CN1267965C - 具有动态气体分布控制的等离子体加工系统 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体加工系统，包括等离子体加工室，它能提供增强蚀刻工艺控制。等离子体加工室连接到气流系统。气流系统用于控制输入等离子体加工室中不同区域的气体释放。此外，可用气流控制机构调节释放的气量，例如气体流量。以此方式，能控制输送到等离子体加工室内的气体位置和气量。能够调节释放到等离子体加工室内的气体位置和气量可以更好控制中性组分的分布，这又会增强对蚀刻工艺的控制。

Description

具有动态气体分布控制的等离子体加工系统
有关申请的交叉引用
本申请与以下同时提出的美国专利申请相关：
申请号No：09/439661，名称“IMPROVED  PLASMAPROCESSING SYSTEMS AND METHODS THEREFOR”；(律师案卷号No：LAM1P122/P0527)；
申请号No：09/470236，名称“PLASMA PROCESSING SYSTEMWITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL”；(律师案卷号No：LAM1P123/P0557)
申请号No：09/439675，名称“TEMPERATURE CONTROLSYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS”；(律师案卷号No：LAM1P124/P0558)
申请号No：09/440418，名称“METHOD AND APPARATUS FORPRODUCING UNIFORM PROCESS RATES”；(律师案卷号No：LAM1P129/P0560)
申请号No：09/440794，名称“MATERIALS AND GASCHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS”；律师案卷号No：LAM1P128/P0561)
申请号No：09/439759，名称“METHOD AND APPARATUS FORCONTROLLING THE VOLUME OF PLASMA”；(律师案卷号No：LAM1P129/P0593)
上述的每件申请在此作为参考引用。
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的制造，特别涉及改进的等离子体加工系统，以增强蚀刻加工。
背景技术
基于半导体的器件，例如，集成电路或平板显示器的制造中，多个材料层可以交替地淀积在衬底表面上以及由衬底表面刻蚀出。在制造工艺中，各种材料层，例如磷硼硅酸盐玻璃(BPSG)、多晶硅、金属等淀积在衬底上。用现有的技术，如光致抗蚀工艺将淀积层图形化，然后，蚀刻掉淀积层的有关部分，以形成各种特征，如互连线、通路、沟槽等。
可用各种已知技术完成蚀刻工艺，包括等离子体增强蚀刻。等离子体增强蚀刻中，通常在等离子体加工室内进行实际的蚀刻。通常设置适当的掩膜，例如，光刻胶掩模，以在衬底晶片表面上形成所需的图形。在有衬底晶片的等离子体加工室内，用合适的蚀刻源气体(或多种气体)形成等离子体。用等离子体蚀刻没被掩模保护的区域，由此形成所需的图形。按该方式，蚀刻掉部分淀积层以形成互连线、通路、沟槽和其它特征。重复淀积和蚀刻工艺直到得到要求的电路为止。
为了便于描述，图1画出适合于制造基于半导体的器件的简化的等离子体加工设备100。简化的等离子体加工设备100包括有静电吸盘(ESC)104的等离子体加工室102。制造中，静电吸盘104起电极作用，并支承晶片106(即衬底)。用释放到晶片加工室102中的合适的蚀刻源气体蚀刻晶片106的表面。蚀刻源气体经喷头108释放。也可以经诸如气体分配板中的孔等其它机构释放等离子体加工源气体。真空板110与晶片加工室102的壁112保持密封接触。设在真空板110上的线圈114耦连到射频(RF)电源(未示出)，并用于触发(点火)由等离子体加工源气体经喷头108释放的等离子体。采用RF电源(未示出)的蚀刻工艺中，静电吸盘104通常也被施加有RF功率。此外，还包括泵116，用于从等离子体加工室102经管道118抽出加工气体和气体产物。
正如本行业技术人员公知的那样，爱蚀刻工艺中，必须严格控制等离子体加工室内的多个参数，以保持高精度蚀刻结果。影响蚀刻结果的工艺参数包括气体组分，等离子体激励和加工室条件等。由于蚀刻精度(和生成的基于半导体的器件的性能)对这些工艺参数高度敏感，所以要求对它们精确控制。为了更精确，必需严格控制蚀刻工艺，以获得所需的蚀刻特性，例如，选择性、蚀刻速度、蚀刻外形等等。在现代集成电路中，控制蚀刻工艺有更显著的作用。例如，现代集成电路的特征是尺寸减小，以常规方法采用常规的等离子体加工系统蚀刻出所需的特征越来越困难。因此，要制造现代的集成电路必需更严格地控制蚀刻工艺。为此，需要有能更好控制蚀刻工艺的改进的等离子体加工系统。
发明内容
一般地说，本发明涉及对等离子体加工系统中的蚀刻工艺的技术改进。按本发明的一个方面，本发明能用于增强包括等离子体加工室的等离子体加工系统中蚀刻工艺的控制。等离子体加工室连接到气流系统。可用气流系统控制多种气体释放到等离子体加工室的多个不同位置。而且，气流系统能控制释放到等离子体加工室内的气体总量，体积和相关流动。
可用多种方式实现本发明，包括系统，设备，机器或方法。
根据本发明，提供了一种等离子体加工系统，所述等离子体加工系统包括：用于加工衬底的等离子体加工室，该圆柱形的等离子体加工室包括一个位于所述等离子体加工室顶表面处的顶部区和一个位于环绕所述等离子体加工室的周边的表面上的周边区；以及一个气流系统，它耦连到所述等离子体加工室，所述气流系统控制输入到所述等离子体加工室的至少两个不同区域的包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的，所述气流系统包括至少第一和第二出气口，所述出气口的结构做成将所述单一输入气体流输送到至少包括等离子体加工室的一个顶部区和一个周边区的至少两个不同的区域，所述输入气体的至少一个第一部分是通过第一出气口被输送到所述等离子体加工室中，所述输入气体的其余部分则通过所述第二出气口被输送到所述等离子体加工室中。
根据本发明，还提供了一种用于加工衬底的等离子体加工系统，包括：圆柱形的等离子体加工室，在该加工室中，等离子体被点火和保持以用于加工，所述等离子体加工室无单独的等离子体发生室，所述等离子体加工室有上端和下端，所述衬底在所述下端被加工；设于所述等离子体加工室上端的耦连窗；射频天线装置，当所述衬底设在所述等离子体加工室中进行加工时，该天线装置设在所述衬底确定的平面的上方；设在由所述衬底确定的所述平面的上方的电磁装置，所述电磁装置构型为，当至少一个直流电流被施加到所述电磁装置时，所述等离子体加工室内靠近所述射频天线的区域中的静磁场布局沿径向变化，所述径向变化用于影响所述衬底上的加工均匀性；耦连到所述电磁装置的直流电源，所述直流电源有控制器，以改变所述至少一个直流电流的大小，由此改变所述等离子体加工室内靠近所述天线的所述区域中所述磁场布局的径向变化，以改善所述衬底上的所述加工均匀性；耦连到所述等离子体加工室的气流系统，所述气流系统控制同时输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的形成等离子体的单一输入气体流，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合的，其中所述至少两个不同区域至少包括等离子体加工室的一个周边区域和等离体加工室的一个顶部区，所述输入气体的至少一第一部分被输送到所述周边区域，而所述输入气体的其余部分被输送到所述顶中央区。
此外，本发明还提供了用于加工衬底的等离子体加工系统，包括：圆柱形的等离子体加工室，在该等离子体加工室内等离子体被点火和保持以用于所述加工，所述等离子体加工室无单独的等离子体发生室，所述等离子体加工室有上端和下端；设于所述等离子体加工室上端的耦连窗；射频天线装置，当所述衬底被放在所述等离子体加工室中进行所述加工时，射频天线装置设在所述衬底确定的平面的上方；位于所述衬底确定的平面上方的电磁装置，所述电磁装置构型为，当至少一个直流电流被供给所述电磁装置时，所述等离子体加工室内靠近所述射频天线的区域中的静磁场布局按径向变化，所述径向变化用于影响所述衬底上的加工均匀性；耦连到所述电磁装置的直流电源，所述直流电源有控制器，用于改变至少一个直流电流的大小，由此改变所述等离子体加工室内靠近所述天线的区域中的磁场布局的所述径向变化，以改善所述衬底上的加工均匀性；耦连到所述等离子体加工室的气流系统，所述气流系统控制有关形成等离子体的单一输入气体流向等离子体加工室内的第一和第二区域中的释放，第一区域是等离子体加工室内的顶中央区，第二区域是等离子体加工室内的上周边区，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的。
最后，本发明还提供了一种用于将气体分配到适于加工衬底的等离子体加工室内的气流系统，所述气流系统包括：能够供应输入气体的气源；用于将由气体混合物形成的输出气体释放到所述等离子体加工室内的多个出气口，一个第一出气口被构型成将所述输出气体释放到所述等离子体加工室的中央区域中，一个第二出气口被构型成将所述输出气体释放到所述加工室的周边区域中，所述中央区域位于所述衬底之上，所述周边区域位于多数衬底的侧面；设于所述气源和所述多个出气口之间的气流控制器，所述气流控制器被配置成控制所述输出气体通过所述出气口向所述等离子体加工室内的输送，所述气流控制器具有被配置成从所述气源接收所述单一输入气体的入口，所述气流控制器调节被输送到所述第一和第二出气口的输出气体量，以提供更好的加工控制，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的。
本发明有多种优点。其中，本发明用以增强分布控制例如中性组分的分布均匀性。此外，还能用本发明更好地控制蚀刻工艺而不必限制某些其它的蚀刻工艺参数，例如，蚀刻工艺中用的压力、淀积功率、材料等。而且，本发明具有灵活性，以改变中性组分的分布。不同的蚀刻工艺可以调节中性组分，甚至在相同蚀刻工艺的不同步骤也可以调节中性组分。
通过以下结合附图用实施例对本发明原理的详细描述，本发明的其它方面和优点将变得更清楚。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将容易理解本发明，附图中相同的引用号代表相同的构件。其中：
图1画出了适用于蚀刻衬底的等离子体加工系统；
图2画出了按本发明一个实施例的包括气流系统的等离子体加工系统；
图3画出了按本发明另一实施例的包括气流系统的等离子体加工系统；
图4画出了按本发明又一实施例的包括气流系统的等离子体加工系统；
图5画出了按本发明特别实施例的包括与气流系统结合的磁装置的等离子体加工系统。
具体实施方式
本发明涉及在等离子体加工系统中进行蚀刻加工采用的改进的设备和方法。本发明能改善注入等离子体加工室中的加工气体的注入控制。结果，能更好控制蚀刻工艺，这对于随后获得更小的特征尺寸变得越来越重要。本发明还会减少被蚀刻过的衬底上的缺陷，因此，能提高制造合格率。
以下将参见图1至5描述本发明的该方案的实施例。但是，本行业的技术人员应了解，这里参见这些附图所作的详细描述只是为了解释发明，但发明范围不受这些实施例限制。
一个实施例中，公开了包括等离子体加工室的等离子体加工系统。等离子体加工室连接到气流系统。用气流系统控制释放到等离子体加工室的气体释放。气流系统接受输入气体并将其传送到等离子体加工室。按本发明的特别实施例，用气流系统两个或的更多的出口把输入气体传输到等离子体加工室。每个出口把气体输送到等离子体加工系统中的所需的不同区域。此外，用气流系统调节释放的气体量，例如，气体流量。按此方式，能控制输送到等离子体加工室内的气体位置和气体量。调节释放进等离子体加工室内气体位置和气体量，以进行更好的工艺控制。
半导体制造中，可在半导体晶片或衬底上形成特征。更具体地说，在半导体晶片或衬底上可依次淀积各种材料的多层膜层。之后，蚀刻掉所选择的淀积层的部分，以形成互连线、沟槽和其它特征。为便于理解本发明，图2画出了按本发明一个实施例的等离子体加工系统200。等离子体加工系统200包括等离子体加工室202，等离子体加工室设有晶片支承机构例如静电吸盘(ESC)206。晶片(衬底)204放在等离子体加工室202内的静电吸盘(ESC)206上。ESC 206也叫做底电极，它可被连接到RF电源(图中未示出)。
用释放进等离子体加工室202中的合适的等离子体加工源气体蚀刻晶片206表面。源气体可以是单一气体或多种气体的混合气体。以下将更详细描述将等离子体加工源气体释放到等离子体加工室202中的方式。真空板212与晶片加工室202的壁214保持密封接触。设在真空板212上的线圈216耦连到RF电源(未示出)，用于触发(点火)由等离子体加工源气体释放到等离子体加工室202中的等离子体。静电吸盘206在用RF电源(未示出)的蚀刻工艺中通常也加有RF功率。还包括泵218，用泵218经管道220抽出等离子体加工室202中的加工气体或气体产物。
等离子体加工系统200包括气流系统221，以控制输入等离子体加工室202的等离子体加工源气体。气流系统221能更好控制向等离子体加工室202内释放气体。气流系统221包括气流控制器222。气流控制器222接收从气源(未示出)经进口224供给的源气体。源气体可以是单一气体也可以是多种气体的混合气体。气流控制器222还包括出口226和228，它们以受控制的方式给等离子体加工室202的不同部位供给源气。
气体出口226和228可按照源气体输送到等离子体加工室202内的不同区域的方式连接到等离子体加工室202。例如，如图2所示，出口226可构型为把源气体供给等离子体加工室202中的顶中央区，出口228构成为把源气体供给等离子体加工室202的上周边区。通常，顶中央区在晶片204的正上方，上周边区是在真空板212附近的壁214处。
等离子体加工室202可用其它机构将源气体导引到等离子体加工室的适当部位。源气体能供给真空板212中设置有开口的顶中央区。因此，源气体从源气体控制器222经出口226再经开口供给等离子体加工室202。等离子体加工室202的上周边区的源气体引入更复杂。等离子体加工系统200包括设在真空板212与等离子体加工室202的壁214的上表面之间的环230。通常环230与真空板212之间以及壁214的上表面与环230之间紧密密封。气体通道室231与环230形成一个整体，或者，气体通道室231耦连到环230。气体通道室231形成在等离子体加工室202沿外围延伸的气体通道232。例如，在一个特定实施例中，按等距离形成多个开口16(例如孔)。此外，在环230中设一系列孔234。这些孔围绕环230外围以大致相等的距离设置，并在气体通道232与等离子体室202的上部区、内部区之间设有多个开口。出口228给气体通道232供给源气体，气体通道232再经全部孔234输入源气体，由此，把源气体供给等离子体加工室202内的边缘(或壁)附近。例如，在一个特定例中，按等距离构成开口16。
此外，气体流动系统221还能控制输入不同区域的气体量，即总量或流量，以把气体输入等离子体加工室内的不同区域。为了更完善，还能用气流系统221确定供给加工室内特定区域的气体量。一个实施例中，气流控制器222能控制经每个出口226和228的源气流。例如，气流控制器222接收到的源气体总量的70％用一个出口(例如出口226)导引到第一区，而源气体总量的其余的30％用另一出口(例如出口228)导引到另一区。因此，可调节气流控制机构，使多个出口向不同区域输送不同的气体量。用各种已知的机构，例如阀门系统，构成气流控制器222，以控制每个气体出口输送的气量。而且，通常用控制信号236控制气流控制器222。
入口224接收到的输入气体可以是预先混合在一起(例如预混合)的多种气体的混合气体。或者，输入气体经两个或两个以上单独的进口分别供给，气体在气流控制器222中混合，之后，作为混合气体由出口226，228释放到等离子体加工室202。
通常，入口224接收按特定的气体流量比预先混合的多种气体的混合气体。例如，以氟化碳气和氧气按2∶1的流量比经气流控制器222混合而成的氟化碳和氧气的混合气体作源气体流入等离子体加工室202。气流系统可构型为把相同的混合气体，即，有相同流量比的气体输到等离子体加工室202中的多处。或者，气流系统221能控制多种气体的流量比，把不同流量比的气体输到等离子体加工室内的不同部位。
注意，按本发明的一个实施例，气流系统221能释放由气流系统221接收到的混合气体变化而成的混合气体。例如，气流系统221接收到氟化碳气与氧气按1.5(氟化碳气)∶1(氧气)的流量比混合的混合气体，由出气口可输出不同的流量比。例如，一个出口能释放氟化碳气与氧气的流量比为1∶1的混合气体，而另一出口释放氟化碳气与氧气的流量比为2∶1的气体，等等。需要知道的是，可以调节气体流量比使得一个出气口只输送与其它气体或混合气体不同的特定气体。
因此，气流系统221允许输入气体释放到等离子体加工室202中所需的区域。此外，气体量，例如流入该区域的气体流量可用气流系统221调节。而且，气流系统221可调节释放进等离子体室中的不同气体的相对流量比。因此，用于不同的工艺相(如蚀刻工艺)时，释放到特定区域的气体量、体积或相对流量作相应的调整。例如，气流系统221为蚀刻工艺的每个阶段设置一个等离子体加工气体的流量值，之后，在同一蚀刻工艺的后续状态中调节等离子体蚀刻气体的流量。
尽管图2中源气体被供给到顶周边区以及上周边区，通常，源气体可供给等离子体加工室中多处不同区域。例如，源气体可供给下周边区。这种源气体可经等离子体加工室壁的孔供给等离子体加工室。另一例子，气体可供给到衬底周围的下部区域，例如，晶片204的边缘附近的区域。例如这种源气体可经由晶片204的边缘附近的ESC206释放。
图3画出了按本发明另一实施例的适合于输送和释放输入气体到顶周边区以及下周边区的简化的等离子体加工系统300。等离子体加工系统300包括气流系统221，以便如图2所示的等离子体加工室200那样，控制向等离子体加工室202的气体输送。该特定实施例中，气流控制器222包括出口302和304，出口302以控制的方式把源气体供给等离子体加工室202的顶中央区，出口304以控制的方式把源气体供给等离子体加工室202的下周边区。
此外，正如本行业技术人员所了解的，如果需要，可用两个以上的出气口把气体输送到等离子体加工室内各个不同的区域。图4画出了按本发明另一实施例的气流系统400，它适合于控制向等离子体加工室的气体输送。气流系统400包括气流控制器402。气流控制器402通过入口404和406接收源气体。气流控制器402接收的源气体可以是单一种气体，也可以是多种气体的混合气体。如图4所示，气流系统400包括以控制的方式把气体输送到等离子体加工室的不同区域用的出气口408、410和412。例如用出气口408、410和412按控制的方式把气体供给3个不同区域，例如等离子体加工室202的顶中央区，上周边区和下周边区。此外，气流系统402构型为能调节由出气口408、410和412输送到不同区域的气量。
如图4所示，用两个进气口(404和406)用来接收由出气口408、410和412输送到不同区域的源气。每个进气口404和406能接收不同气体或多种气体的不同混合气体。要知道，释放到区域中的气体流量和/或气体流量比的值可以不同于进气口404和406接收到的气体流量和/或气体流量比的值。换句话说，气流系统400可以确定和调节释放进等离子体加工室的不同区域的气体流量。例如，释放到一个区域与释放到与之不同的区域的气体流量不同，此外，释放到一个区域或全部区域的气体的流量与气流系统400接收到的气体的流量不同。还要注意，尽管气流系统构型为把气体释放到3个区域，但这并不表明在蚀刻工艺中任何特定时间都要把气体释放到所有区域。例如，在蚀刻工艺中的特定点可完全截断流到出气口408的气体。在蚀刻工艺中，气体流入区域可以在开始进行或随后再继续等等。
可用各种机构给等离子体加工室202供给源气体。例如，用诸如在等离子体加工室102的壁中构建气环或开口例如口或孔来供给源气体。还要注意，在有气体分配板(GDP)的等离子体加工系统中，源气可由设在GDP中的孔图形输送。无论蚀刻工艺中等离子体加工室202中的源气体是如何到达的，之后，源气体均被激励以触发等离子体。等离子体蚀刻晶片204的表面。在一种实施方式中，源气体含氟化碳气和氧气的混合气体。除该源气体外，其它气体也能流入等离子体加工室102中。这些其它气体通常是与源气体混合的但能分开。例如，诸如氩气等其它气体可以作为稀释剂或淀积前体(depositionprecursor)被释放到等离子体加工室202中。
本领域的技术人员应了解，可在多个其它适当配置的加工室内实施本发明。例如，本发明可用于，通过电容性耦连的并行电极板、通过电感性耦合的RF源(如螺旋形的、螺旋谐振器和与变压气耦连的等离子体(TCP))，向等离子体输送能量的加工室中。TCP等离子体加工系统可以从Lam Research Corporation of Fremont，California购买到。合适的加工室的其它例子包括感应等离子体源(IPS)，去耦等离子体源(DPS)，和双极环形磁铁(DRM)。
正如在背景技术中注意到的，在现代集成电路制造中，本领域的技术人员仍然在更好地控制蚀刻工艺方面遇到了困难。例如，重要的蚀刻工艺参数是等离子体加工室中等离子体的分布。正如本技术领域公知的，为了工艺更完善，需要将等离子体加工条件与带电荷组分和中性组分相联系。如众所周知的，诸如正负气体离子等带电荷组分对蚀刻工艺有明显影响。中性组分也影响蚀刻工艺，例如，某些中性气体组分会与衬底晶片反应，其它一些中性组分会吸附到加工室的壁上等。因此，还要求控制中性等离子体组分的分布，因为它能明显改善蚀刻工艺。此外，极需提供能增强对中性和带电荷组分分布的控制的等离子体加工系统和方法。正如本行业技术人员所了解的，控制中性的和带电荷的组分的分布能明显改善蚀刻工艺。
而且，还需要更好地控制等离子体分布而不限制某些蚀刻工艺参数。为了更完善，某些参数能影响等离子体组分的分布。这些参数包括功率分布、加工室的操作压力、形成晶片衬底的各种材料的产品规范和吸附系数。尽管这些参数中的一个或多个参数影响等离子体组分的分布，其缺点是要限定这些参数才能更好地控制等离子体的分布。例如，限定构成晶片的材料，这是极不希望出现的事。
图5画出按本发明另一实施例的等离子体加工系统500，它能更好控制中性组分和带电荷组分的分布。等离子体加工系统500包括典型的RF天线装置502，和典型的上磁铁装置504。图5所示例中，RF天线装置502和上磁铁装置504位于等离子体加工室506上方。晶片500可以设在等离子体加工室506内的吸盘510上。正如与本申请同时申请的No.09/439661(Att.Dkt.No.LAM1P122)号、名称为“IMPROVED PLASMA PROCESSING SYSTEMS AND METHODSTHEREFOR”的美国专利申请(以下叫做参考申请)所述的，RF天线装置502和上磁铁装置504可设在其它位置。
图示的RF天线装置502耦连到RF电源512，它给RF天线装置502供给频率范围为0.4MHz至50MHz的RF能量。在特定实施例中，上磁铁装置504包括承载按相反方向运行的DC电流的两个同轴磁性线圈。图示的上磁铁装置504耦连到可变直流(DC)电源514，它构型为能改变加到上磁铁装置504的电磁线圈的直流电流的大小和/或方向。注意，等离子体加工系统500还可以有其它装置。例如，参考申请中所述的，沿等离子体加工室外围设定的磁性桶形装置(未示出)。
参考申请中所述的等离子体加工系统500的磁装置或其它磁装置能显著增强蚀刻工艺控制。更具体地说，其中，磁装置影响带电荷组分的分布，能更好控制等离子体分布。更好的控制等离子体分布，因而也会增强对蚀刻工艺的控制。但是，与带电荷组分不同，中性组分对磁场响应不明显。
如图5所示，气流系统516可与磁装置504结合使用。可用气流系统516更好地控制中性气体组分的分布。由此能更进一步增强对蚀刻工艺的控制。例如，用气流系统516把气体输送到等离子体加工室的不同区域，例如按与图2所示的等离子体加工系统200所述的相同方式。此外，气流系统516被构型为能调节输送到特定区域的气量。因此，采用诸如参考申请所述的带有磁装置的气流系统516能更均匀的控制蚀刻工艺。
一般认为通过改变时间，例如输入气体在等离子体加工室内所用的平均时间，和/或例如输入气体在“热区”所用的平均时间，能影响中性组分的分布。这里用的“热区”是指输入气体的激励区。例如，输入气体能在等离子体加工室顶表面附近的区域内被激励。通过改变输送到加工室中的气体的位置和气量，可以调节中性组分在等离子体加工室和/或热区中的耗用的时间。例如，释放到等离子体加工室上部区域的气体分子处在等离子体加工室内的平均时间一般比较长。相反，释放到等离子体加工室下部的气体处在等离子加工室内的平均时间一般较短，因为这部分气体更容易被较快地从等离子加工室中抽出。
本发明有许多优点。一个优点是，本发明操作增强了对中性组分和/或等离子体组分的分布控制，能更好控制蚀刻工艺。另一优点是，能更好控制蚀刻工艺但不会限制某些其它参数，例如，压力和功率分布等。还有一个优点是，本发明具有灵活性，在不同的蚀刻工艺能改变中性和/或等离子体组分的分布，以及在同一蚀刻工艺的不同阶段也能改变中性和/或等离子体组分的分布。
正如本领域技术人员所了解的，可用本发明形成各种蚀刻的特征，如接点、互连通路等等。而且，本发明还能与各种特定的蚀刻技术结合使用，例如双波纹(dual damascene)、平整技术、剥离光刻胶，清洁加工室等等。
尽管只详细描述了本发明的几个实施例，但要了解，在不脱离本发明的精神或范围的前提下，本发明还有许多其它的具体实施形式。因此，本发明的这些实施例只是为了说明而不是限制本发明，发明不限于这里所做的详细描述，在所附权利要求书界定的发明范围内还可以作出变型。

Claims (39)

1.一种等离子体加工系统，所述等离子体加工系统包括：
用于加工衬底的等离子体加工室，该圆柱形的等离子体加工室包括一个位于所述等离子体加工室顶表面处的顶部区和一个位于环绕所述等离子体加工室的周边的表面上的周边区；以及
一个气流系统，它耦连到所述等离子体加工室，所述气流系统控制输入到所述等离子体加工室的至少两个不同区域的包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的，所述气流系统包括至少第一和第二出气口，所述出气口的结构做成将所述单一输入气体流输送到至少包括等离子体加工室的一个顶部区和一个周边区的至少两个不同的区域，所述输入气体的至少一个第一部分是通过第一出气口被输送到所述等离子体加工室中，所述输入气体的其余部分则通过所述第二出气口被输送到所述等离子体加工室中。
2.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区和上周边区。
3.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区和下周边区。
4.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区、下周边区和上周边区。
5.如权利要求2所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域还包括衬底附近的下部区。
6.如权利要求5所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述等离子体加工系统包括一吸盘，
其中，输入气体通过吸盘释放，以便将输入气体的第二部分输送到下部区。
7.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气流系统控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的输入气体的量或体积。
8.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气流系统控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的输入气体的流量。
9.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，输入气体至少包括第一和第二气体，
其中，所述气流系统单独控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的相同输入气体的相对流量。
10.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述等离子体加工系统还包括耦连到所述第一出气口并定位于所述等离子体加工室的上部的气体输送环，所述气体输送环包括一系列绕所述气体输送环外周等距布置的孔，所述输入气体的第一部分通过所述系列孔被输送入所述等离子体加工室的周边区域。
11.如权利要求10所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气体输送环设在等离子体加工室的上部，由此，气体输送环把输入气体供给到所述等离子体加工室的上周边区。
12.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，气流系统接收用于确定由第一和第二出气口中的每个出气口输入等离子体加工室的输入气体的量或体积的气流控制信号。
13.如权利要求12所述的等离子体加工系统，其特征在于，气流控制信号确定由第一和第二出气口中的每个出气口输入等离子体加工室的气体输送流量。
14.一种用于加工衬底的等离子体加工系统，包括：
圆柱形的等离子体加工室，在该加工室中，等离子体被点火和保持以用于加工，所述等离子体加工室无单独的等离子体发生室，所述等离子体加工室有上端和下端，所述衬底在所述下端被加工；
设于所述等离子体加工室上端的耦连窗；
射频天线装置，当所述衬底设在所述等离子体加工室中进行加工时，该天线装置设在所述衬底确定的平面的上方；
设在由所述衬底确定的所述平面的上方的电磁装置，所述电磁装置构型为，当至少一个直流电流被施加到所述电磁装置时，所述等离子体加工室内靠近所述射频天线的区域中的静磁场布局沿径向变化，所述径向变化用于影响所述衬底上的加工均匀性；
耦连到所述电磁装置的直流电源，所述直流电源有控制器，以改变所述至少一个直流电流的大小，由此改变所述等离子体加工室内靠近所述天线的所述区域中所述磁场布局的径向变化，以改善所述衬底上的所述加工均匀性；
耦连到所述等离子体加工室的气流系统，所述气流系统控制同时输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的形成等离子体的单一输入气体流，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的，其中所述至少两个不同区域至少包括等离子体加工室的一个周边区域和等离体加工室的一个顶部区，所述输入气体的至少一第一部分被输送到所述周边区域，而所述输入气体的其余部分被输送到所述顶中央区。
15.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区和上周边区。
16.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区和下周边区。
17.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括顶中央区、下周边区和上周边区。
18.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气流系统控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的输入气体的量或体积。
19.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气流系统控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的输入气体的流量。
20.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，输入气体至少包括第一和第二气体，
其中，所述气流系统单独控制输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的至少第一和第二气体的相对流量。
21.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述等离子体加工系统还包括耦连到所述等离子体加工室的气体输送环，
其中，所述气流系统控制输送到所述气体输送环的输入气体的量或体积，从而把输入气体供给所述等离子体加工室的周边区。
22.如权利要求21所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气体输送环设在等离子体加工室的上部，从而气体输送环把输入气体供给所述等离子体加工室的上周边区。
23.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述等离子体加工室至少包括内壁，所述气流系统包括：
至少一个进气口，它接收要流入等离子体加工室的输入气体；
至少第一和第二出气口，每个出气口能把输入气体输送到等离子体加工系统；
其中，输入气体的第一部分经所述第一出气口输送到等离子体加工室，输入气体的第二部分经过所述第二出气口输送到等离子体加工室。
24.如权利要求23所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少部分输入气体释放进第二区，第一区是等离子体加工室内的顶中央区，由第一出气口将输入气体释放到第一区内。
25.如权利要求23所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少部分输入气体释放进第二区，第一区是环绕等离子体加工室内壁的上周边区，由第二出气口将输入气体释放到第二区。
26.如权利要求23所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少部分输入气体释放进第二区，第二区是环绕等离子体加工室内壁的下周边区，由第二出气口将输入气体释放到第二区中。
27.如权利要求23所述的等离子体加工系统，其特征在于，气流系统接收用于确定由第一和第二出气口中的每个出气口输送到等离子体加工室内的输入气体的量和体积的气流控制信号。
28.如权利要求27所述的等离子体加工系统，其特征在于，气流控制信号确定由第一和第二出气口中的每个出气口输送到等离子体加工室内的气体流量。
29.如权利要求27所述的等离子体加工系统，其特征在于，输入气体至少包括第一和第二气体，
其中，所述气流控制信号单独确定输入所述等离子体加工室的至少两个不同区域的至少第一和第二气体的相对流量。
30.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，至少两个不同区域包括衬底附近的下部区。
31.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，等离子体加工系统包括吸盘，所述至少两个不同区域包括衬底边缘附近的下部区，
其中，输入气体通过吸盘释放。
32.用于加工衬底的等离子体加工系统，包括：
圆柱形的等离子体加工室，在该等离子体加工室内等离子体被点火和保持以用于所述加工，所述等离子体加工室无单独的等离子体发生室，所述等离子体加工室有上端和下端；
设于所述等离子体加工室上端的耦连窗；
射频天线装置，当所述衬底被放在所述等离子体加工室中进行所述加工时，射频天线装置设在所述衬底确定的平面的上方；
位于所述衬底确定的平面上方的电磁装置，所述电磁装置构型为，当至少一个直流电流被供给所述电磁装置时，所述等离子体加工室内靠近所述射频天线的区域中的静磁场布局按径向变化，所述径向变化用于影响所述衬底上的加工均匀性；
耦连到所述电磁装置的直流电源，所述直流电源有控制器，用于改变至少一个直流电流的大小，由此改变所述等离子体加工室内靠近所述天线的区域中的磁场布局的所述径向变化，以改善所述衬底上的加工均匀性；
耦连到所述等离子体加工室的气流系统，所述气流系统控制有关形成等离子体的单一输入气体流向等离子体加工室内的第一和第二区域中的释放，第一区域是等离子体加工室内的顶中央区，第二区域是等离子体加工室内的上周边区，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的。
33.如权利要求32所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述气流系统还控制与将等离子体形成于等离子体加工室内的第三区中相关的输入气体的释放，所述第三区是等离子体加工室内的下周边区。
34.如权利要求14所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述至少两个不同区域包括至少一个位于所述等离子体加工室侧表面处的周边区和至少一个位于所述等离子体加工室顶表面处的顶部区，相比所述等离子体加工室的下端所述周边区位置更靠近所述等离子体加工室上端。
35.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述等离子体加工室包括位于所述等离子体加工室的顶表面上的顶部区和位于环绕所述等离子体加工室的周边的表面上的周边区，其中所述输入气体是适合用于蚀刻所述等离子体加工室内的衬底的源气体，所述至少两个不同区域包括所述等离子体加工室的至少一个周边区和至少一个顶部区，所述等离子体加工室的所述周边区不包括所述等离子体加工室的顶部区的任意点，所述气流系统包括用于接收要输送到所述等离子体加工室内的输入气体的至少一个进气口，以及各自能够将所述输入气体输送到所述等离子体加工系统的至少第一和第二出气口，所述输入气体的至少一部分通过所述第一和第二出气口输送到所述等离子体加工室。
36.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述输入气体在通过所述第一和第二出气口之前被混合。
37.如权利要求36所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述输入气体是由被进气口接收前的气体混合物形成的。
38.如权利要求36所述的等离子体加工系统，其特征在于，所述输入气体是由被进气口接收后的气体混合物形成的。
39.一种用于将气体分配到适于加工衬底的等离子体加工室内的气流系统，所述气流系统包括：
能够供应输入气体的气源；
用于将由气体混合物形成的输出气体释放到所述等离子体加工室内的多个出气口，一个第一出气口被构型成将所述输出气体释放到所述等离子体加工室的中央区域中，一个第二出气口被构型成将所述输出气体释放到所述加工室的周边区域中，所述中央区域位于所述衬底之上，所述周边区域位于多数衬底的侧面；
设于所述气源和所述多个出气口之间的气流控制器，所述气流控制器被配置成控制所述输出气体通过所述出气口向所述等离子体加工室内的输送，所述气流控制器具有被配置成从所述气源接收所述单一输入气体的入口，所述气流控制器调节被输送到所述第一和第二出气口的输出气体量，以提供更好的加工控制，所述单一输入气体流是包括蚀刻源气体混合物的单一输入气体流，该气体混合物是在输入气体流被分送到不同区域之前混合好的。
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