等離子刻蝕設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種等離子刻蝕設備、相關的整套裝置以及襯底的等離子刻蝕方法。
【背景技術】
[0002] 用于在半導體晶圓上制造器件的工藝包括在各種等離子刻蝕工具中實現(xiàn)的大量 的等離子刻蝕工藝步驟。通常來說，等離子刻蝕工藝被用于選擇性地將材料從并未覆蓋有 掩膜的晶圓區(qū)域上去除。在例如硅、砷化鎵（GaAs)、鋁和二氧化硅等材料中的刻蝕深度能夠 在幾納米到幾百微米之間變化。在所有的等離子刻蝕工藝中，一般要求提供一致的可重復 的刻蝕工藝。這些性質(zhì)在裸片（在幾平方毫米或者平方厘米的區(qū)域上）內(nèi)以及在整個晶圓 (目前為300毫米的直徑，盡管更大的直徑在將來可能成為商業(yè)規(guī)范）上應該是明顯的
[0003] 由于等離子刻蝕工具和凈室的高成本，并且還因為凈室占地空間十分稀缺的，因 而凈室空間的高效利用是很重要的，所以能夠盡快對特征進行刻蝕當然在經(jīng)濟上是有益 的。遺憾的是，在實踐中的大多數(shù)情況下，高刻蝕速率的使用帶來的工藝時間的減少產(chǎn)生了 不太一致的工藝性能。由此，通常進行折中以使得一致性和刻蝕速率都處于可接受的水平。 當需要很長的刻蝕工藝時間以在硅中刻蝕諸如MEMS結構或硅通孔（TSV)之類的深的特征 (幾十到幾百微米）時達到高刻蝕速率與晶圓上的刻蝕一致性之間的最近平衡尤為重要。 為了形成這些類型的深的硅刻蝕特征，通常使用被稱為"Bosch工藝"的循環(huán)沉積/刻蝕步 驟。Bosch工藝在現(xiàn)有技術中是眾所周知的，并且在例如US5501893中進行了描述。
[0004] 相應地，已經(jīng)進行了大量的研究以在不犧牲刻蝕一致性的情況下增大刻蝕速率。 現(xiàn)有技術的代表性示例包括US2006/0070703和US7371332。在本領域中廣泛接受的常識 是等離子刻蝕工具所使用的處理隔室的內(nèi)直徑遠大于其所處理的晶圓的直徑。對于同樣構 成本領域所接受的常識的該手段存在技術解釋。更加具體地，處理隔室具有比所處理晶圓 的直徑明顯更大的直徑具有有益效果，因為我們相信在這樣的系統(tǒng)中更容易得到一致的等 離子，同時導致等離子中的非一致性的隔室的壁的損失在遠離所處理的晶圓邊緣處出現(xiàn)。 US2006/0070703的圖1為典型現(xiàn)有技術中單晶圓ICP等離子刻蝕系統(tǒng)的代表性示意圖。如 該圖中所描繪的，圓柱形的隔室具有放置待處理圓形晶圓的中央壓盤支承件或者靜電卡盤 (ESC)。通過在此情況下為多匝線圈的天線將RF電力耦合到隔室內(nèi)的氣體來引發(fā)和維持等 離子。使用合適的泵送裝置使氣體進入到隔室的頂部并且使刻蝕工藝的副產(chǎn)物從隔室底部 排出。晶圓壓盤在一定的系統(tǒng)配置中可以被RF驅(qū)動，從而如現(xiàn)有技術中已知的那樣對入射 到晶圓表面的離子進行進一步控制。盡管US2006/0070703的圖1是示意性的，然而實際上， 晶圓與隔室的相對尺寸是現(xiàn)有技術的大體上精確的表不。
[0005] 本發(fā)明的發(fā)明人認識到當在如US2006/0070703的圖1所示類型的標準等離子刻 蝕隔室中對晶圓進行刻蝕時，一部分活性刻蝕氣體通過沿著隔室的側(cè)面向下流動而完全繞 過晶圓。本發(fā)明的發(fā)明人還認識到其氣體利用是沒有效率的。因為泵送發(fā)生在晶圓表面以 下，引入到隔室中的大多數(shù)氣體可能不會到達晶圓表面。例如，對于如US2006/0070703的 圖1所示類型的具有350mm直徑的隔室以及隔室中央的200mm直徑的晶圓，大約三分之二 的氣流將直接從泵中排出。此外，本發(fā)明的發(fā)明人認識到該配置在晶圓的中央附近導致較 高的刻蝕速率并且在晶圓外圍觀察到較低的刻蝕速率。圖1對此進行示意性地表示，其示 出了硅刻蝕速率，該硅刻蝕速率是距離晶圓中心的位置的函數(shù)。能夠看到，現(xiàn)有技術的配置 促進了中央的高刻蝕速率，該刻蝕速率基本隨刻蝕劑的濃度梯度而變化，該濃度梯度是從 隔室中心到晶圓外圍的距離的函數(shù)。
[0006] 同樣已知提供雙室等離子刻蝕設備，其中，在第一隔室中生成的等離子流入保留 有襯底的第二處理隔室。同樣，本領域中所接受的常識是，處理室的內(nèi)直徑明顯大于所處理 的晶圓的直徑。此外，本發(fā)明人意識到，生成等離子的第一隔室相對于晶圓的直徑通常具有 相對更大的尺寸。US2007/0158305和EP2416351兩者公開了有效的雙隔室裝置，其中可能 是平頭錐形導管的導管被用于將等離子引導至位于第二隔室中的襯底。然而，生成等離子 的第一隔室的區(qū)域的直徑明顯大于所處理的晶圓的直徑。
[0007] 本發(fā)明在其至少一些實施例中解決了一個或者多個上述問題。特別地，相對于傳 統(tǒng)系統(tǒng)，本發(fā)明的至少一些實施例能夠提供改進的刻蝕一致性和/或改進的氣體利用率。 此外，相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)，本發(fā)明的至少一些實施例能夠提供改進的刻蝕速率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 為了避免疑義，當在本申請中提及"包括"或"包含"以及類似用語時，本發(fā)明還可 理解為包括諸如"由...構成"和"大體上由...構成"之類的更加限定性的用語。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種等離子刻蝕設備，用于對襯底進行等離子刻 蝕，所述襯底包括：
[0010] 第一隔室，具有等離子生成區(qū)域，所述等離子生成區(qū)域具有一定的橫截面積和形 狀；
[0011] 等離子生成裝置，用于在所述等離子生成區(qū)域中生成等離子；
[0012] 第二隔室，在所述等離子生成隔室中生成的等離子能夠流入所述第二隔室，其中， 所述第二隔室限定了具有一定橫截面積和形狀的內(nèi)部，并且所述內(nèi)部的橫截面積大于所述 等離子生成區(qū)域的橫截面積；
[0013] 第三隔室，具有一用于對具有待等離子刻蝕的上表面的襯底進行支承的襯底支承 件，其中，所述第三隔室具有與所述第二隔室的界面，以使得等離子或者一種或更多種與等 離子相關的刻蝕劑可流出所述第二隔室以對所述襯底進行刻蝕；
[0014] 其中，
[0015] 所述第二隔室的所述內(nèi)部的橫截面積與形狀大體上對應于所述襯底的上表面；以 及
[0016] 所述襯底支承件被布置以使得，在使用中，所述襯底大體上與所述第二隔室的所 述內(nèi)部配準，并且所述襯底的上表面被放置成與所述界面相距80mm或更少。
[0017] 待處理的所述襯底和所述第二隔室的內(nèi)部各自可以具有至少一個寬度。所述第二 隔室的內(nèi)部寬度與所述襯底的寬度之比可以是1. 15或更小，1. 1或更小，1. 0或更大，0. 85 或更大，〇. 9或更大，或者這些比值的任意結合。特別地，所述第二隔室的內(nèi)部寬度與所述襯 底的寬度之比可以在1. 15到0. 85范圍內(nèi)，優(yōu)選地在1. 1到0. 9范圍內(nèi)。
[0018] 更加優(yōu)選地，所述第二隔室的內(nèi)部寬度與所述襯底的寬度之比可以在1. 15到1. 0 范圍內(nèi)，優(yōu)選地在1. 1到1. 0的范圍內(nèi)。
[0019] 應當理解，所述待處理的襯底以及所述第二隔室的內(nèi)部通常具有圓形橫截面，在 此情況下以上所稱的寬度為直徑。原則上說，所述待處理的襯底以及所述第二隔室的內(nèi)部 可以具有不同的橫截面形狀，并且原則上這樣的非圓形形狀還可以具有多于一個的特征寬 度。在這些實施例中，與所述橫截面相關聯(lián)的每個特征寬度將具有對應的所述第二隔室的 內(nèi)部寬度與所述襯底的寬度之比。在這些實施例中，每個寬度比可以滿足以上的量化標準。
[0020] 在一些實施例中，所述襯底支承件被布置成使得，在使用中，所述襯底的上表面被 放置成與所述界面相距60mm或更少。
[0021] 在一