專利名稱：基材蝕刻系統(tǒng)與制程的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大致上涉及一種基材處理系統(tǒng)及相關(guān)的基材制程(諸如蝕刻/沉 積制程)。根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及一種經(jīng)改善的硅蝕刻系統(tǒng)。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉 及一種快速氣體交換系統(tǒng)。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種雙重蝕刻/沉積制程。根據(jù) 另一方面，本發(fā)明涉及在腔室中處理基材時利用包括處理腔室和氣體輸送系統(tǒng)的系統(tǒng)來提 供快速氣體過渡制程。
背景技術(shù)：
微電子組件的制造包括許多不同的階段，每一階段均包括各種制程。在一個階段 期間，特定的制程可以包括將等離子體引到基材(例如硅基材)的表面，以改變基材的物理 和材料性質(zhì)。已知此制程為蝕刻，其涉及材料的移除以在基材中形成孔洞、過孔與/或其它 開口(本文中稱為“溝槽”)。等離子體蝕刻反應(yīng)器通常用于蝕刻半導(dǎo)體基材中的溝槽。這些反應(yīng)器具有腔室， 基材被支撐在該腔室中。至少一種反應(yīng)性氣體被提供到該腔室，并且射頻訊號耦接到該反 應(yīng)性氣體，由此形成等離子體。等離子體會蝕刻定位在反應(yīng)器內(nèi)的基材?；囊部梢择罱?到射頻訊號以在蝕刻制程期間將基材施加偏壓，以提升蝕刻效能和溝槽輪廓。這些溝槽輪廓時常需要不同的臨界尺寸(criticaldimension)。臨界尺寸包括有 寬度、深度、深寬比(aspectratio)、阻劑選擇性、側(cè)壁粗糙度以及側(cè)壁的平坦度。可以由各 種因素來控制這些臨界尺寸，其中兩個因素是蝕刻時間和蝕刻速率，其進(jìn)一步取決于所蝕 刻的材料及所使用的蝕刻系統(tǒng)的類型。一種特別重要的材料即是硅。硅穿過孔(through siliconvia ；TSV)蝕刻是需要 低頻率偏壓和低溫環(huán)境以在硅基材中形成深溝槽的一種獨(dú)特應(yīng)用。然而，在制造期間，硅通 常被多個其它材料的層所覆蓋，例如沉積在硅上的氧化物層和金屬層。氧化物和金屬具有 與硅不同的蝕刻條件，例如高頻率偏壓。此外，于形成溝槽時，薄膜聚合物層可以在沉積步 驟期間于蝕刻步驟前沉積在基材的這些層上，以保護(hù)溝槽側(cè)壁。此聚合物層可能進(jìn)一步包 括與氧化物、金屬或硅層不同的蝕刻條件。這些獨(dú)特的條件會影響并增加所使用的蝕刻系 統(tǒng)的類型的復(fù)雜性。一種類型的蝕刻系統(tǒng)可以包括現(xiàn)地(in situ)等離子體蝕刻。使用此種類型的 蝕刻系統(tǒng)，通過利用移除等離子體和沉積等離子體來交替單一反應(yīng)器中基材上材料的移 除和沉積，可以形成溝槽。另一種的蝕刻系統(tǒng)可以包括遠(yuǎn)程等離子體蝕刻。使用此種第二 類型的蝕刻系統(tǒng)，可如同現(xiàn)地系統(tǒng)來形成溝槽，除了在將等離子體引到主要反應(yīng)中的基材 上之前在遠(yuǎn)程反應(yīng)器中產(chǎn)生該等離子體的差異以外。除了蝕刻系統(tǒng)的類型以外，可以改 變各系統(tǒng)中的蝕刻制程。一些蝕刻制程利用多步驟方式，例如時間多任務(wù)氣體調(diào)制(time multiplexed gas modulation ；TMGM)系統(tǒng)或柏斯克(Bosch)系統(tǒng)，其包括一些程序步驟 (例如蝕刻和沉積步驟，或蝕刻、快閃與沉積步驟)。TMGM制程蝕刻材料達(dá)一定時段，并且接 著沉積保護(hù)膜在先前被蝕刻的表面上以保護(hù)該表面(典型地為溝槽的側(cè)壁)免于進(jìn)一步蝕
4刻。此兩步驟隨著形成更深的溝渠而重復(fù)。對于在不同的材料層中形成不同的溝槽輪廓， 不同類型的蝕刻系統(tǒng)和制程具有特定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。當(dāng)形成溝槽時，若未適當(dāng)?shù)乜刂铺貏e重要的臨界尺寸，則可能使得微電子造成缺 陷。在蝕刻循環(huán)期間，材料隨著溝槽的形成被沉積和被移除。相應(yīng)地，含有系列“峰”和“谷” 的條紋圖案可能沿著溝槽側(cè)壁發(fā)展，此現(xiàn)象稱為“扇貝化(scalloping)”。許多且大的峰和 谷會增加溝槽側(cè)壁的粗糙度。因此，存在一種可以改善蝕刻系統(tǒng)與制程的方法及設(shè)備的需求，其得以控制基材 的蝕刻且降低其中形成的輪廓的粗糙度。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種在腔室中蝕刻基材的方法可以包括在蝕刻反應(yīng)器中沉積 保護(hù)層于第一層上，該第一層位于基材上；在該蝕刻反應(yīng)器中蝕刻該保護(hù)層，其中在蝕刻該 保護(hù)層期間施加第一偏壓功率；在該蝕刻反應(yīng)器中蝕刻該第一層，其中在蝕刻該第一層期 間施加第二偏壓功率；以及重復(fù)該沉積與蝕刻制程，以在該基材中形成輪廓。在一個實施例中，一種在腔室中蝕刻基材的方法可以包括在沉積制程期間沉積 聚合物膜于該基材上；在第一蝕刻制程期間蝕刻被沉積在該基材上的該聚合物膜；以及在 第二蝕刻制程期間蝕刻該基材，由此在該基材中形成輪廓，其中在該第一蝕刻制程期間施 加第一偏壓功率到該基材，以及其中在該第二蝕刻制程期間施加第二偏壓功率到該基材。在一個實施例中，一種氣體輸送系統(tǒng)可以包括腔室，其用于處理基材；第一氣體 盤，其通過第一氣體輸送線連通于該腔室，其中該第一氣體輸送線包括第一多個流量控制 器；以及第二氣體盤，其通過第二氣體輸送線連通于該腔室，其中該第二氣體輸送線包括第 二多個流量控制器，其中該第一和第二多個流量控制器可選擇地操作來分別引導(dǎo)來自該第 一和第二氣體盤的氣體到該腔室且到一個或多個排放口，該一個或多個排放口連通于該第 一和第二氣體輸送線。在一個實施例中，一種供應(yīng)氣體到腔室的方法可以包括從第一氣體盤經(jīng)由第一 氣體輸送線供應(yīng)第一氣體到該腔室；在供應(yīng)該第一氣體到該腔室的同時，從第二氣體盤經(jīng) 由第二氣體輸送線引導(dǎo)第二氣體到排放口 ；以及引導(dǎo)該第一氣體到該排放口及供應(yīng)該第二 氣體到該腔室，其中在將該第二氣體引入該腔室之前從該腔室移除該第一氣體。


本發(fā)明的前述特征、詳細(xì)說明可以通過參照實施例來詳細(xì)地了解，其中一些實施 例示出在附圖中。然而，值得注意的是附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并且因此不會限制 本發(fā)明的范圍，本發(fā)明允許其它等效的實施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的基材蝕刻系統(tǒng)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的快速氣體交換系統(tǒng)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一快速氣體交換系統(tǒng)。圖4A-B示出蝕刻到基材內(nèi)的輪廓。圖5A示出習(xí)知技術(shù)的蝕刻循環(huán)。圖5B示出根據(jù)本發(fā)明 施例的蝕刻循環(huán)。
圖6A示出使用習(xí)知技術(shù)的方法所形成的溝槽輪廓。圖6B示出使用根據(jù)本發(fā)明實施例的方法所形成的溝槽輪廓。圖7A-C示出根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體過渡制程。圖8A-C示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一氣體過渡制程。圖9A-D示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一氣體過渡制程。圖10示出根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體輸送系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明大致上涉及基材蝕刻系統(tǒng)與制程的設(shè)備及方法。如本文所揭示，本發(fā)明將 以其涉及硅蝕刻系統(tǒng)與制程來敘述。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明不被限制在硅蝕刻的應(yīng)用，而是 可以應(yīng)用于其它類型材料的蝕刻。為了更加了解本發(fā)明設(shè)備及其使用方法的新穎性，下文 將參照附圖敘述。提供一種用于蝕刻硅基材中輪廓(例如深溝槽)的方法及設(shè)備，其中該硅基材具 有氧化物和金屬層位在其上，該蝕刻循環(huán)包含在單全自動化的反應(yīng)器中現(xiàn)地地執(zhí)行的多個 等離子體制程。每這樣的蝕刻循環(huán)包含沉積步驟、第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟。各步驟是 獨(dú)立的等離子體制程，其由供應(yīng)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體混合物的組成來界定，其中基材被 支撐在該反應(yīng)器腔室內(nèi)。在各獨(dú)立步驟期間，可以供應(yīng)不同的氣體混合物組成到腔室。反 應(yīng)器大致上包含用于產(chǎn)生且維持等離子體的功率來源(在此稱為“源功率”)以及用于施加 偏壓予基材的功率來源(在此稱為“偏壓功率”)，各獨(dú)立地受控制。偏壓功率可以被脈沖化(例如重復(fù)地釋放能量)，而源功率可以持續(xù)地被施加。尤 其，可以通過使用產(chǎn)生器將偏壓功率予以脈沖化，由控制系統(tǒng)來設(shè)定脈沖化能力，以提供功 率在開啟時的時間比例(其稱為“工作周期(duty cycle)”)。在實施例中，脈沖化的偏壓功 率的開啟時間和關(guān)閉時間在整個蝕刻循環(huán)期間是一致的。例如，若功率是開啟長達(dá)約3msec 且關(guān)閉長達(dá)約15msec，則工作周期為約16.67%。以每秒周期或赫茲(Hz)為單位的脈沖化 頻率等于1. 0除以秒單位的開啟和關(guān)閉時間周期總和的值。例如，當(dāng)偏壓功率開啟長達(dá)約 3msec且關(guān)閉長達(dá)約15msec，即總時間約18msec，則每秒周期的脈沖化頻率為約55. 55Hz。 在實施例中，可以使用在蝕刻循環(huán)期間開啟/關(guān)閉時間點(diǎn)會改變的特定化的脈沖曲線(pro file)。在實施例中，通過改變施加到基材的偏壓功率，蝕刻循環(huán)可以在沉積與/或蝕刻步 驟之間切換。將偏壓功率予以脈沖化有助于減少溝槽側(cè)壁的扇貝化(scalloping)、改善阻 劑選擇性、改善蝕刻速率、以及避免材料界面底切。圖1示出用于處理各種基材且容納各種基材尺寸的系統(tǒng)(例如反應(yīng)器100)的截 面圖。在實施例中，反應(yīng)器100可以包括源功率15和匹配網(wǎng)絡(luò)17、源功率20和匹配網(wǎng)絡(luò) 21、腔室25、泵30、閥35、陶瓷靜電夾件40、冷卻器45、蓋50、氣體噴嘴55、以及氣體輸送系 統(tǒng)102。在實施例中，氣體輸送系統(tǒng)102設(shè)置在殼體105內(nèi)，其中該殼體105直接鄰近腔室 25 (例如位在腔室下方)。氣體輸送系統(tǒng)102選擇性地耦接位在一個或多個氣體盤104內(nèi) 的一個或多個氣體源到氣體噴嘴55，以提供制程氣體到腔室25。殼體105靠近腔室25，以 在改變氣體時得以減少氣體過渡時間、將氣體使用量減到最少、并且將廢氣減到最少。反應(yīng) 器100可以還包括升降件27用于升高和降低夾件40，其中該夾件40在腔室25中支撐基 材。腔室25還包括本體，本體具有下內(nèi)襯22、上內(nèi)襯23與門24。閥35可以設(shè)置在泵30與腔室25之間，并且可以操作來控制腔室25內(nèi)的壓力。陶瓷靜電夾件40可以設(shè)置在腔室 25內(nèi)。蓋50可以設(shè)置在腔室25上。氣體噴嘴55可以包含可調(diào)式氣體噴嘴，其具有一個 或多個出口，以選擇性地引導(dǎo)來自氣體輸送系統(tǒng)102的氣體流到腔室25。氣體噴嘴55可 以操作來引導(dǎo)氣體流到腔室25內(nèi)的不同區(qū)域內(nèi)，例如腔室25的中心區(qū)域與/或側(cè)邊區(qū)域。 在實施例中，氣體噴嘴55可以包括第一出口(其自腔室25頂部引入氣體)以及第二出口 (其自腔室25側(cè)邊引入氣體)，以選擇性地控制腔室25中氣體的分布。氣體輸送系統(tǒng)102 可以用來以瞬時速率供應(yīng)至少兩種不同的氣體混合物到腔室25，如下文進(jìn)一步所描述。在 可選的實施例中，反應(yīng)器100可以包括頻譜監(jiān)測器，其隨著在腔室25中形成溝槽時，可以操 作來測量經(jīng)蝕刻溝槽的深度以及經(jīng)沉積膜的厚度，而具有使用其它頻譜特征來決定反應(yīng)器 狀態(tài)的能力。反應(yīng)器100可以被建構(gòu)成得以容納各種基材尺寸，例如高達(dá)約300mm的基材 直徑。在運(yùn)行時，如同說明書所述，反應(yīng)器100可以產(chǎn)生經(jīng)蝕刻的基材溝槽，其側(cè)壁輪廓的 錐形化角度約85°到約92°，并且其深度約10 μ m到約500 μ m。在一個實施例中，反應(yīng)器100可以耦接到系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括金屬蝕刻反應(yīng)器以及 可選的后金屬蝕刻鈍化腔室。在一個實施例中，用于產(chǎn)生且維持等離子體制程的源功率15經(jīng)由腔室25上方的 殼體11內(nèi)功率產(chǎn)生設(shè)備來耦接到腔室25。源功率25可以操作來產(chǎn)生具有脈沖化能力的 約12MHz到約13. 5MHz的射頻、約IOW到約5000W的功率，并且可進(jìn)一步包括動態(tài)匹配網(wǎng)絡(luò) 17。在實例中，源功率15可以操作來產(chǎn)生具有脈沖化能力的13MHz的射頻。源功率15可 以包含雙重可調(diào)源，從而得以在蝕刻循環(huán)期間改變射頻。在一個實施例中，源功率15可以 包含可以產(chǎn)生高程度的等離子體解離的遠(yuǎn)程等離子體源，其可以安裝到反應(yīng)器100。當(dāng)使用 遠(yuǎn)程等離子體源時，反應(yīng)器100可以進(jìn)一步包括等離子體散布板或系列的板，其設(shè)置在腔 室25中，以有助于將等離子體散布到基材。在一個實施例中，反應(yīng)器100可以包括現(xiàn)地源 功率以及遠(yuǎn)程等離子體源功率兩者，其中利用遠(yuǎn)程等離子體源在遠(yuǎn)程等離子體腔室中產(chǎn)生 等離子體且將等離子體傳送到反應(yīng)腔室25，其中現(xiàn)地源功率15維持在腔室25內(nèi)產(chǎn)生的等 離子體。在一個實施例中，蝕刻循環(huán)可以執(zhí)行成在蝕刻循環(huán)期間增加或降低功率范圍(即 源功率15的瓦數(shù))。在蝕刻循環(huán)期間，可以將源功率15予以脈沖化。在一個實施例中，用于施加偏壓予基材的偏壓功率20耦接到腔室25與夾件40。 偏壓功率20可以操作來產(chǎn)生具有脈沖化能力的約2MHz的射頻、約IOW到約500W的低功率， 以及可以進(jìn)一步包括動態(tài)匹配網(wǎng)絡(luò)21。在實施例中，偏壓功率20可以產(chǎn)生具有脈沖化能力 的約400kHz到約2MHz、約IOOkHz到約2MHz、以及約IOOkHz到約13. 56MHz的可選射頻、約 IOff到約500W的低功率，以及可以進(jìn)一步包括動態(tài)匹配網(wǎng)絡(luò)或固定的匹配網(wǎng)絡(luò)和頻率調(diào)諧 器。在一個實施例中，蝕刻循環(huán)可以執(zhí)行成在蝕刻循環(huán)期間增加或降低功率范圍(即偏壓 功率20的瓦數(shù))。在一個實施例中，蝕刻循環(huán)可以包括沉積步驟、第一蝕刻步驟與第二蝕刻 步驟，其中在第一蝕刻步驟期間使用偏壓功率20，并且在第二蝕刻步驟期間增加或降低偏 壓功率20。例如，從第一蝕刻步驟到第二蝕刻步驟，可以降低或增加偏壓功率的射頻。在蝕刻循環(huán)期間，可以將偏壓功率20予以脈沖化。為了將偏壓功率20予以脈沖 化，射頻功率在蝕刻循環(huán)期間被開啟和關(guān)閉。偏壓功率20的脈沖化頻率可以為約IOHz到 約1000Hz，并且可以為約50Hz到約180Hz。在一個實施例中，切換功率于開啟和關(guān)閉均勻地 分布在整個蝕刻循環(huán)的時間中。在實施例中，脈沖化的時間點(diǎn)曲線(profile)在整個蝕刻
7循環(huán)中可以改變，并且可以取決于基材的組成。偏壓功率20開啟的比例，即前述的工作周 期(duty cycle)，與脈沖化頻率直接相關(guān)。在一個實施例中，當(dāng)脈沖化頻率為約IOHz到約 IOOOHz時，工作周期為約2%到約40%。在實施例中，當(dāng)脈沖化頻率為約50Hz到約180Hz 時，工作周期為約5%到約30%?？梢愿鶕?jù)所處理的基材材料來調(diào)整偏壓功率頻率與脈沖
化頻率。在一個實施例中，冷卻器45可以操作來控制腔室25內(nèi)的溫度及腔室25內(nèi)基材的 溫度。冷卻器45可以位于靠近腔室25處，并且耦接到腔室25。冷卻器45可以包括低溫冷 卻器，例如零下熱電冷卻器(sub-zero point of use thermoelectricchiller)，并且可以 進(jìn)一步包括直接冷卻機(jī)構(gòu)以用于超低溫。冷卻器45可以操作來產(chǎn)生約-20°C到約80°C的 溫度，其靠近腔室25處以達(dá)到更快的反應(yīng)時間，并且可以包括升高能力以允許一些程度的 控制以改善蝕刻速率。在一個實施例中，冷卻器45可以產(chǎn)生約-10°C到約60°C的溫度，并 且可以位于靠近腔室25處以達(dá)到更快速的反應(yīng)時間。在實施例中，冷卻器45可以操作來 降低腔室25中溫度從約-10°C到約-20°C。在一個實施例中，反應(yīng)器100可以通過泵30和閥35操作來維持腔室壓力于約 IOmTorr到約IOOOmTorr，其中該泵30和閥35耦接到腔室25。在蝕刻循環(huán)期間，可以調(diào)整 腔室壓力以進(jìn)一步改善蝕刻輪廓。例如，當(dāng)從沉積步驟切換到蝕刻步驟時，可以快速地降低 或升高腔室壓力。泵30可以包含渦輪泵(例如2600L/S的渦輪泵)，其可以操作來處理流 經(jīng)腔室25的約lOOsccm到約lOOOsccm的流量。與泵30結(jié)合，閥35可以包含具有快速反 應(yīng)時間的節(jié)流閘閥以有助于控制制程流量和壓力變化。反應(yīng)器100可以進(jìn)一步包括雙重壓 力計，以測量腔室25內(nèi)的壓力。在實施例中，在蝕刻循環(huán)期間，反應(yīng)器100可以操作來維持 動態(tài)壓力于約IOmTorr到約250mTorr?？蛇x地，可以利用自動的節(jié)流閘閥控制或具有預(yù)設(shè) 控制點(diǎn)的閥，并且可以將動態(tài)壓力維持在設(shè)定點(diǎn)而改變流量參數(shù)。圖2示出氣體輸送統(tǒng)102的實施例的示意圖，其中該氣體輸送統(tǒng)102具有快速氣 體交換系統(tǒng)200?？焖贇怏w交換系統(tǒng)200包括殼體205 (例如前述的殼體105)，殼體205內(nèi) 含有第一流量控制器240、第二流量控制器230、多個可選的流量限制器260和閥250以經(jīng) 由出口 270與280選擇性地引導(dǎo)氣體進(jìn)入腔室25 (示于第1圖)、以及排放口 290以用于 將泵30下游的氣體排到腔室排放口。具體而言，圖2顯示有四個流量限制器260和八個 閥250，但是可以改變流量限制器260和閥250的數(shù)量(若有使用的話)。第一流量控制器 240經(jīng)由流線272連通于出口 270，其中該流線272連通于出口流線273。第二流量控制器 230經(jīng)由流線271連通于出口 270，其中該流線271亦連通于出口流線273。第一與第二流 量控制器中每一者分別經(jīng)由流線272和271連通于排放口 290，其中該流線272和271獨(dú)立 地耦接到排放口流線291。第一流量控制器240也分離地經(jīng)由流線282連通于出口 280，其 中該流線282連通于出口流線283。第二流量控制器230也分離地經(jīng)由流線281連通于出 口 280，其中該流線281亦連通于出口流線283。第一與第二流量控制器中每一者分別經(jīng)由 流線282和281連通于排放口 290，其中該流線282和281獨(dú)立地耦接到排放口流線291。 從第一與第二流量控制器經(jīng)由流線271、272、281、282與291到排放口 290的一個或多個流 動路徑可以分別定義預(yù)流動氣體路徑，如下文所進(jìn)一步解釋。一個或多個可選的流量限制 器260與閥250可以設(shè)置在第一與第二流量控制器240與230和出口 270與280及排放口 290之間，以控制制程氣體到出口 270與280及排放口 290的輸送。出口 270與280可以
8連通于(前述)氣體噴嘴55的一個或多個出口，以選擇性地控制氣體進(jìn)入腔室25的分布。 快速氣體交換系統(tǒng)200和尤其是第一與第二流量控制器240與230分別耦接到第一氣體盤 220與第二氣體盤210，用于利用快速氣體交換系統(tǒng)200來供應(yīng)制程氣體到腔室25。第一 與第二氣體盤210與220可以經(jīng)由第一流線217與第二流線227耦接到快速氣體交換系統(tǒng) 200。第一與第二氣體盤中每一者可以包括一個或多個氣體源215與225，并且可以操作來 經(jīng)由第一流線217與第二流線227供應(yīng)一個或多種氣體到快速氣體交換系統(tǒng)200及因而腔 室25。當(dāng)用于硅蝕刻時，快速氣體交換系統(tǒng)200在第一蝕刻步驟和第二蝕刻步驟期間從第 一氣體盤210供應(yīng)第一氣體(例如六氟化硫(SF6))到腔室25，以及在沉積步驟期間從第二 氣體盤220供應(yīng)第二氣體(例如八氟環(huán)丁烷(C4F8))到腔室25。在實例中，第一氣體盤210 與第二氣體盤220可以操作來輸送SF6和C4F8于約lOOOsccm、氦于約500sccm、以及氧(O2) 和氬于約200sCCm。在實施例中，具有等離子體維持氣體(諸如氬)的第三氣體盤可以耦接 到快速氣體交換系統(tǒng)200，并且在蝕刻和沉積步驟期間可以操作來持續(xù)地供應(yīng)氣體到腔室 25。在工作時，當(dāng)來自第一氣體盤210的氣體被供應(yīng)到腔室25時，第一流量控制器240 可以經(jīng)由流線282引導(dǎo)氣體到出口 280、經(jīng)由流線272引導(dǎo)氣體到出口 270、或到上述兩出 口。可以使用可選的流量限制器260來控制快速氣體交換系統(tǒng)200內(nèi)氣體的流量。當(dāng)氣體 被供應(yīng)到腔室25時，閥250可以操作來開啟到腔室25的流動路徑與關(guān)閉到排放口流線291 及因而排放口 290的流動路徑。當(dāng)蝕刻循環(huán)切換步驟時，來自第二氣體盤220的氣體能夠 以類似第一氣體盤210的方式被供應(yīng)到腔室25。當(dāng)來自第二氣體盤220的氣體被供應(yīng)到腔 室25時，閥250可以操作來關(guān)閉來自第一氣體盤20到腔室25的流動路徑與開啟到排放口 流線291及因而排放口 290的流動路徑以排放流線中的氣體。在實例中，在沉積步驟期間 可以從第一氣體盤210供應(yīng)氣體到腔室25，并且在蝕刻步驟期間可以從第二氣體盤220供 應(yīng)氣體到腔室25。氣體盤220與210均可用于沉積和蝕刻步驟兩者。在替代實施例中，如第3圖所示，可以使用快速氣體交換系統(tǒng)。快速氣體交換系 統(tǒng)300包括殼體305 (例如前述的殼體105)，殼體305內(nèi)含有第一流量控制器340、第二流 量控制器345與第三流量控制器347 (其彼此連通以選擇性地引導(dǎo)氣體進(jìn)入腔室310 (如第 1圖所示反應(yīng)器100的腔室25))、第一排放口 360、與/或第二排放口 370?？焖贇怏w交換 系統(tǒng)300和尤其是第一流量控制器340可以經(jīng)由流線341耦接到第一氣體盤320。在實施 例中，對于適于蝕刻硅，第一氣體盤320可以包括多個氣體源322，包括但不限于六氟化硫、 氧、氬、三氟甲烷(CHF3)、與/或氦。流量控制器340、345與347中每一者可以包括流量控制 閥，這些流量控制閥可以操作來引導(dǎo)氣體到排放360與370與/或腔室310。流量控制閥可 以包括用于氣動操作的氣動致動器以允許快速的響應(yīng)且提供多種流動組態(tài)。此外，流量控 制器340、345與347可以連通于操作系統(tǒng)以控制且監(jiān)測閥的運(yùn)作。流量限制器346與348 可以可選地耦接到第三流量控制器347，以限制到第二排放370與/或腔室310的流量。在實施例中，第一流量控制器340可以被建構(gòu)以經(jīng)由流線343弓丨導(dǎo)氣體到第一排 放口 360 (由此定義快速凈空路徑，下文將進(jìn)一步描述)與/或經(jīng)由流線342引導(dǎo)氣體到第 二流量控制器345。第二流量控制器345可以被建構(gòu)以經(jīng)由流線325引導(dǎo)氣體到腔室310 與/或經(jīng)由流線344引導(dǎo)氣體到第三流量控制器347。第三流量控制器347可以被建構(gòu)以 經(jīng)由流線349引導(dǎo)氣體通過可選的流量限制器348到第二排放口 370(由此定義預(yù)流動氣體路徑，下文將進(jìn)一步描述)與/或經(jīng)由流線321引導(dǎo)氣體通過可選的流量限制器346到 腔室310，其中流線321可以連通于流線325?？焖贇怏w交換系統(tǒng)300也可以包括第一流量控制器350、第二流量控制器355與第 三流量控制器357 (其設(shè)置在殼體305內(nèi)且彼此連通以弓I導(dǎo)氣體進(jìn)入腔室310)、第一排放口 360、與/或第二排放口 370。快速氣體交換系統(tǒng)300和尤其是第一流量控制器350可以經(jīng) 由流線351耦接到第二氣體盤330。在實施例中，對于適于蝕刻硅，第二氣體盤330可以包 括多個氣體源332，包括但不限于八氟環(huán)丁烷、氧、氬、三氟甲烷、與/或氦。流量控制器350、 355與357中每一者可以包括流量控制閥，這些流量控制閥可以操作來弓I導(dǎo)氣體到排放360 與370與/或腔室310。流量控制閥可以包括用于氣動操作的氣動致動器以允許快速的響 應(yīng)且提供多種流動組態(tài)。此外，流量控制器350、355與357可以連通于操作系統(tǒng)以控制且 監(jiān)測閥的運(yùn)作。流量限制器356與358可以可選地耦接到第三流量控制器347，以限制到第 二排放370與/或腔室310的流量。在實施例中，第一流量控制器350可以被建構(gòu)以經(jīng)由流線353引導(dǎo)氣體到第一排 放360 (由此定義快速凈空路徑，下文將進(jìn)一步描述)與/或經(jīng)由流線352引導(dǎo)氣體到第二 流量控制器355。第二流量控制器355可以被建構(gòu)以經(jīng)由流線335引導(dǎo)氣體到腔室310與 /或經(jīng)由流線354引導(dǎo)氣體到第三流量控制器357。第三流量控制器357可以被建構(gòu)以經(jīng) 由流線359引導(dǎo)氣體通過可選的流量限制器358到第二排放370(由此定義預(yù)流動氣體路 徑，下文將進(jìn)一步描述)與/或經(jīng)由流線331引導(dǎo)氣體通過可選的流量限制器356到腔室 310，其中流線331可以連通于流線335。在工作時，平行的流線325與335可獨(dú)立地輸送氣體通過系列流量控制器與可選 的限制器到腔室310，例如流量控制器340、345、347與350、355、357以及可選的流量限制器 346與356，以允許快速的氣體切換。流線325與335也可以操作來獨(dú)立地與/或直接地快 速輸送氣體進(jìn)入腔室310，以消除通過可選的限制器346與356的任何氣體延遲。在替代實 施例中，流線325與335可以在進(jìn)入腔室310前彼此連接(tie-in)。可以提供多種氣體輸 送方式和組態(tài)予快速氣體交換系統(tǒng)300。在實施例中，第一氣體(或多種氣體的組合)可 以例如經(jīng)由流線341、342與325而直接輸送進(jìn)入腔室310，并且第二氣體(或多種氣體的 組合)可以經(jīng)由流線354、352與351通過流線331的流量限制器356被脈沖化以允許對腔 室310產(chǎn)生受控的輸送選擇?？焖贇怏w交換系統(tǒng)300中各閥可以包括逆止閥，以避免經(jīng)由 流線來輸送的氣體會回擴(kuò)散(back diffusion)。流量控制器340與350可以操作來經(jīng)由流 線343與353引導(dǎo)氣體，其中流線343與353連通于第一排放360。流量控制器347與357 可以操作來經(jīng)由流線349與359引導(dǎo)氣體，其中流線349與359連通于第二排放口 370。在實施例中，快速氣體交換系統(tǒng)300可以包括可選的流線386，流線386連通于流 線341與351中其者或其兩者。流線386可以包括可選的流量控制器384與/或可選的流 量限制器382。流線386可以操作來引導(dǎo)氣體到排放口 380，以將氣體從所有的流線排放， 由此定義快速凈空路徑(下文將進(jìn)一步描述)。排放360、370與380可以包含真空環(huán)境，氣 體被引導(dǎo)到該真空環(huán)境內(nèi)。在實施例中，透過與本文揭示的實施例組合，快速氣體交換系統(tǒng)300也可以耦接 到可選的氣體盤390，以經(jīng)由流線395提供氣體源392 (例如凈化氣體(purge gas))到腔 室310，其中流線395連通于流線335。氣體盤390可以操作為快速排放泵，以在多個處理
10氣體混合物的過渡期間之前移除腔室310中的任何殘余氣體，由此避免這些處理氣體混合 物的混合。氣體盤390也可以提供快速直接線到腔室310來提供氣體，用于在蝕刻循環(huán)期 間利用來自第一與第二氣體盤的其者或其兩者的氣體來進(jìn)行處理。流線395可以包括流量 控制器與/或限制器，以控制到腔室310的氣體流量。氣體源392可以操作來將殘存在腔 室310以及流線中的任何殘余氣體混合物予以凈化。在實施例中，可以致動一個或多個流 量控制器成開啟位置，以利用由氣體盤390供應(yīng)的氣體源392經(jīng)由流線325與335的其者 或其兩者將殘余氣體混合物凈化到一個或多個排放口 360、370與380?？梢蕴峁┻B通于流 線325的類似的氣體盤配置。在實施例中，可以放置基材在腔室300中，用于在制程期間于基材中形成輪廓。該 制程可以包括一個或多個步驟，例如蝕刻步驟和沉積步驟，其能夠以各種順序交替地且連 續(xù)地重復(fù)，由此形成該輪廓。在一個或多個制程步驟期間，可以經(jīng)由流線341、342與325通 過第一和第二流量控制器340與345且/或經(jīng)由流線341、342、344、321與325通過第一、 第二和第三流量控制器340、345與347來從第一氣體盤320供應(yīng)第一氣體混合物(包括從 第一氣體盤320的氣體源322提供的一個或多種氣體)到腔室310。在一個或多個制程步 驟期間，可以經(jīng)由流線351、352與335通過第一和第二流量控制器350與355且/或經(jīng)由 流線351、352、354、331與335通過第一、第二和第三流量控制器350、355與357來從第二 氣體盤330供應(yīng)第二氣體混合物(包括從第二氣體盤330的氣體源332提供的一個或多種 氣體)到腔室310。在切換制程步驟時，可以快速地切換且供應(yīng)第一與第二氣體混合物到腔 室310。在切換制程步驟時且同時供應(yīng)其它氣體混合物到腔室310時，也可以從各流線325 與335引導(dǎo)第一與第二氣體混合物到排放360、370與380。此外，在切換制程步驟期間，可 以改變氣體混合物的組成，以在制程步驟期間提供不同的氣體混合物到腔室。在制程步驟 期間，也可以同時供應(yīng)第一與第二氣體混合物到腔室310。流量控制器可以提供未受限的流 動路徑予腔室310。在實施例中，當(dāng)使用一個或多個閥(例如多個流量控制器(諸如三向閥)的組合， 其中這些閥可包括氣動控制器以提供快速的響應(yīng)致動)從第一蝕刻步驟切換到第二蝕刻 步驟與/或沉積步驟時，快速氣體交換系統(tǒng)可以操作來在腔室中處理基材時，得以在腔室 中提供氣體混合物的連續(xù)快速切換。例如，可以在沉積步驟期間供應(yīng)第一氣體混合物到腔 室，同時可以在沉積步驟的后的蝕刻步驟期間安排第二氣體混合物的路線以準(zhǔn)備引導(dǎo)到腔 室內(nèi)。每步驟可以持續(xù)小于1秒。例如，在代表性期間中供應(yīng)個別的氣體混合物時，沉積步 驟可以持續(xù)約0. 5秒且蝕刻步驟可以持續(xù)約0. 75秒，并且可以連續(xù)地且交替地重復(fù)這些步 驟，以處理腔室中的基材。如第4A圖所示，隨著在基材的一個或多層410、420與430中蝕刻溝槽400時，許 多扇貝紋415可能沿著溝槽的側(cè)壁發(fā)展。扇貝紋415可以沿著側(cè)壁以連串的峰411和谷 412來顯現(xiàn)。扇貝紋測量值413可以包括谷412的深度，即從谷412的基底之中心量測起 (如第4B圖所示)。在實施例中，通過使用快速氣體交換系統(tǒng)200或300連同反應(yīng)器100， 可以增加或減少谷412的長度(即從峰的尖點(diǎn)到相鄰峰的尖點(diǎn)的垂直距離)以及峰411和 谷412的數(shù)量。當(dāng)扇貝紋測量值413增加時，側(cè)壁的粗糙度會增加。根據(jù)實例，通過使用快 速氣體交換系統(tǒng)200或300，能夠以約10 μ m/min的蝕刻速率來形成溝槽，而扇貝紋測量值 413為約0. 1 μ m。當(dāng)溝槽形成穿過整個基材時，扇貝紋測量值413可以沿著側(cè)壁維持在合
11理的容忍度內(nèi)，例如扇貝紋測量值413可以在溝槽頂部處大于或等于約0. 1 μ m且在溝槽底 部處小于或等于約0. 025 μ m。在實施例中，能夠以約20 μ m/min的蝕刻速率來形成溝槽， 而其中扇貝紋測量值413為約0. Ιμπι。在實施例中，能夠以約10 μ m/min的蝕刻速率來形 成溝槽，而其中沉積步驟可以持續(xù)約1秒至約2秒的時段且蝕刻步驟可以持續(xù)約2秒至約 4秒的時段。蝕刻步驟可以包括第一蝕刻步驟和第二蝕刻步驟。通過使用快速氣體交換系統(tǒng)200或300，可以增加蝕刻后殘留在溝槽輪廓上的光 阻劑的量。又，隨著形成越深的溝槽輪廓，快速氣體交換系統(tǒng)200或300可以改善阻劑選擇性?？焖贇怏w交換系統(tǒng)200或300提供提升的蝕刻效能?？焖贇怏w交換系統(tǒng)200或300 提供了以下優(yōu)點(diǎn)縮短從質(zhì)流控制器到腔室的氣體延遲、去除多種氣體物種混合、縮短氣體 切換時間、縮短制程步驟間的氣體輸送延遲、允許氣體物種重迭、允許多區(qū)域氣體輸送、以 及允許遠(yuǎn)程或局部氣體盤位置。這些優(yōu)點(diǎn)造成了更高的整體蝕刻速率、低的溝槽側(cè)壁粗糙 度、以及高的控制溝槽輪廓的能力?？梢詫⒖焖贇怏w交換系統(tǒng)200或300與利用多步驟制 程的蝕刻系統(tǒng)(例如時間多任務(wù)氣體調(diào)制(TMGM)系統(tǒng)或柏斯克(Bosch)系統(tǒng))一起應(yīng)用。在實施例中，一種蝕刻位在腔室中基材的方法包括在沉積步驟期間供應(yīng)來自第 一氣體盤的第一氣體到腔室內(nèi)；在第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟期間供應(yīng)來自第二氣體盤 的第二氣體到腔室內(nèi)；以及在該第一蝕刻步驟期間以第一偏壓功率施加偏壓予基材，在該 第二蝕刻步驟期間以第二偏壓功率施加偏壓予基材，其中該第一偏壓功率大于該第二偏壓 功率。在實施例中，提供一種用以蝕刻基材(例如硅基材)的方法，其中該基材可選地具 有多個層(例如氧化物、金屬與/或經(jīng)沉積的保護(hù)聚合物膜)，其中該保護(hù)聚合物膜在基材 上包含至少聚合物、共聚物、寡聚合物、其衍生物或其組合(例如硬罩幕或阻劑罩幕)。該方 法包括蝕刻循環(huán)，該蝕刻循環(huán)具有沉積步驟、第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟。該制程可以包 括在第一蝕刻步驟期間使用高偏壓功率和低壓以及在第二蝕刻步驟期間使用低偏壓功率 和高壓，其中該高偏壓功率用于蝕刻這些層(例如氧化物、金屬與/或聚合物膜)，并且該低 偏壓功率用于蝕刻該基材(例如硅基材)，以在基材中形成溝槽。此制程得以改善阻劑選擇 性且降低溝槽側(cè)壁的粗糙度。根據(jù)實例，在傳統(tǒng)的硅蝕刻系統(tǒng)中，蝕刻步驟在等向地蝕穿且蝕刻硅之前消耗其 時間的約40%在移除表面聚合物。偏壓功率是需要的以用來蝕穿聚合物層，但硅蝕刻是放 熱的且因此不需要偏壓功率?？梢允褂眉s5秒的沉積步驟和約10秒的蝕刻步驟來提供最 佳的臨界尺寸和蝕刻速率。若偏壓功率開啟長達(dá)蝕刻步驟的整個10秒且在約4秒后蝕刻 聚合物表面，則以偏壓功率來蝕刻硅長達(dá)約剩余的6秒會降低阻劑選擇性并增加溝槽側(cè)壁 的粗糙度。在相同的實例中，本發(fā)明的實施例是通過將蝕刻步驟分隔成第一蝕刻步驟(其 包括低壓/高偏壓功率長達(dá)約4秒)以及隨后的第二蝕刻步驟(其包括高壓/低偏壓功率 長達(dá)約剩余的6秒)來解決這些問題，而增加了阻劑選擇性。在實施例中，沉積步驟的時間 可以介于約1秒到約20秒，并且蝕刻步驟的時間可以介于約2秒到約30秒。圖5A示出習(xí)知技術(shù)的蝕刻循環(huán)500，其包括長達(dá)約5秒的沉積步驟510以及長達(dá) 約10秒的蝕刻步驟530，并且具有在用以蝕刻硅基材而切換這些步驟之間時這些步驟的重 迭520。圖5B示出根據(jù)本發(fā)明實施例的在與習(xí)知技術(shù)循環(huán)500相同的基材上執(zhí)行的蝕刻循環(huán)550。圖5B示出蝕刻基材的方法，其包括在沉積步驟560期間沉積薄膜聚合物層長達(dá) 約3秒；在第一蝕刻步驟570期間蝕刻聚合物層長達(dá)約3秒；以及在第二蝕刻步驟580期 間蝕刻硅層長達(dá)約5秒，其中在該第一蝕刻步驟期間施加第一偏壓頻率到硅基材，其中在 該第二蝕刻步驟期間施加第二偏壓頻率到硅基材，其中該第二偏壓頻率小于該第一偏壓頻 率。如圖所示，蝕刻循環(huán)550約比習(xí)知技術(shù)蝕刻循環(huán)500快約4秒，并且可以形成實質(zhì)類似 的溝槽輪廓。使用快速氣體交換系統(tǒng)200或300也可以去除在從沉積步驟切換到蝕刻步驟 時的任何重迭。在實施例中，方法包括在蝕刻循環(huán)的第一蝕刻步驟期間通過使用偏壓功率以及在 第二蝕刻步驟期間通過使用零偏壓功率，以增加阻劑選擇性。在實施例中，方法包括在第一蝕刻步驟期間以約2MHz頻率的偏壓功率來蝕刻金 屬和氧化物層，以及接著在第二蝕刻步驟期間切換到約400kHz頻率的偏壓功率來蝕刻硅 基材。該方法可以還包括多頻率偏壓功率匹配。圖6A示出經(jīng)蝕刻的特征或輪廓，例如使用習(xí)知技術(shù)方法所形成的溝槽輪廓600。 圖6B示出使用根據(jù)本發(fā)明實施例的方法所形成的溝槽輪廓650。如圖所示，使用習(xí)知技術(shù) 方法所形成的溝槽輪廓600在沿著側(cè)壁具有較高程度的粗糙度，例如約6. 7 μ m/min的蝕刻 速率而產(chǎn)生大于約2 μ m的扇貝紋測量值。使用快速氣體交換系統(tǒng)200或300與反應(yīng)器100 所形成的溝槽輪廓650降低側(cè)壁粗糙度并產(chǎn)生較平滑的輪廓，例如約5. 8 μ m/min的蝕刻速 率而產(chǎn)生小于約1.5μπι的扇貝紋測量值。溝槽輪廓650也可以包括平滑且圓滑的蝕刻前 部(etch-front)。此外，此兩步驟蝕刻制程可以被應(yīng)用來進(jìn)一步達(dá)成低的扇貝紋測量值。在實施例中，蝕刻循環(huán)可以進(jìn)一步包括移除制程，該移除制程包括殘留在經(jīng)蝕刻 材料表面上與/或沿著溝槽表面殘留的光阻劑罩幕或保護(hù)聚合物膜的移除。根據(jù)實例，對 于硅為主的基材，可以使用含氧等離子體來完成移除制程。此移除制程可以在使用本發(fā)明 實施例來蝕刻溝槽輪廓的后來進(jìn)行。在實施例中，蝕刻循環(huán)可以進(jìn)一步包括額外的蝕刻或移除制程，或者稱為側(cè)壁平 滑化制程，其包括將沿著溝槽側(cè)壁的蝕刻產(chǎn)生的表面粗糙度(例如扇貝紋)予以進(jìn)一步平 滑化。此側(cè)壁平滑化制程可以在前述移除制程的后來進(jìn)行。側(cè)壁平滑化制程可以通過使 用反應(yīng)性等離子體磨碾制程(reactive plasma milling process)來進(jìn)一步減少形成在 經(jīng)蝕刻溝槽的側(cè)壁表面上扇貝紋的深度。移除制程和反應(yīng)性等離子體磨碾制程的示范性 實例被討論于審查中的美國專利申請案號中，其在2008年8月27日申請，標(biāo)題為“Post Etch Reactive Plasma Milling to Smooth ThroughSubstrate Via Sidewalls and Other Deeply EtchedFeatures”，其全文在此以引用方式并入本文以作為參考。在實施例中，反應(yīng)性等離子體磨碾制程用于使溝槽輪廓的扇貝化表面遭受由等離 子體源氣體產(chǎn)生的反應(yīng)性等離子體，其中該等離子體源氣體包括有會與溝槽輪廓表面上材 料反應(yīng)的反應(yīng)物，該反應(yīng)物包括但不限于SF6、NF3、CF4、CHF3、ClF3、BrF3、IF3或其衍生物。等 離子體源氣體可以包括惰性氣體，其不會與溝槽輪廓反應(yīng)，但可作為會沖擊溝槽輪廓的沖 擊力，而粉碎且移除了扇貝紋的材料。在實施例中，在從基材的溝槽輪廓移除殘留的聚合物 膜的后，能夠在基材被施加予偏壓功率的同時以由源氣體產(chǎn)生的反應(yīng)性等離子體來處理溝 槽輪廓?？梢詫⑵珘汗β视枰悦}沖化，即RF功率可以在處理基材時被切換于開啟與關(guān)閉。 透過利用本文描述的本發(fā)明實施例來調(diào)整制程變數(shù)(諸如等離子體源氣體的組成、基材的
13溫度、制程腔室中的壓力、以及相對于偏壓功率與/或源功率的射頻功率)，可以設(shè)計反應(yīng) 性等離子體磨碾制程。在實施例中，可以使用氣體輸送系統(tǒng)(如快速氣體交換系統(tǒng)200與300)來提供預(yù) 流動氣體路徑到腔室(例如反應(yīng)器100的腔室25)。預(yù)流動氣體路徑可以是從氣體輸送源 通過閥到真空環(huán)境的連接，其中該真空環(huán)境與腔室分離開。在腔室中需要?dú)怏w之前，氣體可 以流經(jīng)預(yù)流動氣體路徑，以在需要?dú)怏w之前能將流量予以穩(wěn)定化。此外，可以將任何流量控 制裝置(例如流量控制器)的輸出安排到預(yù)流動氣體路徑，因此可以在氣流被輸送到腔室 之前將氣流的分流(division of gas flow)予以穩(wěn)定化。在實施例中，可以使用氣體輸送系統(tǒng)(例如快速氣體交換系統(tǒng)200與300)從腔室 (例如反應(yīng)器100的腔室25)提供快速凈空(evacuation)路徑到排放口或排出口?？焖?凈空路徑可以是從氣體輸送源與腔室輸送路徑到腔室通過閥到真空環(huán)境的連接，其中該真 空環(huán)境與腔室分離開。各腔室輸送路徑連接可以使用一個或多個閥，這是因為快速凈空路 徑可以在多個位置處連接，從而使得在任何兩個流量控制裝置與/或限制之間具有至少連 接。當(dāng)須使腔室中氣體改變時，可以開啟連通到真空環(huán)境的這些閥，從腔室輸送路徑移除了 過量的氣體。在實施例中，提供隨著時間通過氣體輸送系統(tǒng)(例如快速氣體交換系統(tǒng)200與 300)的氣體流量的控制，以使流進(jìn)腔室(例如反應(yīng)器100的腔室25)內(nèi)的實際氣體流量盡 可能快速地達(dá)到期望的狀態(tài)。若腔室輸送路徑不含有氣體，氣體輸送路徑可以操作來增加 各期望氣體的流量，以讓氣體輸送系統(tǒng)將在最短的可能時間內(nèi)達(dá)到平衡。隨著流進(jìn)腔室內(nèi) 的氣體流量接近期望的化學(xué)物混合和流速，以維持流入腔室內(nèi)的期望流量的方式將通過氣 體輸送路徑的氣體流量減少到期望程度。在氣體輸送系統(tǒng)將被充滿以來自更早制程的氣 體的情況時，可以改變流動通過氣體輸送氣體的流量(例如減少或增加，取決于期望的效 果)，以使流入腔室內(nèi)的期望流量將盡可能快速地達(dá)到期望值。隨著流入腔室的氣流接近期 望的化學(xué)物混合和流速，以維持流入腔室內(nèi)期望流量的方式而朝著期望流量來調(diào)整氣體流 量。在實施例中，提供一種使用可變限制、固定限制或系列可選的固定限制的快速凈 空路徑的流量限制控制。當(dāng)輸送到腔室的化學(xué)物混合改變但必須控制改變的流速時，腔室 輸送路徑與快速凈空路徑之間的一個或多個閥可以被節(jié)流(throttled)以控制凈空速率。 在一些情況中，通過將沿著腔室輸送路徑的閥予以節(jié)流，從而使得一些氣體被凈空到快速 凈空路徑且一些氣體被輸送到腔室，可以更快速地達(dá)成流到腔室的期望的化學(xué)物混合和流 速。在實施例中，當(dāng)從化學(xué)物混合和流速改變到另一化學(xué)物混合和流速時，流到腔室 的氣體輸送可以因使用腔室輸送路徑中的殘留氣體而持續(xù)不中斷?？梢躁P(guān)閉腔室輸送路徑 中的一個或多個閥，以讓閥下游的氣體得以持續(xù)流入腔室內(nèi)且閥上游的氣體可以被安排線 路到其它地方。當(dāng)閥被關(guān)閉時，關(guān)閉的閥上游的氣體流量將無法抵達(dá)腔室。依此方式，當(dāng) 閥上游的氣體被改變到下個期望的化學(xué)物混合和流速時，腔室將從閥下游的氣體(殘留氣 體)不中斷地運(yùn)行。在腔室輸送路徑中的閥下游的所有氣體被耗用到腔室內(nèi)的后，閥將可 被開啟，由此允許下個期望的化學(xué)物混合和流速進(jìn)入腔室。在實施例中，可以將腔室輸送路徑、預(yù)流動路徑與快速凈空路徑中一個或多個閥
14予以排序。定時順序的閥致動可以確保在期望的時間將期望的化學(xué)混合和流速輸送到腔 室。在腔室需要新的化學(xué)物混合和流速之前，這些閥可以被致動以開始新的化學(xué)物混合和 流速通過腔室輸送路徑的流動。同時，這些閥可以被致動到腔室輸送路徑、預(yù)流動路徑與快 速凈空路徑，以穩(wěn)定化新的化學(xué)物混合和流速通過腔室輸送路徑的流動、持續(xù)來自腔室輸 送路徑中殘留氣體的化學(xué)物輸送到腔室、并且從腔室輸送路徑的隱蔽區(qū)塊移除任何殘留化 學(xué)物?；瘜W(xué)物轉(zhuǎn)換可以在最短期間內(nèi)發(fā)生在最靠近化學(xué)物輸送源處。對于快速凈空路徑、 預(yù)流動路徑與腔室輸送路徑使用定時切換的系列閥(其從化學(xué)輸送源到腔室沿著腔室輸 送路徑分隔開)，新的化學(xué)物混合和流速可以盡可能靠近請求時間而被定時輸送到腔室。在實施例中，可以應(yīng)用腔室輸送路徑、快速凈空路徑與預(yù)流動路徑中化學(xué)物輸送 的回饋(feedback)?？梢栽诟鞣N路徑中以壓力傳感器、流量傳感器、化學(xué)傳感器、與/或可 監(jiān)測路徑內(nèi)狀況的其它傳感器來測量化學(xué)物混合和流速。當(dāng)使用任何前述方法來改變化學(xué) 物混合和流速時，這些傳感器的測量的輸出可以用于改善化學(xué)物輸送的控制以及用于決定 閥設(shè)定(即開啟、關(guān)閉和比例狀態(tài))。使用這些傳感器可以判斷且調(diào)整化學(xué)物混合和流速的 過渡與穩(wěn)定狀態(tài)效能，以控制用以改變閥的操作設(shè)定或狀態(tài)的時間點(diǎn)。在實施例中，可以應(yīng)用流到腔室內(nèi)的化學(xué)物輸送的回饋?？梢允褂脡毫鞲衅?、光 學(xué)傳感器、與提供來自腔室的回饋的其它傳感器來判斷流入腔室內(nèi)的實際的化學(xué)物混合和 流速。當(dāng)改變流入腔室內(nèi)的化學(xué)物混合和流速時，測量的輸出可以用于改善化學(xué)物輸送的 控制以及用于決定閥設(shè)定。測量的輸出也可以用于測量且判斷化學(xué)物混合和流速的過渡與 穩(wěn)定狀態(tài)效能。在實施例中，可以使用流量控制的預(yù)測方法來將氣體過渡時間減到最小。此方法 可以包括以除了所期望流速以外的流速來流動該化學(xué)物混合，并且接著將其集中到期望的 流速，以在可能的最短時間內(nèi)達(dá)成平衡氣體線壓力，以及因而流入腔室的實際的期望流量。在實施例中，提供一種使用流動系統(tǒng)模型將閥予以排序的預(yù)設(shè)方法。此方法可以 包括利用流速、氣體書輸送氣體的容積、氣體輸送線的容積、腔室噴頭的容積、氣體輸送系 統(tǒng)的流量限制、腔室噴頭的流量限制、在氣體輸送系統(tǒng)的給定流量時的平衡壓力、閥致動時 間、腔室壓力、前線(foreline)壓力、與/或氣體物種，以將系統(tǒng)的閥予以排序由此對于特 定的蝕刻/沉積制程來提供到處理腔室的最佳氣體輸送。在實施例中，系統(tǒng)可以具有一個或多個氣體輸送系統(tǒng)，從而使至少氣體輸送系統(tǒng) 專用于特定的制程條件。此專用的氣體輸送系統(tǒng)以及因而此系統(tǒng)可能需要少量的化學(xué)物。 此專用的氣體輸送系統(tǒng)可以由用于基材全處理的小的流量控制器的子組所服務(wù)，由此顯著 地減少成本并降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。圖7A-C示出使用本文描述的系統(tǒng)100、200與300的氣體過渡制程。第一氣體710 到腔室750被停止，并且第二氣體720的輸送開始。當(dāng)?shù)诙怏w720流入線760時，流動之 前緣(leading edge)會與線760中第一氣體710的殘留部分混合。第二氣體720推擠殘 留的第一氣體710通過線760且進(jìn)入腔室750。在實施例中，提供氣體切換指令和輸送第二 氣體720到腔室750之間的延遲可以為約8秒到約25秒?？梢愿纳茪怏w過渡時間點(diǎn)，其通 過使用測量工具與本文描述的預(yù)測的控制方法來改變氣體流量，以對于特定的蝕刻/沉積 制程快速地提供到腔室750的最佳氣體輸送。圖8A-C示出使用本文描述的系統(tǒng)100、200與300的氣體過渡制程。第一氣體810到腔室850 (經(jīng)由線860)的輸送通過關(guān)閉閥865且開啟閥875來停止，由此使用例如前線 870來消耗第一氣體810。在第一氣體810關(guān)閉的同時，第二氣體820通過線860的輸送開 始。當(dāng)?shù)诙怏w820流入線860時，流動之前緣(leading edge)會與線870中第一氣體 810的殘留部分混合并被轉(zhuǎn)向。第二氣體820推擠殘留的第一氣體810通過線860且前線 870。腔室850可以使用腔室中第一氣體810的另一殘留部分繼續(xù)運(yùn)作。接著，閥875可以 被致動到關(guān)閉位置，并且閥865可以被致動到開啟位置，以允許未受污染的第二氣體820流 量到腔室850的輸送。氣體過渡時間點(diǎn)可以發(fā)生在約5秒到約10秒的時間范圍內(nèi)。因為 線860在排放第一氣體810期間被凈空，自氣體過渡指令需要約10秒到約30秒來提供穩(wěn) 定的第二氣體820流動。圖9A-D示出使用本文描述的系統(tǒng)100、200與300的氣體過渡制程。氣體過渡制 程可以是與前述第8A-C圖相同的制程，其涉及第一氣體910通過線860到腔室950的輸 送。閥965位在開啟位置，并且所有其它的閥967、975、985與987位在關(guān)閉位置。線980 被預(yù)裝載以第二氣體920，從而使得當(dāng)線980連接到腔室950時，所需要的第二氣體920量 已經(jīng)在線980中以將流入腔室950的流量予以穩(wěn)定化。在實施例中，可以在線980中使用 單過渡氣體。接著，閥975可以被致動到開啟位置，并且其它閥可以被致動到或維持在關(guān)閉 位置，以允許從腔室950經(jīng)由例如前線970到排放口的任何處理氣體930 (例如殘留的第一 氣體910)的凈空。在氣體過渡之前，可以使用流量控制器將通過前線970的流量予以穩(wěn)定 化。接著，閥985與967可以被致動到開啟位置，并且其它閥可以被致動到或維持在關(guān)閉位 置。第二氣體920可以經(jīng)由線980被輸送到腔室950，并且第一氣體910可以使用前線970 被消耗。氣體過渡可以取決于閥時間點(diǎn)。氣體過渡具有相當(dāng)利落的指數(shù)上升與衰退。到完 全穩(wěn)定的第二氣體920流量的過渡時間可能自氣體過渡指令需要約2秒到約5秒。過渡的 精確時間可以通過使用直接測量與/或本文描述的預(yù)測的控制方法來計算。圖10示出可與本文描述的實施例一起應(yīng)用的氣體輸送系統(tǒng)1000。系統(tǒng)1000可以 包括殼體1040 (例如接地的圍壁)，殼體1040耦接到腔室1050用于容納且設(shè)置一個或多 個切換閥1065、1075與1085使其盡可能靠近腔室與/或耦接到腔室1050的噴頭。切換閥 1065、1075與1085可以在氣體源組件中被容納在接地的圍壁內(nèi)。在實施例中，線1080可以 專用于僅需要一種氣體的特定的氣體過渡制程。因此，具有快速凈空路徑的氣體輸送系統(tǒng)有利地使得從氣體輸送系統(tǒng)供應(yīng)到處理 系統(tǒng)內(nèi)的處理氣體具有穩(wěn)定的氣體流量和最小的波動?？焖賰艨章窂奖粦?yīng)用來提供替代的 方式以確認(rèn)與/或校正來自氣體輸送系統(tǒng)的氣體流量，由此提供供應(yīng)到處理腔室的氣體流 量的良好控制。盡管前述說明著重在本發(fā)明的實施例，在不脫離本發(fā)明的基本范圍，可以設(shè)想出 本發(fā)明的其它和進(jìn)一步實施例，并且本發(fā)明的范圍由附附專利要求來決定。
1權(quán)利要求
一種在腔室中蝕刻基材的方法，包含下列步驟(A)在蝕刻反應(yīng)器中沉積保護(hù)層于第一層上，該第一層位于基材上；(B)在該蝕刻反應(yīng)器中蝕刻該保護(hù)層，其中在蝕刻該保護(hù)層期間施加第一偏壓功率；(C)在該蝕刻反應(yīng)器中蝕刻該第一層，其中在蝕刻該第一層期間施加第二偏壓功率；以及重復(fù)步驟(A)、(B)與(C)，以在該基材中形成輪廓。
2.如專利要求1所述的方法，其中該第一偏壓功率大于該第二偏壓功率。
3.如專利要求1所述的方法，其中該第一偏壓功率包括約2MHz到約13.56MH ζ之間的 射頻，并且該第二偏壓功率包括約IOOkHz到約400kHz之間的射頻。
4.如專利要求1所述的方法，還包括將該第一偏壓功率與該第二偏壓功率的至少一者 予以脈沖化于約2%到約40%的工作周期中。
5.如專利要求1所述的方法，其中該保護(hù)層是聚合物膜，并且該第一層包括金屬以及 硅中至少一者。
6.一種在腔室中蝕刻基材的方法，包含下列步驟在沉積制程期間沉積聚合物膜于該基材上；在第一蝕刻制程期間蝕刻被沉積在該基材上的該聚合物膜；以及在第二蝕刻制程期間蝕刻該基材，由此在該基材中形成輪廓，其中在該第一蝕刻制程 期間施加第一偏壓功率到該基材，以及其中在該第二蝕刻制程期間施加第二偏壓功率到該 基材。
7.如專利要求6所述的方法，其中該基材包含多個包括硅、氧與金屬中至少一者的層。
8.如專利要求6所述的方法，其中該第一偏壓功率大于該第二偏壓功率。
9.如專利要求6所述的方法，還包括將該第一偏壓功率與該第二偏壓功率的至少一者 予以脈沖化。
10.一種氣體輸送系統(tǒng)，包含腔室，其用于處理基材；第一氣體盤，其通過第一氣體輸送線連通于該腔室，其中該第一氣體輸送線包括第一 多個流量控制器；以及第二氣體盤，其通過第二氣體輸送線連通于該腔室，其中該第二氣體輸送線包括第二 多個流量控制器，其中該第一和第二多個流量控制器可選擇地操作來分別引導(dǎo)來自該第一 和第二氣體盤的氣體到該腔室且到一個或多個排放口，該一個或多個排放口與該第一和第 二氣體輸送線連通。
11.一種供應(yīng)氣體到腔室的方法，包含下列步驟從第一氣體盤經(jīng)由第一氣體輸送線供應(yīng)第一氣體到該腔室；在供應(yīng)該第一氣體到該腔室的同時，從第二氣體盤經(jīng)由第二氣體輸送線引導(dǎo)第二氣體 到排放口 ；以及引導(dǎo)該第一氣體到該排放口及供應(yīng)該第二氣體到該腔室，其中在將該第二氣體引入該 腔室之前從該腔室移除該第一氣體。
12.如專利要求11所述的方法，還包括第一流量控制器，其連通于該第一氣體輸送線， 用于引導(dǎo)來自該第一氣體盤的該第一氣體到該腔室。
13.如專利要求12所述的方法，還包括致動該第一流量控制器，以引導(dǎo)來自該第一氣 體盤的該第一氣體到該排放口。
14.如專利要求11所述的方法，還包括第二流量控制器，其連通于該第二氣體輸送線， 用于引導(dǎo)來自該第二氣體盤的該第二氣體到該排放口。
15.如專利要求14所述的方法，還包括致動該第二流量控制器，以引導(dǎo)來自該第二氣 體盤的該第二氣體到該腔室。
全文摘要
本發(fā)明的實施例涉及一種基材蝕刻系統(tǒng)與制程。在一個實施例中，方法可以包括在沉積制程期間沉積材料于該基材上；在第一蝕刻制程期間蝕刻該基材的第一層；以及在第二蝕刻制程期間蝕刻該基材的第二層，其中在該第一蝕刻制程期間施加第一偏壓功率到該基材，以及其中在該第二蝕刻制程期間施加第二偏壓功率到該基材。在另一實施例中，系統(tǒng)可以包括氣體輸送系統(tǒng)，該氣體輸送系統(tǒng)包含第一氣體盤，其用于供應(yīng)第一氣體到腔室；第二氣體盤，其用于供應(yīng)第二氣體到該腔室；以及多個流量控制器，其用于引導(dǎo)這些氣體到該腔室，以促進(jìn)進(jìn)出該腔室和這些氣體盤的這些氣體之間的快速氣體過渡。
文檔編號H01L21/3065GK101978479SQ200980110364
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者喬恩·C·法, 伊茲拉·R·高德, 夏爾馬·V·帕馬斯, 張春雷, 斯科特·奧爾斯則維斯基, 札瑞德·A·李, 科哈伊德·西拉朱迪茵, 羅伊·C·南古伊, 薩拉弗野特·辛加, 詹姆斯·P·克魯斯, 道格拉斯·A·布池貝爾格爾 申請人:應(yīng)用材料公司