等离子刻蚀设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种等离子刻蚀设备、相关的整套装置以及衬底的等离子刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 用于在半导体晶圆上制造器件的工艺包括在各种等离子刻蚀工具中实现的大量 的等离子刻蚀工艺步骤。通常来说，等离子刻蚀工艺被用于选择性地将材料从并未覆盖有 掩膜的晶圆区域上去除。在例如硅、砷化镓（GaAs)、铝和二氧化硅等材料中的刻蚀深度能够 在几纳米到几百微米之间变化。在所有的等离子刻蚀工艺中，一般要求提供一致的可重复 的刻蚀工艺。这些性质在裸片（在几平方毫米或者平方厘米的区域上）内以及在整个晶圆 (目前为300毫米的直径，尽管更大的直径在将来可能成为商业规范）上应该是明显的
[0003] 由于等离子刻蚀工具和净室的高成本，并且还因为净室占地空间十分稀缺的，因 而净室空间的高效利用是很重要的，所以能够尽快对特征进行刻蚀当然在经济上是有益 的。遗憾的是，在实践中的大多数情况下，高刻蚀速率的使用带来的工艺时间的减少产生了 不太一致的工艺性能。由此，通常进行折中以使得一致性和刻蚀速率都处于可接受的水平。 当需要很长的刻蚀工艺时间以在硅中刻蚀诸如MEMS结构或硅通孔（TSV)之类的深的特征 (几十到几百微米）时达到高刻蚀速率与晶圆上的刻蚀一致性之间的最近平衡尤为重要。 为了形成这些类型的深的硅刻蚀特征，通常使用被称为"Bosch工艺"的循环沉积/刻蚀步 骤。Bosch工艺在现有技术中是众所周知的，并且在例如US5501893中进行了描述。
[0004] 相应地，已经进行了大量的研究以在不牺牲刻蚀一致性的情况下增大刻蚀速率。 现有技术的代表性示例包括US2006/0070703和US7371332。在本领域中广泛接受的常识 是等离子刻蚀工具所使用的处理隔室的内直径远大于其所处理的晶圆的直径。对于同样构 成本领域所接受的常识的该手段存在技术解释。更加具体地，处理隔室具有比所处理晶圆 的直径明显更大的直径具有有益效果，因为我们相信在这样的系统中更容易得到一致的等 离子，同时导致等离子中的非一致性的隔室的壁的损失在远离所处理的晶圆边缘处出现。 US2006/0070703的图1为典型现有技术中单晶圆ICP等离子刻蚀系统的代表性示意图。如 该图中所描绘的，圆柱形的隔室具有放置待处理圆形晶圆的中央压盘支承件或者静电卡盘 (ESC)。通过在此情况下为多匝线圈的天线将RF电力耦合到隔室内的气体来引发和维持等 离子。使用合适的泵送装置使气体进入到隔室的顶部并且使刻蚀工艺的副产物从隔室底部 排出。晶圆压盘在一定的系统配置中可以被RF驱动，从而如现有技术中已知的那样对入射 到晶圆表面的离子进行进一步控制。尽管US2006/0070703的图1是示意性的，然而实际上， 晶圆与隔室的相对尺寸是现有技术的大体上精确的表不。
[0005] 本发明的发明人认识到当在如US2006/0070703的图1所示类型的标准等离子刻 蚀隔室中对晶圆进行刻蚀时，一部分活性刻蚀气体通过沿着隔室的侧面向下流动而完全绕 过晶圆。本发明的发明人还认识到其气体利用是没有效率的。因为泵送发生在晶圆表面以 下，引入到隔室中的大多数气体可能不会到达晶圆表面。例如，对于如US2006/0070703的 图1所示类型的具有350mm直径的隔室以及隔室中央的200mm直径的晶圆，大约三分之二 的气流将直接从泵中排出。此外，本发明的发明人认识到该配置在晶圆的中央附近导致较 高的刻蚀速率并且在晶圆外围观察到较低的刻蚀速率。图1对此进行示意性地表示，其示 出了硅刻蚀速率，该硅刻蚀速率是距离晶圆中心的位置的函数。能够看到，现有技术的配置 促进了中央的高刻蚀速率，该刻蚀速率基本随刻蚀剂的浓度梯度而变化，该浓度梯度是从 隔室中心到晶圆外围的距离的函数。
[0006] 同样已知提供双室等离子刻蚀设备，其中，在第一隔室中生成的等离子流入保留 有衬底的第二处理隔室。同样，本领域中所接受的常识是，处理室的内直径明显大于所处理 的晶圆的直径。此外，本发明人意识到，生成等离子的第一隔室相对于晶圆的直径通常具有 相对更大的尺寸。US2007/0158305和EP2416351两者公开了有效的双隔室装置，其中可能 是平头锥形导管的导管被用于将等离子引导至位于第二隔室中的衬底。然而，生成等离子 的第一隔室的区域的直径明显大于所处理的晶圆的直径。
[0007] 本发明在其至少一些实施例中解决了一个或者多个上述问题。特别地，相对于传 统系统，本发明的至少一些实施例能够提供改进的刻蚀一致性和/或改进的气体利用率。 此外，相对于传统系统，本发明的至少一些实施例能够提供改进的刻蚀速率。
【发明内容】
[0008] 为了避免疑义，当在本申请中提及"包括"或"包含"以及类似用语时，本发明还可 理解为包括诸如"由...构成"和"大体上由...构成"之类的更加限定性的用语。
[0009] 根据本发明的第一方面，提供了一种等离子刻蚀设备，用于对衬底进行等离子刻 蚀，所述衬底包括：
[0010] 第一隔室，具有等离子生成区域，所述等离子生成区域具有一定的横截面积和形 状；
[0011] 等离子生成装置，用于在所述等离子生成区域中生成等离子；
[0012] 第二隔室，在所述等离子生成隔室中生成的等离子能够流入所述第二隔室，其中， 所述第二隔室限定了具有一定横截面积和形状的内部，并且所述内部的横截面积大于所述 等离子生成区域的横截面积；
[0013] 第三隔室，具有一用于对具有待等离子刻蚀的上表面的衬底进行支承的衬底支承 件，其中，所述第三隔室具有与所述第二隔室的界面，以使得等离子或者一种或更多种与等 离子相关的刻蚀剂可流出所述第二隔室以对所述衬底进行刻蚀；
[0014] 其中，
[0015] 所述第二隔室的所述内部的横截面积与形状大体上对应于所述衬底的上表面；以 及
[0016] 所述衬底支承件被布置以使得，在使用中，所述衬底大体上与所述第二隔室的所 述内部配准，并且所述衬底的上表面被放置成与所述界面相距80mm或更少。
[0017] 待处理的所述衬底和所述第二隔室的内部各自可以具有至少一个宽度。所述第二 隔室的内部宽度与所述衬底的宽度之比可以是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，或者这些比值的任意结合。特别地，所述第二隔室的内部宽度与所述衬 底的宽度之比可以在1. 15到0. 85范围内，优选地在1. 1到0. 9范围内。
[0018] 更加优选地，所述第二隔室的内部宽度与所述衬底的宽度之比可以在1. 15到1. 0 范围内，优选地在1. 1到1. 0的范围内。
[0019] 应当理解，所述待处理的衬底以及所述第二隔室的内部通常具有圆形横截面，在 此情况下以上所称的宽度为直径。原则上说，所述待处理的衬底以及所述第二隔室的内部 可以具有不同的横截面形状，并且原则上这样的非圆形形状还可以具有多于一个的特征宽 度。在这些实施例中，与所述横截面相关联的每个特征宽度将具有对应的所述第二隔室的 内部宽度与所述衬底的宽度之比。在这些实施例中，每个宽度比可以满足以上的量化标准。
[0020] 在一些实施例中，所述衬底支承件被布置成使得，在使用中，所述衬底的上表面被 放置成与所述界面相距60mm或更少。
[0021] 在一