專利名稱：用于在等離子體蝕刻期間屏蔽晶片不受帶電粒子影響的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及如微電子器件的薄膜結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻。更具體地說(shuō)，它涉及用于在等離子體蝕刻期間屏蔽襯底不受帶電粒子影響的方法，以在某些工藝條件期間提供保護(hù)，或調(diào)節(jié)蝕刻各向異性。
背景技術(shù)：
在制造微電子器件和微機(jī)械器件時(shí)一般采用等離子體蝕刻。等離子體蝕刻用于除去薄膜，構(gòu)圖薄膜，或用于形成微機(jī)械特征。在等離子體蝕刻中，將射頻電源施加到氣體混合物，產(chǎn)生幫助蝕刻工藝的帶電粒子。不帶電的反應(yīng)粒子對(duì)于等離子體蝕刻工藝也很重要，因?yàn)樗鼈兲峁┐蠖鄶?shù)材料的去除。
在大多數(shù)等離子體蝕刻的應(yīng)用中，控制等離子體特性很重要，以使用于某些材料的等離子體具有選擇性。同樣，在許多情況下，控制等離子體也很重要，以使它各向異性或各向同性地除去材料，因?yàn)檫@樣將大大影響蝕刻特征的形狀。這在制造微電子器件時(shí)是極其重要的，其中蝕刻側(cè)壁的形狀可以確定器件的電特性。同樣，各向異性/各向同性等離子體蝕刻在制造微機(jī)械器件時(shí)是關(guān)鍵因素，因?yàn)楦飨虍愋晕g刻可以確定最終器件的形狀。在等離子體蝕刻的領(lǐng)域中很大的改進(jìn)是，提供用于調(diào)整等離子體蝕刻工藝的各向異性/各向同性的方法。在同樣的蝕刻系統(tǒng)中使用同樣的蝕刻氣體混合物的高各向異性和高各向同性之間的切換，也是一種改進(jìn)。這些性能將用于新結(jié)構(gòu)的制造，并能增加微電子器件制造的產(chǎn)量。
等離子體蝕刻的另一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是在等離子體蝕刻室壁上薄膜的形成。薄膜通常在等離子體蝕刻期間，或在淀積工藝期間，在室壁上淀積。例如，二氧化硅的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)，通常在遠(yuǎn)離目標(biāo)晶片的室表面上形成氧化物淀積。同樣，聚合體可以在等離子體蝕刻期間在室壁上淀積。在室表面上這些不需要的薄膜可以改變室的電磁特性(例如阻抗)，并由此改變耦合到等離子體的射頻能量的數(shù)量。這導(dǎo)致可以減小制造收益的不一致等離子體蝕刻特性。
為了防止改變室特性并保持一致的等離子體蝕刻特性，需要周期性地清除室內(nèi)淀積的薄膜(一種稱為‘涂光(seasoning)’的工藝)。在涂光中，將特殊的涂光氣體混合物流入室內(nèi)。配制涂光氣體混合物，以從室壁上除去膜，并將室恢復(fù)到它的初始狀態(tài)。通常在涂光期間除去晶片，因?yàn)橥抗鈿怏w混合物可以破壞晶片上的薄膜。例如，室上多余的膜可以與晶片上的膜相同，而將晶片暴露到涂光同樣會(huì)從晶片上除去薄膜。
然而在涂光期間除去晶片花費(fèi)了時(shí)間，并因此趨于減小系統(tǒng)產(chǎn)量。同樣，除去晶片的涂光也可以破壞靜電卡盤，因?yàn)橥抗獾入x子體可以侵蝕卡盤。在等離子體工藝和室涂光的領(lǐng)域中的改進(jìn)是，提供在就地具有晶片同時(shí)避免破壞該晶片的情況下涂光室的方法。這樣的改進(jìn)將增加制造產(chǎn)量，并用于增加對(duì)等離子體工藝的控制。
因此，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)或改變等離子體蝕刻工藝的各向同性/各向異性并用于允許就地室涂光的設(shè)備。因此，本發(fā)明提供了許多優(yōu)點(diǎn)，如提高了等離子體系統(tǒng)性能，更高的產(chǎn)量，以及更高的收益。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明因此提供了一種用于等離子體蝕刻的設(shè)備，包括晶片卡盤；容器，用于晶片卡盤上方的等離子體；磁體，在晶片卡盤內(nèi)，用于產(chǎn)生與置于晶片卡盤上的晶片的晶片表面平行的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)在晶片附近最強(qiáng)，并向等離子體的方向減弱，以使磁場(chǎng)反射從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
優(yōu)選，通過(guò)磁場(chǎng)，多于50％的從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子被反射遠(yuǎn)離晶片。
優(yōu)選，磁體產(chǎn)生從晶片卡盤上方看是順時(shí)針?lè)较虻膱A形磁場(chǎng)。
優(yōu)選，磁體產(chǎn)生從晶片卡盤上方看是逆時(shí)針?lè)较虻膱A形磁場(chǎng)。
優(yōu)選，磁體是電磁體。
優(yōu)選，磁體是永久性磁體。
優(yōu)選，磁場(chǎng)是線性的。
優(yōu)選，磁場(chǎng)在晶片處具有5-50Gauss范圍內(nèi)的強(qiáng)度。
優(yōu)選，磁場(chǎng)強(qiáng)度從晶片到用于等離子體的容器減小至少約75％。
優(yōu)選，磁場(chǎng)反射具有2eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
優(yōu)選，磁場(chǎng)反射具有10eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種用于屏蔽晶片不受等離子體中的帶電粒子影響的方法，包括以下步驟在晶片上方產(chǎn)生等離子體；在晶片和等離子體之間建立磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)與晶片平行，并且其中磁場(chǎng)強(qiáng)度在晶片上方隨距離減弱，以使磁場(chǎng)反射從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
優(yōu)選，通過(guò)磁場(chǎng)，多于50％的從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子被反射遠(yuǎn)離晶片。
優(yōu)選，選擇等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使晶片不受帶電粒子影響的屏蔽引起蝕刻工藝各向同性的增加。
優(yōu)選，磁場(chǎng)反射具有2eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
優(yōu)選，選擇等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使等離子體提供室涂光。
優(yōu)選，磁場(chǎng)反射具有10eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
優(yōu)選，磁場(chǎng)反射具有4eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
在第三方面，本發(fā)明提供了一種用于就地具有晶片的室涂光的方法，包括以下步驟在晶片上方產(chǎn)生室涂光等離子體；在晶片和涂光等離子體之間建立磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)與晶片平行，并且其中磁場(chǎng)強(qiáng)度在晶片上方隨距離減弱，并且其中磁場(chǎng)反射具有100eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
本發(fā)明優(yōu)選因此包括一種用于等離子體蝕刻的設(shè)備，具有晶片卡盤和用于晶片上方的等離子體的容器。磁體置于晶片卡盤內(nèi)，用于產(chǎn)生與晶片卡盤上的晶片平行的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)在晶片附近最強(qiáng)，并且其強(qiáng)度在晶片上方隨距離減弱，以使通過(guò)磁場(chǎng)從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子被反射遠(yuǎn)離晶片。
磁場(chǎng)從晶片卡盤上方看可以是圓形的(例如環(huán)形)。在這種情況下，磁場(chǎng)可以朝向順時(shí)針?lè)较?優(yōu)選)或逆時(shí)針?lè)较?。磁體可以是電磁體或永久性磁體。磁場(chǎng)也可以是線形的。
在一個(gè)實(shí)施例中，磁場(chǎng)強(qiáng)度從晶片到用于等離子體的容器減小至少約75％。這用以確保等離子體沒(méi)有被磁場(chǎng)過(guò)度限制和沖擊，這在本發(fā)明中是不希望的。可以設(shè)計(jì)磁場(chǎng)以使磁場(chǎng)反射具有20eV或更少能量、在Z方向上向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。在用于蝕刻的典型等離子體中，多數(shù)電子將具有小于20eV的能量。
本發(fā)明優(yōu)選包括一種用于屏蔽晶片不受在等離子體中產(chǎn)生的帶電粒子影響的方法。本發(fā)明的方法包括在晶片上方產(chǎn)生等離子體，并在晶片和等離子體之間建立磁場(chǎng)。磁場(chǎng)與晶片平行，并且其強(qiáng)度在晶片上方隨距離減弱，以使通過(guò)磁場(chǎng)從等離子體向晶片運(yùn)動(dòng)的電子被反射遠(yuǎn)離晶片。
可以選擇等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使晶片不受帶電粒子影響的屏蔽引起蝕刻工藝各向同性的增加?？梢栽O(shè)計(jì)磁場(chǎng)以使磁場(chǎng)反射具有20eV或更少能量、向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
可以選擇等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使等離子體提供室涂光。在這種情況下，磁場(chǎng)在涂光工藝期間保護(hù)晶片不被破壞?？梢栽O(shè)計(jì)磁場(chǎng)以從等離子體反射具有100eV或更少能量的電子。
本發(fā)明進(jìn)一步還包括一種用于室涂光的方法，包括在晶片上方產(chǎn)生室涂光等離子體，并在晶片和涂光等離子體之間建立磁場(chǎng)。磁場(chǎng)與晶片平行，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度在晶片上方隨距離減弱。磁場(chǎng)反射具有100eV或更少能量、向晶片運(yùn)動(dòng)的電子。


圖1是本發(fā)明的橫截側(cè)面圖。
圖2是圖1實(shí)施例的頂面圖，示出了晶片周圍的環(huán)形磁場(chǎng)。
圖3是在操作中具有順時(shí)針?lè)较虼艌?chǎng)的實(shí)施例的截面圖，示出了等離子體電子的軌道。
圖4是在操作中具有逆時(shí)針?lè)较虼艌?chǎng)的實(shí)施例的截面圖，示出了等離子體電子的軌道。
圖5A和5B分別是具有線性磁場(chǎng)的實(shí)施例的頂面和截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種可以屏蔽晶片不受帶電粒子影響的等離子體蝕刻系統(tǒng)。該等離子體蝕刻系統(tǒng)具有晶片卡盤，在卡盤內(nèi)有磁體。磁體產(chǎn)生與晶片表面平行的磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)反射向晶片運(yùn)動(dòng)的等離子體電子。磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變提供對(duì)附于晶片上的帶電粒子數(shù)量的控制。該磁場(chǎng)能夠調(diào)節(jié)等離子體蝕刻工藝的各向異性/各向同性，并能夠防止在室涂光期間破壞晶片。事實(shí)上，對(duì)于與高磁場(chǎng)結(jié)合的某些等離子體蝕刻化學(xué)處理，可以使蝕刻成為幾乎完全的各向同性。在涂光中，磁場(chǎng)阻擋帶電粒子，這樣幾乎可以徹底防止涂光等離子體破壞晶片。
圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，該實(shí)施例具有在室20內(nèi)的晶片卡盤22，在卡盤22上的晶片24，以及產(chǎn)生等離子體的等離子體容器26。電極28可以置于晶片上方。間隙距離30是晶片和電極28之間的距離。具有環(huán)形電流結(jié)構(gòu)的電磁體32置于晶片卡盤22中。電磁體32中電流的方向32由箭頭表示。將由電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)34置于晶片24上方。磁場(chǎng)為環(huán)形的，如從晶片上方所看到的；標(biāo)志表示指向頁(yè)內(nèi)的磁場(chǎng)，而O標(biāo)志表示指向頁(yè)外的磁場(chǎng)。圖1包括用于說(shuō)明本發(fā)明的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)29。Z方向與晶片垂直。
室20可以是用于等離子體處理設(shè)備的類型的常規(guī)真空室。如本領(lǐng)域內(nèi)所知，室20的壁可以起電極的作用以激發(fā)等離子體。
晶片卡盤可以是如本領(lǐng)域內(nèi)所知的常規(guī)靜電晶片卡盤。也可以使用其它種類的晶片卡盤。
間隙距離30可以在約1-20cm的范圍內(nèi)，這對(duì)于等離子體蝕刻系統(tǒng)是典型的。
電磁體32可以用永久磁體如金屬陶瓷或稀土磁體替換。磁體32可以包括磁極(未示出)以形成更均勻的磁場(chǎng)。如果使用永久磁體，它可以具有環(huán)形形狀，從而提供環(huán)形磁場(chǎng)，如圖1中的實(shí)施例。如果使用永久磁體，也可以提供可變磁阻磁電路，以控制晶片上方的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在使用了電磁體的情況下，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以通過(guò)改變電流來(lái)調(diào)整。
可以添加到設(shè)備(未示出)的其它元件包括用于激發(fā)等離子體的射頻能量產(chǎn)生器，用于將RF產(chǎn)生器連接到等離子體的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，用于抽空室的真空泵，以及用于防止等離子體與室壁接觸的外部磁體。
磁場(chǎng)34在晶片表面處最強(qiáng)，而在Z方向上的強(qiáng)度迅速減弱。磁場(chǎng)在晶片上方的間隙距離30的約1/4距離處可以減弱約75％，或可以在晶片和等離子體容器26之間減弱約75％。磁場(chǎng)優(yōu)選是均勻的(例如，在晶片表面的X-Y平面內(nèi)均勻到10％以內(nèi))。例如，磁場(chǎng)在晶片表面處可以具有約5-50Gauss的強(qiáng)度。磁場(chǎng)優(yōu)選與晶片表面平行(例如，平行到約20度以內(nèi))；然而，磁場(chǎng)在邊緣處可以相對(duì)于晶片成更大的角度。
圖2示出了晶片2的頂面圖?？梢悦黠@地看到環(huán)形磁場(chǎng)34。也示出了電磁體32內(nèi)的線圈，同時(shí)顯示出了電流方向；電磁體頂部的電流從中心流出。點(diǎn)線36表示圖1的橫截面。要注意的是，雖然磁場(chǎng)顯示為環(huán)形，但是它最一般地具有圓形形狀，如從上方看到的橢圓形形狀。
圖3示出了本發(fā)明在操作中的情形。當(dāng)暴露到激發(fā)的等離子體時(shí)，磁場(chǎng)34擔(dān)當(dāng)了用于等離子體電子并對(duì)于更小的范圍用于等離子體離子的‘磁鏡’。電子e-在它們接近晶片時(shí)收到Lorentz力。Lorentz力定義為力＝QV×B，其中Q是帶電粒子的電量(例如，電子電量)，V是速率，B是磁場(chǎng)強(qiáng)度，而×是矢量交叉乘積。由于磁場(chǎng)具有如圖2和圖3中所示的順時(shí)針?lè)较?，電子將如圖3中所示，偏向晶片的邊緣。由于充足的磁場(chǎng)強(qiáng)度，除了最高能量的所有電子將不能到達(dá)晶片表面。然而，離子(未示出)將更容易穿透磁場(chǎng)34，因?yàn)樗鼈兙哂懈蟮馁|(zhì)量。結(jié)果，晶片24和卡盤22將變得帶正電(在若干RF循環(huán)過(guò)程中)。帶正電的晶片將排斥離子。這些效應(yīng)的結(jié)果是，在施加磁場(chǎng)34的時(shí)候，防止了所有的帶電粒子(電子和離子)與晶片表面的碰撞。
圖4示出了作為選擇的本發(fā)明的實(shí)施例，其中電磁體32中的電流相對(duì)于圖3的實(shí)施例是反向的。在這種情況下，從上方看到的磁場(chǎng)指向逆時(shí)針?lè)较?。向晶?4運(yùn)動(dòng)的電子將被Lorentz力偏向晶片24的中心，并將因此防止其與晶片表面的碰撞。同樣在這種情況下，離子將在晶片24上產(chǎn)生最終防止離子與晶片24碰撞的正電荷。因此，圖3和圖4的實(shí)施例都起防止帶電粒子與晶片表面碰撞的作用。
然而，圖3和圖4的實(shí)施例具有重要的不同。如在圖3的實(shí)施例中，將電子導(dǎo)向晶片邊緣將趨于在等離子體中產(chǎn)生更少的擾動(dòng)(例如，改變等離子體化學(xué)性質(zhì)和蝕刻特性)。這是因?yàn)殡娮訉牡入x子體偏向室壁。通過(guò)對(duì)比，當(dāng)打開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)，如圖4中將電子導(dǎo)向中心會(huì)趨于在等離子體中產(chǎn)生更大的擾動(dòng)。通常優(yōu)選避免等離子體中的擾動(dòng)，因?yàn)樗鼈兡軌蚋淖兊入x子體蝕刻特性。應(yīng)該注意的是，等離子體擾動(dòng)的程度將稍微地取決于室20的形狀。如果室非常的寬(即相對(duì)于晶片尺寸，在X和Y方向?qū)挻?，那么圖4的實(shí)施例將產(chǎn)生更少的等離子體擾動(dòng)。這是因?yàn)殡娮颖仨氝\(yùn)動(dòng)到室20的頂部或替代遠(yuǎn)處室側(cè)壁的電極28。相反地，如果室是狹窄的(如在大多數(shù)等離子體處理設(shè)備中)，那么優(yōu)選將電子導(dǎo)向晶片邊緣，因?yàn)檫@將把電子導(dǎo)向側(cè)壁。由于這些原因，通常優(yōu)選從上方看具有順時(shí)針?lè)较虻拇艌?chǎng)。
圖5A和5B示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中磁場(chǎng)34是線形的并與晶片24的表面平行。圖5A是晶片24和磁場(chǎng)34的頂面圖。磁場(chǎng)34是直線的，與晶片表面平行，并在整個(gè)晶片表面上優(yōu)選均勻到約10％。圖5B示出了在操作中圖5A的器件。等離子體電子e-被Lorentz力偏向晶片24的一邊。圖5A和5B的磁場(chǎng)34起用于帶電粒子的磁鏡的作用，在某種意義上非常類似于圖2、3和4的實(shí)施例。然而，用于圖5A和5B的磁場(chǎng)所需的電磁體可能更難制造。因此，相對(duì)于圖2、3和4的實(shí)施例，雖然通常不優(yōu)選圖5A和5B的實(shí)施例，但是根據(jù)本發(fā)明它是實(shí)用的，并在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明中，對(duì)于磁場(chǎng)34關(guān)鍵是要有一個(gè)梯度，以使磁場(chǎng)在晶片24附近最強(qiáng)，并且強(qiáng)度沿Z方向下降。該梯度必須足夠大，以使大多數(shù)等離子體電子e-通過(guò)Lorentz力從晶片24移開(kāi)。要注意的是，不是所有的電子需要(或可以)被Lorentz力偏移。穿透磁場(chǎng)34并與晶片24碰撞的電子e-的數(shù)量將取決于等離子體中電子的能量分布，磁場(chǎng)的強(qiáng)度和梯度，以及磁場(chǎng)的均勻度。
同樣，磁場(chǎng)34和等離子體容器應(yīng)該分開(kāi)，以使等離子體不陷入磁場(chǎng)34之內(nèi)。如果等離子體陷入磁場(chǎng)34之內(nèi)，那么到晶片的帶電粒子流量將大大增加。該磁場(chǎng)應(yīng)該置于晶片和等離子體之間，以使磁場(chǎng)起作用以在等離子體中屏蔽晶片不受帶電粒子影響。必需設(shè)計(jì)本發(fā)明的磁場(chǎng)34，以使相對(duì)于無(wú)磁場(chǎng)條件，減小到晶片的帶電粒子流量。
磁場(chǎng)和電子相互作用的有用表征基于接近晶片表面的電子的回旋半徑。由于Lorentz力，在磁場(chǎng)34內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子將按環(huán)形路徑運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中，磁場(chǎng)34應(yīng)該具有大于磁場(chǎng)中等離子體電子回旋半徑的厚度。足夠的厚度確保了大多數(shù)電子將從晶片表面移開(kāi)。磁場(chǎng)中電子回旋半徑的計(jì)算在本領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。然而，作為一個(gè)特例，要注意的是，用于等離子體蝕刻的等離子體中的大多數(shù)電子將具有小于20eV的能量。如果磁場(chǎng)34具有約13.7Gauss的強(qiáng)度，那么20eV的電子將具有約1cm的回旋半徑。因此，接近該強(qiáng)度和厚度的磁場(chǎng)34可以用于提供磁鏡效應(yīng)。然而需要理解的是，磁場(chǎng)34在Z方向是非常不均勻的，并因此，當(dāng)電子接近和離開(kāi)晶片表面時(shí)回旋半徑將顯著變化。
要注意的是，中性(氣相)核素將不會(huì)被磁場(chǎng)34阻擋。因此，當(dāng)磁場(chǎng)34變化時(shí)，中性粒子流量將通常保持不變。然而，如果磁場(chǎng)改變等離子體的等離子體化學(xué)性質(zhì)或其它特性，中性核素流量可以被改變。中性粒子流量可以是希望的或不希望的，這取決于本發(fā)明的應(yīng)用。中性流量效應(yīng)與具體應(yīng)用有關(guān)，并取決于氣體化學(xué)性質(zhì)。它們將根據(jù)本發(fā)明的具體應(yīng)用在下面進(jìn)行討論。
雖然本發(fā)明具有很多用途，但是特別重要的兩個(gè)用途是(1)提供了對(duì)蝕刻各向異性/各向同性和化學(xué)選擇性的就地控制，以及(2)在室涂光期間的就地晶片保護(hù)。
在本領(lǐng)域的現(xiàn)階段，各向同性蝕刻通常需要將晶片24從等離子體蝕刻系統(tǒng)除去，并置于特殊設(shè)計(jì)以提供各向同性蝕刻的設(shè)備中。例如，各向同性蝕刻可以通過(guò)濕化學(xué)蝕刻，或通過(guò)順流化學(xué)蝕刻(CDE)設(shè)備提供，該設(shè)備中晶片暴露到位于遠(yuǎn)處的等離子體中產(chǎn)生的中性核素中。這些各向同性蝕刻技術(shù)趨于減小制造產(chǎn)量，因?yàn)樗鼈冃枰黾泳徇\(yùn)。
利用帶電粒子的等離子體蝕刻通常是各向異性和化學(xué)無(wú)選擇性的，因?yàn)閹щ娏Ｗ涌梢愿鶕?jù)物理工藝(例如，碰撞、濺射)從晶片除去材料。這在期望材料選擇性或蝕刻各向同性的一些工藝步驟中是不希望的。
在本發(fā)明的一個(gè)重要應(yīng)用中，磁場(chǎng)34提供了增加典型各向異性蝕刻工藝的各向同性的能力，以及增加化學(xué)選擇性的能力。更具體地說(shuō)，磁場(chǎng)屏蔽晶片24不受帶電粒子影響，但允許中性核素與晶片24碰撞。由于等離子體的小擾動(dòng)，中性核素的流量相對(duì)不受磁場(chǎng)34影響。來(lái)自等離子體的中性核素通常根據(jù)化學(xué)工藝蝕刻，并因此，當(dāng)施加磁場(chǎng)34時(shí)，蝕刻將變得更加各向同性和材料選擇性。
磁場(chǎng)強(qiáng)度可以調(diào)整，以使在蝕刻工藝過(guò)程中，可以調(diào)節(jié)或改變各向異性/各向同性之間的平衡和材料選擇性/無(wú)選擇性之間的平衡。作為選擇，磁場(chǎng)可以開(kāi)關(guān)，以使蝕刻工藝在高各向異性和各向同性之間切換。蝕刻各向異性和材料選擇性中依賴于時(shí)間的變化可以提供新的側(cè)壁外形，并可以提高生產(chǎn)產(chǎn)量，因?yàn)榫瑢](méi)有必要在用以提供多種蝕刻的多個(gè)蝕刻設(shè)備之間往返。通常，為了提供基本上各向同性，磁場(chǎng)應(yīng)該反射至少約50％的電子。
要注意的是，如果磁場(chǎng)太強(qiáng)，等離子體會(huì)被擠壓并被推地遠(yuǎn)離晶片，導(dǎo)致等離子體化學(xué)性質(zhì)的不希望的改變，如增加了中性核素的離解。由于這個(gè)原因，在不需要如此強(qiáng)的磁場(chǎng)以致它反而影響了等離子體的情況下，應(yīng)該設(shè)計(jì)等離子體蝕刻設(shè)備以獲得理想的各向同性級(jí)別。
為了使磁場(chǎng)34產(chǎn)生等離子體蝕刻的各向同性的增加，用于等離子體的氣體混合物應(yīng)該具有某些特性。例如，必須選擇等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使等離子體中的中性核素化學(xué)地攻擊即將被除去的晶片材料。這類反應(yīng)氣體混合物的一個(gè)共同特征是，當(dāng)它們與高帶電粒子流量結(jié)合時(shí)，具有相當(dāng)大的蝕刻各向異性。因此，本發(fā)明將提供在先前只可以獲得各向異性蝕刻的情況下能夠進(jìn)行各向同性蝕刻的技術(shù)。這可以用于微掩膜和類似缺陷的去除。
本發(fā)明各向同性蝕刻技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它避免了常規(guī)各向同性蝕刻的不希望的效應(yīng)。例如，各向同性蝕刻化學(xué)物質(zhì)在側(cè)向和垂直方向的蝕刻速率相同。通過(guò)各向異性和各向同性蝕刻步驟之間的轉(zhuǎn)換，可以淀積側(cè)壁鈍化層，它減小了各向同性部分期間的側(cè)向成分。
在本發(fā)明的各向同性蝕刻方法中，優(yōu)選的是，中性核素的流量不受磁場(chǎng)影響。例如，當(dāng)磁場(chǎng)變化以進(jìn)行各向異性和各向同性蝕刻之間的調(diào)整時(shí)，中性流量應(yīng)該保持為約10％以內(nèi)的常數(shù)。將中性流量保持為常數(shù)將趨于提高等離子體蝕刻工藝控制和可預(yù)測(cè)性。中性流量幾乎不受磁場(chǎng)影響，因?yàn)?，通過(guò)設(shè)計(jì)，磁場(chǎng)不會(huì)明顯擾動(dòng)氣相等離子體。這樣，反應(yīng)的中性核素的產(chǎn)生幾乎保持常數(shù)，并且它們到晶片的流量幾乎保持常數(shù)。
也要注意的是，當(dāng)控制蝕刻工藝的各向異性和化學(xué)選擇性時(shí)，磁場(chǎng)應(yīng)該是均勻的。蝕刻特性的不均勻性可以導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。例如，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以具有約5-10％之內(nèi)的均勻性。
在缺乏帶電粒子的情況下各向同性得到增加的等離子體化學(xué)物質(zhì)將通常具有源自氣相的低聚合體淀積?？梢杂糜诟鶕?jù)本發(fā)明的各向同性/各向異性控制的等離子體化學(xué)物質(zhì)的例子包括Cl2+HBr、N2+O2+CO+CO2、NF3、HCl和BCl3。
如上所述，需要周期性的室涂光以除去淀積在室壁上的多余的材料膜。這些多余的膜可以改變等離子體蝕刻工藝，導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。涂光對(duì)于制造產(chǎn)量是昂貴的，因?yàn)榫ǔＴ谕抗馄陂g必須從室內(nèi)除去以防止破壞。類似地，由于敏感的靜電卡盤材料的破壞，涂光會(huì)增加工藝成本。
用于涂光的等離子體化學(xué)物質(zhì)通常依賴于帶電粒子，以從室壁除去膜。同樣，相比于等離子體蝕刻，在室涂光中通常使用更高的電源級(jí)別。因此，通常帶電粒子在室涂光期間將具有更高的能量，并將需要更高的磁場(chǎng)以屏蔽晶片。
在本發(fā)明中，涂光在強(qiáng)磁場(chǎng)下進(jìn)行，以使幾乎所有的帶電粒子從晶片上被屏蔽。在本發(fā)明的涂光方法中，磁場(chǎng)不必是均勻的，因?yàn)閷?duì)于帶電粒子屏蔽不需要磁場(chǎng)均勻性。在涂光期間，磁場(chǎng)應(yīng)該保護(hù)晶片不受盡可能多的帶電粒子的影響。優(yōu)選，約90或95％的電子在涂光期間被磁場(chǎng)反射。如果磁場(chǎng)太弱可以導(dǎo)致對(duì)晶片的破壞。通常，磁場(chǎng)可以具有約20-1000Gauss的強(qiáng)度，以在涂光期間保護(hù)晶片不受帶電粒子影響。
在根據(jù)本發(fā)明的涂光方法中，到室壁的電荷流量?jī)?yōu)選基本上不受所施加磁場(chǎng)的影響。例如，當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，到室壁的電荷流量應(yīng)該改變小于約10％。
利用本發(fā)明的涂光方法，晶片可以在涂光期間保留在等離子體蝕刻室內(nèi)，因此減少了用于晶片搬運(yùn)所需的時(shí)間消耗。結(jié)果，增加了制造產(chǎn)量，并減小了晶片生產(chǎn)成本。
通常用于室涂光的等離子體化學(xué)物質(zhì)包括O2、CO、C2F6、CF4、NF3和SF6，它們可以與根據(jù)本發(fā)明的就地涂光結(jié)合使用。中性核素在就地涂光期間仍將提供對(duì)晶片的一些蝕刻，但是在缺乏帶電粒子轟擊的情況下，將充分地減少蝕刻。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，上述實(shí)施例可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下以多種方式進(jìn)行改變。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求和它們的等同替換來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子體蝕刻的設(shè)備，包括a)晶片卡盤；b)容器，用于所述晶片卡盤上方的等離子體；c)磁體，在所述晶片卡盤內(nèi)，用于產(chǎn)生與置于所述晶片卡盤上的晶片的晶片表面平行的磁場(chǎng)，其中所述磁場(chǎng)在所述晶片附近最強(qiáng)，并向所述等離子體的方向減弱，以使所述磁場(chǎng)反射從所述等離子體向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
2.一種用于屏蔽晶片不受等離子體中的帶電粒子影響的方法，包括以下步驟a)在所述晶片上方產(chǎn)生等離子體；b)在所述晶片和所述等離子體之間建立磁場(chǎng)，其中所述磁場(chǎng)與所述晶片平行，并且其中所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度在所述晶片上方隨距離減弱，以使所述磁場(chǎng)反射從所述等離子體向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中通過(guò)所述磁場(chǎng)，多于50％的從所述等離子體向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子被反射遠(yuǎn)離所述晶片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中所述磁體產(chǎn)生從所述晶片卡盤上方看是順時(shí)針?lè)较虻膱A形磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中所述磁場(chǎng)在所述晶片處具有5-50Gauss范圍內(nèi)的強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中所述磁場(chǎng)反射具有2eV或更少能量、在Z方向上向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中所述磁場(chǎng)反射具有10eV或更少能量、在Z方向上向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中選擇所述等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使所述晶片不受帶電粒子影響的屏蔽引起蝕刻工藝各向同性的增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子體蝕刻設(shè)備或權(quán)利要求2的方法，其中選擇所述等離子體的化學(xué)性質(zhì)，以使所述等離子體提供室涂光。
10.一種用于就地具有晶片的室涂光的方法，包括以下步驟a)在所述晶片上方產(chǎn)生室涂光等離子體；b)在所述晶片和涂光等離子體之間建立磁場(chǎng)，其中所述磁場(chǎng)與所述晶片平行，并且其中所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度在所述晶片上方隨距離減弱，并且其中所述磁場(chǎng)反射具有100eV或更少能量、在Z方向上向所述晶片運(yùn)動(dòng)的電子。
全文摘要
一種等離子體蝕刻系統(tǒng)，具有帶有磁體的晶片卡盤，所述磁體在晶片上施加磁場(chǎng)，以屏蔽晶片不受帶電粒子的影響。該磁場(chǎng)與晶片平行，并在晶片表面附近最強(qiáng)。該磁場(chǎng)可以是直線的，或環(huán)形的。在操作中，電子被Lorentz力從晶片上偏移，晶片獲得正電荷，而離子被靜電排斥偏移。中性核素允許穿過(guò)磁場(chǎng)，并且它們與晶片碰撞。中性核素通常比帶電粒子提供更多的各向同性和材料選擇性蝕刻，因此本發(fā)明的磁場(chǎng)趨于增加蝕刻各向同性和材料選擇性。同樣，該磁場(chǎng)可以保護(hù)晶片不受設(shè)計(jì)用于從室表面清除多余膜的涂光工藝的影響，因?yàn)橥抗夤に囃ǔＲ蕾囉诶脦щ娏Ｗ拥奈g刻。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1711621SQ200380103007
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者R·懷斯, 閻紅雯, B·吉, S·潘達(dá), B·陳 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司