CN102157345A - 等离子反应器及使用其进行蚀刻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子反应器和利用其进行蚀刻的方法。该方法包括第一改变步骤来改变连接到RF电源供应装置的多组电感线圈的数量和结构设置，一个应用RF电源和产生高密度等离子的应用步骤，第一蚀刻步骤蚀刻工件第一蚀刻目标层，第一停止步骤来停止RF电源的提供，第二改变步骤来改变多组电感线圈的数量或结构设置，一个向相应的电感线圈提供RF电源和产生低密度等离子的应用步骤，第二蚀刻步骤蚀刻工件第二蚀刻目标层，和第二停止步骤来停止RF电源的提供。
Description
发明背景
技术领域
本发明涉及一种在半导体制造过程中应用的等离子反应器。本发明尤其涉及一种电感偶合等离子体(ICP)类型的等离子反应器，及使用该反应器进行蚀刻的方法。
背景技术
近年来，在等离子体反应器中的蚀刻处理工艺中，通过蚀刻获得的工件模型临界尺寸(CD)已经降低到50纳米或更小了，用作工件的蚀刻面的光阻材料层的厚度也变得更薄。这就使得在蚀刻处理工艺中用非常薄的光阻材料来充分保护工件区域不受等离子体蚀刻来获得大纵横比的模型(即大H/W比的模型(H：蚀刻获得工件模型的高度和H：蚀刻获得工件模型的宽度)变得非常的困难。为了解决这个问题，在光阻材料和工件之间插入一个还有硬质面层的多栈结构的蚀刻层。
相比较于蚀刻过程中只对粘合在工件上的光阻材料进行处理，蚀刻过程中使用多栈结构蚀刻层要复杂得多。例如，硬质面层是无定形碳层(ACL)和底部抗反射涂层(BARC)薄膜，那么蚀刻工件的氧化膜要考虑到。在这种情况下，蚀刻ACL或BARC薄膜需要通过含有大量活性离子和活化粒子的高浓度的等离子体来进行化学蚀刻处理。另一方面，蚀刻具有强联合结构的氧化膜需要通过具有高离子活性的低浓度的等离子体。如果通过具有高离子活性的低浓度等离子体来蚀刻氧化膜，可以保持相对较高的选择性(即硬质面层的蚀刻率(ER)比氧化膜的蚀刻率的比例)。
如果，多栈结构蚀刻层用来蚀刻上述的氧化膜，硬质面层的蚀刻条件与氧化膜的蚀刻条件是不相同的。正因为如此，在通过等离子体反应器的蚀刻处理过程中，为能连续的蚀刻硬质面层和氧化膜而改变反应室内等离子体的浓度是必须的。然而，传统的等离子体反应器在蚀刻处理过程中自由的改变等离子体浓度是很难的。因此，这就需要有两个等离子体反应器来设置不同的蚀刻条件以用于硬质面层和氧化膜的蚀刻。
另一方面，如果工件(例如，晶圆或玻璃基板)变大成一个直径为300纳米或更大时，工件的中间部位和边缘部位的蚀刻率各不相同的情况经常出现，或者蚀刻处理后的工件的中间部位的成形模型的临界尺寸与边缘部位的成形模型的临界尺寸也各不相同。当在反应室内工件的中间部位的反应气体的浓度与边缘部位的反应气体的浓度不同或当工件的中间部位成形模型的密度与边缘部位成形模型的密度不同时这种现象就经常发生。此外，由于工件中间部分和边缘部分的蚀刻比率互不相同，这就使得在蚀刻具有多栈结构的蚀刻面层时保持统一处理工艺很难。也就是说，对大型工件的中间部位和边缘部位的蚀刻率很难保持统一。
发明内容
因此，本发明的一个优选实施方面是提供一种使用等离子反应器的蚀刻方法，用于将若干个电感线圈和一个无线电射频(RF)电源发生器之间相连的若干个开关打开或关闭，调节蚀刻条件，选择性地改变若干个电感线圈的组合结构，因此可以确保在不同的条件下均匀且连续地蚀刻。
本发明的另一个优选实施方面是提供一种等离子反应器，它可以将若干个电感线圈和一个无线电射频(RF)电源发生器之间相连的若干个开关打开或关闭，调节蚀刻条件，选择性地改变若干个电感线圈的组合结构，因此可以确保在不同的条件下均匀且连续地蚀刻。
本发明一方面公开了一种使用等离子反应器进行蚀刻的方法。该方法包括，一个第一改变步骤，当设置第一蚀刻条件时，在第一蚀刻条件的基础上，通过一个电感线圈控制装置来改变电感线圈的数量或结构设置，所述的电感线圈与一种电感耦合等离子(ICP)电源装置的射频(RF)电源供应装置连接；一个应用步骤，利用RF电源供应装置，将RF电源与电感线圈对应，并在一个反应室中产生高密度的等离子，所述的电感线圈是与RF电源供应装置相连；一个第一蚀刻步骤，在一个第一设置期内，用高密度等离子在反应室中蚀刻一个工件中的第一蚀刻目标层，其中工件是安装在一个阴极装置上；一个第一停止步骤，在第一设置期后，通过RF电源供应装置，向与该RF电源供应装置相连，并与电感线圈对应的RF电源供电；一个第二改变步骤，当设置第二蚀刻条件时，在第二蚀刻条件的基础上，通过所述的电感线圈控制装置来改变电感线圈的数量或结构设置，所述的电感线圈与所述的RF电源供应装置连接；一个应用步骤，利用RF电源供应装置，将RF电源与电感线圈对应，并在反应室中产生低密度的等离子，所述的电感线圈是与RF电源供应装置相连；一个第二蚀刻步骤，在第二设置期内，通过低密度的等离子来蚀刻工件中的一个第二蚀刻目标层；一个第二停止步骤，在第二设置期后，通过RF电源供应装置向与该RF电源供应装置相连，并与电感线圈对应的RF电源供电。
本发明另一方面提供了一种等离子反应器。该等离子反应器包括一个反应室，一个ICP电源装置，和一个RF偏压电源供应器。该反应室包括一个内部安装了一个阴极装置且顶部开口的主体；和一个用于密封主体顶部开口的绝缘窗。该ICP电源装置包括一个绝缘窗内的电场。该RF偏压电源供应器向阴极装置提供RF偏压电源。该ICP电源装置包括多组电感线圈，一个RF电源供应装置和一个电感线圈控制装置。所述的多组电感线圈设置在绝缘窗的外面，它们在通入RF电源时产生一个磁场，并利用磁场诱导电场发生。该RF电源供应装置产生RF电源。该电感线圈控制装置可根据预先设置的蚀刻条件选择性地将部分或全部的多组电感线圈与RF电源供应装置连接，和选择性地改变向RF电源供电的电感线圈的数量或结构设置。
001]下面将结合附图进一步详细说明本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：[0002]图1是一个本发明优选实施方面的等离子反应器的示意图；[0003]图2是图1所示的多组电感线圈的耦合结构和多组开关的实施例示意图；[0004]图3A是图1所示的开关实施例示意图[0005]图3B是图1所示的开关另一实施例示意图；[0006]图4是图1所示的等离子反应器的蚀刻处理流程示意图；[0007]图5A是图1所示的等离子体反应器产生高密度等离子体时的电感线圈结构实施例示意图；[0008]图5B是图1所示的等离子体反应器产生高密度等离子体时的电感线圈结构另一实施例示意图；[0009]图5C是图1所示的等离子体反应器产生高密度等离子体时的电感线圈结构更多的一个实施例示意图；
图6A是图1所示的等离子体反应器产生低密度等离子体时的电感线圈结构实施例示意图；
图6B是图1所示的等离子体反应器产生低密度等离子体时的电感线圈结构另一实施例示意图；
图6C是图1所示的等离子体反应器产生低密度等离子体时的电感线圈结构更多的一个实施例示意图；
图7是图1所示的等离子反应器的蚀刻处理流程示意图；和
图8A至8C是图7蚀刻处理的蚀刻工件截面图。
在这些附图中，同样的附图标记代表同样的元素、特征和结构。
具体实施方式
下面将结合附图具体说明本发明的优选实施例。为了使下述说明更简洁，将会在说明中省略其中公知的结构和构造。
图1是一个本发明优选实施方面的等离子反应器的示意图。为使附图简洁明了，图1所示的只是本发明所涉及到的部分。等离子反应器100包括反应室110，电感耦合等离子体(ICP)电源装置120，和射频(RF)偏压电源装置130。
反应室110包括主体111和绝缘窗112。阴极装置113安装在主体111内。主体111的开口在其顶部。主体111与地面相连。绝缘窗112为加工成圆筒形状。绝缘窗112密封的安装在主体111顶部开口处。气体喷射器114安装在绝缘窗112上并向反应器110内喷射反应气体。
电感耦合等离子体(ICP)电源装置120包括安装在绝缘窗112内的电场。电感耦合等离子体(ICP)电源装置120还包括多组电感线圈(C1到C4)，射频源电源装置121，和电感线圈控制装置122。
多组电感线圈(C1到C4)安排在绝缘窗112的外面，当向射频源电源装置供电时将产生一个磁场，通过这个磁场，多组电感线圈(C1到C4)在绝缘窗112内产生一个电场。
电感线圈(C1)和电感线圈(C2)相互之间间隔有一定的距离，并且安排在绝缘窗112的外面的顶部和中间部位。电感线圈(C3)比电感线圈(C1)具有更大的直径。电感线圈(C3)与电感线圈(C1)间隔有一定的距离并且是安排在电感线圈(C1)的外面。电感线圈(C4)比电感线圈(C2)具有更大的直径。电感线圈(C4)与电感线圈(C2)间隔有一定的距离并且是安排在电感线圈(C2)的外面。
图1所示的实施例中的电感线圈(C1到C4)安排在绝缘窗112的外面，但安排在绝缘窗112外面的电感线圈的数量与安排形式可根据需要进行不同的变化。
射频源电源装置121包括一个射频电源发生器123，和一个射频阻抗适配器124。射频电源发生器123在收到从主控制器140发出的电源控制信号(CTL11)时产生射频源电源。同样，射频电源发生器123在收到从主控制器140发出的电源控制信号(CTL12)时停止产生射频源电源。
根据预先设定的蚀刻条件来选择性的把部分或全部的电感线圈(C1到C4)与射频源电源装置121连接，电感线圈控制装置122选择性的改变与射频源电源装置连接的电感数圈数量或结构设置。
电感线圈控制装置122包括多组开关(S1到S4)和一个开关控制器125。多组开关(S1到S4)分别连接在射频源电源装置121的射频阻抗适配器124和多组电感线圈(C1到C4)之间。多组开关(S1到S4)和多组电感线圈(C1到C4)的连接结构如附图2所示的例子。多组开关(S1到S4)各自的一末端与电源线151相连接。多组开关(S1到S4)各自的另一末端与多组电感线圈(C1到C4)各自的一末端相连接。同样，多组电感线圈(C1到C4)各自的另一末端通过电源线152与地面相连接。
如图3A所示，多组开关(S1到S4)各自的作用通过直流电源(DC)可以控制开/关的继电器开关160来实现，在这种情况下，根据预先设定的蚀刻条件，开关控制器125向部分或全部的多组开关(S1到S4)提供直流电源(DC)来有选择性的打开部分或全部的多组开关(S1到S4)。
继电器开关160包括接触点(a，b1和b2)，和线圈(L)。接触点(a)接电源线151，接触点(b1)接地，和接触点(b2)接多组电感线圈(C1到C4)的一端。当线圈(L)没有电流通过时，继电器开关160是关闭状态，和当通过直流电源(DC)在线圈(L)上有电流通过时，继电器开关160是打开状态。当继电器开关160处于关闭状态时，接触点(a)保持与接触点(b1)的连接。当继电器开关160处于打开状态时，接触点(a)保持与接触点(b2)的连接。
如图3B所示，多组开关(S1到S4)各自的作用通过气体压强可以控制开/关的气压开关170来实现，在这种情况下，根据预先设定的蚀刻条件，开关控制器125向部分或全部的多组开关(S1到S4)内注射气体来有选择性的打开部分或全部的多组开关(S1到S4)。
气压开关170包括一个包含有第一进口171和第二进口172的汽缸173，活塞174，和传导板175。传导板175连接活塞174的一末端。当通过第一进口171向汽缸173内注射入气体时，活塞174向汽缸173的底部移动。其结果是，连接活塞174-末端的传导板175与电源线151和其中一个电感线圈(C1到C4)连接，于是，电源线151与其中一个电感线圈(C1到C4)有电连接了。另一方面，当通过第二进口172向汽缸173内注射入气体时，活塞174向汽缸173的顶部移动。其结果是，连接活塞174一末端的传导板175脱离了电源线151和其中一个电感线圈(C1到C4)。
重新回到图1，射频偏压电源装置130在收到从主控制器140发出的偏压电源控制信号(CTL21和CTL31)时向阴极装置113提供射频偏压电源。同样，射频偏压电源装置130在收到从主控制器140发出的偏压电源控制信号(CTL22和CTL32)时停止向阴极装置113提供射频偏压电源。
射频偏压电源装置130包括一个低频射频偏压发生器131，一个高频射频偏压发生器132，和一个偏压射频阻抗适配器133。低频率射频偏压发生器131在收到偏压电源控制信号(CTL21)时产生低频射频偏压电源。高频射频偏压发生器132在收到偏压电源控制信号(CTL31)时产生高频射频偏压电源。
偏压射频阻抗适配器133把接收到的由低频射频偏压发生器131产生的低频射频偏压电源和高频射频偏压发生器132产生的高频射频偏压电源进行混频，然后向阴极装置113提供混频电源。
图1所示的实施例中的射频偏压电源装置130将低频射频偏压电源和高频射频偏压电源进行混频，并向将阴极装置113提供混频电源。根据结构和操作的需要射频偏压电源装置130可以产生多种不同的发化。
另一方面，更优选的等离子反应器100包括主控制器140。主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL11或CTL12)，并控制射频电源发生器123的运作。主控制器140向低频射频偏压发生器131输出偏压电源控制信号(CTL21或CTL22)，并控制低频射频偏压发生器131的运作。主控制器140向高频射频偏压发生器132输出偏压电源控制信号(CTL31或CTL32)，并控制高频射频偏压发生器132的运作。主控制器140与开关控制器125连接，和能识别蚀刻条件并做出来设定开关控制器125。
图4所示的是利用等离子反应器100的蚀刻工序的详细说明。
用户可以通过用户接口设备(末显示)来设置某一蚀刻条件下的开关控制器125或向主控制器140设置等离子反应器100运运所需要的多种类型的数据值。
开关控制器125判断第一蚀刻条件的设置(步骤1001)。如果第一蚀刻条件已设置，在第一蚀刻条件的基础上开关控制器125开启部分或全部的开关(S1到S4)，并改变与射频源电源装置121连接的多组电感线圈的数量或结构设置(步骤1002)。
在此之后，在第一设置期内，为了使射频源电源装置121向与射频源电源装置121连接的相应电感线圈提供射频电源，主控制器140输出电源控制信号(CTL11)给射频电源发生器123。其结果是，在反应室110内产生高密度等离子体(步骤1003)。
在第一设置期内，工件200的第一蚀刻目标层(末显示)安装在反应室110内的阴极装置113上通过高密度等离子来蚀刻(步骤1004)。
在第一设置期后，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL12)。其结果是，射频源电源装置121停止向与射频源电源装置121连接的相应电感线圈提供射频电源(步骤1005)。
这时，第一蚀刻条件可以包括第一至第三条件(P1至P3)。第一条件(P1)是设置与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置，以致于第一蚀刻目标层的中间部位与第一蚀刻目标层的边缘部位的等离子密度变成完全相同。
也就是说第一条件(P1)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图5A所示。如图5A所示，也就是向所有的电感线圈(C1到C4)提供射频电源，在电感线圈(C1到C4)的周围形成完全均匀的磁场。
在另一个实施例中，证实第一蚀刻目标层的中间部位和边缘部位各自的蚀刻率(ERs)是相同的或第一蚀刻目标层的中间部位和边缘部位各自的模型CDs也是相同的，在实际的蚀刻工序中第一蚀刻条件就是第一条件(P1)对开关控制器125的设置。
第二蚀刻条件(P2)是与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置的状态，以致于第一蚀刻目标层的中间部位较第一蚀刻目标层的边缘部位的等离子密度变得更大。
也就是说第二条件(P2)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图5B所示。如图5B所示，也就是向电感线圈(C1，C3和C4)提供射频电源，形成的磁场偏向电感线圈(C3和C4)。
在另一个实施例中，证实第一蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD较第一蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD更大，在实际的蚀刻工序中第一蚀刻条件就是第二条件(P2)对开关控制器125的设置。其结果是，第一蚀刻目标层的边缘部位的ER较第一蚀刻目标层的中间部位的ER增大得更多，所以整个蚀刻工序中的统一性有保证。即第一蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD规定了与第一蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD完全相同。
第三蚀刻条件(P3)是与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置的状态，以致于第一蚀刻目标层的边缘部位较第一蚀刻目标层的中间部位的等离子密度变得更大。
也就是说第三条件(P3)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图5C所示。如图5C所示，也就是向电感线圈(C1，C2和C4)提供射频电源，形成的磁场偏向电感线圈(C1和C2)。
在另一个实施例中，证实第一蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD较第一蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD更大，在实际的蚀刻工序中第一蚀刻条件就是第三条件(P3)对开关控制器125的设置。其结果是，第一蚀刻目标层的中间部位的ER较第一蚀刻目标层的边缘部位的ER增大得更多，所以整个蚀刻工序中的统一性有保证。即第一蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD规定了与第一蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD完全相同。
开关控制器125判断第二蚀刻条件的设置(步骤1006)。如果第二蚀刻条件已设置或判断第一蚀刻条件没有设置，在第二蚀刻条件的基础上开关控制器125开启部分或全部的开关(S1到S4)，并改变与射频源电源装置121连接的多组电感线圈的数量或结构设置(步骤1007)。
在此之后，在第二设置期内，为了使射频源电源装置121向与射频源电源装置121连接的相应电感线圈提供射频电源，主控制器140输出电源控制信号(CTL11)给射频电源发生器123。其结果是，在反应室110内产生低密度等离子体(步骤1008)。
在第二设置期内，工件200的第二蚀刻目标层(末显示)安装在反应室110内的阴极装置113上通过低密度等离子来蚀刻(步骤1009)。
在第二设置期后，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL12)。其结果是，射频源电源装置121停止向与射频源电源装置121连接的相应电感线圈提供射频电源(步骤1010)。
这时，第二蚀刻条件可以包括第一至第三条件(Q1至Q3)。第一条件(Q1)是设置与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置，以致于第二蚀刻目标层的中间部位与第二蚀刻目标层的边缘部位的等离子密度变成完全相同。
也就是说第一条件(Q1)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图6A所示。已得证实当向如图6A所示的电感线圈(C1和C3)提供射频电源时所生成的磁场强度比向所有的电感线圈(C1到C4)(参照图5)提供射频电源时生成的磁场强度要小。之所以磁场降低是因为射频电源仅仅向布置在离绝缘窗112长距离的电感线圈(C1和C3)提供。
为了提高如图8所示的氧化层202需要物理蚀刻的材料的选择性，在不向电感线圈(C1到C4)提供射频电源和仅仅向阴极装置113提供射频偏压电源的状态下蚀刻工序非常便于实现。这是因为射频电源可以促使反应气体的分子过度的分解，因为相比较于射频偏压电源，射频电源具有较高的电子温度。
在低压强下(如30毫托或以下)，也就是不向电感线圈(C1到C4)提供射频电源和仅仅向阴极装置113提供射频偏压电源时，等离子点火很困难。另一方面，在向所有的电感线圈(C1到C4)提供射频电源的状态下，磁场强度的降低依赖通过射频电源发生器121产生射频电源强度的降低。然而，因为降低通过射频电源发生器121产生射频电源强度具有局限性，那么通过减少提供射频电源的电感线圈的数量，可以降低磁场强度来产生适宜范围的低密度等离子。其结果是，磁场强度通过电感线圈自由的控制来适应蚀刻目标的特点，因此，进程窗口范围可以扩大一些。
当向电感线圈(C1和C3)提供射频电源时，在电感线圈(C1和C3)周围产生完全均匀的磁场。在一个实施过程中，也就是说已证实第二蚀刻目标层的中间部位和边缘部位互相之间的ERs是相同的或第二蚀刻目标层的中间部位和边缘部位互相之间的模型CDs是相同，在实际的蚀刻工序中第二蚀刻条件就是第一条件(Q1)对开关控制器125的设置。
第二蚀刻条件(Q2)是与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置的状态，以致于第二蚀刻目标层的中间部位较第二蚀刻目标层的边缘部位的等离子密度变得更大。
也就是说第二条件(Q2)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图6B所示。如图6B所示，也就是向电感线圈(C1和C4)提供射频电源，形成的磁场偏向电感线圈(C4)。
在另一个实施例中，证实第二蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD较第二蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD更大，在实际的蚀刻工序中第一蚀刻条件就是第二条件(Q2)对开关控制器125的设置。其结果是，第二蚀刻目标层的边缘部位的ER较第二蚀刻目标层的中间部位的ER增大得更多，所以整个蚀刻工序中的统一性有保证。即第二蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD规定了与第二蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD完全相同。
第三蚀刻条件(Q3)是与射频源电源装置121连接的电感线圈的数量或结构设置的状态，以致于第二蚀刻目标层的边缘部位较第二蚀刻目标层的中间部位的等离子密度变得更大。
也就是说第三条件(Q3)是对开关控制器125的设置，举个例子，与射频源电源装置121连接的电感线圈的结构设置如图6C所示。如图6C所示，也就是向电感线圈(C2和C3)提供射频电源，形成的磁场偏向电感线圈(C2)。
在另一个实施例中，证实第二蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD较第二蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD更大，在实际的蚀刻工序中第二蚀刻条件就是第三条件(Q3)对开关控制器125的设置。其结果是，第二蚀刻目标层的中间部位的ER较第二蚀刻目标层的边缘部位的ER增大得更多，所以整个蚀刻工序中的统一性有保证。即第二蚀刻目标层的中间部位的ER或模型CD规定了与第二蚀刻目标层的边缘部位的ER或模型CD完全相同。
图4所示的实施例中等离子反应器100在执行操作完步骤1001到步骤1005后再执行操作步骤1006到1010。不同的是，等离子反应器100可以在执行操作完步骤1006到步骤1010后再执行操作步骤1001到1005。也就是说，第二蚀刻目标层在第一蚀刻目标层的上面。同样，也就是说等离子反应器100在执行操作完步骤1001到步骤1005后再执行操作步骤1006到1010，第一蚀刻目标层在第二蚀刻目标层的上面。
另外，尽管不是图4所示，当等离子反应器100执行操作步骤1004或步骤1009时，射频偏压电源装置130向阴极装置113提供射频偏压电源。为此，主控制器140向射频偏压电源装置130输出偏压电源控制信息(CTL21和CTL31)。此后，步骤1005或步骤1010时，主控制器140向射频偏压电源装置130输出偏压电源控制信息(CTL22和CTL32)。
步骤1010后或者证实第二蚀刻条件不是在步骤1006设置的，开关控制器125判断是否有额外的蚀刻条件被设置(步骤1011)。如果对于开关控制器125来说没有额外的蚀刻条件被设置，则等离子反应器100终止蚀刻过程。
如果对于开关控制器125来说有额外的蚀刻条件被设置，则等离子反应器100重新开始步骤1001到步骤1005或步骤1006到步骤1010的操作。
图7是图1所示的用等离子反应器的蚀刻处理流程示意图。图7所示的工件蚀刻工序包括如图8A所示的氮化硅(SiN)层201，氧化膜202，ACL203，BARC或氮氧化硅(SiON的)层204，和光阻材料层205。ACL203和BARC204用作硬质膜层。
在预先设置的第一蚀刻条件基础上，开关控制器125打开部分或全部开关(S1到S4)和连接到射频源电源装置121的部分或全部电感线圈(C1到C4)(步骤1201)。
然后，在第一设置期内，为了使射频源电源装置121向连接到射频源电源装置121的相应电感线圈提供射频电源，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL11)。其结果是，在反应室110内产生高密度的等离子(步骤1202)。
在第一设置期内，工件200的硬质膜层204和203安装在反应室110内的阴极装置113上，作为蚀刻面的光阻材料层205通过高密度的等离子来蚀刻(步骤1203)。
在第一设置期后，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL12)，其结果是，射频源电源装置121停止向连接到射频源电源装置121的相应电感线圈提供射频电源(步骤1204)。
在第二蚀刻条件的基础上，开关控制器125打开部分或全部开关(S1到S4)和改变连接到射频源电源装置121的电感线圈的数量或结构设置(步骤1205)。
然后，在第二设置期内，为了使射频源电源装置121向连接到射频源电源装置121的相应电感线圈提供射频电源，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL11)。其结果是，在反应室110内产生低密度的等离子(步骤1206)。
在第二设置期内，氧化膜202被低密度的等离子蚀刻，用步骤1203的蚀刻硬质膜面204和203作为蚀刻面(步骤1207)。
在第二设置期后，主控制器140向射频电源发生器123输出电源控制信号(CTL12)，其结果是，射频源电源装置121停止向连接到射频源电源装置121的相应电感线圈提供射频电源(步骤1208)。
尽管不是图7所示，当等离子反应器100执行操作步骤1003或步骤1007时，射频偏压电源装置130向阴极装置113提供射频偏压电源。
如上所述，使用本发明的等离子反应器和蚀刻方法，选择性的打开或关闭连接到多组电感线圈和射频电源发生器的多组开关，和选择性的改变多组电感线圈的组合结构来设置蚀刻条件，从而能够在一个反应室内不同条件下确保过程一致和连续执行蚀刻加工。
同样，通过对高密度等离子蚀刻加工和低密度等离子蚀刻加工进行适当的组合，使用本发明的等离子反应器和工件蚀刻方法，在反应室内姨多栈膜结构的工件的蚀刻目标层，可以在蚀刻过程中获得最佳的选择，最佳的模型CD，和最佳的蚀刻面。
同时，本发明所显示和描述了某些优选的实施例，但应理解为只要不违背和超出权利要求所规定的本发明的原理和范围，所属技术领域的人员可以进行各种变化。
Claims (12)
1.一种使用等离子反应器进行蚀刻的方法，该方法包括：
一个第一改变步骤，当设置第一蚀刻条件时，在第一蚀刻条件的基础上，通过一个电感线圈控制装置来改变电感线圈的数量或结构设置，所述的电感线圈与一种电感耦合等离子(ICP)电源装置的射频(RF)电源供应装置连接；
一个应用步骤，利用RF电源供应装置，将RF电源与电感线圈对应，并在一个反应室中产生高密度的等离子，所述的电感线圈是与RF电源供应装置相连；
一个第一蚀刻步骤，在一个第一设置期内，用高密度等离子在反应室中蚀刻一个工件中的第一蚀刻目标层，其中工件是安装在一个阴极装置上；
一个第一停止步骤，在第一设置期后，通过RF电源供应装置，向与该RF电源供应装置相连，并与电感线圈对应的RF电源供电；
一个第二改变步骤，当设置第二蚀刻条件时，在第二蚀刻条件的基础上，通过所述的电感线圈控制装置来改变电感线圈的数量或结构设置，所述的电感线圈与所述的RF电源供应装置连接；
一个应用步骤，利用RF电源供应装置，将RF电源与电感线圈对应，并在反应室中产生低密度的等离子，所述的电感线圈是与RF电源供应装置相连；
一个第二蚀刻步骤，在第二设置期内，通过低密度的等离子来蚀刻工件中的一个第二蚀刻目标层；和
一个第二停止步骤，在第二设置期后，通过RF电源供应装置向与该RF电源供应装置相连，并与电感线圈对应的RF电源供电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在第一蚀刻步骤或第二蚀刻步骤中完成向所述的阴极装置提供RF偏压电源。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括一个重复步骤，当设置一个额外的蚀刻条件时，按照所设置的蚀刻条件，重复第一改变步骤到第一停止步骤过程，或重复第二改变步骤或第二停止步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在第二改变步骤到第二停止步骤过程结束后，所述的第一改变步骤到第一停止步骤才进行操作，
其中，第二蚀刻目标层是设置在第一蚀刻目标层的上面。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一蚀刻条件是第一条件，第二条件和第三条件中的任意一个；其中第一条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第一蚀刻目标层中间部位的等离子密度与第一蚀刻目标层边缘部位的等离子密度变得相同；第二条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第一蚀刻目标层中间部位的等离子密度变得比第一蚀刻目标层边缘部位的等离子密度更大；第三条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第一蚀刻目标层边缘部位的等离子密度变得比第一蚀刻目标层中间部位的等离子密度更大。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于在进行第一蚀刻步骤时，第一蚀刻目标层中间部位的蚀刻率(ER)和模型临界尺寸(CD)与第一蚀刻目标层边缘部位的蚀刻率(ER)和模型临界尺寸(CD)相同。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二蚀刻条件是第一条件，第二条件和第三条件中的任意一个；其中第一条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第二蚀刻目标层中间部位的等离子密度与第二蚀刻目标层边缘部位的等离子密度变得相同；第二条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第二蚀刻目标层中间部位的等离子密度变得比第二蚀刻目标层边缘部位的等离子密度更大；第三条件用于设置与RF电源供应装置相连的电感线圈数量或结构设置，使第二蚀刻目标层边缘部位的等离子密度变得比第二蚀刻目标层中间部位的等离子密度更大。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于在进行第二蚀刻步骤时，第二蚀刻目标层中间部位的蚀刻率(ER)和模型临界尺寸(CD)与第二蚀刻目标层边缘部位的蚀刻率(ER)和模型临界尺寸(CD)相同。
9.一种等离子反应器，其特征在于其包括：
一个反应室，其包括：一个内部安装了一个阴极装置且顶部开口的主体；和一个用于密封主体顶部开口的绝缘窗；
一个在绝缘窗内诱导电场发生的电感耦合等离子(ICP)电源装置；和
其中ICP电源装置包括：
多组设置在绝缘窗外的电感线圈，它们在通入RF电源时产生一个磁场，并利用磁场诱导电场发生；
一个产生RF电源的RF电源供应装置；和
一个电感线圈控制装置，根据预先设置的蚀刻条件选择性地将部分或全部的多组电感线圈与RF电源供应装置连接，和选择性地改变向RF电源供电的电感线圈的数量或结构设置。
10.如权利要求9所述的等离子反应器，其特征在于电感线圈控制装置包括：
多个开关，其中每一个开关将所述的RF电源供应装置和多组电感线圈连接起来；
一个开关控制器，它根据预先设置的蚀刻条件，选择性地打开部分或全部开关。
11.如权利要求10所述的等离子反应器，其特征在于每一个开关都包括一个通入直流电源时会打开的继电器开关，
其中，所述的开关控制器向部分或全部开关提供直流电源，来选择性地打开部分或全部开关。
12.如权利要求10所述的等离子反应器，其特征在于多个开关中的每个开关包括一个利用气压来打开或关闭的气压开关，
其中该开关控制器向部分或全部开关中通入空气，来选择性地打开部分或全部开关。
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| GR01 | Patent grant |