[发明专利]一种等离子处理装置及其处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀工艺的等离子处理装置及其处理方法，特别是用于脉冲型等离子反应腔的终点检测方法。

背景技术

集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入等多种工艺，在同一衬底表面形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接已具有完整的电子功能。随着集成电路的器件的特征尺寸不断地缩小，集成度不断地提高，对各步工艺的监控及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。

刻蚀工艺是集成电路制造工艺中最复杂的工序之一。精确监控刻蚀工艺的刻蚀终点显得尤为重要。在专利号为US4861419的美国专利中提供一种通过光学发射光谱法（OES）判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点监控方法。采用OES判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点监控方法包括：确定所检测的元素，所述元素为所要刻蚀的膜层的成分；采集所述元素的光强度，所述光强度与所述元素的浓度相关；随着刻蚀工艺的进行，在刻蚀终点，膜层物质被刻蚀完毕，所述元素在刻蚀腔的浓度减小，反应室内检测到的所述元素的光强度开始减小，此时，即为刻蚀终点。

随着加工工艺的发展，部分刻蚀工艺需要采用脉冲型等离子来实现刻蚀目标，在刻蚀过程中施加到等离子反应腔的射频电源不是持续稳定的功率，而是会随着时间的变化发生功率变化，甚至突变。典型的脉冲型等离子可以使施加的射频功率在开通和关闭之间切换，调节开通时间占整个处理周期的比例也就是占空比来实现对刻蚀形貌和速度的调节。在射频电源开通时反应腔内刻蚀状态与传统刻蚀过程相同，关闭时等离子在极短时间内熄灭（几个微秒），只有自由基仍然存在，可以继续进行刻蚀，但是刻蚀的效果与开通时间不同。脉冲型等离子的特性会造成等离子发光频谱和发光强度随着脉冲频率突变，传统的刻蚀终点检测装置会把在等离子熄灭状态时的光学信号误认为是等离子刻蚀终点的信号，目标材料层刻蚀还未完成，就停止了刻蚀，严重干扰正常的等离子刻蚀终点判断。

所以，在实际应用脉冲等离子刻蚀工艺时，现有的判断等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点的监控装置和方法不能准确地监控等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点，需要改进现有刻蚀终点检测装置和方法。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种能准确地监控脉冲型等离子体刻蚀工艺的等离子反应腔及其刻蚀终点检测方法。

本发明的一种等离子处理装置，包括：一种等离子处理装置，其特征在于：包括：等离子反应腔；射频电源，与所述等离子反应腔相连接，用以输出射频功率到所述等离子反应腔并产生等离子体；等离子状态检测装置，与所述等离子反应腔相连接，用以检测所述等离子反应腔内等离子体的光学信号，所述等离子状态检测装置还包括一信号采集快门；脉冲信号发生器，与所述射频电源和所述信号采集快门相连接，所述脉冲信号发生器产生脉冲信号，并同步输出到所述射频电源和所述信号采集快门，以同步控制所述等离子反应腔内等离子体的产生和等离子状态检测。所述等离子状态检测装置为一光学信号检测器，所述光学信号检测器包括一信号输出端连接到一计算机。

本发明还提供一种等离子处理装置，包括：等离子反应腔；射频电源，与所述等离子反应腔相连接，用以输出射频功率到所述等离子反应腔并产生等离子体；等离子状态检测装置，与所述等离子反应腔相连接，用以检测所述等离子反应腔内等离子体的光学信号；脉冲信号发生器，与所述射频电源和所述等离子状态检测装置相连接，所述脉冲信号发生器产生脉冲信号，并同步输出到所述射频电源和所述等离子状态检测装置，以同步控制所述等离子反应腔内等离子体的产生和等离子状态检测。

本发明所述光学信号检测器包括一个快门使光学信号检测器在检测信号和屏蔽信号之间进行状态转换。等离子状态检测装置为一刻蚀工艺过程终点检测装置。所述等离子处理装置为一等离子体刻蚀装置。

本发明还提供一种等离子处理装置的处理方法，所述等离子处理装置包括等离子反应腔以及与所述等离子反应腔相连接的射频电源和等离子状态检测装置，所述处理方法包括：提供一脉冲信号发生器，与所述射频电源和所述等离子状态检测装置相连接，所述脉冲信号发生器产生脉冲信号，并同步输出到所述射频电源和所述等离子状态检测装置，以同步控制所述等离子反应腔内等离子体的产生和等离子状态检测。所述提供一脉冲信号发生器的步骤中，所述脉冲信号被供应到所述射频电源的射频信号发生器，使射频信号发生器输出脉冲型射频信号，产生脉冲型等离子体，所述脉冲型射频信号具有高功率输出阶段和低功率输出阶段。