CN109154085A - 用于等离子体处理系统中的温度控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文中的技术包括用于对基板上的温度分布进行精细控制的系统和方法，这些技术可以用于提供均匀的空间温度分布或偏压的空间温度分布，以改善基板的等离子体处理和/或校正给定基板的特征，实施方式包括带有温度控制的等离子体处理系统，本文中的温度控制系统包括用以加热基板的第一加热机构和精确修改正被处理的基板上的空间温度分布的第二加热机构，至少一个加热机构包括数字投射系统，该数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射到基板上或基板中，或者将电磁辐射图案投射穿过基板并投射到基板支承组件上，数字投射系统配置成在空间上动态地调节电磁辐射图案并通过每个投射点位置选择性地增强对基板的加热。

Description

用于等离子体处理系统中的温度控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月22日提交的题为“System and Method for TemperatureControl in Plasma Processing System(用于等离子体处理系统中的温度控制的系统和方法)”的美国临时专利申请No.62/311,571的权益，该美国临时专利申请通过参引全部并入本文。
技术领域
本公开涉及等离子体处理系统。
背景技术
半导体工业中的集成电路(IC)的制造通常采用等离子体处理来产生并辅助从等离子体处理室内的基板移除材料以及将材料沉积至等离子体处理室内的基板所需的表面化学反应。等离子体处理装置的示例包括：构造成在基板上沉积薄膜的等离子体CVD(化学气相沉积)装置和构造成从基板移除材料的等离子体蚀刻装置，等离子体蚀刻装置可以包括使用蚀刻掩模来限定用于移除材料的位置。通常，这些等离子体处理装置在真空条件下通过使处理气体流入处理室中并将电子加热至足以维持电离碰撞的能量来形成等离子体。此外，经加热的电子可以具有足以维持解离碰撞的能量并且因此选择处于预定条件(例如，室压力、气体流速等)下的一组特定气体来产生一群带电物质和/或适合于在室内被执行特定处理(例如，从基板移除材料的蚀刻处理或将材料添加至基板的沉积处理)的化学反应性物质。
发明内容
对等离子体处理系统内的正被处理的基板的温度控制影响在基板上执行的给定等离子体处理的均匀性。例如，基板的温度的局部差异可能在基板上的蚀刻速率或沉积速率方面产生局部差异，这导致不均匀的蚀刻或沉积。能够在等离子体处理期间精确地控制温度分布可以导致在基板的工作表面上进行高精度处理，从而成功地完成用于制造半导体器件的步骤(蚀刻孔、形成膜等)。
通常使用静电卡盘(ESC)将基板夹持至基板保持件。静电卡盘通过将电压施加至卡盘电极而静电吸引基板。一些静电卡盘具有嵌置的加热器，使得静电卡盘的表面温度可以通过加热器产生的热而快速改变。例如，多个加热器可以被嵌置在基板保持件内并被分成能够被独立控制的两个或更多个区域。因此可以使用这些加热区实现温度控制。然而，即使使用数十个单独的加热器，温度控制也可能是困难的，特别是因为被蚀刻的特征比静电卡盘上的或嵌置在静电卡盘内的各个加热器的区域小许多个数量级。
本文中的技术包括用于对等离子体处理系统中的基板上的温度分布进行精细控制的系统和方法。一个实施方式包括带有温度控制的等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括：处理室；气体输送系统，该气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至处理室的基板处理区域；基板支承组件，该基板支承组件构造成在等离子体处理期间将基板支承在基板处理区域中。等离子体产生器联接至处理室并且配置成在基板处理区域中产生等离子体。第一加热机构定位在基板支承组件内并且配置成在基板被支承在基板支承组件上时对基板进行加热。第二加热机构包括数字投射系统，该数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射穿过基板并投射到基板支承组件上。数字投射系统配置成在空间上动态地调节电磁辐射图案。数字投射系统配置成投射预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案，所述预定波长范围内的电磁辐射穿过可透过的半导体材料。基板支承组件包括吸收材料，所述吸收材料吸收所述预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地增强对所述基板的加热。
另一实施方式包括一种用于对基板进行处理的方法。该方法包括：识别基板的临界尺寸特征；将基板定位在等离子体处理室内的基板支承组件上；在等离子体刻蚀或沉积处理期间使用定位在基板支承组件内的第一加热机构来加热基板；以及通过将红外线光图案投射穿过基板并投射到基板支承组件上来修改基板支承组件的空间温度分布。红外线光图案由配置成在空间上动态地调节基于临界尺寸特征的红外线光图案的数字投射系统进行投射。
因此，这种温度控制可以提供均匀的温度控制或者提供偏压的温度分布，以便在蚀刻或沉积处理期间校正不均匀的临界尺寸。
当然，为了清楚起见，已经呈现出本文所描述的不同的步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任意适当的顺序实施。另外，尽管本文中在不同的地方讨论了不同的特征、技术、构造等中的每一者，但是每个概念都应当可以彼此独立或彼此结合执行。因此，本发明可以以许多不同的方式实施和参考。
应指出的是，本发明内容部分并不指明本公开内容或所要求保护的发明的每个实施方式和/或增加的新颖方面。相反，本发明内容仅提供不同实施方式及其相应的相对于常规技术而言新颖点的初步讨论。为获得本发明和实施方式的附加的细节和/或可能的方面，读者可参考以下进一步描述的本公开内容的具体实施方式部分和对应的附图。
附图说明
结合附图考虑，通过参照以下详细描述，本发明的各种实施方式的更完整的理解及其许多附带的优点将变得显而易见。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在阐明特征、原理和概念方面。
图1是如本文中所描述的示例性等离子体处理系统的横截面示意图。
图2是基板区段的横截面示意图，其示出了根据本文中所公开的实施方式的温度控制。
图3是基板区段的横截面示意图，其示出了根据本文中所公开的实施方式的温度控制。
图4是根据本文中所公开的实施方式的等离子体处理系统的横截面示意图。
图5是基板的俯视图，其示出了根据本文中所公开的实施方式的温度控制。
图6是根据本文中所公开的实施方式的等离子体处理系统的横截面示意图。
图7是根据本文中所公开的实施方式的等离子体处理系统的横截面示意图。
图8是根据本文中所公开的实施方式的等离子体处理系统的横截面示意图。
图9是根据本文中所公开的实施方式的等离子体处理系统的横截面示意图。
图10是示出了根据本文中所公开的实施方式的示例性处理的流程图。
具体实施方式
本文中的技术包括用于对基板上的温度分布进行精细控制的系统和方法。这些技术可以用于提供均匀的空间温度分布或偏压的空间温度分布，以改善基板——比如半导体晶片——的等离子体处理以及/或者校正给定基板的特征。一个实施方式包括带有温度控制的等离子体处理系统。本文中的温度控制系统包括用以加热基板的第一加热机构和精确修改正被处理的基板上的空间温度分布的第二加热机构。该温度修改可以包括通过修改基板支承组件的空间温度来间接修正基板温度或者直接改变基板的内部温度或表面温度。
现在参照图1，示出了根据本文中的实施方式的带有温度控制的微波等离子体处理装置的示意性横截面图。应指出的是，为了便于描述实施方式，将主要参照的是微波等离子体处理系统。然而，本文中的技术可以以任何其他类型的等离子体处理系统——比如，电感耦合等离子体系统、电容耦合等离子体系统和其他常规的等离子体处理系统——以类似的方式实施。换言之，本文中的加热和热改性技术可以应用于这些等离子体处理系统中的任一者。
本文中的等离子体处理系统包括处理室101。处理室101限定为等离子体产生提供处理空间PS的处理容器。半导体制造中的典型的等离子体处理受益于低压或真空条件。因此，处理室101可以提供足以支持大气或真空条件的处理空间。气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至处理室101的基板处理区域。例如，处理气体供应系统180可以将一种或更多种气体输送至处理空间PS。处理室101联接有等离子体产生器并且该等离子体产生器配置成在基板处理区域中产生等离子体。例如，可以通过将射频功率耦合到输送至处理空间PS的处理气体来产生等离子体。
基板支承组件140构造成在等离子体处理期间将基板支承在基板处理区域中。基板支承组件可以包括支承销、静电卡盘、基座等中的任一者。在基板支承组件140内定位有第一加热机构，并且第一加热机构配置成在基板W被支承在基板支承组件140上时对基板W进行加热。例如，在基座112内可以包括一个或更多个电阻加热器或加热元件以提供电加热。在一些实施方式中，加热元件可以布置在区域——比如同心区域或基于网格的区域——中。第一加热机构还可以包括使流体在基板支承组件内循环以帮助保持所需温度的流体循环器。第一加热机构通过与基板支承组件140接触和/或通过热传递气体向基板供热。一些等离子体处理系统保持给定基板与支承组件之间的间隙并且依赖于在该间隙内流动的气体(比如，氦气)来将热从基板支承组件140传递至基板W。
本文中的等离子体处理系统包括第二加热机构。第二加热机构包括数字投射系统190，数字投射系统190配置成将电磁辐射图案投射穿过基板W并且投射到基板支承组件140上。数字投射系统配置成在空间上动态地调节被投射的电磁辐射图案。数字投射系统190配置成投射下述预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案：所述预定波长范围内的电磁辐射穿过可透过的半导体材料。基板支承组件140可以包括吸收材料，该吸收材料吸收预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地增强对基板W的加热。替代性地，基板支承组件140选自吸收这种电磁辐射的材料。例如，数字投射系统190可以使用激光检流计、光栅光阀、数字光处理(DLP)芯片等投射图像穿过基板W。图像可以通过使用扫描类型的投射而逐行投射或者通过使用DLP类型的图像投射而一次性完全投射。数字投射系统190可以经由窗126触及基板W。应指出的是，可以使用下述任何光学转向装置：所述光学转向装置配置成从给定光源传递位置特定强度并且能够动态地改变位于可投射区域内的任何给定位置处的光强度。举例来讲，这些附加装置可以包括声光调制器、微机电(MEM)镜、气动控制系统或压电系统。
预定波长范围内的电磁辐射可以是红外线(IR)辐射。例如，红外线范围可以是1080纳米波长至3微米波长的光。该特定范围可以被称为长波IR。如可以理解的，这些数字投射(图像投射)可以产生为基板支承组件的每平方厘米产生多于一百个的温度调节区域。每单位面积的给定数目的调整区域是基于给定DLP芯片的分辨率或给定激光束与检流计组合的宽度/直径。因此，当选择较高分辨率的投射系统时，实现更精细的温度控制。
现在参照图2，基板区段的横截面示意图示出了对基板支承组件140进行加热的数字投射系统190。应指出的是，数字投射系统190将光图案191投射穿过基板W并且投射到基板支承组件140上。因此，由光图案191承载的能量穿过可透过(或基本可透过)的基板W，因为基板W是可透过被投射的特定波长的(或者可透过被投射的波长中的大部分波长的)。穿过基板W之后的被投射能量随后作为热被传递到基板支承组件140中。某些波长可以穿过某些可透过材料。例如，半导体制造中的基板(晶片)通常由硅制成。硅是基本可透过长波IR的。换言之，具有大于预定长度的波长的IR将量子地机械隧穿基板的硅材料并且随后将其能量转储到位于基板下方的基板支承件(比如，卡盘)中。换言之，一些IR将以与其投射角度相同的角度行进穿过硅材料并且随后在一系列振动转换中将其能量消散到位于基板下方的卡盘中。
典型的半导体基板主要由硅构成，其中，在基板W的工作表面上具有器件106。器件106可以包括处于各种制造阶段的晶体管、电容器等。对于其中一些热被基板W或晶片上的器件106吸收的基板和系统配置而言，可以通过位置来调制和解调所投射的IR光。例如，如果给定的基板图案在基板上的给定位置处是特别致密的并因此比晶片上的其他位置吸收更多的光，则可以降低该位置处的光强度以补偿热特征。然后，在进行对图案密度进行寻址的校准之后，可以调节热特征。所投射的辐射图案随后变成系统校准。
使用IR辐射与等离子体处理系统是兼容的，因为IR的能量不足以与等离子体和等离子体产物相互作用(或与其显著相互作用)。如果在特定设置中热被晶片或晶片上的器件吸收，则系统可以通过位置进行调制和解调。如果图案在基板上的给定位置处是特别致密的并且比晶片上的其他位置吸收更多的光，则可以减小该位置处的光强度以补偿热特征。应指出的是，在完成选定的校准时，系统仍然可以调节给定的热特征。因此，投射图案随后变成系统校准。
随着投射的光的波长变短，光与基板的相互作用可能增大直到投射的大部分光在基板W内被吸收。图3说明了该结果。接着，随着波长继续缩短，投射的光被基板W的器件106吸收。在器件106相对薄的情况下(比如，在任何金属化之前的晶体管的初始层的情况下)，IR可以容易地穿过器件106。随着器件厚度增大，穿过基板的IR量减小。因此，本文中的技术可以与卡盘、基板或器件(晶片表面)相互作用。如果期望将热直接传递至基板，则使用较短的IR波长。如果期望将热传递至基板支承组件或卡盘，则选择足够长的波长使得入射角不成问题，因为投射的光将隧穿基板。例如，使用大约1080纳米至3微米的远红外线将隧穿硅。选择大约750纳米至800纳米的波长可以将热传递到硅中，并且随后可以使用大约750纳米至大约250纳米的光波长将热传递到位于基板的工作表面上的器件中。
因此，数字投射系统190可以配置成将电磁辐射图案投射穿过位于基板的工作表面上的微制造结构并投射到基板的硅材料中。因此，数字投射系统可以配置成投射下述预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案：所述预定波长范围内的电磁辐射穿过位于可透过基板上的微制造结构(比如，器件106)。于是，在微制造结构下方具有硅的基板吸收预定波长范围内的电磁辐射，以通过每个投射点位置在空间上选择性地增强对基板的加热。这样的范围可以包括750纳米至800纳米的IR光。
如在图2和图3中可以观察到的，光图案191不一定被均匀地投射，而是较多或较少的光被投射在基板支承组件140上的各个位置处。这种投射控制——包括哪些点位置接收投射光以及每个点位置接收多少光——使得能够实现精确的温度控制。温度控制的一个挑战是提供均匀的温度。尽管常规系统可以提供多个加热区，但是这种常规系统通常仅提供大约一百个温度区。这意味着对于每个芯片或管芯，在每个管芯内仍然存在显著的温度变化。
另一挑战是对待处理的引入基板的非均匀临界尺寸(CDs)进行寻址。给定的基板可能已经经历了多种不同的制造处理，从而导致要传递的图案具有跨越基板的工作表面的变化的CD值。在给定的蚀刻(或沉积)处理期间，可以通过在空间上控制温度变化以在基板上的不同位置处实现较多或较少的蚀刻/沉积来校正这些不均匀的CD值，因为给定的蚀刻率可以随温度变化而增大或减小。这可以包括为每个管芯或芯片产生数百或数千个温度变化。因此，数字投射系统可以配置成基于基板的临界尺寸特征来投射电磁辐射图案。这种投射可以产生CD偏压或者使CD偏压继续保持或者校正非均匀的CD值。
其他实施方式包括用于将光投射到等离子体处理室中或等离子体处理室内的构型。不同类型的等离子体反应器可以具有不同的处理空间高度。例如，一些等离子体反应器可以具有80毫米或更小的间隙，而其他等离子体反应器可以具有150毫米或更大的间隙。该间隙是指正被处理的给定基板与上电极或投射头(showerhead)表面之间的垂直距离。对于具有有限间隙的等离子体系统，可以使用各种实施方式来投射穿过基板的整个表面。
例如，图4是包括两个数字投射系统的等离子体处理系统的横截面示意图。图4的等离子体处理系统包括窗126-1和窗126-2。许多常规的等离子体处理室包括一个或更多个窗。这些窗通常用于诊断目的和/或测量由等离子体内发出的光的特性。这些窗在本文中可以用于第二加热机构。一个实施方式包括位于处理室101一侧的数字投射系统190-1，并且数字投射系统190-1配置成投射穿过窗126-1，而位于处理室101另一侧的数字投射系统190-2配置成投射穿过窗126-2。应指出的是，处理空间顶板141可以防止朝向基板支承组件140的完全投射或者防止朝向基板支承组件140的期望的最小投射角度。因此，每个数字投射系统190均配置成通过相应的窗向基板的仅一部分进行投射。图5是(没有处理室101或处理空间顶板141的)基板W的俯视图，其示出了数字投射系统190-1和数字投射系统190-2各自都为基板W的一半提供空间选择性热改性。因此，光可以被投射通过两个或更多个窗。因此，数字投射系统配置成通过每个窗具有为基板的至少一半或基板的一部分的可视范围。
在其他实施方式中，针对多个投射源可以使用单个窗。例如，在图6中，数字投射系统190-1配置成经由窗126直接投射穿过基板W到达基板支承组件140上。数字投射系统190-2配置成将光朝向处理空间顶板141投射，处理空间顶板141用作将电磁辐射反射到基板支承组件的其余部分上的反射表面(该反射表面定位成与基板相对)。在其他实施方式中，窗可以被安置在给定处理室的顶板上。本文中的窗不需要是可透过可见光的，而是可以由至少可透过IR的材料制成。例如，氧化钇可以用作窗材料。
在其他实施方式中，数字投射系统190或其部件可以安装在处理室101内，如图7中所示。对于一个数字投射系统而言，定位成可以足以投射到基板支承组件的整个表面或基板支承组件的一部分上。在其他实施方式中，数字投射系统可以从处理空间顶板141内、比如从投射头组件内投射IR，如图8中所示。这种组件可以允许将投射点安置在处理室101内的中心位置处。应指出的是，数字投射系统190不需要安装在处理室101内，而是可以使用投射头内的一个或更多个折叠镜或其他小的光学部件来引导来自远程IR源的IR。
图9中所示的另一实施方式可以包括从基板支承组件140下方投射IR。对于这样的构型，有利的是基板支承组件140的大部分具有IR可透过材料而且在靠近基板W的表面上具有IR吸收材料。因此，窗或腔可以定位在下电极下方或内部，以使所投射的IR能够到达吸收表面。在其他实施方式中，给定卡盘的大部分可以由硅构成，但在卡盘的上表面上具有荧光涂层以吸收IR。其他材料比如氟化钙、高级石英和各种陶瓷可以是可透过IR的。材料可以选择成有助于控制热膨胀。
本文中的其他实施方式包括用精确的温度控制对基板进行等离子体处理的方法。图10是示出一个这样的示例性流程的流程图。在步骤310中，识别基板的临界尺寸特征。该临界尺寸特征可以在基板位于给定的等离子体处理系统内时或者在将基板输送到等离子体处理系统中之前被识别。临界尺寸特征可以通过测量基板本身或者通过测量一批基板来识别。临界尺寸特征可以表示基板上的CD值。例如，识别临界尺寸特征可以包括创建下述映射：所述映射在空间上识别基板的工作表面上的临界尺寸值。临界尺寸值可以包括绝对测量值或CD值的相对差或偏差或与平均CD值进行比较。
在步骤320中，计算空间温度调节映射，该空间温度调节映射指示要保持的基板温度(目标温度)，所述基板温度在等离子体蚀刻(或沉积)处理之后导致基板的修改的临界尺寸特征。例如，如果待处理的给定基板具有的临界尺寸特征具有非均匀CD值，则空间温度调节映射可以指示基板支承组件或基板的位置和要保持的目标温度以导致点位置处的较多或较少的蚀刻，使得基板(在等离子体处理之后)具有均匀的CD值。在其他实施方式中，空间温度调节映射可以指示在基板上产生均匀加热所需的温度修改。通常，基板支承组件内的加热器难以保持基板上的准确温度。然而，在本文中的高分辨率调节的情况下，可以通过基板上的相对小的变化使基板温度变均匀。
在步骤330中，将基板定位在等离子体处理室内的支承组件上。换言之，可以将晶片安装在卡盘上使得其被牢固地保持。在步骤340中，使用定位在基板支承组件内的第一加热机构对基板进行加热。对基板的这种加热发生在等离子体蚀刻或沉积处理期间。该加热可以包括使用可以被独立控制的多个区域和/或加热器进行电阻加热。
在步骤350中，通过将红外线光图案投射穿过基板并投射到基板支承组件上来修改基板支承组件的空间温度分布。基板支承组件可以由吸收红外线光的吸收材料构成。红外线光图案由配置成在空间上动态地调节红外线光图案的数字投射系统进行投射。红外线光图案是基于临界尺寸特征的。换言之，与光掩模类型的图案化光投射相比，本文中的投射能够通过指令动态调节或配置。例如，可以使用激光检流计或DLP芯片来投射IR。投射的图案可以在等离子体处理之前进行配置并且基本上是静态投射(在每个点位置处具有相同量的IR和强度)，或者投射可以响应于由于给定等离子体的改变的特性引起的温度波动而动态地改变。
在一些实施方式中，偏压基于临界尺寸特征的红外线光图案可以包括使用空间温度调节映射来修改空间温度分布。与等离子体蚀刻或沉积处理之前的基板的临界尺寸特征相比，修改后的临界尺寸特征可以在临界尺寸值方面具有较小的差异。修改空间温度分布可以包括通过每个投射点位置来修改空间温度分布。每个投射点位置对应于数字投射系统的图像分辨率。换言之，对于基板支承组件的给定单位面积(比如，一平方厘米)，可以具有数百个投射点位置。因此，修改空间温度分布可以包括在面积小于一平方厘米或面积小于一平方毫米的点位置处产生局部温差。产生局部温差的给定面积或分辨率取决于接收电磁辐射的部位。
对于将热传递到卡盘或基板保持件中的实施方式，可以产生宽度或直径大约为正被处理的给定基板的厚度的温差。尽管投射到卡盘中的辐射可以具有高分辨率(比如，微米宽度的激光束)，但是由于热扩散或热模糊，可控温度变化的点位置可以被限制至较大的面积，比如大约一平方毫米或正被处理的给定基板的厚度。对于热被直接传递到基板本身(而不是被传递到卡盘中以扩散回基板)或直接传递到基板上的器件中的实施方式，温度点位置可以被控制为小于基板的厚度并且因此有更高的分辨率。同样地，对于所投射的辐射以等离子体自身为目标以在空间上修改等离子体温度和/或自由基产生的实施方式，热控制在这样的实施方式中可以具有更高的分辨率。
在其他实施方式中，将红外线光图案投射穿过基板并且投射到基板支承组件上可以包括将红外线光图案投射穿过等离子体处理室的窗。该窗是可透过红外线光的或者是可透过所投射的特定类型的光。投射可以比如通过使用位于不同位置处的两个激光检流计从两个或更多个投射位置执行。
在另一实施方式中，修改基板的空间温度分布包括将红外线光图案投射穿过微制造器件并投射到由硅构成的基板的内部区域中，使得硅吸收来自红外线光的热能。因此，可以通过直接修改正被处理的基板内的温度来增强对基板的加热。换言之，基板材料(比如，硅)变成传递热能的目标物，其中，所投射的电磁辐射的波长选择成被例如基板晶格结构吸收。
另一实施方式包括通过直接操控等离子体特性来对基板进行处理的方法。将基板定位在等离子体处理室内的支承组件上。通过使用第一加热机构或第二加热机构来加热基板。第一加热机构定位在基板支承组件内且配置成在等离子体蚀刻或沉积处理期间加热基板。第二加热机构是数字投射系统，该数字投射系统配置成通过动态控制投射图案而将电磁辐射图案投射到基板中或者将其投射穿过基板。在等离子体处理室内产生等离子体。通过将电磁辐射图案投射到等离子体中来在空间上修改等离子体。电磁辐射图案由配置成在空间上动态地调节电磁辐射图案的数字投射系统进行投射。换言之，本文中的给定的光转向装置可以用于向等离子体自身提供额外的热，以比如影响平衡速率。由于等离子体是平衡反应，因此本文中的技术根据等离子体的平衡状态将自由基产物从一个物质增加至另一物质。这些技术例如可以产生特定类型的高能基团。所投射的电磁辐射可以被调节以与作为处理气体混合物的一部分被供应至处理室的特定气体进行反应。调节用于等离子体相互作用的电磁辐射通常涉及选择较短波长的辐射，因为较长波长的辐射通常在不进行显著的相互作用的情况下穿过等离子体。
这种选择性等离子体增强技术能够通过位置实现等离子体修改控制以进行空间等离子体调节。这种(用于自由基产生或等离子体温度修改的)空间等离子体调节可以提供等离子体均匀性或对正被处理的基板有益的特定等离子体特征。例如，等离子体特性可以通过位置调节成比如有助于纵横比蚀刻或沉积、跨基板均匀性、等密度负载等。电磁辐射图案可以基于临界尺寸特征、等离子体均匀性特征或其他等离子体参数来创建或校正。
另一实施方式包括用于等离子体处理的基板加热系统，该基板加热系统使用光转向装置对正被处理的基板进行单独加热或主要加热。该系统包括处理室、配置成将一种或更多种处理气体输送至处理室的基板处理区域的气体输送系统、配置成在等离子体处理期间将基板支承在基板处理区域中的基板支承组件以及联接至处理室且配置成在基板处理区域中产生等离子体的等离子体产生器。还包括加热机构，该加热机构包括配置成将电磁辐射图案投射穿过基板并投射到基板支承组件上的数字投射系统。该数字投射系统配置成在空间上动态地调节电磁辐射图案。数字投射系统配置成投射下述预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案：所述预定波长范围内的电磁辐射穿过可透过半导体材料。基板支承组件包括吸收材料，该吸收材料吸收预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地加热基板。换言之，高能辐射投射源(或多个辐射投射源)可以用作唯一或主要的加热机构。对于热增强而言，电磁辐射源——比如激光器——可以提供高达大约5度的温度增强。然而，对于主要加热，可以使用足以提供大约100摄氏度加热的高功率激光器。
如上所述，数字投射系统可以配置成将电磁辐射投射到基板支承组件上或者直接投射到基板自身中(或者直接投射到基板自身上)并且作为主要加热机构对基板进行加热。一些实施方式可以包括多个数字投射系统。一个投射系统可以是相对高功率的以向基板提供主要的热，而第二数字投射系统是相对低功率的并且可以用于修改加热。应指出的是，给定的数字投射系统的位置可以导致具有特定反射角度的电磁辐射投射。给定的数字投射系统可以通过改变投射角度和/或增大能量输出以传递足够的热从而进行校准来进行补偿。
应指出的是，通过本文中的实施方式，可以使用各种辐射能量源。例如，包括所有不同波长的光、电子发射，α粒子等的电磁辐射。对于光投射，实施方式可以选择性地使用白光、UV、多频带、宽带调谐或它们的组合。例如，可以将三种颜色或波长的光在空间上投射到给定的等离子体中以与其中的某些物质进行反应。可以选择平衡能量传递电势和隧道电势的红外线波长。例如，远红外线光通常比近红外线更好地隧穿硅，但是近红外线光可以更有效地将热传递到基板支承组件或基板中。因此，可以基于对应的等离子体和所隧穿的基板来选择短红外线波长、中红外线波长或长红外线波长。
现在返回至图1，对示例性等离子体处理系统进行更详细的描述。微波等离子体处理装置可以配置成使用例如板式槽形天线经由表面波等离子体激发以微波频率来执行诸如等离子体蚀刻、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强原子层沉积(ALD)等的等离子体处理。等离子体处理可以在处理室101内执行，处理室101可以是由机加工金属或壳体金属——比如铝或不锈钢——构成的筒形真空室。处理室101使用例如地线102电接地。处理室101限定为等离子体产生提供处理空间PS的处理容器。处理容器的内壁可涂覆有保护屏障，比如氧化铝、氧化钇或其他保护剂。
在处理室101内的下部的中央区域处，基座112(基座112可以呈盘状)可以用作安装台，在该安装台上例如可以安装待处理的基板W(比如，半导体晶片)。基板W可以通过装载/卸载端口137和闸阀127移动到处理室101中。在基座112的顶表面上设置有静电卡盘136。DC(直流)电源139电连接有夹持电极135。静电卡盘136经由在来自DC电源139的DC电压被施加至夹持电极135时所产生的静电力将基板W吸引至静电卡盘136，使得基板W被牢固地安装在基座112上。
用于施加RF(射频)偏压的高频电源129通过阻抗匹配单元128(阻抗匹配单元128用以匹配阻抗或最小化反射功率)和功率反馈杆124电连接至基座112或偏压电极。高频电源129可以输出在例如0.2MHz至20MHz——例如13.56MHz——范围内的高频电压。施加高频偏压功率将由处理室101中的等离子体所产生的离子吸引至基板W。高频电源129可以包括用于根据上述调制周期对来自高频电源129的振幅和功率输出进行调制的信号产生器和放大器。聚焦环138设置在静电卡盘136的径向外侧以环绕基板W。
在基座112内可以沿例如周向方向延伸有冷却剂流动路径144并且冷却剂流动路径144可以构造成接纳循环冷却剂以辅助控制位于静电卡盘136上的基板W的处理温度。另外，来自热传递气体供应单元(未示出)的热传递气体可以通过气体供应管线145被供应至静电卡盘136的顶表面与基板W的后表面之间的空间。
沿着支承单元114和/或导电支承单元116的外周以及处理室101的内壁可以形成有排出路径133，其中，排出路径133的顶部或入口附接有环形挡板134并且在排出路径133的底部部分中设置有排出端口132(或多个排出端口)。每个排出端口132通过气体排出管线131——可以具有多个排出管线——连接至气体排出单元130。气体排出单元130可以包括真空泵，比如构造成将处理室101内的等离子体处理空间减压至所需真空条件的涡轮分子泵。
现在将描述示例性微波等离子体处理装置的上部部分。设置有介电窗157并且介电窗157设置成密封处理室101的上部部分，处于微波频率的电磁辐射可以通过介电窗157传播至处理空间PS。处理室101内的位于介电窗157正下方的空间作为处理空间PS而用作等离子体产生空间。介电窗157可以由微波可透过的介电材料——比如石英或陶瓷、包括氧化铝——制成并且可以具有例如大约20mm(毫米)的厚度或者具有足够的厚度以机械地抵抗处理室101的内部与外部环境之间的压力差。介电窗157可以设置有槽形板154，槽形板154可以是附接至或设置在介电窗157的顶表面上的导体。槽形板154可以具有多个槽对，所述多个槽对构造成辐射以旋转对称布置同心分布的微波，但是也可以使用其他几何构型。在槽形板154上，介电板156可以使在槽形板154内传播的微波的波长缩短。槽形板154电磁联接至微波传输线158。可以是例如平板型槽形天线或盘状的径向线槽形天线的槽形天线155可以包括槽形板154、介电板156和设置成与槽形板154相对的天线后板(未示出)。
微波传输线158是配置成将电磁波——例如，从微波产生器160以预定功率水平输出的2.45GHz的微波——以微波频率或其他频率传播或传输至槽形天线155的线。微波传输线158可以包括波导162、波导同轴线转换器164和同轴线缆166。波导162例如可以是配置成将微波从微波产生器160传输至波导同轴线转换器164的矩形波导。同轴线缆166从波导同轴线转换器164延伸至处理室101的顶部的中央部分，并且同轴线缆166的末端部通过介电板156联接至槽形天线155。外导体169和内导体168可以限定用于波传输的空间。内导体168的下端部连接有连接器单元179。
另外，当电磁波通过介电板156径向传播时，波长缩短并且波型转变成圆极化的平面波，圆极化具有来自槽形天线155的每个槽对的两个正交极化分量，所述两个正交极化分量朝向处理室101的内侧辐射。位于介电窗157的表面附近的处理气体随后通过沿着介电窗157的表面在径向方向上传播的表面波(微波电场)的电场被电离，因此，产生了高密度且低电子温度的等离子体。
介电板156可以包括冷却护套板142，冷却护套板142可以用作天线后板以覆盖处理室101的顶部。冷却护套板142可以构造成吸收由介电窗157和介电板156产生的介电损耗的热(辐射)。为了提供冷却，冷却剂可以在流动路径143中循环并通过导管146和导管148被供给和移除。
微波等离子体处理装置可以包括用于处理气体引入的两个路线。上部气体引入部分181包括设置在介电窗157中的气体流动路径，并且侧部气体引入部分187作为构造成将处理气体引入处理室101中的气体引入机构而包括设置在处理室101的侧壁中的气体流动路径。
在上部气体引入部分181中，在同轴线缆166的内导体168中设置有气体流动路径188并且气体流动路径188设置成沿轴向方向延伸穿过内导体168的内部。另外，来自处理气体供应系统180的第一气体供应管线184连接至内导体168的上端部和第一气体供应管线184的气体流动路径188。连接器单元179可以具有钻出的且从同一入口径向分支的多个内部流动路径。连接器单元179可以由导体制成并且可以电接地。介电窗157可以形成有内部流动路径，该内部流动路径连接至比如用于处理气体的分支气体供应路径的末端部以竖向穿过介电窗157从而面对处理室101内的等离子体产生空间。
在上部气体引入部分181中，以预定压力与处理气体供应系统180连通的处理气体(例如，蚀刻气体或膜形成气体)流动穿过第一气体供应管线184、同轴线缆166的气体流动路径188并在末端处从各个气体喷射端口153喷出。可以使用质量流量控制器(MFC)186和对应的阀来打开/关闭和计量在第一气体供应管线184中流动的处理气体。
侧部气体引入部分187设置在低于介电窗157的底表面的位置处并且可以包括缓冲室189(歧管)、侧壁气体喷射端口159和从处理气体供应系统180延伸至缓冲室189的第二气体供应管线185。可以使用质量流量控制器183和对应的阀来打开/关闭和计量在第二气体供应管线185中流动的处理气体。来自侧部气体引入部分187的处理气体可以以大致水平的流从各个侧壁气体喷射端口159被喷射，以在处理空间PS中扩散。
等离子体处理装置的部件可以连接至控制单元150并由控制单元150控制，控制单元150又可以连接至对应的存储单元152和用户接口151。控制单元150可以包括配置成对微波等离子体处理装置中的部件中的每个部件——例如，气体排出单元130、高频电源129、用于静电卡盘136的DC电源139、微波产生器160、上部气体引入部分181、侧部气体引入部分187、处理气体供应系统180、热传递气体供应单元(未图示)以及数字投射系统190——的操作或整个装置的操作进行控制。各种等离子体处理操作可以经由用户接口151来被执行，并且各种等离子体处理方法和操作可以存储在存储单元152中。因此，在等离子体处理室内可以通过各种微制造技术对给定基板进行处理。
因此，这种温度控制可以提供均匀的温度控制或者提供偏压的温度分布，以便在蚀刻处理期间校正非均匀的临界尺寸。此外，通过数字光投射技术，可以对宽度小至毫米或基板厚度的点位置启用独立可寻址的加热控制。
在前面的描述中，已经阐述了具体细节，例如处理系统的具体几何结构和处理系统中使用的各种部件和过程的描述。然而，应该理解的是，本文中的技术可以在脱离这些具体细节的其他实施方式中进行实践，这些细节是出于解释而非限制的目的。已经参照附图对本文所公开的实施方式进行了描述。类似地，出于解释的目的，已经阐述了具体的数量、材料和构型，以便提供全面的理解。然而，实施方式可以在没有这些具体细节的情况下实现。具有大致相同功能结构的部件由相同的附图标记表示，因而可以省去任何冗余的描述。
各种技术已经被描述为多个分立操作，以有助于理解各种实施方式。描述的顺序不应当解释为暗示这些操作必要地与所述顺序相关。实际上，这些操作不必以所呈现的顺序执行。所描述的操作可以以与所描述的实施方式不同的顺序执行。在附加的实施方式中可以执行各种附加的操作以及/或者可以省去所描述的操作。
本文中所使用的“基板”或“目标基板”通常指根据本发明的正在被处理的物体。基板可以包括器件——特别是半导体或其他电子器件——的任何材料部分或结构，并且可以例如是基底基板结构，如半导体晶片、掩模板、或在基底基板结构上或覆盖基底基板结构的层，如薄膜。因而，基板不限于图案化或未图案化的任何特定的基底结构、底层或上层，而是设想到包括任何这样的层或基底结构，以及层和/或基底结构的任意组合。该描述可以参照特定类型的基板，但这仅出于说明的目的。
本领域的技术人员还将理解的是，在仍实现本发明的相同的目的的情况下，会存在对上文所解释的技术的操作进行的许多变型。这样的变型应由本公开内容的范围涵盖。因此，本发明的实施方式的前述描述不意在进行限制。相反地，对本发明的实施方式的任何限制存在于权利要求书中。

Claims (35)

1.一种带有温度控制的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括：
处理室；
气体输送系统，所述气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至所述处理室的基板处理区域；
基板支承组件，所述基板支承组件构造成在等离子体处理期间将基板支承在所述基板处理区域中；
等离子体产生器，所述等离子体产生器联接至所述处理室并且配置成在所述基板处理区域中产生等离子体；
第一加热机构，所述第一加热机构定位在所述基板支承组件内并且配置成在所述基板被支承在所述基板支承组件上时对所述基板进行加热；以及
第二加热机构，所述第二加热机构包括数字投射系统，所述数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射穿过所述基板并投射到所述基板支承组件上，所述数字投射系统配置成在空间上动态地调节所述电磁辐射图案，所述数字投射系统配置成投射预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案，所述预定波长范围内的电磁辐射穿过可透过的半导体材料，所述基板支承组件包括吸收材料，所述吸收材料吸收所述预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地增强对所述基板的加热。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述预定波长范围内的电磁辐射是红外线。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理系统，其中，所述预定波长范围内的电磁辐射是在1080纳米至3微米范围内的红外线。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统配置成于所述基板支承组件的每平方厘米产生多于一百个的温度调节区域。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述电磁辐射图案通过所述处理室的窗进行投射。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理系统，其中，所述电磁辐射图案通过所述处理室的两个或更多个窗进行投射。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统配置成通过所述两个或更多个窗具有为所述基板的至少一半的可视范围。
8.根据权利要求6所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统配置成通过面向所述基板支承组件定位的投射头组件来投射所述电磁辐射图案。
9.根据权利要求5所述的等离子体处理系统，其中，所述窗定位在所述处理室的顶板上。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统配置成朝向所述处理室中的与所述基板相对的反射表面投射所述电磁辐射图案，所述反射表面将电磁辐射反射到所述基板支承组件上。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统配置成基于所述基板的临界尺寸特征来投射所述电磁辐射图案。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理系，其中，所述第一加热机构包括使流体在所述基板支承组件内循环的流体循环器。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述第一加热机构包括配置成经由电阻对所述基板支承组件进行加热的一个或更多个加热器。
14.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述数字投射系统包括激光检流计式扫描仪。
15.一种带有温度控制的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括：
处理室；
气体输送系统，所述气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至所述处理室的基板处理区域；
基板支承组件，所述基板支承组件构造成在等离子体处理期间将基板支承在所述基板处理区域中；
等离子体产生器，所述等离子体产生器联接至所述处理室并且配置成在所述基板处理区域中产生等离子体；
第一加热机构，所述第一加热机构定位在所述基板支承组件内并且配置成在所述基板被支承在所述基板支承组件上时对所述基板进行加热；以及
第二加热机构，所述第二加热机构包括数字投射系统，所述数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射穿过位于所述基板的工作表面上的微制造结构并投射到所述基板的硅材料中，所述数字投射系统配置成在空间上动态地调节所述电磁辐射图案，所述数字投射系统配置成投射预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案，所述预定波长范围内的电磁辐射穿过位于可透过的所述基板上的所述微制造结构，所述基板在所述微制造结构下面具有硅材料，所述硅材料吸收所述预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地增强对所述基板的加热。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理系统，其中，所述预定波长范围内的电磁辐射是红外线。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理系统，其中，所述预定波长范围内的电磁辐射是在750纳米至800纳米范围内的红外线。
18.一种对基板进行处理的方法，所述方法包括：
识别基板的临界尺寸特征；
将所述基板定位在等离子体处理室内的基板支承组件上；
使用定位在所述基板支承组件内的第一加热机构来加热所述基板，加热所述基板发生在等离子体蚀刻或沉积处理期间；
通过将红外线光图案投射穿过所述基板并投射到所述基板支承组件上来修改所述基板支承组件的空间温度分布，所述红外线光图案由配置成在空间上动态地调节所述红外线光图案的数字投射系统进行投射，所述红外线光图案是基于所述临界尺寸特征的。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括计算空间温度调节映射，所述空间温度调节映射指示要保持的基板温度，所述基板温度在所述等离子体蚀刻或沉积处理之后导致所述基板的修改的临界尺寸特征。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，基于所述临界尺寸特征的所述红外线光图案包括使用所述空间温度调节映射来修改所述空间温度分布。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，与所述等离子体蚀刻或沉积处理之前的所述基板的所述临界尺寸特征相比，修改后的所述临界尺寸特征在临界尺寸值方面具有较小的差异。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述基板支承组件包括吸收红外线光的吸收材料。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，修改所述空间温度分布包括通过每个投射点位置来修改所述空间温度分布，每个投射点位置对应于所述数字投射系统的图像分辨率。
24.根据权利要求18所述的方法，其中，识别所述临界尺寸特征包括创建在空间上识别所述基板的工作表面上的临界尺寸值的映射。
25.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一加热机构配置成使用两个或更多个被独立控制的加热区来加热所述基板。
26.根据权利要求18所述的方法，其中，修改所述空间温度分布包括在面积小于一平方厘米的点位置处产生局部温差。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，修改所述空间温度分布包括在面积小于一平方毫米的点位置处产生局部温差。
28.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述红外线光图案投射穿过所述基板并投射到所述基板支承组件上包括将所述红外线光图案投射穿过所述等离子体处理室的窗，所述窗是可透过红外线光的。
29.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述红外线光图案投射穿过所述基板并投射到所述基板支承组件上包括从两个或更多个投射位置投射所述红外线光图案。
30.一种对基板进行处理的方法，所述方法包括：
识别基板的临界尺寸特征；
将所述基板定位在等离子体处理室内的基板支承组件上，所述基板由硅材料构成并且在所述基板的工作表面上具有微制造器件；
使用定位在所述基板支承组件内的第一加热机构来加热所述基板，加热所述基板发生在等离子体蚀刻或沉积处理期间；
通过将红外线光图案投射穿过所述微制造器件并投射到所述基板的内部区域中使得所述硅材料吸收来自红外线光的热能来修改所述基板的空间温度分布，所述红外线光图案由配置成在空间上动态地调节所述红外线光图案的数字投射系统进行投射，所述红外线光图案是基于所述临界尺寸特征的。
31.一种对基板进行处理的方法，所述方法包括：
将基板定位在等离子体处理室内的基板支承组件上；
使用定位所述基板支承组件内的第一加热机构来加热所述基板，加热所述基板发生在等离子体蚀刻或沉积处理期间；
在等离子体处理室内产生等离子体；
通过将电磁辐射图案投射到等离子体中来在空间上修改等离子体反应，所述电磁辐射图案由配置成在空间上动态地调节所述电磁辐射图案的数字投射系统进行投射。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述电磁辐射图案是基于临界尺寸特征的。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述电磁辐射图案基于等离子体均匀性特征。
34.一种带有温度控制的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括：
处理室；
气体输送系统，所述气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至所述处理室的基板处理区域；
基板支承组件，所述基板支承组件构造成在等离子体处理期间将基板支承在所述基板处理区域中；
等离子体产生器，所述等离子体产生器联接至所述处理室并且配置成在所述基板处理区域中产生等离子体；以及
加热机构，所述加热机构包括数字投射系统，所述数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射穿过所述基板并投射到所述基板支承组件上，所述数字投射系统配置成在空间上动态地调节所述电磁辐射图案，所述数字投射系统配置成投射预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案，所述预定波长范围内的电磁辐射穿过可透过的半导体材料，所述基板支承组件包括吸收材料，所述吸收材料吸收所述预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地加热所述基板。
35.一种带有温度控制的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括：
处理室；
气体输送系统，所述气体输送系统配置成将一种或更多种处理气体输送至所述处理室的基板处理区域；
基板支承组件，所述基板支承组件构造成在等离子体处理期间将基板支承在所述基板处理区域中；
等离子体产生器，所述等离子体产生器联接至所述处理室并且配置成在所述基板处理区域中产生等离子体；以及
加热机构，所述加热机构包括数字投射系统，所述数字投射系统配置成将电磁辐射图案投射穿过位于所述基板的工作表面上的微制造结构并投射到所述基板的硅材料中，所述数字投射系统配置成在空间上动态地调节所述电磁辐射图案，所述数字投射系统配置成投射预定波长范围内的电磁辐射的电磁辐射图案，所述预定波长范围内的电磁辐射穿过位于可透过的所述基板上的所述微制造结构，所述基板在所述微制造结构下面具有硅材料，所述硅材料吸收所述预定波长范围内的电磁辐射以通过每个投射点位置在空间上选择性地加热所述基板。
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