【刻蚀】终点检测 Endpoint detection

　　干法刻蚀不同于湿法腐蚀之处在于它对下面的材料没有好的选择比。基于此原因，需要终点检测来监测刻蚀工艺并停止刻蚀以减小对下面材料的过度刻蚀。终点检测系统测量一些不同的参量，如刻蚀速率的变化、在刻蚀中被去除的腐蚀产物的类型或在气体放电中活性反应剂的变化（见图1）。用于重点检测的一种方法是光发射谱。这一测量方法集成在刻蚀腔体中以便进行实时监测[1]。

图1 等离子刻蚀终点检测

光发射谱

　　被激发的基发射出的对应于特定材料的一定波长的光（表1）。在气体辉光放电中被激发的原子或分子所发出的光可用光发射谱来分析，从而鉴别出该元素。发射的光通过一个带有允许特殊波长的光通过的带过滤器的探测器，从而鉴别出被刻蚀的材料。在等离子体中，发射光的强度与相关元素的相对浓度有关。根据这一点，终点检测器能检测出什么时候刻蚀材料已被刻完并进行下层材料的刻蚀。光发射谱是终点检测中最常用的一种方法，因为它易于获得高的灵敏度。

光发射谱也能用来进行刻蚀反应器的诊断。通过对氮的识别可以判断一个系统是否漏气。清洗腔体后由于真空不够而引起的水汽也可以被检测出来。通过光发射谱不能获得反应基的绝对浓度[1]。

表1 在等离子体刻蚀中被激发的基因的特征波长

光学反射检测法

　　该法检测基片表面反射光的变化，即反射光随被刻蚀的膜厚变化而产生周期性的变化，直至 刻蚀终了。可以利用部份等离子光射，也可以加入激光利用干涉原理进行检测（如图2）[2]。

图2 氦-氖激光束刻蚀终点检测装置示意图

气体分析法

　　该方法可直接由等离子体采样或排气系统附近采样，通过气体分析器进行质谱分析，分析反应气体的组成，或分析所发生的离子的能量（如图3）。由于该方法需采用差动排气系统保持滤质器内的高真空，所以装置比较庞大，是用于对刻蚀反应机构进行科研分析的场合[2]。

图3 气体分析法刻蚀终点检测装置简图

阻抗监控法

　　阻抗监控法有两种：一种是测定刻蚀时的电极电压变化，记观察阻抗适配情况加以调整。铝和铬等金属刻蚀前后电极电压变化的幅度较大，容易判别终点。但硅、二氧化硅、氮化硅刻蚀时，电极电压几乎不变，很难采用该法判断终点。实际使用时，往往将发射光谱法和阻抗监控法组合起来（如图4）。另一种是兰米探头法（如图5）。将探头插入等离子场中，然后通过监视探头电流判断刻蚀终点[2]。

图4 发射光谱法和组抗监控法组合使用

图5 兰米探头法

参考文献：

[1] Michael Quirk. Julian Serda．半导体制造技术．北京：电子工业出版社，2015.6：422-423

[2]王安涛，黄嘉华．等离子刻蚀的终点检测．上海元件五厂