[發(fā)明專利]一種多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置

在審

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• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN110931399A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勝;李瑞;東芳;王詩兆;陽學(xué)進(jìn);韓旭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/67
• 分類號(hào): H01L21/67;H01L21/66
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

1.一種多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，包括：RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)、氣體流量計(jì)(2)、質(zhì)譜-光譜聯(lián)用儀(3)、RHEED(4)、原子力顯微鏡(5)、氣體壓強(qiáng)計(jì)(6)、溫度測試儀(7)、翹曲測試儀(8)、X射線衍射儀(9)、射頻電源(10)、真空泵(11)、采集板卡(12)、電腦終端(13)；RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)包括若干個(gè)密封的透明窗口；氣體流量計(jì)(2)、氣體壓強(qiáng)計(jì)(6)、翹曲測試儀(8)均布置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)的頂部；X射線衍射儀(9)安裝于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)兩側(cè)；RHEED(4)設(shè)置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體上；原子力顯微鏡(5)集成于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)；溫度測試儀(7)布置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)側(cè)壁；射頻電源(10)和真空泵(11)設(shè)置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)的底部；質(zhì)譜-光譜聯(lián)用儀(3)包括集成的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、電感耦合光譜儀和分析設(shè)備；電感耦合光譜儀、分析設(shè)備均置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)外，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀設(shè)置于RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)；所述采集板卡(12)與所述電腦終端(13)通過導(dǎo)線連接；所述電腦終端(13)分別與所述的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)、氣體流量計(jì)(2)、質(zhì)譜-光譜聯(lián)用儀(3)、RHEED(4)、原子力顯微鏡(5)、氣體壓強(qiáng)計(jì)(6)、溫度測試儀(7)、翹曲測試儀(8)、X射線衍射儀(9)、射頻電源(10)、真空泵(11)通過導(dǎo)線依次連接。

2.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和所述電感耦合光譜儀的集成采用集成共用材料氣化至等離子體產(chǎn)生裝置，通過將所述電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和所述電感耦合光譜儀的檢測模塊合理布置實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜-光譜的集成。

3.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述X射線衍射儀(9)包括入射模塊和接收模塊，分別安裝于所述RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)的兩側(cè)，并通過透明窗口入射到被刻蝕材料的表面。

4.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述溫度測量儀(7)采用單相機(jī)比色測溫系統(tǒng)，通過透明窗口檢測刻蝕材料或者刻蝕腔的表面溫度，實(shí)現(xiàn)對刻蝕腔內(nèi)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述翹曲測量儀檢測光路通過透明窗口進(jìn)行傳輸。

6.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述RHEED(4)包括超快RHEED或RHEED；超快RHEED的電子槍與熒光成像窗口分別布置在刻蝕腔體兩側(cè)；電子槍以非常小的能量將單能電子掠入射到被刻蝕材料表面，通過熒光屏上衍射斑點(diǎn)的形貌獲得薄膜厚度，組分以及晶體生長機(jī)制信息。

7.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述原子力顯微鏡(5)的原子力顯微鏡探針及懸臂梁部分集成于所述RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)，用于刻蝕過程中薄膜表面形貌的原位測量。

8.如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，如權(quán)利要求1所述的多種檢測功能的RIE半導(dǎo)體材料刻蝕裝置，其特征是，所述質(zhì)譜-光譜聯(lián)用儀(3)通過對刻蝕過程RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)的反應(yīng)氣體等離子體化后進(jìn)行組分及比例的分析；所述X射線衍射儀(9)利用晶體產(chǎn)生衍射圖譜，反映了晶體內(nèi)部原子的排列方面的信息確定晶體的種類、相成分等一系列信息；所述氣體壓強(qiáng)計(jì)(6)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)的真空度；所述氣體流量計(jì)(2)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測刻蝕RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)的氣體注入的流量和流速均勻性；所述原子力顯微鏡(5)通過懸臂梁探針對薄膜的表面形貌及力曲線進(jìn)行測量；所述翹曲測試儀(8)通過攝像頭高速采集被刻蝕材料的形貌圖片進(jìn)行對比，獲得形貌變化的對比結(jié)果，確定刻蝕后的翹曲情況；所述溫度測試儀(7)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測刻蝕過程中材料的溫度變化；所述采集板卡(12)用于集成反應(yīng)氣體等離子體化后組分及比例、衍射圖譜、RIE半導(dǎo)體材料刻蝕腔體(1)內(nèi)真空度、體注入的流量和流速、薄膜的表面形貌及力曲線、被刻蝕材料的形貌圖片、材料的溫度變化，并傳輸至所述電腦終端(13)。