RIE半导体材料刻蚀腔体1外部，扫描激光通过透明窗口入射至被刻蚀薄膜，经薄膜反射的激光由透明窗口射出，通过高精度位置探测仪，探测接收到光点与理想光点位置的偏移来计算薄膜的翘曲率，进而计算刻蚀过程中由于晶格失配和热失配所产生的应力，从而优化RIE刻蚀工艺参数，实现薄膜材料的均匀刻蚀，避免翘曲甚至裂纹出现，保证刻蚀的高质量。但本翘曲测量装置不限于只安装于RIE半导体材料刻蚀腔体1外部。

并且，温度测试仪7采用比色测温法，其通过透明窗口布置于RIE半导体材料刻蚀腔体1侧壁，但不限于此温度监测手段。

并且，气体流量计2和气体压强计6用于检测刻蚀过程中的反应气体流量及RIE半导体材料刻蚀腔体1内压强，由于反应离子刻蚀(RIE)过程涉及物理刻蚀和化学刻蚀两种方式，而RIE半导体材料刻蚀腔体1压强、气体流量的不同对两种刻蚀过程有重要影响，通过气体流量计2和气体压强计6的检测可实现刻蚀速率、刻蚀均匀性的控制。

并且，采用的原子力显微镜(AFM)5集成于RIE半导体材料刻蚀腔体1内，实现RIE刻蚀过程中材料表面形貌、刻蚀深度等刻蚀指标的在线原位检测。

并且，射频电源10以及真空泵11是保证RIE刻蚀正常运行的必备设备，射频电源10和真空泵11设置于RIE半导体材料刻蚀腔体1的底部；一旦发现刻蚀损伤或晶粒结构缺陷超标，则停机调整设备，优化设备参数。本实施例可实现不同半导体材料刻蚀过程中质量和缺陷的控制。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，包括：RIE半导体材料刻蚀腔体(1)、气体流量计(2)、质谱-光谱联用仪(3)、RHEED(4)、原子力显微镜(5)、气体压强计(6)、温度测试仪(7)、翘曲测试仪(8)、X射线衍射仪(9)、射频电源(10)、真空泵(11)、采集板卡(12)、电脑终端(13)；RIE半导体材料刻蚀腔体(1)包括若干个密封的透明窗口；气体流量计(2)、气体压强计(6)、翘曲测试仪(8)均布置于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)的顶部；X射线衍射仪(9)安装于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)两侧；RHEED(4)设置于RIE半导体材料刻蚀腔体上；原子力显微镜(5)集成于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内；温度测试仪(7)布置于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)侧壁；射频电源(10)和真空泵(11)设置于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)的底部；质谱-光谱联用仪(3)包括集成的电感耦合等离子体质谱仪、电感耦合光谱仪和分析设备；电感耦合光谱仪、分析设备均置于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)外，电感耦合等离子体质谱仪设置于RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内；所述采集板卡(12)与所述电脑终端(13)通过导线连接；所述电脑终端(13)分别与所述的RIE半导体材料刻蚀腔体(1)、气体流量计(2)、质谱-光谱联用仪(3)、RHEED(4)、原子力显微镜(5)、气体压强计(6)、温度测试仪(7)、翘曲测试仪(8)、X射线衍射仪(9)、射频电源(10)、真空泵(11)通过导线依次连接。

2.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述电感耦合等离子体质谱仪和所述电感耦合光谱仪的集成采用集成共用材料气化至等离子体产生装置，通过将所述电感耦合等离子体质谱仪和所述电感耦合光谱仪的检测模块合理布置实现质谱-光谱的集成。

3.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述X射线衍射仪(9)包括入射模块和接收模块，分别安装于所述RIE半导体材料刻蚀腔体(1)的两侧，并通过透明窗口入射到被刻蚀材料的表面。

4.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述温度测量仪(7)采用单相机比色测温系统，通过透明窗口检测刻蚀材料或者刻蚀腔的表面温度，实现对刻蚀腔内的温度实时监控。

5.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述翘曲测量仪检测光路通过透明窗口进行传输。

6.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述RHEED(4)包括超快RHEED或RHEED；超快RHEED的电子枪与荧光成像窗口分别布置在刻蚀腔体两侧；电子枪以非常小的能量将单能电子掠入射到被刻蚀材料表面，通过荧光屏上衍射斑点的形貌获得薄膜厚度，组分以及晶体生长机制信息。

7.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述原子力显微镜(5)的原子力显微镜探针及悬臂梁部分集成于所述RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内，用于刻蚀过程中薄膜表面形貌的原位测量。

8.如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，如权利要求1所述的多种检测功能的RIE半导体材料刻蚀装置，其特征是，所述质谱-光谱联用仪(3)通过对刻蚀过程RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内的反应气体等离子体化后进行组分及比例的分析；所述X射线衍射仪(9)利用晶体产生衍射图谱，反映了晶体内部原子的排列方面的信息确定晶体的种类、相成分等一系列信息；所述气体压强计(6)用于实时监测RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内的真空度；所述气体流量计(2)用于实时监测刻蚀RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内的气体注入的流量和流速均匀性；所述原子力显微镜(5)通过悬臂梁探针对薄膜的表面形貌及力曲线进行测量；所述翘曲测试仪(8)通过摄像头高速采集被刻蚀材料的形貌图片进行对比，获得形貌变化的对比结果，确定刻蚀后的翘曲情况；所述温度测试仪(7)可以实时监测刻蚀过程中材料的温度变化；所述采集板卡(12)用于集成反应气体等离子体化后组分及比例、衍射图谱、RIE半导体材料刻蚀腔体(1)内真空度、体注入的流量和流速、薄膜的表面形貌及力曲线、被刻蚀材料的形貌图片、材料的温度变化，并传输至所述电脑终端(13)。

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