一种基于谐振器的刻蚀终点检测系统和方法

1.本申请涉及半导体刻蚀检测领域，具体地，涉及一种基于谐振器的刻蚀终点检测系统和方法。


背景技术：

2.电感耦合等离子体刻蚀是一种重要的纳米加工技术，而电感耦合等离子体刻蚀在纳米加工中的刻蚀精度是一个重要的技术指标。目前，商用的两种检测系统，一种是基于不同等离子体具有辉光波长不同的发射光谱仪(optical emission spectroscopy，简称oes)，另一种是基于激光干涉原理的激光干涉仪(laser interferometer，简称li)。但是，oes存在只能刻蚀到不同材料才能判断终点，而且产生大量的刻蚀副产物的缺陷；li存在受限激光波长而只能测量厚度大于200nm的薄膜，而且要已知材料的折射率(现实测量存在误差)的缺陷。
3.鉴于以上缺陷，对高精度地检测纳米刻蚀终点的检测系统和方法存在需求。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，提出了本申请。
5.一方面，本申请的实施例提供了一种基于谐振器的刻蚀终点检测系统。所述基于谐振器的刻蚀终点检测系统包括：谐振器，被放置在刻蚀腔体中并与待刻蚀样品一起被刻蚀；检测器，与所述谐振器相连接，用于检测并输出所述谐振器的参数；和比较器，与所述检测器相连接，用于接收并比较所述谐振器的参数与预设值。
6.另一方面，本申请的实施例提供了一种基于谐振器的刻蚀终点检测方法。所述基于谐振器的刻蚀终点检测方法包括：在刻蚀腔体中同时刻蚀谐振器与待刻蚀的样品；检测所述谐振器的参数；和比较所述谐振器的参数与预设值。
7.本发明的优点是谐振器与被刻蚀样品处于相同的环境中，而且与被刻蚀样品的材料相同，因而根据本发明的实施例的检测系统具有的更高的检测精度；与激光干涉检测系统相比，检测位置位于被刻蚀样品以外的区域，增加了样品有效面积；与物质光谱检测系统相比，信号采集与样品刻蚀独立，可以实现更小刻蚀面积样品检测。
附图说明
8.通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
9.图1示出根据本发明的实施例的基于谐振器的刻蚀终点检测系统的示意图。
10.图2示出根据本发明的实施例的基于谐振器的刻蚀终点检测方法的流程示意图。
具体实施方式
11.下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
12.申请概述
13.在目前的刻蚀终点检测系统中，发射光谱仪基于不同等离子体具有不同的辉光波长，但只有刻蚀到不同材料时才能判断刻蚀终点，而且还产生大量的刻蚀副产物；激光干涉仪基于激光干涉原理，但受限于激光波长而只能测量厚度大于200nm的薄膜，而且还要知道材料的折射率。
14.因此需要提供能够高精度地检测纳米刻蚀终点的检测系统和方法来克服上述缺陷。
15.本发明基于频率跟踪原理，提出了一种基于谐振器的纳米刻蚀终点检测系统和方法，可用于纳米刻蚀深度的高精度检测，普适于各种干法刻蚀系统。
16.示例性装置
17.本申请提供一种基于谐振器的刻蚀终点检测系统。所述基于谐振器的刻蚀终点检测系统包括：谐振器，被放置在刻蚀腔体中并与待刻蚀样品一起被刻蚀；检测器，与所述谐振器相连接，用于检测并输出所述谐振器的参数；和比较器，与所述检测器相连接，用于接收并比较所述谐振器的参数与预设值。在这里，谐振器的参数可以是谐振器的质量和/或质量变化值、谐振器的频率和/或频率变化值、或者谐振器的刻蚀深度值中的一个或多个。
18.下面结合图1，对根据本发明的实施例的基于谐振器的刻蚀终点检测系统进行详细说明。
19.如图1所示，根据本发明的实施例的基于谐振器的刻蚀终点检测系统包括谐振器、采集电路、转换电路、比较电路和人机接口，其中，谐振器与采集电路相连接，采集电路与转换电路相连接，比较电路分别与转换电路和人机接口相连接。
20.在利用电感耦合等离子体或类似干法刻蚀系统对样品进行微纳米级加工时，将样品和谐振器放入刻蚀腔体；采集电路采集谐振器的初始谐振频率并输出给转换电路；转换电路接收谐振器的初始谐振频率，并将初始谐振频率值转换成设定计量值并且存储；人机接口向比较电路输入理想的刻蚀深度值；等离子体对被放置在刻蚀腔体内的样品和谐振器进行刻蚀，谐振器在刻蚀时产生质量变化，而谐振器的质量发生变化导致谐振器的频率发生变化；采集电路实时采集谐振器的谐振频率并输出到转换电路；转换电路接收谐振器的谐振频率，计算谐振器的谐振频率的变化值并转换成谐振器的刻蚀深度值，然后转换电路将所转换的谐振器的刻蚀深度值输出到比较电路；比较电路将转换电路输入的谐振器的刻蚀深度值与人机接口输入的理想刻蚀深度值进行比较，若二者相同，则停止等离子体刻蚀，否则继续等离子体刻蚀。
21.在某些实施例中，谐振器的材料是硅材料但不限定硅材料，并且可以谐振器的被刻蚀区域的材料与样品的材料相同。特别地，谐振器整体的材料与样品的材料相同。
22.在某些实施例中，谐振器可以包含被放置在其上的半导体薄膜材料或者被沉积在其上的半导体薄膜材料。
23.在某些实施例中，谐振器可以限定为平板电容结构。
24.本发明的基于谐振器的刻蚀终点检测系统，与激光干涉和物质光谱检测系统相比，谐振器与被刻蚀的样品处于相同环境中，而且与被刻蚀的样品的材料相同，该系统具有的更高的检测精度；与激光干涉检测系统相比，检测位置放在被刻蚀样品以外区域，增加了样品有效面积；与物质光谱检测系统相比，信号采集与样品刻蚀独立，可以实现更小刻蚀面积样品检测；可以检测薄膜部分刻蚀，全部刻蚀，以及多层刻蚀，普适于各种干法刻蚀系统；谐振器能沉积各种薄膜材料，所以可以检测各种薄膜材料刻蚀。
25.示例性方法
26.图2是本申请一示例性实施例提供的基于谐振器的刻蚀终点检测方法的流程示意图。
27.如图2所示，基于谐振器的刻蚀终点检测方法包括：
28.步骤10，在刻蚀腔体中同时刻蚀谐振器与待刻蚀的样品；
29.步骤20，检测所述谐振器的参数；和
30.步骤30，比较所述谐振器的参数与预设值，若二者相同，则停止等离子体刻蚀，否则继续等离子体刻蚀。
31.在这里，谐振器的参数可以是谐振器的质量和/或质量变化值、谐振器的频率和/或频率变化值、或者谐振器的刻蚀深度值中的一个或多个。
32.在某些实施例中，检测谐振器的参数可以包括检测谐振器的频率变化值，并将谐振器的频率变化值转换成谐振器的刻蚀深度值。
33.在某些实施例中，检测所述谐振器的频率变化值，包括：在谐振器被刻蚀前，检测谐振器的初始谐振频率；和在谐振器被刻蚀后，检测谐振器的谐振频率并得到谐振频率变化值。
34.在某些实施例中，人机接口向比较器输入预设值，在这里，预设值是指谐振器的理想刻蚀深度值。
35.在本发明的基于谐振器的刻蚀终点检测方法中，谐振器与被刻蚀样品处于相同的环境中，而且与被刻蚀样品的材料相同，因而根据本发明的实施例的检测系统具有的更高的检测精度；与激光干涉检测方法相比，检测位置位于被刻蚀样品以外的区域，增加了样品有效面积；与物质光谱检测方法相比，信号采集与样品刻蚀独立，可以实现更小刻蚀面积样品检测。
36.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
37.以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
38.本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具
有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
39.还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
40.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
41.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。