CN102820197B - 一种等离子处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子处理***，包含等离子反应腔体，一个控制器控制等离子反应腔体内等离子处理流程，一个真空气泵通过排气管道将等离子反应腔体内的气体排出，还包含：采气管道，所述的采气管道连接在排气管道上，采集排气管道中的气体；一个采样等离子体发生装置对流经采气管道的气体电离形成采样等离子体；所述控制器探测所述采气管道中形成的采样等离子体信号，并根据所述采样等离子体信号控制所述等离子处理流程。本发明能够避免受射频电源输入波动的影响，确保了终点探测的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够产生等离子的机构的终点探测装置，特别涉及一种等离子处理***。
背景技术
现有技术中，在一个等离子反应腔中施加高频的射频电场使等离子反应腔中的反应气体形成等离子体，利用该等离子体对等离子反应腔内的基片或晶圆进行高精度加工。在加工进行到一定程度，如刻蚀的目标材料被刻蚀穿透时就需要判断是否要停止当前加工步骤进入下一步加工步骤。对是否刻蚀到达终点的判断通常是利用一个在等离子反应腔侧壁的观测窗来取样等离子反应腔内的等离子发光频谱和相应的强度，并对取样所得的光学信号进行分析得到的。取样所得的信号被送到OES(opticalemissionspectroscopy）分析特定的频谱强度的变化是否满足一定的标准，如果达到该标准则当前处理步骤结束准备进入下一个步骤。但是由于等离子反应腔内的等离子体是由施加到等离子反应腔内的射频电场来维持的，射频电场通常是由多个射频电源供电，为了加工工艺的需要，射频电场强度需要随时调整，所以反应腔中射频电场是随时波动的，相应的等离子体也是在波动中的。另一方面，终点探测的标准对于等离子体发射强度的变化非常敏感，射频电源输入的一个小的波动可能会导致一个蚀刻点的错误探测，因此，这种终点探测法的可靠性便被大大降低，要提高可靠性就要滤除这些纹波，但是这样做又会将有效信息给滤除造成相应精度降低。所以，现有技术中，采集的采样光学信号大都是来自反应腔体中进行的等离子体，因而，无法获得对处理终点探测既可靠又高精度的探测。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子处理***，能够避免受射频电源输入波动的影响，确保了终点探测的可靠性。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种等离子处理***，包含等离子反应腔体，一个控制器控制等离子反应腔体内等离子处理流程，一个真空气泵通过排气管道将等离子反应腔体内的气体排出，还包含：
采气管道，所述的采气管道连接在排气管道上，采集排气管道中的气体；
一个采样等离子体发生装置对流经采气管道的气体电离形成采样等离子体；
所述控制器探测所述采气管道中形成的采样等离子体信号，并根据所述采样等离子体信号控制所述等离子处理流程。
所述的采样等离子体发生装置包含：一个以上电极，所述的一个以上电极设置在采气管道上，所述一个以上电极中至少一个电极连接有一个高压电源。
所述的高压电源的电压范围为500V~10kV，频率范围为100Hz~20kHz。
所述的采样等离子体发生装置包含：一个线圈，所述的线圈的两端之间连接有射频电源。
所述的射频电源的频率范围为1MHz~100MHz。
所述的采气管道的直径的数量级为毫米级。
所述的采气管道的直径范围为0.1mm~20mm。
所述的采气管道的材料为玻璃或设有透明窗口的陶瓷。
所述的采气管道上进气的一端还设有进气泵。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
能够避免受射频电源输入波动的影响，确保了终点探测的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种等离子处理***的实施例之一的结构示意图，其中一个电极接地；
图2为本发明一种等离子处理***的实施例之一的结构示意图，其中一个电极不与任何物体相连；
图3为本发明一种等离子处理***的实施例之二的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1~3所示，一种等离子处理***，包含排气管道4，该排气管道4连接外部的等离子反应腔体5与真空气泵6，还包含：采气管道1、采样等离子体发生装置。反应腔体5内还包括一个反应等离子体发生装置，所述反应等离子体发生装置施加大功率的射频电磁场到反应腔内，用来电离反应腔内的反应气体，其频率可以是2M-60MHZ的射频电场，功率可以是50-10000W的高功率。从而使得反应腔内的反应气体对待处理基片进行等离子加工。
所述等离子处理***还包括一个控制器，控制所述等离子处理***中所运行的处理流程，比如从主刻蚀（mainetch）阶段进入过刻蚀（overetch）阶段，或者从过刻蚀阶段到停止刻蚀。在不同阶段转换时控制器能够相应的改变通入反应腔的反应气体流量、种类，或者施加的射频电场种类和功率大小，以适应不同阶段的需要。
其中，采气管道1连接在排气管道4上，采集排气管道4中的气体；采气管道1的直径为毫米级，进一步其直径范围为0.1mm~20mm，既能够实现产生等离子体，又易生产，降低了成本；采气管道1的材料选用玻璃或者陶瓷，其中，选用陶瓷时，在陶瓷管道上开设透明的窗口，通过玻璃或者陶瓷管道上的透明窗口，从而外部的分光计能够提取采气管道1中的等离子体发光光谱和发光强度。
而采样等离子体发生装置与电源相连，从而使得采气管道1中产生等离子体。该等离子体发生装置具有如下两个优选实施例。
实施例之一：
如图1和2所示，采样等离子体发生装置包含：一对电极2，其设置在采气管道1中，其中一个电极连接高压电源，另一个电极接地或不与任何物体相连。在本实施例中，高压电源的电压范围为500V~10kV，频率范围为100Hz~20kHz。
进一步，采气管道1中还可以设有两个以上电极2，其中，至少有一个电极2连接一个高压电源。
实施例之二：
如图3所示，采样等离子体发生装置包含：一个线圈7围绕在采气管道1上，线圈7的两端分别与射频电源相连。在本实施例中，射频电源的频率范围为1MHz~100MHz。线圈7两端施加射频电源后，产生的电磁场使采气管道1内的气体电离。
如图1~3所示，进一步，采气管道1上进气的一端还设有进气泵3，这样便于将排气管道4中的气体吸进采气管道1中来，再通过上述两个实施例所描述的采样等离子体发生装置，使气体等离子化。
当使用时，通过外部的分光计监测微束等离子体中的选择特性线（特定频率，该特定频率代表特定的反应产物）的发射强度，并通过电脑处理分光计所监测到的数据。由于发射强度对于废气中的化学组份的浓度是敏感的，因而，如果发射强度的变化满足预定义标准，则能够决定采用终点刻蚀。尽管本发明仍采用的是传统的终点监测方法，但是本发明采样的气体是在排气管道4里提取的，反应腔5内存在的高强度射频电场经过如等离子约束环、接地的反应腔外壁、基座中的屏蔽环等一系列的反应腔屏蔽结构后，几乎没有反应腔内的射频电场会泄漏进入排气管道4。在排气管道4中施加一个小功率的稳定的高频电场来电离排出的反应气体，能够避免受反应腔5***频电源输入波动的影响，从而确保了终点探测的可靠性。其中所述采样等离子发生装置输出的功率小于反应等离子体发生装置输出的功率。这样所述控制器接受到稳定的高精度的光学信号，该光学信号代表了排出气体的成分，而排出气体的成分又是与反应腔5中的气体成分基本相同的，所以采用本发明的等离子处理***能够精确、可靠的探测每个处理步骤的终点，最终能够获得精确的等离子加工效果和更高的产量。
综上所述，本发明一种等离子处理***，能够避免受射频电源输入波动的影响，确保了终点探测的可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种等离子处理***，包含等离子反应腔体（5），一个控制器控制等离子反应腔体内等离子处理流程，一个真空气泵（6）通过排气管道（4）将等离子反应腔体内的气体排出，其特征在于，还包含：
采气管道（1），所述的采气管道（1）连接在排气管道（4）上，采集排气管道（4）中的气体,所述的采气管道（1）的直径范围为0.1mm~20mm；
一个采样等离子体发生装置对流经采气管道（1）的气体电离形成采样等离子体；
所述控制器探测所述采气管道（1）中形成的采样等离子体信号，并根据所述采样等离子体信号控制所述等离子处理流程；
所述采气管道（1）的材料为玻璃或设有透明视窗的陶瓷，透过所述玻璃或所述陶瓷的所述透明视窗，所述采样等离子体信号被探测到；
所述采样等离子体发生装置输出的功率小于所述等离子反应腔体（5）内的反应等离子体发生装置输出的功率；
反应腔屏蔽结构，所述反应腔屏蔽结构包括等离子约束环、接地的反应腔外壁与基座中的屏蔽环，用以防止等离子反应腔体（5）内的射频电场泄漏进入排气管道（4）。
2.如权利要求1所述的等离子处理***，其特征在于，所述的采样等离子体发生装置包含：一个以上电极（2），所述的一个以上电极（2）设置在采气管道（1）上，所述一个以上电极（2）中至少一个电极（2）连接有一个高压电源。
3.如权利要求2所述的等离子处理***，其特征在于，所述的高压电源的电压范围为500V~10kV，频率范围为100Hz~20kHz。
4.如权利要求1所述的等离子处理***，其特征在于，所述的采样等离子体发生装置包含：一个线圈（7），所述的线圈（7）的两端之间连接有射频电源。
5.如权利要求4所述的等离子处理***，其特征在于，所述的射频电源的频率范围为1MHz~100MHz。
6.如权利要求1所述的等离子处理***，其特征在于，所述的采气管道（1）上进气的一端还设有进气泵（3）。
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