【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体工业等离子体光谱诊断测试。
技术介绍
1、半导体器件在国防经济建设中发挥着至关重要的作用，其是行业智能化的核心设备。而等离子体刻蚀技术是半导体器件制备的关键工艺，其依靠等离子体放电产生的活性粒子与晶圆表面发生反应，以去除材料表面物质。并可通过调控等离子体放电参数，以实现对材料的具有选择性的去除。
2、虽然等离子体刻蚀工艺在半导体制备中已经取得广泛的应用，但由于刻蚀常用气体，氟碳化合物，放电中等离子体动力学过程的复杂性，其机理仍未研究透彻。以至于工业上刻蚀工艺过程优化依靠实验摸索的方式，耗费大量的人力与物力。实际上，若能实时的监测等离子体放电中刻蚀反应基团的空间分布，则可极大程度上提高工艺过程的效率，并可设计刻蚀的方向性。然而现有技术中，氟碳化合物等离子体刻蚀工艺中刻蚀反应基团空间分布无法可视化，使得监测存在困难。
3、因此，如何提供一种能实时的监测等离子体放电中刻蚀反应基团的空间分布的装置及方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测装置及方法，该装置及方法可以同时获得氟碳化合物等离子体中刻蚀反应基团在等离子体区域空间位置的绝对浓度，具有原位、同时性、无侵扰的特点。
2、一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测装置，包括真空腔室、光纤阵列、凸透镜、凹透镜、分光棱镜、两个反应镜、三个滤波片以及三个工业相机；
3、所述光纤阵列、凸透镜
4、两个所述反应镜分别设置于所述分光棱镜的两侧，第一反应镜、第一滤波片、第一工业相机同轴设置，所述分光棱镜、第二滤波片、第二工业相机同轴设置，第二反应镜、第三滤波片、第三工业相机同轴设置。
5、进一步地，所述光纤阵列收集5路光束，在所述三个工业相机上各形成5个光斑。
6、进一步地，所述装置包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述真空腔室壁上设有一体结构的等离子体腔壁法兰和光纤阵列过真空馈通法兰，光纤支架放置在所述真空腔室内壁面上，所述第一光纤阵列固接在所述光纤支架上，所述光纤支架的位置保持在同一水平线，所述第二光纤阵列固接在所述光纤阵列过真空馈通法兰外壁面。
7、进一步地，所述光纤阵列过真空馈通法兰为圆形结构，且内外壁面沿直径方向均布sma接头，所述第一光纤阵列均布在所述光纤支架上。
8、进一步地，所述第一光纤阵列穿过所述等离子体腔壁法兰设置，所述第一光纤阵列末端与所述第二光纤阵列旋拧在所述光纤阵列过真空馈通法兰上。
9、进一步地，所述反应镜为三角形反应镜，所述分光镜将光束分为三个方向，方向分别与原光束方向成90度、0度和-90度；其中，与原光束成90度和-90度的光束分别入射到第一反应镜和第二反应镜，入射方向与所述反应镜斜边法向的方向成45度角，光束被反射后重新变为与原光束方向相同。
10、一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测方法，采用上述装置，包括：
11、采集所述工业相机拍摄的图像；
12、分别提取各个所述图像中的发光斑点，并计算各个所述发光斑点的发光强度；
13、基于所述发光强度，计算各波段谱线比；
14、基于谱线比与氟碳化合物基团浓度的关系，根据所述各波段谱线比得到所述等离子区域中的氟碳化合物空间分布浓度。
15、进一步地，每个所述图像上有5个发光斑点；
16、所述各波段谱线比表示如下：
17、r1j=i1j/max(i2j)；
18、r2j=i2j/max(i3j)；
19、其中，其中，i1j经过第一反应镜的光束形成的光斑的发光强度，i2j经过分光棱镜的光束形成的光斑的发光强度，i3j经过第二反应镜的光束形成的光斑的发光强度，r1j为两条氟原子谱线的相对强度，r2j为氟原子与氧原子谱线的相对强度，j=1,2,3,4,5，表示5个发光斑点。
20、进一步地，所述谱线比与氟碳化合物基团浓度的关系表示如下：
21、[cfx]=p00+p10×r1j+p01×r2j+p20×r112+p11×r1j×+p02×r212+p30×r113+p21×r112×r2j+p12×r1j×r212+p03×r213；
22、其中，[cfx]表示氟碳化合物基团浓度，x=1,2,3，单位为cm-3/s，r11表示第一条谱线第一个测点的归一化谱线比，r21表示第二条谱线第一个测点的归一化谱线比，p00、p10、p01、p20、p11、p02、p30、p21、p12、p03表示拟合系数。
23、进一步地，当x=1时，p00=7.573×106，p10=-3.995×107，p01=5.988×109，p20=6.139×107，p11=1.965×1010，p02=9.001×1011，p30=-2.189×107，p21=-1.349×1010，p12=-2.13e×1012，p03=7.432×1012；
24、当x=2时，p00=-1.254×108，p10=2.75×108，p01=2.803×1010，p20=8.297×107，p11=-1.477×1011，p02=-3.389×1012，p30=-3.389×107，p21=1.938×1011，p12=7.322×1012，p03=1.349×1012；
25、当x=3时，p00=1.347×1010，p10=-2.654×1011，p01=-1.026×1014，p20=6.95×1011，p11=4.346×1014，p02=6.924×1015，p30=-2.844×1011，p21=-4.573×1014，p12=-1.62×1016，p03=5.718×1016。
26、本专利技术提供的氟碳化合物等离子体基团空间分布监测装置及方法，至少包括如下有益效果：
27、可以同时获得氟碳化合物等离子体中刻蚀反应基团cf3、cf2、cf在等离子体区域空间位置的绝对浓度，该装置及方法具有原位、同时性、无侵扰的特点。据工艺过程中实际等离子体状态，从而反演出刻蚀反应基团的空间分布，以指导工艺人员调控等离子体状态，实现各种需求的刻蚀工艺。
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1.一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测装置，其特征在于，包括真空腔室、光纤阵列、凸透镜、凹透镜、分光棱镜、两个反应镜、三个滤波片以及三个工业相机；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤阵列收集5路光束，在所述三个工业相机上各形成5个光斑。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述真空腔室壁上设有一体结构的等离子体腔壁法兰和光纤阵列过真空馈通法兰，光纤支架放置在所述真空腔室内壁面上，所述第一光纤阵列固接在所述光纤支架上，所述光纤支架的位置保持在同一水平线，所述第二光纤阵列固接在所述光纤阵列过真空馈通法兰外壁面。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光纤阵列过真空馈通法兰为圆形结构，且内外壁面沿直径方向均布SMA接头，所述第一光纤阵列均布在所述光纤支架上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一光纤阵列穿过所述等离子体腔壁法兰设置，所述第一光纤阵列末端与所述第二光纤阵列旋拧在所述光纤阵列过真空馈通法兰上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特
7.一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测方法，采用如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个所述图像上有5个发光斑点；
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述谱线比与氟碳化合物基团浓度的关系表示如下：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当x=1时，p00=7.573×106，p10 =-3.995×107，p01=5.988×109，p20=6.139×107，p11=1.965×1010，p02=9.001×1011，p30=-2.189×107，p21=-1.349×1010，p12=-2.13e×1012，p03=7.432×1012；
...【技术特征摘要】
1.一种氟碳化合物等离子体基团空间分布监测装置，其特征在于，包括真空腔室、光纤阵列、凸透镜、凹透镜、分光棱镜、两个反应镜、三个滤波片以及三个工业相机；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤阵列收集5路光束，在所述三个工业相机上各形成5个光斑。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述真空腔室壁上设有一体结构的等离子体腔壁法兰和光纤阵列过真空馈通法兰，光纤支架放置在所述真空腔室内壁面上，所述第一光纤阵列固接在所述光纤支架上，所述光纤支架的位置保持在同一水平线，所述第二光纤阵列固接在所述光纤阵列过真空馈通法兰外壁面。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光纤阵列过真空馈通法兰为圆形结构，且内外壁面沿直径方向均布sma接头，所述第一光纤阵列均布在所述光纤支架上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一光纤阵列穿过所述等离子体腔壁法兰设置，所述第一光纤阵列末端与所述第二光纤阵列旋拧在所述光纤阵列过真空馈通法兰上。
6.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱悉铭，王璐，康永琦，贾军伟，郑博文，夏天，张文杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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