TWI544839B - Plasma etching system - Google Patents

Description

電漿蝕刻系統

本發明涉及電漿蝕刻領域，尤其涉及一種電漿蝕刻系統。

在電漿蝕刻過程中，由於對蝕刻材料沒有好的選擇比，因此需要蝕刻終點檢測來檢測蝕刻工藝並停止蝕刻以減小對下面材料的過度蝕刻。

終點檢測系統測量一些不同的參數，如蝕刻速率的變化、在蝕刻中被去除的腐蝕產物的類型或氣體放電中活性反應劑的變化。用於終點檢測的一種方法是發射光譜法。這一測量方法集成在蝕刻腔室中以便進行即時監測。

在連續波射頻電漿蝕刻過程中，採用基於光強變化對蝕刻終點進行檢測。但是，由於光強的變化與電漿有關，在雙頻或多頻脈衝電漿中，電漿發射光譜的強度會隨著射頻脈衝而週期性的變化，因此，應用在連續波射頻電漿中的基於光強變化進行終端檢測的系統雙頻脈衝電漿蝕刻過程中不能使用。

有鑑於此，本發明提供了一種電漿蝕刻系統，以實現對脈衝電漿蝕刻工藝的終點檢測。

為了實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案：

一種電漿蝕刻系統，包括射頻源、終點檢測系統以及反應腔，所述終點檢測系統包括光譜儀，所述光譜儀包括光柵，其中，所述射頻源和所述光譜儀分別與所述反應腔連接，所述射頻源和所述光譜儀並聯連接；所述射頻源由第一脈衝訊號控制，所述光譜儀光柵的開關由第二脈衝訊號控制，所述第一脈衝訊號和所述第二脈衝訊號同步。

優選的，所述第一脈衝訊號和所述第二脈衝訊號為由同一脈衝訊號產生器產生，所述射頻源和所述光譜儀並聯連接在所述脈衝訊號產生器和所述反應腔之間。

優選的，還包括，位於所述脈衝訊號產生器和所述光譜儀之間的脈衝計數器，所述脈衝計數器用於累計所述脈衝的數量，當所述脈衝的數量達到預定值後，控制所述光譜儀光柵的開關。

優選的，所述預定值為5。

優選的，所述射頻源為多個。

優選的，所述終點檢測系統利用特定波長光的發射光譜進行檢測。

優選的，所述終點檢測系統利用特定波長光的吸收光譜進行檢測。

相較於習知技術，本發明具有如下有益效果：

本發明提供的電漿蝕刻系統為脈衝電漿蝕刻系統，其中，用於控制射頻源的第一脈衝訊號和用於控制終點檢測系統的光譜儀光柵開關的第二脈衝訊號同步。由於該兩脈衝訊號同步，脈衝電漿的產生與光柵的開關同步，也就是說，當產生電漿時，光柵打開，當不產生電漿時，光柵關閉。這樣，光譜儀採集的光強為產生電漿時的光強，而當反應腔內不產生電漿時，光譜儀不採集光強，因而，檢測到的光強是連續的，而不是脈衝性的，所以當光強發生變化時，則表明電漿蝕刻工藝達到終端。因而通過本發明提供的電漿蝕刻系統能夠檢測脈衝電漿蝕刻工藝的終點。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在脈衝電漿蝕刻系統中，為了實現對蝕刻終點的檢測，可以通過脈衝訊號對光譜儀光柵的開關進行控制，以實現光譜儀光柵在脈衝訊號為高電平訊號時打開，在脈衝訊號為低電平訊號時關閉，這樣採集到的光強為連續的，因而可以通過光強的變化實現對電漿蝕刻工藝的終點檢測。

在通過脈衝訊號對光譜儀光柵的開關的控制方法中，其難點在於如何實現脈衝射頻源和光譜儀光柵的開關的同步。如果兩者同步不好，這樣，光譜儀光柵的開關時間點與脈衝射頻源的開關時間點不一致，導致光譜採集點可能位於脈衝射頻源開啟狀態或關閉狀態的不同位置，或者兩者的開關時間不一致，導致採集得到的光強呈現隨時間的週期振盪，如圖1所示。由於光強的週期振盪，通過光強的變化來實現蝕刻終點的檢測不準確或者很難測到蝕刻終點。

為了使脈衝射頻源與光譜儀光柵的開關同步，進而得到穩定的電漿發射光譜的光強，本發明提供了一種電漿蝕刻系統。

如圖2所示，本發明實施例提供的電漿蝕刻系統，包括脈衝訊號產生器01、 射頻源02、終點檢測系統03以及反應腔04。

其中，脈衝訊號產生器01能夠產生方波訊號，所以該脈衝訊號產生器01產生的訊號包括高電平訊號和低電平訊號。

終點檢測系統03採用電漿發射光譜方法進行終點檢測，其包括光譜儀31和終點檢測電腦32，所述光譜儀31包括光柵。其光柵的開關可以控制採集光強的時間段。當光柵打開時，光譜儀31開始採集反應腔04內的光強，形成光譜。當光柵關閉時，光譜儀31停止採集反應腔04內的光強，沒有光譜形成，當光柵再次打開時，繼續採集反應腔04內的光強，所以光譜只在光柵打開時才形成，在關閉時不形成光譜。

在本發明實施例提供的電漿蝕刻系統中，射頻源02和終點檢測系統03並聯在脈衝訊號產生器01和反應腔04之間。由脈衝訊號產生器01同步控制射頻源02和終點檢測系統03中的光譜儀31。當脈衝訊號產生器01產生的訊號為高電平訊號時，該高電平訊號能夠同時觸發射頻源02和光譜儀31光柵的開啟，從而使射頻源02輸出射頻功率的同時，該高電平訊號控制光譜儀31光柵打開，從而使光譜儀31採集反應腔04內的光強。

具體地，在一個脈衝週期內，當脈衝訊號產生器01處於產生高電平訊號時間段時，其輸出的高電平訊號分為兩路，一路傳送到射頻源02，控制射頻源02開啟輸出射頻功率，該射頻功率促使反應腔04內的物質產生電漿，對放置在反應腔04內的待蝕刻基底進行電漿蝕刻。同時，由脈衝訊號產生器01產生的高電平訊號傳送到終點檢測系統03，控制該終點檢測系統03上的光譜儀31光柵打開，使光譜儀31對反應腔04內的光強進行採集，形成光譜。當脈衝訊號產生器01處於產生低電平訊號時間段時，此時，低電平訊號無法觸發射頻源02的開啟和光譜儀31光柵的打開，因而在反應腔04內也就無法產生電漿進而無法進行電漿蝕刻，同時，由脈衝訊號產生器01輸出的低電平訊號也不能控制光譜儀31光柵打開，因而光譜儀31也就不會採集反應腔04內的光強。

只有當脈衝訊號產生器產生的脈衝訊號進入下一個脈衝週期的產生高電平訊號時間段時，射頻源02才能被再次開啟並輸出射頻功率，在反應腔04內進行下一個週期的電漿蝕刻。同時，高電平訊號控制光譜儀31光柵打開採集反應腔內的光強。當脈衝訊號產生器01再次處於產生低電平訊號時間段時，射頻源02停止功率輸出，在反應腔04內不產生電漿，進而在反應腔04內進行電漿蝕刻，同時，光譜儀31光柵關閉，停止採集反應腔內的光強。採用同樣的方法，在連續的多個脈衝週期內反復執行上述步驟。

由於光譜儀31光柵僅在反應腔04內有電漿產生、進行電漿蝕刻時才打開，進行反應腔內的光強採集，這樣光譜儀31採集光強的時間段為電漿產生時的時間段，也就是高電平時間段。由於在高電平時間段有電漿產生因而光譜儀31檢測到的光強為連續的，而不是脈衝性的。因而，通過上述電漿蝕刻系統可以通過反應腔內的光強的變化實現對多頻或雙頻脈衝電漿蝕刻工藝的終點檢測。

同時，由於射頻源02和光譜儀31光柵的開關由同一個脈衝訊號產生器控制，實現了射頻源02和光譜儀31光柵開關的同步。因而也就克服了由於射頻源和光譜儀31開關不同步導致的光譜週期性振盪的問題，進而使得電漿蝕刻工藝的終點檢測更為準確可靠。

採用上述電漿蝕刻系統進行電漿蝕刻工藝的終點檢測方法如下：

脈衝訊號產生器01產生脈衝訊號，該脈衝訊號分為兩路，一路傳送到射頻源02控制射頻源02的開啟和關閉，射頻源的開啟和關閉決定著反應腔04內的電漿的產生與否；另一路傳送至終點檢測系統03的光譜儀31控制光譜儀光柵的開關，當光譜儀光柵打開時，光譜儀採集反應腔04內的光強，形成光譜，光譜儀形成的光譜傳送至終點檢測電腦32上，終點檢測電腦32通過比較不同時間段內的光譜上某一或某些特定波長光線的強度的變化來確定電漿蝕刻工藝終點。

用來確定電漿蝕刻工藝終點的特定波長光線可以是在氣體輝光放電中被激發的原子或分子所發出的光。當該光的強度下降時，說明，電漿蝕刻工藝結束，達到終點。利用通過氣體輝光放電中被激發的原子或分子所發出的光來確定蝕刻工藝終點採用的的發射光譜。需要說明的是，本發明實施例所述的終點檢測系統可以利用電漿發射光譜法進行檢測。如通過在產生電漿的過程中某一或某些特定波長的光的特徵譜線進行檢測。此外，本發明實施例所述的終點檢測系統還可以利用電漿吸收光譜法進行檢測。如根據電漿蝕刻工藝過程中消耗的某一原子或自由基的特定波長的光的特徵譜線進行檢測。

利用該電漿蝕刻系統進行電漿蝕刻工藝的終點檢測，由於射頻源02和光譜儀31並聯連接在脈衝訊號產生器01和反應腔04之間，所以，由脈衝訊號產生器01產生的脈衝訊號能夠同時觸發射頻源02和光譜儀31工作，因而也就實現了電漿蝕刻工藝和終點檢測過程的同步，從而能夠準確地檢測出蝕刻終點。

上述所述的電漿蝕刻系統中，在由脈衝訊號產生器01產生的一個脈衝週期內，光譜儀31的光柵就進行一次打開和關閉。此時，當產生的訊號的脈衝頻率較低時，光柵的開關速度能夠跟得上脈衝訊號產生器01發送來的脈衝訊號的開關。但是，當脈衝頻率較高，例如高於500Hz時，光譜儀31光柵的開關速度無法跟上脈衝訊號產生器01發送來的脈衝訊號的頻率，此時仍然會存在光譜儀31光柵的開關與射頻源02的脈衝訊號不同步的問題。為此，可以如圖3所示，在脈衝訊號產生器01和終點檢測系統03之間增設一脈衝計數器05。該脈衝計數器05用於累計脈衝訊號產生器01傳送的脈衝數量，並且該脈衝計數器05用於控制終點檢測系統03中的光譜儀31光柵的開關。當脈衝計數器05累計的脈衝數達到預定值後，觸發光譜儀31光柵打開，當下一個低電平訊號產生時，觸發光譜儀31光柵關閉。所述脈衝計數器05當接收到高電平訊號時，脈衝數累計加1，當接收到底電平訊號時，脈衝數不累加。

需要說明的是，所述預定值為不小於2的整數。例如可以為5、10等。通過脈衝計數器05累計的脈衝數達到預定值後，才觸發光譜儀31光柵的打開，這樣能夠使光柵有足夠的時間完成打開和關閉操作，提高了同步的準確性，同時也實現了光柵隨脈衝訊號的可控開關。

上述實施例所述的電漿蝕刻系統中為了實現射頻源和光譜儀31光柵開關的同步，採用由同一脈衝訊號產生器同步控制射頻源和光譜儀31光柵開關的方法。除了該實施方式外，還可以採用其他實施方式實現。如射頻源和光譜儀31光柵分別採用不同的脈衝訊號產生器控制，如射頻源由第一脈衝訊號產生器控制，光譜儀31光柵由第二脈衝訊號產生器控制。其中，第一脈衝訊號產生器和第二脈衝訊號產生器產生的脈衝訊號為相同的脈衝訊號，並且該兩脈衝訊號產生器能夠同步工作。

此外，上述所述的電漿蝕刻系統中的射頻源可以為一個，也可以為多個。所述射頻源可以為連續輸出射頻功率的普通的射頻源，也可以為脈衝射頻源。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域具有通常知識者來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

01‧‧‧脈衝訊號產生器
02‧‧‧射頻源
03‧‧‧終點檢測系統
04‧‧‧反應腔
05‧‧‧脈衝計數器
31‧‧‧光譜儀
32‧‧‧終點檢測電腦

［圖1］是脈衝電源與光譜儀光柵開關不同步導致的光強隨時間週期性振盪的示意圖； ［圖2］是本發明實施例的一種電漿蝕刻系統的結構示意圖； ［圖3］是本發明實施例的另一種電漿蝕刻系統的結構示意圖。

01‧‧‧脈衝訊號產生器

02‧‧‧射頻源

03‧‧‧終點檢測系統

04‧‧‧反應腔

31‧‧‧光譜儀

32‧‧‧終點檢測電腦

Claims (5)

1. 一種電漿蝕刻系統，包括射頻源、終點檢測系統、脈衝訊號產生器、脈衝計數器以及反應腔，所述終點檢測系統包括光譜儀，所述光譜儀包括光柵，其中，所述射頻源和所述光譜儀分別與所述反應腔連接；所述射頻源由第一脈衝訊號控制，所述光譜儀光柵的開關由第二脈衝訊號控制，所述第一脈衝訊號和所述第二脈衝訊號為由同一該脈衝訊號產生器產生且為同步，使得電漿的產生與所述光柵的開關同步，所述射頻源和所述光譜儀並聯連接在所述脈衝訊號產生器和所述反應腔之間，所述脈衝計數器位於所述脈衝訊號產生器和所述光譜儀之間，所述脈衝計數器用於累計所述脈衝的數量，當所述脈衝的數量達到預定值後，控制所述光譜儀光柵的開關，當產生電漿的次數達到預定值時，所述光柵打開，當不產生電漿時，所述光柵關閉。
2. 如請求項1所述的電漿蝕刻系統，其中所述預定值為5。
3. 如請求項1-2任一項所述的電漿蝕刻系統，其中所述射頻源為多個。
4. 如請求項1-2任一項所述的電漿蝕刻系統，其中所述終點檢測系統利用特定波長光的發射光譜進行檢測。
5. 如請求項1-2任一項所述的電漿蝕刻系統，其中所述終點檢測系統利用特定波長光的吸收光譜進行檢測。