深硅刻蚀方法、等离子体加工方法和系统的制作方法

专利名称：深硅刻蚀方法、等离子体加工方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体加工技术领域，特别涉及一种深硅刻蚀方法、等离子体加工 方法和系统。
背景技术：
随着微电子机械器件和微电子机械系统(Micro Electromechanical System, MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和消费电子等领域，以及TSVCThroughSilicon Via)通 孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，深硅刻蚀工艺逐渐成为 MEMS制造领域和TSV技术中最炙手可热工艺之一。深硅刻蚀工艺实际上属于一种等离子体干法刻蚀工艺，相对于一般的硅刻蚀工 艺，其主要区别在于刻蚀深度远大于一般的硅刻蚀工艺。一般的硅刻蚀工艺的刻蚀深度通 常小于1微米，而深硅刻蚀工艺的刻蚀深度则为几十微米甚至上百微米。因此，为获得良好 的形貌，需要刻蚀去除深度为几十至上百微米的硅材料，就要求深硅刻蚀工艺具有更快的 刻蚀速率，更高的选择比和更大的深宽比。目前常用的深硅刻蚀工艺的主要特点为整个刻蚀过程为一个工艺单元的多次 重复，如图1所示，该工艺单元包括沉积步骤101、刻蚀面阻挡层去除步骤102和刻蚀步骤 103，换言之，整个刻蚀过程是一次沉积和两次刻蚀的交替循环。其中，沉积步骤使用的工艺 气体为C4F8，刻蚀面阻挡层去除步骤使用的工艺气体为Ar或O2，刻蚀步骤使用的工艺气体 为 SF6。图2为传统的深硅刻蚀加工装置，如图1和图2所示，在沉积步骤101中，计算机 216通过控制器205打开质量流量计211，工艺气体210经过管路流入工艺腔室201 ；同时， 射频电源215通过线圈214将功率耦合到工艺腔室201内，工艺气体在射频功率的激发下 产生等离子体，等离子体与硅片207反应形成的沉积物覆盖在刻蚀孔的侧壁上，起到保护 作用。在刻蚀面阻挡层去除步骤102中，计算机216首先通过控制器205关闭质量流量 计211，之后打开质量流量计212，工艺气体209经过管路流入工艺腔室201 ；同时，射频电 源215和203被加载，工艺气体在射频电源215的激发下产生等离子体，而射频电源203用 于向工艺腔室201内的所述等离子体施加偏压功率，于是，所述等离子体在射频电源203的 偏压功率的作用下，对硅片207产生轰击作用，所述轰击作用使得刻蚀面上的沉积物(即刻 蚀面阻挡层)被清除掉。接着，在刻蚀步骤103中，计算机216首先通过控制器205关闭质量流量计212，之 后打开质量流量计213，工艺气体208经过管路流入工艺腔室201。同时，射频电源215和 203被打开，工艺腔室内的刻蚀气体在射频电源215的激发下产生等离子体，所述等离子体 在射频电源203的电场的作用下继续刻蚀所述阻挡层之下的硅片刻蚀面。为保证刻蚀质量和生产效率，上述三个步骤紧密衔接循环进行，直到刻蚀达到设 计的深度。实际上，每一步骤的对等离子体施加的偏压功率都是不同的，通常，工艺气体208,209,210由储气装置流经管路到达工艺腔室201均需要一定的时间，而偏压功率由射 频电源203通过基座206瞬间就可以加载到工艺腔室内的硅片207上，于是就会存在工艺 气体与偏压功率的同步问题，也即，执行特定步骤时，所需工艺气体为进入腔室而所需偏压 功率已经加载，实际工艺腔室中还残留前一步骤的各种反应气体，从而影响刻蚀形貌和选 择比。当单个工艺步骤的时间较短时，上述同步问题就更为突出。为实现工艺气体与偏压功率同步，以上传统技术在射频电源203与控制器205之 间设置有延迟模块204，在延迟模块204中预先设定施加偏压功率的延迟时间，通过延迟偏 压功率加载到基座206的时间，来实现工艺气体与偏压功率的同步。然而问题在于，上述方法实现同步的效果与预先设定的延迟时间的准确性密切相 关，而所述延迟时间与工艺气体流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素有关，当其 中某个因素发生变化时，工艺气体到达腔室所需的时间就会发生变化，延迟时间也就要做 相应的调整。例如，每一产品都有特定的结构设计，实际深硅刻蚀的工艺参数也就各不相 同，其中各个步骤可能需要不同的气体流量，因此就需要频繁的改变延迟模块中的延迟时 间，而每一延迟时间均需要预先试验来确定，过程复杂而导致工作效率大大降低。

发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体加工方法和系统，能够更加简便的实现工艺气 体与偏压功率的同步，提高工作效率。本发明的另一目的是提供一种深硅刻蚀方法，可以更加简便的实现工艺气体与偏 压功率的同步，提高工作效率。为解决上述问题，本发明提供一种等离子体加工方法，包括实时监测工艺腔室内气体成分，当监测到预设工艺气体存在时，对工艺腔室内等 离子体施加相应的偏压功率值；所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。所述当监测到预设工艺气体存在时对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率 包括以下步骤接收所述实时监测工艺腔室内气体成分的监测信号，根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在，如果是，则查找与所述预设工艺气体相应的偏压功率值，对工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值。所述监测信号中含有工艺气体标识，所述根据监测信号判断预设工艺气体是否存 在包括以下步骤识别所述监测信号中的工艺气体标识；确认所述标识是否对应所述预设工艺气体。所述根据监测信号判断预设工艺气体是否存在包括以下步骤由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；检测所述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是否发生变化。所述根据监测信号判断预设工艺气体存在，如果是，则还包括以下步骤判断所述 监测信号的强度是否超过阈值。
本发明还提供一种深硅刻蚀方法，包括以下步骤A、实时监测工艺腔室内的气体成分；B、开启第一工艺气体的管路，当监测到第一工艺气体存在时，对工艺腔室内等离 子体施加第一偏压功率值，进行沉积步骤，以在刻蚀面、侧壁和光阻层的表面覆盖阻挡层；C、关闭第一工艺气体的管路并开启第二工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体 存在时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀面阻挡层去除步骤，以去除 所述刻蚀面上覆盖的阻挡层而使所述刻蚀面暴露；D、关闭第二工艺气体的管路并开启第三工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体 存在时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀步骤，以刻蚀所述暴露的刻 蚀面；E、循环重复所述步骤B、步骤C和步骤D直至达到预定的刻蚀深度。所述第一工艺气体包括(/8。所述第二工艺气体包括Ar和O2的一种或其组合。所述第三工艺气体包括SF6。相应还提供一种等离子体加工系统，包括工艺腔室、监测装置、控制装置和电源 装置，其中，所述工艺腔室，用于放置基片并提供等离子体加工的密封环境；所述监测装置，设置于所述工艺腔室内，用于实时监测工艺腔室内气体成分；所述电源装置，与所述工艺腔室电性连接，用于提供等离子体激励功率和偏压功 率；所述控制装置，分别与所述电源装置和监测装置连接，用于当监测装置监测到预 设工艺气体存在时，控制电源装置对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率值，以使所 述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。所述控制装置包括接收单元，用于接收实时监测所述工艺腔室内气体成分的监测信号；判断单元，用于根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在；查找单元，用于当所述判断单元判断预设工艺气体存在时，查找与预设工艺气体 相应的偏压功率值；指令单元，用于命令所述电源装置对所述工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值。所述判断单元包括识别模块，用于识别监测信号中的工艺气体标识；确认模块，用于确认所述标识是否对应所述预设工艺气体。则所述判断单元包括光谱图生成模块，用于由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；检测模块，用于检测所述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是 否发生变化。所述控制装置还包括阈值判断单元，用于在判断单元确定预设工艺气体存在后 进一步判断所述监测信号的强度是否超过阈值。
所述控制装置为传感器或光谱仪。上述技术方案具有以下优点所述等离子体加工系统和方法中，利用监测装置实时监测工艺腔室内气体成分， 当监测到预设工艺气体存在时，控制装置控制电源装置对工艺腔室内等离子体施加相应的 偏压功率值，使所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。这样，一旦 监测到特定刻蚀步骤需要的工艺气体进入到工艺腔室内，控制装置能够立即加载相应的偏 压功率，使得工艺气体与偏压功率同步，相对于采用延迟模块的方法，不必预先获取并设定 延迟时间，只要预先设定相应刻蚀步骤采用的工艺气体及其对应的偏压功率即可，因此，能 够更加简便的实现工艺气体与偏压功率的同步，提高工作效率。此外，采用监测装置确定工 艺气体的存在，可以不受工艺气体流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素，准确性 和可靠性较高。一般深硅刻蚀过程由沉积步骤、刻蚀面阻挡层去除步骤和步骤三个步骤组成一个 刻蚀单元，整个刻蚀过程中重复执行所述刻蚀单元直至达到预定的刻蚀深度，本发明所述 的深硅刻蚀方法为使各个步骤中的工艺气体与加载的偏压功率同步，采用实时监测工艺腔 室内气体成分的手段，一旦发现预设工艺气体存在，就命令偏压电源施加相应的偏压功率， 进行工艺步骤；若预设工艺气体没有进入腔室内，则命令偏压电源待机。相对于采用延迟模 块的方法，不必通过试验预先获取并设定延迟模块的延迟时间，只要预先设定相应刻蚀步 骤采用的工艺气体及其对应的偏压功率即可，因此，能够更加简便的实现工艺气体与偏压 功率的同步，提高工作效率。此外，采用监测装置确定工艺气体的存在，可以不受工艺气体 流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素，准确性和可靠性较高。


通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中 相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示
出本发明的主旨。
图1为传统的深硅刻蚀方法的流程图2为传统的深硅刻蚀加工装置的示意图3为实施例一中等离子体加工系统的框图4为实施例一中等离子体加工方法的流程图
图5为实施例二中深硅刻蚀系统的结构示意图
图6为图5中控制装置的框图7为图6中判断单元的框图8为实施例二中深硅刻蚀方法的流程图9为实施例三中深硅刻蚀系统的结构示意图
图10为图9中控制装置的框图11为实施例三中等离子加工方法的流程图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限 制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表 示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应 限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。传统的深硅刻蚀方法由沉积步骤、刻蚀面阻挡层去除步骤和刻蚀步骤三个步骤组 成一个刻蚀单元，整个刻蚀过程中重复执行所述刻蚀单元直至达到预定的刻蚀深度。由于 工艺气体与偏压功率同步，以上传统技术一般通过在延迟模块中预先设定施加偏压功率的 延迟时间，通过延迟偏压功率加载到工艺腔室内基座的时间，来实现工艺气体与偏压功率 的同步。发明人研究发现，上述实现同步的效果与预先设定的延迟时间的准确性密切相 关，而所述延迟时间与工艺气体流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素有关，当其 中某个因素发生变化时，工艺气体到达腔室所需的时间就会发生变化，延迟时间也就要做 相应的调整，而每一延迟时间均需要预先试验来确定，导致加工过程复杂而导致工作效率 大大降低。基于此，本发明提供一种深硅刻蚀的方法，以及一种等离子体加工方法和系统。以 下结合附图详细说明所述深硅刻蚀方法的具体实施例。为突出本发明的特点，附图中没有 给出与本发明的发明点必然直接相关的部分。实施例一图3为本实施例中等离子体加工系统的结构框图，图4为本实施例中等离子体加 工方法的流程图。如图3所示，所述等离子体加工系统包括气体传输装置300、工艺腔室301、监测 装置302、电源装置303和控制装置304。其中所述气体传输装置300，用于将气体存储装置(图中未示出)内的工艺气体输入到 工艺腔室301 ；该气体传输装置300例如包括至少一条管路和设置于所述管路上的质量流 量计，所述管路的末端与工艺腔室301内的气体喷嘴或气体分配装置相连通。所述工艺腔室301，用于放置待加工的基片并提供等离子体加工的密封环境；该 工艺腔室301例如为等离子体刻蚀腔室，其包括激励并维持等离子体的上电极，放置待加 工基片的静电卡盘，向等离子体施加偏置电压的下电极，以及多级真空泵等。所述待加工基 片例如为硅片或其他半导体基片。所述监测装置302，设置于所述工艺腔室301内，用于实时监测工艺腔室301内气 体成分；也即，当工艺气体由气体传输装置300进入工艺腔室301内时，该监测装置302就 可以监测到。所述电源装置303与所述工艺腔室电性连接，该电源装置303包括激励电源和偏 压电源，所述激励电源用于提供等离子体激励功率，所述偏压电源用于提供偏压功率。所述控制装置304，分别与所述电源装置303和监测装置302连接，用于当监测 装置302监测到预设工艺气体存在时，控制电源装置303对工艺腔室301内等离子体施加相应的偏压功率值，以使所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室301内的基 片。如图4所示，与上述系统相应的等离子体加工方法包括预先设定等离子体加工 各个步骤需要的工艺气体及其对应的偏压功率。所述预设工艺气体例如为C4F8、Ar、O2和 SF6中的一种或至少两种组合。然后进行以下步骤步骤Sl 实时监测工艺腔室301内气体成分；由所述监测装置302执行该实施监 测步骤。步骤S2 当监测到预设工艺气体存在时，控制电源装置303对工艺腔室301内等 离子体施加相应的偏压功率值；由所述控制装置304执行该控制步骤。步骤S3 所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室301内的基片。其中，步骤S2具体包括以下步骤步骤S21 接收所述实时监测工艺腔室内气体成分的监测信号。步骤S22 根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在，如果是，则执行步骤 S23。步骤S23 查找与所述预设工艺气体相应的偏压功率值。步骤S24 命令所述电源装置对工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值。上述等离子体加工系统和方法中，利用监测装置302实时监测工艺腔室301内气 体成分，当监测到预设工艺气体存在时，控制装置304控制电源装置303对工艺腔室301内 等离子体施加相应的偏压功率值，使所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室 301内的基片。这样，一旦监测到特定刻蚀步骤需要的工艺气体进入到工艺腔室301内，控 制装置304能够立即加载相应的偏压功率，使得工艺气体与偏压功率同步，相对于采用延 迟模块的方法，不必预先获取并设定延迟模块的延迟时间，只要预先设定相应刻蚀步骤采 用的工艺气体及其对应的偏压功率即可，因此，能够更加简便的实现工艺气体与偏压功率 的同步，提高工作效率。此外，采用监测装置确定工艺气体的存在，可以不受工艺气体流量、 质量流量计的响应时间和管路长度等因素，准确性和可靠性较高。下面结合附图详细说明深硅刻蚀方法和执行该方法的深硅刻蚀系统的实施例。实施例二图5为本实施例中深硅刻蚀系统的结构示意图，所述深硅刻蚀系统也为所述等离 子体加工系统的一个实例。该深硅刻蚀系统的结构如图5所示，等离子体刻蚀的工艺腔室501，所述工艺腔室 501内的基座506上设置有硅片507，工艺腔室501的上部具有上电极线圈514，激励电源 515通过上电极线圈514将激励功率耦合到工艺腔室501内，工艺气体在激励功率的激发下 产生等离子体，对硅片507表面进行物理化学作用。管路520与工艺腔室501相连通，管路520的末端与工艺腔室501内的气体喷嘴 或气体分配装置(图中未示出)相连通，而其另一端的三个支路520a、520b和520c分别与 工艺气体508、509和510的存储装置连通，所述三个支路520a、520b和520c分别设有质量 流量计511、512和513，用于控制各个工艺气体的流量。所述质量流量计511、512和513以 及管路520组成气体传输装置。
偏压电源503与工艺腔室501内的基座506电性连接，该基座506例如为静电卡盘，兼做下电极，偏压电源503通过所述下电极(基座)506对等离子体施加偏压功率，使得 等离子体轰击硅片507表面。所述激励电源515和偏压电源503组成所述电源装置，激励电源515例如为射频 电源，偏压电源503例如为低频脉冲电源。所述工艺腔室501内还与多级的抽真空装置502 连通，以获得所需的真空环境。传感器516、传感器517和传感器518设置于所述工艺腔室501内，优选的，靠近所 述喷嘴或者气体分配装置，有利于及时监测到预设的工艺气体，提高系统响应速度。所述传 感器516、传感器517和传感器518分别为工艺气体508、509和510的专用传感器，深硅刻 蚀过程中，工艺气体508用于沉积步骤，例如为C4F8，则传感器516为C4F8气体传感器；工艺 气体509用于刻蚀面阻挡层去除步骤，例如为Ar或02，则传感器517为Ar或O2气体传感 器；工艺气体510用于刻蚀步骤，例如为SF6,则传感器518为SF6气体传感器。所述传感器 516、传感器517和传感器518组成监测装置，各个传感器分别通过独立的数据通道与控制 装置相连。所述控制装置505分别连接激励电源515和偏压电源503，质量流量计511、512和 513，以及传感器516、517和518。图6为本实施例中控制装置的框图，如图所示，该控制装 置505包括接收单元521，判断单元522，查找单元523和指令单元524。所述接收单元521 用于接收传感器516、517和518实时监测的所述工艺腔室501内气体成分的监测信号；所 述判断单元522，用于根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在；所述查找单元523， 用于当所述判断单元522判断预设工艺气体存在时，查找与预设工艺气体相应的偏压功率 值；所述指令单元524，用于命令所述偏压电源503对所述工艺腔室501内的等离子体施加 所述偏压功率值。所述指令单元524还用于在整个工艺开始时命令所述激励电源515激发 并维持等离子体，在整个工艺结束时关闭激励电源515。所述控制装置505例如为工控计算机，接收单元521、判断单元522、查找单元523 和指令单元524可以通过控制程序来实现。本实施例中，接收单元521为信号接口，例如包 括分别对应于传感器516、517和518的三个信号接口 521a、521b和521c，这样由不同接口 接收的监测信号就分别具有各自工艺气体的标识。图7为本实施例中判断单元的框图，如图所示，所述判断单元522包括识别模块 522a和确认模块522b ；所述识别模块522a用于识别接收到监测信号中的工艺气体标识； 所述确认模块522b，用于确认所述标识是否对应所述预设工艺气体。图8为本实施例中深硅刻蚀方法的流程图。如图5-8所示，所述深硅刻蚀方法包括以下步骤首先，预先设定预先设定深硅刻蚀加工各个步骤需要的工艺气体(即预设工艺 气体)及其对应的偏压功率，A、实时监测工艺腔室内的气体成分。具体的，传感器516、517和518实时监测由管路520进入工艺腔室501内的气体 成分，并产生相应的监测信号，由对应的数据通道传输给控制装置。B、开启第一工艺气体的管路，当监测到第一工艺气体存在时，对工艺腔室内等离 子体施加第一偏压功率值，进行沉积步骤，以在刻蚀面、侧壁和光阻层的表面覆盖阻挡层。
具体的，控制装置505命令质量流量计511开启工艺气体508 (C4F8)的管路支路 520a，则工艺气体C4F8由存储装置经过管路520以质量流量计511设定的流量通入工艺腔 室501内，与此同时，控制装置505同时命令所述激励电源515通过上电极线圈514对腔室 内的工艺气体C4F8施加激励功率，以使所述工艺气体C4F8电离形成等离子体。当传感器516监测到工艺气体C4F8时，向控制装置505发出监测信号，所述监测信 号由接收单元521中相应的信号接口 521a接收，使得该监测信号具有了区别于其他气体的 工艺气体C4F8的标识；所述判断单元522根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在，具 体的，所述判断单元522中，识别模块522a识别所述监测信号中的工艺气体C4F8标识，而所 述确认模块522b确认所述标识是否对应所述预设工艺气体，例如，本步骤的预设工艺气体 为C4F8，而所述监测信号中的工艺气体C4F8标识刚好对应所述预设工艺气体，从而确定工艺 气体C4F8进入腔室内；接着，查找单元523查找与预设工艺气体相应的偏压功率值(即第一 偏压功率值)，所述指令单元524命令所述偏压电源503通过所述工艺腔室501内的下电极 对等离子体施加所述偏压功率值，进行沉积步骤，以在刻蚀面、侧壁和光阻层的表面覆盖阻 挡层，可以对侧壁进行有效的保护。相反的，如果传感器516没有监测到工艺气体C4F8时，控制装置505命令所述偏压 电源开机而不施加偏压功率，处于待机状态。C、关闭第一工艺气体的管路并开启第二工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体 存在时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀面阻挡层去除步骤，以去除 所述刻蚀面上覆盖的阻挡层而使所述刻蚀面暴露。具体的，控制装置505命令质量流量计512开启工艺气体509 (Ar或O2)的管路支 路520b，则工艺气体Ar或O2由存储装置经过管路520以质量流量计512设定的流量通入 工艺腔室501内，此过程中，控制装置505命令所述激励电源515保持施加激励功率，以使 所述工艺气体Ar或O2电离形成等离子体。与步骤B类似，当传感器517监测到工艺气体Ar或O2时，向控制装置505发出监 测信号，所述监测信号由接收单元521中相应的信号接口 521b接收，使得该监测信号具有 了区别于其他气体的工艺气体Ar或O2的标识；所述判断单元522根据所述监测信号判断预 设工艺气体Ar或O2是否存在，具体的，所述判断单元522中，识别模块522a识别所述监测 信号中的工艺气体Ar或O2标识，而所述确认模块522b确认所述标识是否对应所述预设工 艺气体，例如，本步骤的预设工艺气体为Ar或02，而所述监测信号中的工艺气体Ar或O2标 识刚好对应所述预设工艺气体，从而确定工艺气体Ar或O2进入腔室内；接着，查找单元523 查找与预设工艺气体相应的偏压功率值(即第二偏压功率值)，所述指令单元524命令所述 偏压电源503通过所述工艺腔室501内的下电极对等离子体施加所述第二偏压功率值，进 行刻蚀面阻挡层去除步骤，以去除所述刻蚀面上覆盖的阻挡层而使所述刻蚀面暴露。相反的，如果传感器517没有监测到工艺气体Ar或O2时，控制装置505命令所述 偏压电源开机而不施加偏压功率，处于待机状态。D、关闭第二工艺气体的管路并开启第三工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体 存在时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀步骤，以刻蚀所述暴露的刻 蚀面。具体的与步骤B、C类似，区别在于第二工艺气体为SF6，不再赘述。E、循环重复所述步骤B、步骤C和步骤D直至达到预定的刻蚀深度，控制装置505命令所有质量流量计关闭，偏压电源和激励电源也同时关闭，结束刻蚀工艺过程。一般深硅刻蚀过程由沉积步骤、刻蚀面阻挡层去除步骤和步骤三个步骤组成一个 刻蚀单元，整个刻蚀过程中重复执行所述刻蚀单元直至达到预定的刻蚀深度，本实施例所 述的深硅刻蚀方法为使各个步骤中的工艺气体与加载的偏压功率同步，采用实时监测工艺 腔室内气体成分的手段，一旦发现预设工艺气体存在，就命令偏压电源施加相应的偏压功 率，进行工艺步骤；若预设工艺气体没有进入腔室内，则命令偏压电源待机。相对于采用延 迟模块的方法，不必通过试验预先获取并设定延迟模块的延迟时间，只要预先设定相应刻 蚀步骤采用的工艺气体及其对应的偏压功率即可，因此，能够更加简便的实现工艺气体与 偏压功率的同步，提高工作效率。此外，采用监测装置确定工艺气体的存在，可以不受工艺 气体流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素，准确性和可靠性较高。以上实施例中，所述监测装置为三个传感器，除此以外，所述监测装置还可以为光 谱仪，具体在以下实施例中描述。实施例三图9为本实施例中深硅刻蚀系统的结构示意图。与实施例二的区别在于，本实施例中采用光谱仪904代替传感器作为监测装置， 来实时监测预设的工艺气体是否进入工艺腔室。在整个工艺过程中，偏压功率和激励功率 一般持续到循环结束，中间不发生间断，只是功率大小有所变化。所述光谱仪904的探测头904a位于工艺腔室901内，并朝向等离子体区域，光谱 仪904通过专用数据线与控制装置905连接，在沉积步骤中，可以通过监测有关碳元素的谱 线强度是否变化判断工艺气体C4F8是否进入工艺腔室901 ；在刻蚀面阻挡层去除步骤中，可 以监测氩或者氧元素的谱线强度的是否变化判断相应工艺气体Ar或O2是否进入工艺腔室 901 ；在刻蚀步骤中，可以监测硫元素的谱线强度的是否变化判断SF6气体是否进入工艺腔 室901。同理，以上各步骤中，也可以通过监测其他元素的谱线强度的是否变化判断相应工 艺气体是否进入工艺腔室。如图10所示，本实施例中等离子加工系统控制装置的框图，判断单元922包括光 谱图生成模块，用于由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；检测模块，用于检测所 述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是否变化。而所述接收单元921为 对应光谱仪904的一个数据接口，查找单元923和指令单元924与实施例二类似。本实施 例中，控制装置905例如为工控计算机，接收单元921、判断单元922、查找单元923和指令 单元924也可以通过控制程序来实现。如图11所示，本实施例的等离子加工方法包括以下步骤Pl 实时监测工艺腔室内气体成分；P2 接收所时监测工艺腔室内气体成分的监测信号述实；P3 由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；P4:检测所述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是否变化，如 果是，则执行步骤P5 ；如果否，则待机；P5 查找与所述预设工艺气体相应的偏压功率值；P6 对工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值；P7 所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。
采用上述方法进行深硅刻蚀的具体步骤与实施例二类似，不再赘述。本发明的其他实施例中，控制装置还包括阈值判断单元，用于在判断单元确定预 设工艺气体存在后进一步判断所述监测信号的强度是否超过阈值，这样可以避免前一个循 环单元残留工艺气体的影响。例如判断单元确定工艺气体C4F8存在后，所述阈值判断单元 将上述监测信号的强度与设定的阈值进行比较，当所述信号强度大于预设阈值时再加载相 应的偏压功率。该预设的阈值对应超过残留工艺气体量的信号强度。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。需 要说明的是，以上实施例仅示出了覆盖光阻层的硅片的情况，实际上所述硅片上还可以包 括刻蚀停止层、减反射层和硬掩膜层等结构，也同样适用所述深硅刻蚀方法，也能够实现本 发明的目的。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领 域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内 容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种等离子体加工方法，其特征在于，包括实时监测工艺腔室内气体成分，当监测到预设工艺气体存在时，对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率值；所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。
2.根据权利要求1所述的等离子体加工方法，其特征在于，所述当监测到预设工艺气 体存在时对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率包括以下步骤接收所述实时监测工艺腔室内气体成分的监测信号，根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在，如果是，则查找与所述预设工艺气体相应的偏压功率值，对工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值。
3.根据权利要求2所述的等离子体加工方法，其特征在于，所述监测信号中含有工艺 气体标识，所述根据监测信号判断预设工艺气体是否存在包括以下步骤识别所述监测信号中的工艺气体标识；确认所述标识是否对应所述预设工艺气体。
4.根据权利要求2所述的等离子体加工方法，其特征在于，所述根据监测信号判断预 设工艺气体是否存在包括以下步骤由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；检测所述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是否发生变化。
5.根据权利要求2-4任一项所述的等离子体加工方法，其特征在于，所述根据监测信 号判断预设工艺气体存在，如果是，则还包括以下步骤判断所述监测信号的强度是否超过 阈值。
6.一种深硅刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤A、实时监测工艺腔室内的气体成分；B、开启第一工艺气体的管路，当监测到第一工艺气体存在时，对工艺腔室内等离子体 施加第一偏压功率值，进行沉积步骤，以在刻蚀面、侧壁和光阻层的表面覆盖阻挡层；C、关闭第一工艺气体的管路并开启第二工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体存在 时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀面阻挡层去除步骤，以去除所述 刻蚀面上覆盖的阻挡层而使所述刻蚀面暴露；D、关闭第二工艺气体的管路并开启第三工艺气体的管路，当监测到第二工艺气体存 在时，对工艺腔室内等离子体施加第二偏压功率值，进行刻蚀步骤，以刻蚀所述暴露的刻蚀E、循环重复所述步骤B、步骤C和步骤D直至达到预定的刻蚀深度。
7.根据权利要求6所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第一工艺气体包括C4F8。
8.根据权利要求6所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第二工艺气体包括Ar和O2 的一种或其组合。
9.根据权利要求6所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第三工艺气体包括SF6。
10.一种等离子体加工系统，其特征在于，包括工艺腔室、监测装置、控制装置和电源 装置，其中，所述工艺腔室，用于放置基片并提供等离子体加工的密封环境；所述监测装置，设置于所述工艺腔室内，用于实时监测工艺腔室内气体成分； 所述电源装置，与所述工艺腔室电性连接，用于提供等离子体激励功率和偏压功率； 所述控制装置，分别与所述电源装置和监测装置连接，用于当监测装置监测到预设工 艺气体存在时，控制电源装置对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率值，以使所述等 离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。
11.根据权利要求10所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述控制装置包括 接收单元，用于接收实时监测所述工艺腔室内气体成分的监测信号；判断单元，用于根据所述监测信号判断预设工艺气体是否存在； 查找单元，用于当所述判断单元判断预设工艺气体存在时，查找与预设工艺气体相应 的偏压功率值；指令单元，用于命令所述电源装置对所述工艺腔室内的等离子体施加所述偏压功率值。
12.根据权利要求11所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述判断单元包括 识别模块，用于识别监测信号中的工艺气体标识；确认模块，用于确认所述标识是否对应所述预设工艺气体。
13.根据权利要求11所述的等离子体加工系统，其特征在于，则所述判断单元包括 光谱图生成模块，用于由所述监测信号获得工艺腔室内气体的光谱图；检测模块，用于检测所述光谱图中所述预设工艺气体所包含的元素的谱线强度是否发 生变化。
14.根据权利要求11-13任一项所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述控制装置 还包括阈值判断单元，用于在判断单元确定预设工艺气体存在后进一步判断所述监测信 号的强度是否超过阈值。
15.根据权利要求10所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述控制装置为传感器 或光谱仪。
全文摘要
本发明提供一种等离子体加工系统和方法、以及深硅刻蚀方法，所述系统包括工艺腔室、监测装置、控制装置和电源装置，其中，所述工艺腔室，用于放置基片并提供等离子体加工的密封环境；所述监测装置，设置于所述工艺腔室内，用于实时监测工艺腔室内气体成分；所述电源装置，与所述工艺腔室电性连接，用于提供等离子体激励功率和偏压功率；所述控制装置，分别与所述电源装置和监测装置连接，用于当监测装置监测到预设工艺气体存在时，控制电源装置对工艺腔室内等离子体施加相应的偏压功率值，以使所述等离子体在所述偏压功率的作用下轰击工艺腔室内的基片。本发明的技术方案能够更加简便的实现工艺气体与偏压功率的同步，提高工作效率。
文档编号H01J37/305GK101988197SQ20091008917
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者杨威风 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司