TWI595222B - Plasma etching system - Google Patents

Description

等離子體蝕刻系統

本發明涉及等離子體蝕刻領域，尤其涉及一種等離子體蝕刻系統。

在等離子體蝕刻過程中，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。

在連續波射頻等離子體蝕刻過程中，採用基於光強度變化對蝕刻終點進行檢測。但是，由於光強度的變化與等離子體有關，在雙頻或多頻脈衝等離子體中，等離子體發射光譜的強度會隨著射頻脈衝而週期性的變化，因此，應用在連續波射頻等離子體中的基於光強度變化進行終端檢測的系統雙頻脈衝等離子體蝕刻過程中不能使用。

有鑑於此，本發明提供了一種等離子體蝕刻系統，以實現對脈衝等離子體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：一種等離 子體蝕刻系統，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信號控制，所述光譜儀光柵的開關由第二脈衝信號控制，所述第一脈衝信號和所述第二脈衝信號同步。

較優地，所述射頻源為第一脈衝射頻源，所述第一脈衝信號和所述第二脈衝信號為由第二脈衝射頻源產生，所述第一脈衝射頻源和所述光譜儀並聯連接在第二脈衝射頻源和所述反應腔之間。

較優地，還包括位於所述第二脈衝射頻源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。

較優地，所述終點檢測系統利用特定波長光的發射光譜進行檢測。

較優地，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：本發明提供的等離子體刻蝕系統為脈衝等離子體刻蝕系統，其中，用於控制射頻源的第一脈衝信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信號同步。由於該兩脈衝信號同步，脈衝等離子體的產生與光柵的開關同步，也就是說，當產生等離子體時，光柵打開，當不產生等離子體時，光柵關閉。這樣，光譜儀檢測到的光強度為產生等離子體時的光強度，因而，檢測到的光強度是連續的，而不是脈衝性的，所以當光強度發生變化時，則表明 等離子體刻蝕工藝達到終端。因而透過本發明提供的等離子體刻蝕系統能夠檢測脈衝等離子體刻蝕工藝的終點。

01‧‧‧第一脈衝射頻源

02‧‧‧第二脈衝射頻源

03‧‧‧終點檢測系統

04‧‧‧反應腔

為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出進步性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

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

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，本領域普通技術人員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。

在脈衝等離子體蝕刻系統中，為了實現對蝕刻終點的檢測，可以透過脈衝信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信號為高頻信號時打開，在脈衝信號為低頻信號時關閉，這樣採集到的光強度為連續 的，因而可以透過光強度的變化實現對等離子體蝕刻工藝的終點檢測。

在透過脈衝信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度呈現隨時間的週期振盪，如圖1所示。由於光強度的週期振盪，透過光強度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，進而得到穩定的等離子體發射光譜的光強度，本發明提供了一種等離子體蝕刻系統。

如圖1所示，本發明實施例提供的等離子體蝕刻系統，包括第一脈衝射頻源01、第二脈衝射頻源02、終點檢測系統03以及反應腔04，其中，終點檢測系統03採用等離子體發射光譜方法進行終點檢測，其包括光譜儀，所述光譜儀包括光柵。其光柵的開關可以控制採集光的時間段。當光柵打開時，光譜儀採集光，形成光譜。當光柵關閉時，光譜儀停止採集光，沒有光譜形成，當光柵再次打開時，繼續採集光，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等離子體蝕刻系統中，第一脈衝射頻源01和終點檢測系統03並聯在第二脈衝射頻源02和反應腔04之間。由第二脈衝射頻源02同步控制第一脈衝射頻源01和終點檢測系統03。

具體地，在一個脈衝週期內，當第二脈衝射頻源02處於功率輸出時間段時，其輸出的射頻功率分為兩路，一路傳送到第一脈衝射頻源01，控制第一脈衝射頻源01產生脈衝功率，該射頻功率促使反應腔04內的物質產生等離 子體，對放置在反應腔04內的待蝕刻基底進行等離子體蝕刻。同時，第二脈衝射頻源02輸出的射頻功率傳送到終點檢測系統04，控制該終點檢測系統04上的光譜儀光柵打開，對反應腔04內的光強度進行採集，形成光譜。當第二脈衝射頻源02處於停止功率輸出時間段時，此時，第二脈衝射頻源02無法觸發第一脈衝射頻源01和光譜儀光柵的開啟，因而在反應腔03內也就無法產生等離子體進而無法進行等離子體蝕刻，同時，由於光譜儀光柵沒有開啟，因而也就不會採集反應腔內的光強度。

只有當第二脈衝射頻源02進入下一個脈衝週期時，當第二脈衝射頻源02再次處於功率輸出時間段時，同時，光譜儀光柵打開，採集反應腔內的光強度。在該脈衝週期內，當第二脈衝射頻源處於停止功率輸出時間段時，第一脈衝射頻源也停止功率輸出時間段，在反應腔04內不產生等離子體，進而在反應腔04內進行等離子體蝕刻，同時，光譜儀光柵關閉，停止採集反應腔內的光強度。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。

由於光譜儀光柵僅在反應腔內有等離子體產生進行等離子體蝕刻時才打開，進行反應腔內的光強度採集，這樣光譜儀採集光強度的時間段為等離子體產生時的時間段。因而光譜儀檢測到的光強度為連續的，而不是脈衝性的。因而，透過上述等離子體蝕刻系統可以實現對多頻或雙頻脈衝等離子體蝕刻工藝的終點檢測。

同時，由於第一脈衝射頻源和光譜儀光柵的開關由同一個第二脈衝射頻源控制，實現了第一脈衝射頻源和光譜儀光柵開關的同步。因而也就克服了由於射頻源和光譜儀開關不同步導致的光譜週期性振盪的問題，進而使得等離子體蝕刻工藝的終點檢測更為準確可靠。

上述所述的等離子體蝕刻系統中，在一個第二脈衝射頻源的脈衝 週期內，光譜儀的光柵就進行一次打開和關閉。此時，當第二脈衝射頻源的脈衝頻率較低時，光柵的開關速度能夠跟得上第二脈衝射頻源發送來的脈衝信號的開關。但是，當脈衝頻率較高，例如高於500Hz時，光譜儀光柵的開關速度無法跟上第二脈衝射頻源02發送來的脈衝信號的頻率，此時仍然會存在光譜儀光柵的開關與第二脈衝射頻源的脈衝信號不同步的問題。為此，可以如圖3所示，在第二脈衝射頻源02和終點檢測系統04之間增設一脈衝計數器05。該脈衝計數器05用於累計第二脈衝射頻源02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04中的光譜儀光柵的開關。當脈衝計數器05累計的脈衝數達到預定值後，觸發光譜儀光柵打開，當下一個低頻信號產生時，觸發光譜儀光柵關閉。

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。透過脈衝計數器累計的脈衝數達到預定值後，才觸發光譜儀光柵的打開，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信號的可控開關。

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等離子體發射光譜法進行檢測。如透過在產生等離子體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等離子體吸收光譜法進行檢測。如根據等離子體蝕刻工藝的特點採用某一或某些特定波長的光的特徵譜線進行檢測。

上述實施例所述的等離子體蝕刻系統中為了實現射頻源和光譜儀光柵開關的同步，採用由同一射頻源控制的方法。除了該實施方式外，還可以採用其他實施方式實現。如射頻源和光譜儀光柵分別採用不同的脈衝信號源控制，如射頻源由第一脈衝信號控制，光譜儀光柵由第二脈衝信號控制。只要 控制射頻源和光譜儀光柵的第一脈衝信號和第二脈衝信號同步工作即可。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，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‧‧‧第一脈衝射頻源

02‧‧‧第二脈衝射頻源

03‧‧‧終點檢測系統

04‧‧‧反應腔

Claims (5)

1. 一種等離子體蝕刻系統，包括第一脈衝射頻源、第二脈衝射頻源、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，其中所述第一脈衝射頻源和所述光譜儀分別與所述反應腔連接，所述第一脈衝射頻源和所述光譜儀並聯連接，所述第二脈衝射頻源同步輸出一射頻功率至所述第一脈衝射頻源及所述光譜儀之光柵，傳送到所述第一脈衝射頻源的射頻功率為係一第一脈衝信號，傳送到所述光譜儀光柵的射頻功率係為一第二脈衝信號；所述第一脈衝射頻源由所述第一脈衝信號控制，以控制對等離子體的產生，所述光譜儀光柵的開關由所述第二脈衝信號控制，所述第一脈衝信號和所述第二脈衝信號係為同步，使得所述光柵的開關與所述等離子體的產生同步，在所述第一脈衝射頻源產生等離子體的同時，所述光柵打開而使所述光譜儀檢測光強度，且在所述第一脈衝射頻源不產生等離子體時，所述光柵關閉而使所述光譜儀停止檢測光強度，因而所述光譜儀檢測到的光強度為連續的。
2. 如請求項1所述的蝕刻系統，其中所述第一脈衝射頻源和所述光譜儀並聯連接在第二脈衝射頻源和所述反應腔之間。
3. 如請求項1所述的蝕刻系統，還包括位於所述第二脈衝射頻源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。
4. 如請求項1-3任一項所述的蝕刻系統，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1-3任一項所述的蝕刻系統，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。