專利名稱：改進(jìn)蝕刻率均一性的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于基板支撐。更具體而言，本發(fā)明是關(guān)于一種在等離子處理過(guò)程中在基板上方達(dá)到均一等離子分布的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般等離子蝕刻設(shè)備包括一反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中有一反應(yīng)氣體流動(dòng)通過(guò)的腔室。在此腔室內(nèi)，氣體通常由射頻能量離子化成等離子體。該等離子氣體的高反應(yīng)性離子可與諸如位于制成集成電路的半導(dǎo)體晶片表面的聚合物光罩的材料產(chǎn)生反應(yīng)。蝕刻前，晶片放置在腔室內(nèi)且由夾盤或固持器固持在適當(dāng)?shù)奈恢?，該夾盤或固持器將晶片的一個(gè)頂面暴露在等離子氣體中。此項(xiàng)技術(shù)中已知的夾盤有多種類型。夾盤提供一等溫表面且作為晶片的散熱器。在一種類型的夾盤中，以機(jī)械夾緊方法將半導(dǎo)體晶片固持于適當(dāng)位置以便蝕刻。在另一類型的夾盤中，由夾盤及晶片間的電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力將半導(dǎo)體晶片固持于適當(dāng)?shù)奈恢?。本發(fā)明對(duì)此兩種類型的夾盤皆適用。
在半導(dǎo)體的處理過(guò)程中，每一方法中晶片的蝕刻率或沉淀率的均一性直接影響裝置的成品率。這已經(jīng)成為處理反應(yīng)器的一個(gè)主要合格標(biāo)準(zhǔn)且因此被認(rèn)為是其設(shè)計(jì)與發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)非常重要的參數(shù)。隨著晶片直徑尺寸的每一次增加，要確保由越來(lái)越大的晶片制成的每一批集成電路的均一性變得更困難了。例如，隨著晶片的尺寸從200mm增加到300mm，以及每一個(gè)晶片的尺寸變小，邊緣的互斥區(qū)域縮小到(例如)2mm。因此，從晶片的邊緣起算，一直維持均一蝕刻率、輪廓及臨界尺寸直到2mm，是非常重要的。
在等離子蝕刻反應(yīng)器中，蝕刻參數(shù)的均一性(蝕刻率、輪廓、臨界尺寸(CD)等)受多個(gè)參數(shù)影響。維持均一等離子體放電從而維持晶片上方的等離子化學(xué)性質(zhì)對(duì)改進(jìn)均一性是非常關(guān)鍵的。借由控制通過(guò)噴射頭的氣流流動(dòng)注入量、修改噴射頭設(shè)計(jì)、以及在晶片周圍放置邊緣環(huán)，已經(jīng)設(shè)想出許多改進(jìn)晶片均一性的嘗試。
具有不同尺寸電極的電容耦合型蝕刻反應(yīng)器的問(wèn)題是缺乏均一射頻耦合，尤其在晶片邊緣周圍。圖1描述一種常見(jiàn)的電容耦合型等離子處理腔室100，其代表了通常運(yùn)用于蝕刻基板的示范性等離子處理腔室類型?，F(xiàn)在請(qǐng)參閱圖1，夾盤102，代表一工件固持器，蝕刻期間其上安置諸如晶片104的基板?？衫萌魏芜m當(dāng)?shù)膴A箝技術(shù)實(shí)施夾盤102，例如，靜電式、機(jī)械式、夾具式、真空式等等。蝕刻期間，夾盤102通常具有同時(shí)在蝕刻期間由一雙頻電源106提供的雙頻射頻頻率(一低頻及一高頻)，例如，2Mhz及27Mhz。
上部電極108位于晶片104上方。上部電極108接地。圖1描述一種上部電極102的表面大于夾盤102及晶片104表面的蝕刻反應(yīng)器。蝕刻期間，等離子體110是由經(jīng)一輸氣管線112供應(yīng)的蝕刻劑氣源所形成，并經(jīng)由一排氣管線114被吸出。
定位環(huán)116可置于上部電極108與諸如圖2夾盤102的底部電極間。一般說(shuō)來(lái)，定位環(huán)116協(xié)助將蝕刻等離子體110限制在晶片104上方區(qū)域，以便改進(jìn)處理控制并確?？芍貜?fù)性。
當(dāng)將射頻能量從射頻電源106供應(yīng)至夾盤102時(shí)，于晶片104上方形成等電位場(chǎng)線(equipotential field line)。該等電位場(chǎng)線是穿越位于晶片104及等離子體110間的等離子護(hù)層的電場(chǎng)線。在等離子處理過(guò)程中，正離子加速通過(guò)等電位場(chǎng)線撞擊晶片104表面，藉此達(dá)到所需的蝕刻效果，例如，改進(jìn)蝕刻定向性。由于上部電極108和夾盤102的幾何結(jié)構(gòu)，整個(gè)晶片表面的場(chǎng)線可能不均一，并且在晶片104的邊緣可能會(huì)發(fā)生顯著的變化。因此，通常會(huì)提供集中環(huán)118以改進(jìn)整個(gè)晶片表面處理的均一性。參考圖2，圖示晶片104置于集中環(huán)118內(nèi)，該集中環(huán)118可由適當(dāng)絕緣體材料制成，例如陶瓷、石英、塑料或其類似物。因此，集中環(huán)118的存在允許等電位場(chǎng)線大體均一地分布于晶片104的整個(gè)表面上方。
一電導(dǎo)護(hù)罩120充分環(huán)圍集中環(huán)118。配置所述電導(dǎo)護(hù)罩120，使其在等離子處理腔室內(nèi)充分接地。所述護(hù)罩120避免在集中環(huán)118外部出現(xiàn)不需要的等電位場(chǎng)線。
因?yàn)樯喜侩姌O108比底部電極104大，所以在晶片104與頂端電極108間的射頻電流行徑路徑在晶片104的邊緣會(huì)特別增加。因此，晶片104的蝕刻率在晶片104的外部邊緣下降，便得到一較不均勻的蝕刻晶片。
因此，需要一種能改進(jìn)晶片上方等離子體放電均一性的方法及設(shè)備。本發(fā)明的基本目的就是滿足這些需要，以及提供進(jìn)一步、相關(guān)的益處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種具有腔室的蝕刻設(shè)備，所述腔室中封裝一第一電極、一第二電極、若干定位環(huán)、一集中環(huán)及一護(hù)罩。該第一電極耦合到一固定電位源。該第二電極耦合到一雙頻射頻電源。所述定位環(huán)置于該第一電極與該第二電極之間。該腔室由一耦合到電源的電導(dǎo)材料形成。該集中環(huán)充分包圍所述第二電極，并且使所述第二電極電絕緣。所述護(hù)罩充分環(huán)圍該集中環(huán)。該第二電極的邊緣與護(hù)罩的邊緣間的距離至少小于該第二電極的邊緣與該第一電極邊緣間的距離。該護(hù)罩由一耦合到該固定電位源的電導(dǎo)材料形成。


并入本說(shuō)明書且構(gòu)成說(shuō)明書一部份的隨附圖式描述本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)具體實(shí)施例，且與詳細(xì)說(shuō)明一起用于闡明本發(fā)明的原理及實(shí)施。
在圖式中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所得的蝕刻設(shè)備的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例所得的蝕刻設(shè)備的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)施例所得的蝕刻設(shè)備的示意圖。
圖4比較根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所取得的蝕刻率與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所取得的蝕刻率所得的曲線圖。
圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例改進(jìn)蝕刻率均一性的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
此處描述的本發(fā)明實(shí)施例是以在雙頻等離子蝕刻反應(yīng)器中的蝕刻率均一性改良為背景。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，以下關(guān)于本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明只是說(shuō)明性的，并不表示任何方式的限制。受益于本揭示的技術(shù)人員將容易地想到本發(fā)明的其它實(shí)施例?，F(xiàn)在將詳細(xì)參考如附圖所示的本發(fā)明實(shí)施。整份附圖及下列詳細(xì)說(shuō)明中將使用相同參考符號(hào)來(lái)表示相同或相似部件。
為了清楚地闡明，沒(méi)有展示和描述此處所描述的本發(fā)明實(shí)施的所有例行部件。當(dāng)然應(yīng)了解，在任何此種實(shí)際實(shí)施的發(fā)展過(guò)程中，為了達(dá)到開(kāi)發(fā)者特殊目的必須決定許多與特定實(shí)施有關(guān)的事項(xiàng)，例如，必須符合與申請(qǐng)及商業(yè)有關(guān)的約束，而且這些特殊的目的將隨實(shí)施的變化而改變，以及將隨開(kāi)發(fā)者的不同而有所不同。此外，應(yīng)了解此種開(kāi)發(fā)的努力可能是復(fù)雜的且費(fèi)時(shí)的，但此不過(guò)是受益于本揭示的所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員的例行工程任務(wù)而已。
圖2描述一種電容耦合型等離子處理腔室200，代表通常運(yùn)用于蝕刻基板的種類的示范性等離子處理腔室類型?，F(xiàn)在參閱圖2，夾盤202代表一工件固持器，蝕刻期間其上放置一如晶片204的基板?？衫萌魏芜m當(dāng)?shù)膴A箝技術(shù)實(shí)施夾盤202，例如，靜電式、機(jī)械式、夾具式、真空式或其類似技術(shù)。蝕刻期間，夾盤202通常具有同時(shí)在蝕刻期間由一雙頻電源206提供的雙射頻頻率，例如，2Mhz及27Mhz。
上部電極208位于晶片204上方。該上部電極208在蝕刻期間可接地(如圖2的例子)，或者可由其它射頻電源通電。如果給上部電極208通電，它可能會(huì)絕緣于反應(yīng)器的其余部分，以使上部電極208與地絕緣。圖2描述出一種蝕刻反應(yīng)器，其中上部電極202的表面大于夾盤202表面。在蝕刻期間，等離子體210是由經(jīng)輸氣管線212供應(yīng)的蝕刻劑氣源所形成，并經(jīng)排氣管線214被吸出。
定位環(huán)216可放置于上部電極208與諸如圖2中夾盤202的底部電極間。一般說(shuō)來(lái)，定位環(huán)216有助于將蝕刻等離子體210限制在晶片204上方區(qū)域內(nèi)，以改進(jìn)處理控制并確?？芍貜?fù)性。盡管在圖2的實(shí)例中僅展示了三個(gè)定位環(huán)216，但應(yīng)了解可提供任何數(shù)量的定位環(huán)。
將射頻能量從雙射頻電源206供應(yīng)至夾盤202時(shí)，在晶片204上方形成等電位場(chǎng)線(電場(chǎng)線穿越晶片204及等離子體210間的等離子護(hù)層)。等離子處理過(guò)程中，正離子加速穿過(guò)該等電位場(chǎng)線間撞擊晶片204表面，藉此提供所需的蝕刻效果，例如，改進(jìn)蝕刻定向性。由于上部電極208與夾盤202的幾何結(jié)構(gòu)，整個(gè)晶片表面的場(chǎng)線可能會(huì)不一致，且在晶片204邊緣會(huì)發(fā)生顯著變化。因此，通常會(huì)提供一集中環(huán)218以改進(jìn)整個(gè)晶片表面處理的均一性。參考圖2，圖示晶片204置于集中環(huán)218內(nèi)，該集中環(huán)可由適當(dāng)絕緣體材料制成，例如，陶瓷、石英、塑料或其類似物。因此，藉由集中環(huán)218充分地環(huán)圍晶片204及夾盤202，等電位場(chǎng)線大體均一地分布在整個(gè)晶片204的表面上方。
電導(dǎo)護(hù)罩220充分環(huán)圍集中環(huán)218。配置電導(dǎo)護(hù)罩220，使其在等離子處理腔室內(nèi)充分接地。護(hù)罩220避免在集中環(huán)218外部出現(xiàn)不需要的等電位場(chǎng)線，并且提供等電位場(chǎng)線所需的方向。
為了增強(qiáng)晶片邊緣周圍的射頻耦合，并且藉此改進(jìn)晶片邊緣的均一性，將由護(hù)罩220提供的接地回路(ground return)更靠近晶片204邊緣，從而也接近夾盤202外部邊緣，使得夾盤202邊緣與護(hù)罩220邊緣間的距離至少小于上部電極208邊緣與夾盤202邊緣間的距離。因此，護(hù)罩220為夾盤202及晶片204邊緣外部的電流提供一條較佳的接地回路路徑。
圖3描述電容耦合型等離子處理腔室300的另一項(xiàng)實(shí)施例。現(xiàn)在參考圖3，夾盤302代表一工件固持器，蝕刻期間其上放置諸如晶片304的基板?？衫萌魏芜m當(dāng)?shù)膴A箝技術(shù)實(shí)施夾盤302，例如，靜電式、機(jī)械式、夾具式、真空式等等。蝕刻期間，夾盤302通常具有同時(shí)在蝕刻期間由一雙頻電源306提供的雙射頻頻率，例如，2Mhz及27Mhz。
上部電極308位于晶片304上方。該上部電極308可接地(如圖3的例子)。圖3描述一種蝕刻反應(yīng)器，其中上部電極302的表面大于夾盤302表面。在蝕刻期間，等離子體310是由經(jīng)輸氣管線312供應(yīng)的蝕刻劑氣源形成，并經(jīng)排氣管線314被吸出。
定位環(huán)316可放置于上部電極308與諸如圖3夾盤302的底部電極間。一般說(shuō)來(lái)，定位環(huán)316有助于將蝕刻等離子體310限制在晶片304上方，以改進(jìn)處理控制并確保可重復(fù)性。盡管圖3的實(shí)例中僅展示了三個(gè)定位環(huán)316，但應(yīng)了解可提供任何數(shù)量的定位環(huán)。
將射頻能量從射頻電源306供應(yīng)至夾盤302時(shí)，會(huì)在晶片304上方形成等電位場(chǎng)線。等離子處理過(guò)程中，正離子加速穿過(guò)該等電位場(chǎng)線撞擊晶片304表面，藉此提供所需的蝕刻效果，例如，改進(jìn)蝕刻的定向性。由于上部電極308與夾盤302的幾何結(jié)構(gòu)，晶片表面的場(chǎng)線可能會(huì)不均一，且在晶片304邊緣可能會(huì)發(fā)生顯著變化。因此，通常會(huì)提供一集中環(huán)318，以改進(jìn)整個(gè)晶片表面處理的均一性。參考圖3，圖示晶片304置于集中環(huán)318內(nèi)，該集中環(huán)可由適當(dāng)絕緣體材料制成，例如，陶瓷、石英、塑料或其類似物。如此，集中環(huán)318的存在允許等電位場(chǎng)線大體均一地分布在整個(gè)晶片304的整個(gè)表面上方。
電導(dǎo)護(hù)罩320充分環(huán)圍集中環(huán)318。配置電導(dǎo)護(hù)罩320，使其在等離子處理腔室內(nèi)充分接地。該屏蔽320避免了在集中環(huán)318外部出現(xiàn)不需要的等電位場(chǎng)線。
為了增強(qiáng)晶片邊緣周圍的射頻耦合，并且藉此改進(jìn)晶片邊緣的均一性，將由護(hù)罩320提供的接地回路路徑更靠近晶片邊緣且與圖3所示的絕緣體集中環(huán)318隔離。例如，該護(hù)罩320可以管筒狀充分環(huán)圍集中環(huán)318。例如，該電導(dǎo)護(hù)罩320可包括鋁。為了使電導(dǎo)護(hù)罩320更靠近晶片304邊緣，護(hù)罩320可覆蓋一層硅322。如圖3所示，該硅覆蓋層322也可部份延伸且覆蓋于絕緣體集中環(huán)318的上方。硅覆蓋層322內(nèi)部邊緣和晶片304邊緣間的距離至少小于上部電極308邊緣和夾盤302邊緣間的距離。絕緣體集中環(huán)318使得晶片和硅覆蓋層322電絕緣。
圖4為通過(guò)比較根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所取得的蝕刻率與根據(jù)本發(fā)明所取得的蝕刻率所得的曲線圖。其中，使用一15毫米的石英集中環(huán)作為晶片邊緣與覆蓋硅的鋁接地護(hù)罩間的絕緣體。生成圖4曲線圖的實(shí)驗(yàn)是在扁平電極間存在1.35cm間隙的電容耦合型腔室內(nèi)進(jìn)行的。帶有涂層的氧化物晶片蝕刻完成，并檢查均一性。圖線402是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在一個(gè)普通的等離子蝕刻反應(yīng)器中生成的。圖線404是在一個(gè)使用本申請(qǐng)構(gòu)造的等離子蝕刻反應(yīng)器中生成的。
如圖4所示，使用本申請(qǐng)構(gòu)造與使用普通構(gòu)造相比，蝕刻率的均一性得到了顯著改善。圖4的曲線圖因此描述了晶片尤其在晶片邊緣較均一的蝕刻率。使用本申請(qǐng)的構(gòu)造產(chǎn)出了更多較均一的處理過(guò)的晶片。
圖5根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，描述一種在等離子蝕刻設(shè)備中改進(jìn)蝕刻率均一性的方法，該設(shè)備具有一頂部電極及一底部電極。在502，一電絕緣環(huán)或集中環(huán)被置于底部電極邊緣周圍。底部電極可支撐晶片，并且可耦合至一雙頻射頻電源。在504，接地護(hù)罩被置于電絕緣環(huán)周圍，并且充分環(huán)圍該電絕緣環(huán)及底部電極。該底部電極或晶片的邊緣與該接地護(hù)罩的邊緣間的距離至少小于該底部電極或晶片的邊緣與該頂部電極的邊緣間的距離。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，也可在506調(diào)整接地護(hù)罩與頂部電極間的距離。通過(guò)在506調(diào)整接地護(hù)罩與頂部電極間的距離，可進(jìn)一步優(yōu)化晶片的蝕刻率的均一性。
雖然已展示及描述了本發(fā)明的實(shí)施例及應(yīng)用，然而受益于本揭示的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)很明白，可有比上述更多的修正而不脫離本發(fā)明的范疇。因此，本發(fā)明僅受隨附的權(quán)利要求之精神的限制。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻設(shè)備，其包括一耦合到一固定電位源的第一電極；一耦合到一雙頻射頻電源的第二電極；多個(gè)定位環(huán)，其置于所述第一電極與所述第二電極之間；一腔室，其封裝所述第一電極、所述第二電極及所述復(fù)多個(gè)定位環(huán)，所述腔室由一耦合到所述固定電位源的電導(dǎo)材料形成；一集中環(huán)，其充分環(huán)圍所述第二電極，并且使所述第二電極電絕緣；及一護(hù)罩，其充分環(huán)圍所述集中環(huán)，所述第二電極的邊緣與所述護(hù)罩的邊緣間的距離至少小于所述第二電極的邊緣與所述第一電極邊緣的距離，所述護(hù)罩由耦合到所述固定電位源的電導(dǎo)材料形成。
2.如權(quán)利要求1所述的蝕刻設(shè)備，其中所述第二電極支撐一晶片。
3.如權(quán)利要求1所述的蝕刻設(shè)備，其中所述集中環(huán)包含石英。
4.如權(quán)利要求1所述的蝕刻設(shè)備，其中所述護(hù)罩包含鋁。
5.如權(quán)利要求4所述的蝕刻設(shè)備還包括一覆蓋所述護(hù)罩的硅層。
6.如權(quán)利要求5所述的蝕刻設(shè)備，其中所述硅層在所述集中環(huán)的上方部分向內(nèi)延伸。
7.如權(quán)利要求1所述的蝕刻設(shè)備，其中所述第一電極的表面大于所述第二電極的表面。
8.一種用于在一有一頂部電極與一底部電極的等離子蝕刻設(shè)備中改進(jìn)蝕刻率均一性的方法，所述方法包括將一電絕緣環(huán)放置在一耦合到一雙頻射頻電源的所述底部電極的所述邊緣周圍；以及將一接地護(hù)罩放置在所述電絕緣環(huán)周圍，所述底部電極邊緣與所述接地護(hù)罩邊緣間的距離至少小于所述底部電極的邊緣與所述頂部電極的邊緣間的距離。
9.如權(quán)利要求8所述的方法還包括調(diào)整所述接地護(hù)罩的邊緣與所述頂部電極的邊緣之間的距離。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種具有腔室的蝕刻設(shè)備，所述腔室中封裝了一第一電極、一第二電極、若干定位環(huán)、一集中環(huán)及一護(hù)罩。所述第一電極耦合到一固定電位源。所述第二電極耦合到一雙頻射頻電源。所述定位環(huán)配置在所述第一電極與所述第二電極之間。所述腔室由一耦合到所述電位源的電導(dǎo)材料形成。所述集中環(huán)充分環(huán)圍第二電極，并且使該第二電極絕緣。所述護(hù)罩充分環(huán)圍集中環(huán)。所述第二電極邊緣與所述護(hù)罩邊緣間的距離至少小于該第二電極邊緣與所述第一電極邊緣間的距離。所述護(hù)罩由一耦合到所述固定電位源的電導(dǎo)材料形成。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1585997SQ02822492
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者R·丁薩, B·凱德科達(dá)揚(yáng) 申請(qǐng)人:拉姆研究公司