一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻装置和方法与流程

本发明涉及蚀刻，具体涉及一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻装置和方法。

背景技术：

1、在半导体制造行业，特别是芯片制作工艺中，通常会采用刻蚀技术，刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。

2、再刻蚀技术中，包括等离子体刻蚀，专利申请号为：cn202211150597.9的专利公开了一种对含添加剂的氮化铝膜进行等离子体蚀刻的方法，所述含添加剂的氮化铝膜含有选自钪、钇或铒的添加剂元素。所述方法包括将工件放置在等离子腔室内的压板上，所述工件包括具有沉积在其上的含添加剂的氮化铝膜的衬底及安置在所述含添加剂的氮化铝膜上的掩模，所述掩模界定至少一个沟槽。所述方法进一步包括将第一蚀刻气体以第一流率引入所述腔室，将第二蚀刻气体以第二流率引入所述腔室，及在所述腔室内建立等离子体以蚀刻在所述沟槽内暴露的所述含添加剂的氮化铝膜。所述第一蚀刻气体包括三氯化硼且所述第二蚀刻气体包括氯，且所述第一流率与所述第二流率的比率大于或等于1:1。该专利公开了通过等离子体技术进行刻蚀的工艺流程。

3、但是，现有的等离子体刻蚀时，并没有更精确的技术对反应腔内等离子体的状态进行监控，以确保等离子体的状态对刻蚀工艺的影响。

技术实现思路

1、本发明提供一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻装置和方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

2、本发明提供一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻装置，所述蚀刻装置包括：等离子体刻蚀腔、观察窗、信息采集模块、信息处理模块、信息反馈模块以及等离子体控制模块；

3、等离子体刻蚀腔用于待去除薄膜的晶圆在等离子体的作用下进行薄膜刻蚀；

4、设置在等离子体刻蚀腔一侧的观察窗；

5、信息采集模块设置在观察窗外，通过观察窗采集等离子体刻蚀腔内等离子体的初始特性信息；

6、信息处理模块用于对等离子体的特性信息进行处理，获得经过信息处理后的最终特性信息；

7、所述信息反馈模块根据经过信息处理后的最终特性信息获得调整参数，将所述调整参数反馈至等离子体控制模块；

8、所述等离子体控制模块根据调整参数调整等离子体刻蚀腔的反应参数。

9、优选的，所述信息采集模块包括：

10、工业相机图像采集子模块，用于通过工业相机采集等离子体刻蚀腔内等离子体的第一图像；

11、高光谱信号采集子模块，用于采集等离子体刻蚀腔内等离子体的光谱信号，形成第二图像；

12、所述第一图像和第二图像构成等离子体的初始特性信息。

13、优选的，所述高光谱信号采集子模块，用于等离子体刻蚀腔内的入射信号光通过观察窗进入广角成像装置后，进入高光谱成像设备的可调谐波滤波器的滤光片上，滤光片在驱动器的作用下，将入信号光中特定波长的光线以固定的角度折射出来，形成所述第二图像；

14、所述工业相机图像采集子模块用于特定波长的光线生成的目标影像通过工业相机采集，形成第一图像。

15、优选的，所述信息处理模块包括：第二图像处理子模块，用于对所述第二图像进行图像处理，经过处理后的第二图像用于与处理后的第一图像形成最终特性信息；

16、所述第二图像处理子模块包括：

17、像素合并单元，用于将所述第二图像进行像素合并，将相邻像元感应的电荷相加，输出为一个像元；

18、水平合并单元，用于设定水平方向像素合并，水平方向的像素合并是将相邻行的电荷相加作为一个电荷值；

19、垂直合并单元，用于设定垂直方向像素合并，垂直方向的像素合并是将相邻列的电荷相加作为一个电荷值。

20、优选的，所述信息处理模块还包括：第一图像处理子模块，用于对所述第一图像进行图像处理；经过处理后的第一图像用于与处理后的第二图像形成最终特性信息；

21、所述第一图像处理子模块包括：

22、输出光线的强度分布获得单元，用于获得由观察窗采集到的输出光线的强度分布；

23、正相关关系确定单元，用于确定原始光源的第一光强分布和反射在腔壁上的反射光纤的第二光强分布的正相关关系；所述第一光强分布为等离子体在移动过程中发射的光线的光强分布；

24、第一光强分布获得单元，用于原始光源的第一光强分布根据所述正相关关系，以及采集到的输出光线的强度分布计算获得原始光源的第一光强分布。

25、优选的，所述信息采集模块还包括：图像匹配子模块，用于将所述第一图像和第二图像进行匹配处理，获得三维图像，根据所述三维图像获得等离子体刻蚀腔内等离子体的初始特性信息。

26、优选的，所述图像匹配子模块包括：

27、基于工业相机采集一帧二维图像，并调整采集参数后输出黑白图像，确定黑白图像的x-y坐标，同时输出空间光强信息；

28、基于高光谱信号采集模块设置光谱幅度以及扫面频率，以及确定频率与波长的转换关系，最终输出波长，得到波长信息；

29、将空间光强信息和波长信息合并，作为初始特性信息。

30、优选的，所述信息反馈模块包括：

31、比较单元，用于将最终特性信息与预设的反应参数进行比较；

32、判断单元，用于判断最终特性信息是否在反应参数规定的范围内，若在规定的范围内，则不进行参数调整；

33、最终特性信息转换子模块，若不在规定的范围内，则确定最终特性信息与预设反应参数之间的映射关系，根据映射关系确定调整参数；所述映射关系是通过调整参数的调整使得最终特性信息与预设反应参数之间达到匹配关系。

34、本发明提供一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻方法，该蚀刻方法包括：

35、s100，设置在等离子体刻蚀腔一侧的观察窗；信息采集模块设置在观察窗外，通过观察窗采集等离子体刻蚀腔内等离子体的初始特性信息；

36、s200，信息处理模块用于对等离子体的特性信息进行处理，获得经过信息处理后的最终特性信息；

37、s300，所述信息反馈模块根据经过信息处理后的最终特性信息获得调整参数，将所述调整参数反馈至等离子体控制模块；

38、s400，所述等离子体控制模块根据调整参数调整等离子体刻蚀腔的反应参数。

39、优选的，所述s100包括：

40、s101，通过工业相机采集等离子体刻蚀腔内等离子体的第一图像；

41、具体的，特定波长的光线生成的目标影像通过工业相机采集，形成第一图像。

42、s102，采集等离子体刻蚀腔内等离子体的光谱信号，形成第二图像；所述第一图像和第二图像构成等离子体的初始特性信息；

43、具体的，等离子体刻蚀腔内的入射信号光通过观察窗进入广角成像装置后，进入高光谱成像设备的可调谐波滤波器的滤光片上，滤光片在驱动器的作用下，将入信号光中特定波长的光线以固定的角度折射出来，形成所述第二图像。

44、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

45、本发明提供一种精确刻蚀和去除薄膜的蚀刻装置和方法，其中蚀刻装置包括：等离子体刻蚀腔、观察窗、信息采集模块、信息处理模块、信息反馈模块以及等离子体控制模块；等离子体刻蚀腔用于待去除薄膜的晶圆在等离子体的作用下进行薄膜刻蚀；设置在等离子体刻蚀腔一侧的观察窗；信息采集模块设置在观察窗外，通过观察窗采集等离子体刻蚀腔内等离子体的初始特性信息；信息处理模块用于对等离子体的特性信息进行处理，获得经过信息处理后的最终特性信息；所述信息反馈模块根据经过信息处理后的最终特性信息获得调整参数，将所述调整参数反馈至等离子体控制模块；所述等离子体控制模块根据调整参数调整等离子体刻蚀腔的反应参数。本方案可以基于信息采集模块以及信息处理模块精确的对刻蚀腔内的等离子体进行特性捕捉，相比于单一的红外捕捉等现有技术，本方案可以更精准的对等离子体进行特性捕捉。本方案可以通过信息采集模块采集的图像构成三维图像，更加精准的反应刻蚀腔内的等离子体的空间分布以及粒子能量场等信息。因此，以本方案采集的信息更加准确完整，且通过对上述采集的信息进一步降噪等处理获得最终的特性信息，并根据最终特性信息进一步确定是否需要对刻蚀腔内的等离子体的状态或特性进行相应的修正或调整，以保证刻蚀过程中等离子体的反应参数可以达到最优状态。因此，通过本方案可以提升刻蚀和去除薄膜的精准性。

46、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

47、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。