TW201517163A - 混合式特徵部蝕刻及斜角蝕刻系統 - Google Patents

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Abstract

一種具有至少一電漿處理腔室的電漿處理系統，該電漿處理腔室用於進行一基板之電漿處理以及使用至少一第一處理狀態及一第二處理狀態。電漿係在該第一處理狀態過程中存在於基板的中心區域上方，以在第一處理狀態過程中至少對中心區域進行電漿處理。電漿在第二處理狀態過程中，不存在於基板的中心區域上方但存在於鄰近斜角邊緣區之處，以在第二處理狀態過程中對斜角邊緣區域至少進行電漿處理。在第二處理狀態過程中，上電極係處於無線射頻浮接狀態且基板係設置在下電極的表面上。

Description

混合式特徵部蝕刻及斜角蝕刻系統
本發明係關於特徵部蝕刻及蝕刻系統，且尤其關於混合式特徵部蝕刻及斜角蝕刻系統。
在半導體產品的製造中，基板(例如半導體晶圓)係由連續地沉積、蝕刻及拋光各種層體加以處理而產出半導體元件。電漿且特別是電漿輔助蝕刻及沉積經常被應用於這些處理步驟中。
對於一給定晶圓而言，在基板的外邊緣會存在一環形區(稱為斜角區域)，該環形區係發生物質沉積之處以及所述之物質需要被移除之處，以降低後續處理步驟的缺陷及汙染物之風險。例如，在薄膜沉積過程以及蝕刻過程中，有機和無機物質的沉積物經常在斜角區域(例如，尤其是晶圓恰好斜角的地方)累積。由於該晶圓斜角的曲率，薄膜經常沉積在斜角區域並具有一可觀的內建機械應力量。如果沉積物在整個連續處理步驟中沒有被移除，應力會累積在薄膜堆疊層。因此，部分的沉積物質可能片狀剝落並在形成於基板上的元件導致缺陷，這種情況下對基板的良率會有數個百分比的不利影響。
為了減少及/或最小化環形邊緣區的沉積物質剝落及降低元件良率的可能性，半導體元件製造者已經在像是特徵部蝕刻步驟或是材料沉積步驟的元件形成處理步驟之間安插一個或多個斜角蝕刻步驟。
在本揭露內容中，係利用蝕刻以論述各種示例，然而應當理解的是，本發明之實施例也可無困難地應用於沉積過程。關於蝕刻，斜角蝕刻步驟可以被安插在例如元件形成蝕刻步驟(本文中亦稱為「特徵部蝕刻」步驟)中。在一般的斜角蝕刻步驟中，基板的元件形成區(本文中稱為「特徵部區域」)並不會以電漿處理。反而是，利用一斜角蝕刻設備在基板的周圍形成環型電漿以蝕刻去除在基板的外部邊緣之部分或全部的累積物質。藉由在元件製造過程之中安插一個或多個斜角蝕刻步驟，在上述環形邊緣區的過度累積沉積物即被移除。因此，在基板環形邊緣區之部分累積沉積物片狀剝離的可能性大幅地減低而達到改善的元件良率。
在過去，特徵部蝕刻(即蝕刻以在基板上形成電子特徵部)及斜角蝕刻係使用不同的電漿處理腔室進行。這使得具有多個腔室及/或多個電漿處理系統之多個叢集設備的使用、以及用以移動基板進出不同腔室的複雜且/或耗時之基板傳送步驟成為必需，以進行上述介於部分特徵部蝕刻步驟或沉積步驟(若涉及沉積步驟)之間的斜角蝕刻步驟。
由於大部分的技術領域仰賴半導體產品的製造，需要持續地創新及改良以降低半導體製造成本及/或時間及/或複雜度。為了在相同的腔室中進行不論是特徵部蝕刻或斜角蝕刻，本發明係關於創新的混合式特徵部/斜角電漿蝕刻系統。
在一實施例中，本發明係關於具有使用電漿以處理基板之至少一電漿處理腔室的電漿處理系統，該基板具有至少一中心區域及一斜角邊緣區域。本發明包含設置成在處理過程中支撐基板的下電極。本發明亦包含一上電極、以及於至少一第一處理狀態及一第二處理狀態下操作該電漿處理系統的控制邏輯。該控制邏輯使得電漿在第一處理狀態過程中存在於基板的中心區域上方，以在第一處理狀態過程中至少進行中心區域的電漿處理。該控制邏輯使得電漿在第二處理狀態過程中不存在於基板的中心區域上方，但存在於斜角邊緣區域之鄰近處，以在第二處理狀態過程中至少進行斜角邊緣區域的電漿處理。該控制邏輯更可使上電極在第二處理狀態過程中為無線射頻浮接狀態。在第一處理狀態及第二處理狀態兩者的過程中，該基板設置在該下電極的表面上。
在另一實施例中，本發明係關於具有使用電漿以處理基板之至少一電漿處理腔室的電漿處理系統，該基板具有至少一中心區域及一斜角邊緣區域。本發明包含設置成在處理過程中支撐該基板的下電極。本發明亦包含一上電極、以及於至少一第一處理狀態及一第二處理狀態下操作該電漿處理系統的控制邏輯。該控制邏輯在平行於該腔室之一腔室中心軸的方向上移動上電極，以在第二處理狀態過程中使上電極的下表面與基板的上表面之間的間隙相對窄於存在於第一處理狀態過程中、上電極的下表面與基板的上表面之間的間隙。若在第一處理狀態過程中，上電極的狀態係無線射頻浮接狀態以外的狀態，則該控制邏輯更在第二處理狀態過程中將上電極的狀態切換至無線射頻浮接狀態。在第一處理狀態及第二處理狀態兩者過程中，該基板設置在該下電極的表面上。
本發明現將參照如附圖所示的其數個實施例加以詳細說明之。以下的說明中，提出諸多特定細節以提供本發明的完善理解；然而，對熟悉本技術領域者而言將顯而易見，本發明可在不具有這些特定細節之部分或全部者的情況下實施。另一方面，廣為習知的程序步驟及/或結構將不予描述以避免對本發明不必要的混淆。
各種的實施例係於以下描述，包括方法及技術。應記得本發明亦涵蓋製品，其包含存有用以執行本發明技術實施方式的電腦可讀指令之電腦可讀媒體。該電腦可讀媒體可包含例如半導體、磁性、光磁性、光學性或用以儲存電腦可讀碼的的其他形式之電腦可讀媒體。此外，本發明亦可涵蓋用以實施本發明之實施例的設備，此設備可包含專用的及/或可程式控制的電路，以完成有關本發明實施例之任務。此設備的示例包括一般用途的電腦及/或在適當程式設計過後的專用計算裝置，還可包含一電腦/計算裝置與適於有關本發明實施例之各種任務的專用/可程式控制電路的組合。
本發明之實施方式係關於一創新電漿處理系統，該電漿處理系統具有一個或多個能在同樣腔室中進行特徵部蝕刻或斜角蝕刻的電漿處理腔室。為釋義的目的，若干詞彙之定義在此按序說明。
特徵部蝕刻係有關基板的蝕刻以產生特徵部，該特徵部之後使用於例如電晶體、記憶體元件等之電子元件的形成。基板特徵部區域(即，特徵部形成所在的基板表面區域)設置在基板的至少一面上，並且自基板的幾何中心往基板的邊緣方向延伸。環形的斜角邊緣區域亦存在並設置在基板的外周。因為例如晶圓在斜角區域的弧形，完整的元件形成在此斜角邊緣區域是受限的。
關於圖1(未按比例)，基板100係圓形並具有一幾何中心102；特徵部區域104大致上係圓環形狀並包含幾何中心102，圖示特徵部區域104自幾何中心102延伸至大致為圓形的界線106，即分隔出特徵部區域104與斜角區域110之概念上的特徵部區域範圍限制(feature region limit, FRL)線。特徵部蝕刻發生在電漿以有選擇性的或無選擇性的方式蝕刻此特徵部區域104中的一個或多個層體時。斜角區域110從大致圓形的特徵部區域範圍限制線106延伸至晶圓的外周112並包含晶圓的外周112 (該部分的末端通常稱為頂點)。
圖2顯示一範例基板200的斜角表面側視圖。這些斜角表面通常經由蝕刻或沉積加以處理。這些斜角表面包含上斜角表面204(自點208沿著斜角邊緣的上表面至點210)、以及下斜角表面206(在點208及212之間沿著斜角邊緣的下表面)。如圖可見，斜角蝕刻通常在上斜角表面204及下斜角表面206兩者穿透進入晶圓至某種程度 (即，自晶圓的外周朝向晶圓幾何中心的方向230)。亦如圖可見，沿著上斜角表面及下斜角表面的穿透深度可以是(但並非必須是)不同的。控制穿透深度在斜角蝕刻過程中是關鍵性的，因為並不希望蝕刻或損傷存在特徵部區域和斜角區域交界的特徵部。
回頭參照圖1，晶片製造者通常會試圖極盡可能地利用晶圓的表面面積形成元件。由於不同的處理系統針對朝向晶圓外周方向之處理均勻度的維持均勻電漿及/或氣體流的能力有所不同，因此，特徵部區域界線106的確切位置會有所變化。儘管晶片製造商通常希望界線106極其所能地靠近晶圓外周112以最大化特徵部區域104並最小化斜角區域110，但這並非在所有狀況下都是可行的。
為了清楚論述，在此引入「中心區域」的概念。如同已述，斜角蝕刻通常自基板外周朝向基板幾何中心穿透若干距離，這個穿透距離係被刻意地限制(如同在圖2所見，其中點210及212代表斜角電漿穿透界限) ，因此，即使是在最極端的斜角蝕刻情況下，仍有基板的若干部分不會在斜角蝕刻過程中曝露到斜角蝕刻電漿。
圖3顯示具有基板表面302的基板300，該基板表面302上顯示概念性的區隔線304。此概念性的區隔線304係自晶圓的物理幾何中心306至晶圓的物理外周308之距離的25%。圖示中心區域310為自物理幾何中心306(且包含物理幾何中心306)延伸至區隔線304。
此「中心區域」的概念有助於論述的目的，因為該「中心區域」清楚地代表了：在任何可想到的斜角蝕刻情況下不會在斜角蝕刻過程中曝露到斜角蝕刻電漿、因而不會在斜角蝕刻過程中遭受到蝕刻的基板表面區域。對比之下，圖1中的斜角區域110係設計為要受到斜角蝕刻電漿的作用並且在斜角蝕刻過程中被蝕刻，因為斜角區域110至少包含了在斜角蝕刻過程中會曝露到斜角電漿雲的晶圓物理外周。
在特徵部蝕刻或薄膜沉積過程中，電漿至少存在於中心區域310的上方(事實上也會在圖1的整個特徵部區域104上方，而且在許多情形下，在至少一部份或全部的斜角區域上方)。此係藉由概念式的圖4顯示，其中圖示特徵部蝕刻電漿400設置在上電極402和晶圓404的中心區域310之間，晶圓404係設置在下電極406上。
在斜角蝕刻過程中，電漿不存在於中心區域310的上方。換句話說，不管是特徵部蝕刻電漿或斜角蝕刻電漿均不存在於晶圓之中心區域310上方的區域。理想上，沒有任何電漿存在於特徵部區域上方或在特徵部區域蝕刻任何特徵部。反而，電漿是存在於緊鄰著圖2中斜角表面204及206的斜角電漿區域，以蝕刻晶圓的斜角區域。圖5描述了這種情況，其中顯示斜角蝕刻電漿502設置在緊鄰於晶圓510斜角表面的斜角電漿區域504，以蝕刻晶圓510的斜角表面。由於電漿排除區域(Plasma Exclusion Zone, PEZ)環經常使用於傳統斜角蝕刻腔室中，圖中亦將其顯示出來。這些電漿排除區域環係作用以限制或調整斜角蝕刻電漿502往基板中心方向的穿透，幫助斜角蝕刻過程的精準控制。
根據本發明之一個或多個實施例，提供一種混合式電漿處理腔室，用以在相同的腔室內以特徵部蝕刻模式或是斜角蝕刻模式運作。在特徵部蝕刻模式，電漿存在於至少基板中心區域的上方(而且較佳地在全部特徵部區域的上方以及部分或全部的斜角區域上方)以蝕刻基板表面上的特徵部。在斜角蝕刻模式，不允許任何電漿形成在基板中心區域上方(而且較佳地不允許任何電漿在特徵部區域形成或在特徵部區域蝕刻特徵部)。反而是，電漿形成在鄰近斜角邊緣(即基板外周)的斜角電漿區域，使得斜角邊緣浸沒於斜角蝕刻電漿中以蝕刻斜角表面。
在一或多個實施例中，將介於基板中心區域的基板上表面(面向上電極的基板表面)與上電極的下表面(即，面向基板的表面)之間的間隙設定為大到足以將特徵部蝕刻電漿維持於基板的特徵部區域上方。例如，在特徵部蝕刻過程中，該間隙係介於約1公分至約20公分。
在斜角蝕刻過程中，將介於基板中心區域的基板上表面與上電極的下表面之間的間隙係設定為過窄，使得電漿無法保持在基板的特徵部區域上方(亦即，抑制電漿形成在基板的特徵部區域上方)。一或多個實施例中，在斜角模式下該間隙係例如低於1公厘。例如在典型的斜角蝕刻情況中，上述的間隙係約0.35公厘。如同從本論述明白得知，該間隙在斜角蝕刻模式明顯小於在特徵部蝕刻模式中存在的間隙。
在一或多個實施例中，上電極(包含至少面向基板中心區域的上電極中心區域)係由可相容電漿製程的射頻(RF)傳導材料所形成。基板的中心部分已經相關於上面的圖3論述過。在一或多個實施例中，上電極係由例如低電阻的矽、低電阻的矽碳化物、氧化釔或覆有氧化鋁的鋁所形成。
在一或多個實施例中，上電極可自使用於特徵部蝕刻的接地狀態切換至使用於斜角蝕刻的射頻浮接狀態。
在一或多個實施例中，上電極可自使用於特徵部蝕刻的射頻驅動狀態切換至使用於斜角蝕刻的射頻浮接狀態。
在一或多個實施例中，上電極在特徵部蝕刻與斜角蝕刻兩者均處於射頻浮接狀態。
在一種或多種實施例中，上電極為可移動的，以將腔室自特徵部蝕刻模式轉換到斜角蝕刻模式，反之亦然。
在一或多個實施例中，下電極為可移動的，以將腔室自特徵部蝕刻模式轉換到斜角蝕刻模式，反之亦然。
在一或多個實施例中，上電極與下電極兩者均為可移動的，以將腔室自特徵部蝕刻模式轉換到斜角蝕刻模式，反之亦然。
在一或多個實施例中，在上電極的外周之外部提供並設置一個或多個PEZ(電漿排除區域)環。在一或多個實施例中，為了調整斜角蝕刻電漿，電漿排除區域環中的一個或多個可相對於上電極在平行於腔室中心軸的方向獨立地移動。在其他實施例中，電漿排除區域環的一個或多個相對於上電極係固定不動。
在一或多個實施例中，在上電極組件設置至少一第一組氣體出口以及一第二組氣體出口。在斜角蝕刻模式，蝕刻劑氣體自第一組出口注射進入鄰近於晶圓斜角邊緣且在晶圓斜角邊緣外部的斜角電漿區域，以自該蝕刻劑氣體形成電漿來蝕刻斜角邊緣。如氬氣之安定(或緩衝)氣體或是相似的適當氣體可注射到中心區域(例如使用第二組氣體出口)以建立足夠的製程壓力並降低在斜角蝕刻過程中的加壓時間。
在一或多個實施例中，使用控制邏輯(其可為專用的硬體或偕同可程式硬體邏輯電路運行的軟體、或是其組合)在第一處理狀態(例如一蝕刻處理步驟或一沉積步驟之特徵部處理步驟)及第二處理狀態(即代表斜角處理步驟)之間移動上電極。如同之後將在本文論述，該控制邏輯也可用於進行上電極及/或電漿排除區域環的射頻狀態切換成為在第二處理狀態(即斜角處理狀態)的射頻浮接狀態。
在特徵部蝕刻模式，蝕刻劑氣體自第二組氣體出口(其可為噴淋頭組件的一部分或可為分離的出口組)注射進入晶圓特徵部區域(包括中心區域上方的區域)上方的間隙，以形成電漿來蝕刻晶圓上的特徵部；或者，為了均勻度的控制，也可以經由兩組氣體出口以不同的流速比例注射。
應當理解一給定混合式特徵部—斜角蝕刻腔室為可以用上述的單一特徵、多個特徵或所有上述特徵的各種組合來實施。本發明各種實施例的這些與其他特徵與優點可以參照圖式與接下來的論述而予以較佳的理解。
根據一實施例，圖6顯示混合式特徵部/斜角蝕刻腔室600在特徵部蝕刻模式下操作的簡化側視代表圖。在此特徵部蝕刻模式，圖示基板614設置在射頻驅動的下電極604上，下電極604可以由一個或多個射頻信號(使用射頻產生器，圖未示)驅動。上電極組件顯示為包含上電漿排除區域環608與上電極602。
在一或多個實施例中，特徵部蝕刻模式下，上電漿排除區域環608與下電漿排除區域環610係由例如氧化釔、覆有氧化釔的氧化鋁或相似的適當材料之絕緣體製成。
在一或多個可選實施例中，上電漿排除區域環608及/或下電漿排除區域環610可由射頻傳導材料所形成，並且絕緣於鄰近元件，使得電漿排除區域環的一者或(較佳地)兩者可在特徵部蝕刻模式的接地狀態(或其他在特徵部蝕刻模式下的狀態)與在斜角蝕刻模式下的射頻浮接狀態之間切換。該射頻的切換可以使用例如用以進行上電極的射頻切換(稍後於此討論)的類似技術/設置來執行。
一般而言，在特徵部蝕刻模式的時候，上電漿排除區域環608與下電漿排除區域環610並不會運作將電漿限制在方向616(自斜角電漿區域往基板中心區域方向)上穿透。事實上，電漿被觸發並被刻意地維持在基板614之特徵部區域上方的區域638(包括在基板614之基板中心區域620上方的區域)以進行特徵部蝕刻。
間隙606設置為足夠大(藉由使用適當的致動器裝置來移動上電極組件或是下電極組件或兩者)以將特徵部蝕刻電漿650維持在基板之特徵部區域上方的區域638。在特徵部蝕刻情況的一示例中，間隙606可在約1公分至約4公分的範圍內。在一實施例中，間隙606設置為大於任何進行中的特徵部蝕刻程序達到之最大鞘層厚度的兩倍。
為了特徵部蝕刻，上電極602可以是射頻浮接、射頻驅動或射頻接地之一(視特徵部蝕刻程序所需)。上電極602的確切射頻狀態(即射頻浮接、射頻驅動或射頻接地)取決於進行中的蝕刻程序。
在一或多個實施例中，於特徵部蝕刻模式下，上電漿排除區域環608可至少在箭頭622所示的垂直方向上相對於上基板602獨立地移動。上電漿排除區域環608的移動可以由適當的致動器機構(可以是例如機械式、電動式、氣動式或液壓式，並可包含傳動裝置或其他動力傳遞機構)完成。在另一實施例中，於特徵部蝕刻模式下，上電漿排除區域環608相對於上電極602為固定不動。
替代性地或額外地，在一或多個實施例中，於特徵部蝕刻模式下，下電漿排除區域環610可至少在箭頭632所示的垂直方向上相對於下基板604獨立移動。下電漿排除區域環610的移動可以由適當的致動器機構(可以是例如機械式、電動式、氣動式或液壓式，並可包含傳動裝置或其他動力傳遞機構)完成。在另一實施例中，於特徵部蝕刻模式下，下電漿排除區域環610相對於下電極604為固定不動。
在特徵部蝕刻模式中，上電漿排除區域環608的下(面向基板)表面可設置為與上電極602的下(面向基板)表面共平面或不共平面。同樣地，在特徵部蝕刻模式中，下電漿排除區域環610的上(面向基板)表面可設置為與下電極604的上(面向基板)表面共平面或不共平面之一者。
包含複數個出口之氣體散佈機構係設置在上電極組件，並且較佳地在特徵部蝕刻模式下均勻地 (或以實際能達到的均勻程度)散佈蝕刻劑氣體進入特徵部電漿區域638，以在特徵部電漿區域638形成特徵部蝕刻電漿650。在一實施例中，至少部分的出口(示例如出口640、642及644，但是連接到該處的氣體線條或氣體的許多部份被省略以改進圖示的清晰度)係嵌入或設置在上電極602的下(面向基板)表面，以在特徵部蝕刻模式下，促進相對均勻的蝕刻劑氣體分布進入特徵部電漿區域638。
根據本發明之一實施例，圖7顯示混合式特徵部/斜角蝕刻腔室600的另一簡化側視代表圖，該混合式特徵部/斜角蝕刻腔室600係於圖7中的斜角蝕刻模式下操作。在此斜角蝕刻模式下，顯示基板714設置在射頻驅動的下電極604上，下電極604可以如論述的由一個或多個射頻信號驅動。在斜角蝕刻模式下，上電漿排除區域環608及下電漿排除區域環610實際上運作以將電漿限制在方向616(自斜角電漿區域612往基板的中心區域)穿透。
實際上，斜角蝕刻電漿760由一個或多個氣流730、732中釋出的蝕刻劑氣體所觸發，並被刻意地維持在鄰近基板外周740的區域612。這些斜角蝕刻劑氣流可沿著內建於上電極組件的導管、岐管或通道(像是經由上電極組件的一部分或是在上電極組件之相鄰部分之間)流動。在一示例中，斜角蝕刻劑通道係建立成至少鄰近於電漿排除區域環608及610之一者或兩者的一個或多個垂直表面，而斜角蝕刻劑係經由此通道末端的斜角蝕刻劑出口釋出為氣流730、732以形成斜角蝕刻電漿760。如同所述，如氬氣之緩衝氣體可被釋出進入基板特徵部區域上方的間隙(使用圖6中出口640、642及644中的一個或多個、或其他不同的氣體散布機構)，使得此緩衝氣體往基板的外周方向流動。此緩衝氣體可用以例如增加氣體壓力以促進用於斜角蝕刻的最佳斜角蝕刻電漿之形成。由於在斜角蝕刻過程中不希望蝕刻到特徵部，緩衝氣體的另一作用是可以降低斜角蝕刻劑氣體物種往特徵部暴露在外的基板中心流動或穿透。緩衝氣體的再另一個作用係可在斜角蝕刻模式下減少製程反應器的增壓時間。
斜角蝕刻模式在至少兩方面與特徵部蝕刻模式有最明顯的不同。第一，在基板中心上方(實際上是在整個基板特徵部區域上方)的間隙係刻意設置，以至少在基板中心上方以及理想上在基板的整個特徵部區域上方抑制電漿的形成(例如，過小而無法維持電漿)。例如，在斜角蝕刻模式下，介於上基板602的下 (面向基板)表面及基板714的上表面之間的間隙706可設定為0.5公厘或更小。於一示例中，在該混合式特徵部/斜角蝕刻腔室的斜角蝕刻實施過程中，斜角蝕刻間隙706係設定為0.35公厘。在一或多個實施例中，此間隙較佳地小於所有進行中的特徵部蝕刻程序所達到的最小鞘層厚度。在一或多個實施例中，間隙706的設定可藉由移動上電極組件或下電極組件或兩者來達成。
第二，在斜角蝕刻模式過程中，上電極602係處於射頻浮接狀態(而非射頻驅動狀態或射頻接地狀態)。這是為了經由增加射頻進入上電極的阻抗來協助防止電漿形成在特徵部區域上方。由於上電極的浮接狀態而造成的高阻抗迫使朝向接地的上電極(如圖8及9所示)之射頻耦合發生在基板外周。射頻耦合將介於基板外周及設置在圖7中的電漿排除區域環608及/或電漿排除區域環610左側的接地環或接地表面(圖未示以改善圖式清晰度)之間。
為了能符合要求地從特徵部蝕刻模式轉換至斜角蝕刻模式，上電極(如602)可能需要使用適當的射頻接地開關，從射頻驅動或射頻接地狀態(如果此射頻狀態使用於特徵部蝕刻模式過程中)切換至射頻浮接狀態。此射頻開關的一實現例(但並非限定示例)可在於此併入作為參考的美國專利第7393432號(“RF GROUND SWITCH FOR PLASMA PROCESSING SYSTEM”)中得到。圖6及7以標號660顯示此射頻接地開關。
另外為了能符合要求地從特徵部蝕刻模式轉換至斜角蝕刻模式，上電極組件或下電極組件或兩者需要移動來縮小基板特徵部區域上方的間隙，以防止在斜角蝕刻過程中對特徵部蝕刻。在最低限度上，基板的中心區域(例如，圖7的區域720上方)不應存在電漿。此外，在混合式特徵部/斜角腔室進行斜角蝕刻而非特徵部蝕刻時，蝕刻劑氣體被釋出進入斜角電漿區域612而非進入特徵部電漿區域638。分配氣體進入特徵部電漿區域638的出口可選擇性地加以使用，以提供例如用於斜角電漿蝕刻操作的緩衝氣體。然而，在一或多個實施例中，在斜角蝕刻過程中較佳地不釋出特徵部蝕刻劑氣體進入基板中心區域上方的間隙。除此之外，在一或多個實施例中，若有需要，為了設定電漿排除區域環面向基板的表面之間的間隙以控制或調整或適當地限制自斜角電漿760往基板中心的斜角電漿穿透，可移動電漿排除區域環608及610的一者或兩者。
為了能符合要求地從斜角蝕刻模式轉換至特徵部蝕刻模式，上電極(例如602) 可能需要從斜角蝕刻模式的射頻浮接狀態切換至射頻驅動狀態或射頻接地狀態(如果此射頻狀態使用於特徵部蝕刻模式過程中)，上電極602之射頻切換可使用例如前述的射頻接地開關達成。
此外，為了能符合要求地從斜角蝕刻模式轉換至特徵部蝕刻模式，上電極組件或下電極組件或兩者需要移動以加寬在基板特徵部區域上方的間隙，使得特徵部蝕刻電漿(例如圖6中的特徵部蝕刻電漿650)得以形成以進行特徵部蝕刻。此外，在特徵部蝕刻模式過程中，特徵部蝕刻劑氣體係釋出進入特徵部電漿區域638，以促進特徵部蝕刻電漿650在基板特徵部區域上方形成。
圖8係概念性地顯示操作於特徵部蝕刻模式下的混合式電漿處理腔室800之另一實施例的剖視圖。在此特徵部蝕刻模式下，介於基板806(設置在下電極810上)的上表面與上電極812的下表面之間的間隙為大到足以在基板806的中心上方區域維持特徵部蝕刻電漿814。在此特徵部蝕刻範例中，圖示上電極812耦接至射頻開關818，射頻開關818將上電極812耦接至接地端820。取決於特徵部蝕刻的要求，上電極812可替代性地耦接至射頻源822或射頻開路端824以在特徵部蝕刻過程中使上電極812呈射頻浮接狀態。為求完善，上電漿排除區域環802及下電漿排除區域環804亦以圖示。該等者已經在之前論述過且在此不再重複。此外，上接地延伸裝置830及下接地延伸裝置832亦以圖示，這些接地延伸裝置係為習知而在此將不詳細闡述。
圖9係一概念性地顯示操作於斜角蝕刻模式下的混合式電漿處理腔室900之另一實施例的剖視圖。儘管於不同的模式下運作，但圖9的複合腔室900及圖8的複合腔室800可代表同樣的實體混合式腔室。在此斜角蝕刻模式下，使基板806(設置在下電極810上)的上表面與上電極812的下表面之間的間隙狹窄，使得電漿不能維持在基板806中心上方的區域。這確保在斜角蝕刻模式過程中，斜角電漿不能蝕刻特徵部。
相較於圖8中的特徵部蝕刻狀況，注意斜角蝕刻模式的圖9之上電極812和上電漿排除區域環802已朝基板806向下移動以縮小基板806上方的間隙。儘管此實施例顯示上電極812和上電漿排除區域環802兩者一起移動，但是其可各自移動相同距離或不同距離，以在斜角邊緣產生用以斜角蝕刻的最佳間隙。圖示上電極812耦接至射頻開關818，射頻開關818此時將上電極812耦接至射頻開路端824，以在斜角蝕刻過程中使上電極812呈射頻浮接狀態。圖示斜角電漿904存在於基板806的斜角邊緣以在基板806的斜角邊緣上進行斜角蝕刻。
在一或多個實施例中，斜角蝕刻模式發生在基板設置於下電極的上表面上的時候(亦即，基板並未藉由使用例如銷之基板抬升機構而在下電極夾持表面或上表面的上方被抬升傳送進入斜角蝕刻模式或在斜角蝕刻模式過程中傳送)。取代抬升基板離開下電極的表面(需要使用例如基板抬升機構之額外機構)以減少在基板的特徵部區域上方的間隙並自特徵部蝕刻模式轉換進入斜角蝕刻模式，本發明之一或多個實施例係藉由降低上電極(並反向操作上述作動以自斜角蝕刻模式轉換進入特徵部蝕刻模式)來減少特徵部區域上方的間隙。其他實施例藉由抬升下電極(並反向操作上述作動以自斜角蝕刻模式轉換進入特徵部蝕刻模式)縮小基板特徵部區域上方的間隙，以自特徵部蝕刻模式轉換進入斜角蝕刻模式。在其他實施例結合上電極的移動及/或下電極的移動及/或移動電漿排除區域環之一者或兩者，以利自特徵部蝕刻模式轉換到斜角蝕刻模式，反之亦然。在這些實施例中，在自特徵部蝕刻模式轉換到斜角蝕刻模式及其反向時，基板係維持設置在下電極的上表面。
如同可從前述所察知的，本發明之實施例提供能夠在單腔室中進行特徵部蝕刻或斜角蝕刻的腔室。藉由恰當地設置間隙、切換上電極的射頻狀態以及控制適當的蝕刻劑氣體釋出，無論是特徵部蝕刻模式或是斜角蝕刻模式均可在單腔室中執行，因此免除使用兩個不同的腔室以進行特徵部蝕刻及斜角蝕刻作業的需要。
儘管本發明已經根據數個較佳實施例加以描述，仍存在落入本發明範疇的修改、變換及其他均等者。雖然本文中提供數個範例，但這些範例係意指關於本發明為描述性而非限制性。應注意儘管不同實施例係個別論述以簡化理解，但來自在此論述之不同實施例的部分或全部特徵及/或步驟可結合(以任何結合或次序)於一特定的發明性混合式電漿處理系統中。再者，此處的發明名稱及摘要係為了方便性所提供，而不該用以解釋此處申請專利範圍的範疇。
100‧‧‧基板
102‧‧‧幾何中心
104‧‧‧特徵部區域
106‧‧‧界線
110‧‧‧斜角區域
112‧‧‧外周
200‧‧‧基板
204‧‧‧上斜角表面
206‧‧‧下斜角表面
208‧‧‧點
210‧‧‧點
212‧‧‧點
230‧‧‧晶圓的外周朝向晶圓幾何中心的方向
300‧‧‧基板
302‧‧‧基板表面
304‧‧‧區隔線
306‧‧‧幾何中心
308‧‧‧外周
310‧‧‧中心區域
400‧‧‧特徵部蝕刻電漿
402‧‧‧上電極
404‧‧‧晶圓
406‧‧‧下電極
502‧‧‧斜角蝕刻電漿
504‧‧‧斜角電漿區域
510‧‧‧晶圓
600‧‧‧混合式特徵部/斜角蝕刻腔室
602‧‧‧上電極
604‧‧‧下電極
606‧‧‧間隙
608‧‧‧上電漿排除區域環
610‧‧‧下電漿排除區域環
612‧‧‧斜角電漿區域
614‧‧‧基板
616‧‧‧方向
620‧‧‧基板的中心區域
622‧‧‧箭頭
632‧‧‧箭頭
638‧‧‧區域
640‧‧‧出口
642‧‧‧出口
644‧‧‧出口
650‧‧‧特徵部蝕刻電漿
660‧‧‧射頻接地開關
706‧‧‧間隙
714‧‧‧基板
720‧‧‧中心區域
730‧‧‧氣流
732‧‧‧氣流
740‧‧‧基板外周
760‧‧‧斜角蝕刻電漿
800‧‧‧混合式電漿處理腔室
802‧‧‧上電漿排除區域環
804‧‧‧上電漿排除區域環
806‧‧‧基板
810‧‧‧下電極
812‧‧‧上電極
814‧‧‧特徵部蝕刻電漿
820‧‧‧接地端
822‧‧‧射頻源
824‧‧‧開路端
830‧‧‧接地延伸裝置
832‧‧‧接地延伸裝置
900‧‧‧腔室
904‧‧‧電漿
本發明在所附圖式中的態樣係作為示例描述而非作為限制；且圖式中類似的參考標號關聯至相似的元件，且其中：
圖1顯示一範例基板以幫助論述。
圖2顯示一基板的範例斜角邊緣區域以幫助論述。
圖3顯示另一範例基板以幫助論述。
圖4顯示在基板表面上的特徵部蝕刻或薄膜沉積過程中，存在於電漿處理腔室中的電漿。
圖5顯示在斜面蝕刻步驟過程中，存在於該電漿處理腔室的電漿。
圖6顯示根據一實施例、操作於特徵部蝕刻模式的混合式特徵部/斜角蝕刻腔室之簡化側面代表圖。
圖7顯示根據一實施方式，操作於斜角蝕刻模式的混合式特徵部/斜角蝕刻腔室之另一簡化側面代表圖。
圖8係概念性顯示當操作於特徵部蝕刻模式時、混合式電漿處理腔室之另一實施例的剖視圖。
圖9係概念性顯示當操作於斜角蝕刻模式時、混合式電漿處理腔室之另一實施例的剖視圖。
502‧‧‧斜角蝕刻電漿
504‧‧‧斜角電漿區域
510‧‧‧晶圓

Claims (21)

  1. 一種電漿處理系統，具有使用電漿處理一基板的至少一電漿處理腔室，該基板至少具有一中心區域及一斜角邊緣區域，該電漿處理系統包含： 一下電極，設置成在該處理過程中支撐該基板； 一上電極；以及 控制邏輯，用以在至少一第一處理狀態及一第二處理狀態下操作該電漿處理系統，該控制邏輯使得該電漿在該第一處理狀態過程中存在於該基板的該中心區域上方，以在該第一處理狀態過程中至少進行該中心區域的電漿處理，該控制邏輯使得該電漿在該第二處理狀態過程中不存在於該基板的該中心區域上方，但存在於該斜角邊緣區域之鄰近處，以在該第二處理狀態過程中至少進行該斜角邊緣區域的電漿處理，該控制邏輯系統更使得該上電極在該第二處理狀態過程中處於一射頻浮接狀態，其中在該第一處理狀態及該第二處理狀態兩者過程中，該基板係設置在該下電極之一表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，更包含至少一電漿排除區域(plasma exclusion zone, PEZ)環，設置在該上電極及該下電極之至少一者的外周之外部，其中該電漿排除區域環可在平行於該腔室之一腔室中心軸的一方向上垂直移動。
  3. 如申請專利範圍第2項的電漿處理系統，其中該電漿排除區域環係設置在該上電極的該外周之外部，該電漿排除區域環可在平行於該腔室之該腔室中心軸的該方向上獨立於該上電極而移動。
  4. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該上電極係在該第一處理狀態過程中處於一射頻驅動狀態。
  5. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該上電極係在該第一處理狀態過程中處於一射頻接地狀態。
  6. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該第一處理狀態代表一沉積程序步驟。
  7. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該第一處理狀態代表一特徵部蝕刻程序步驟。
  8. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中在該第一處理狀態過程中，該上電極的一下表面與該基板之間的一間隙係介於約1公分和20公分之間，該間隙在該第二處理狀態過程中係低於約1公厘。
  9. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該上電極可在平行於該腔室之一腔室中心軸的一方向上移動。
  10. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該控制邏輯包括一射頻開關，若在該第一處理狀態過程中，該上電極之狀態係該射頻浮動狀態以外的狀態，則該射頻開關用以在該第二處理狀態過程中將該上電極之狀態切換至該射頻浮接狀態。
  11. 如申請專利範圍第1項的電漿處理系統，其中該控制邏輯包括一射頻開關，該控制邏輯在平行於該腔室之一腔室中心軸的一方向上移動該上電極，以使該第二處理狀態中該上電極之一下表面與該基板之一上表面之間的間隙相對窄於存在於該第一處理狀態過程中、該上電極之該下表面及該基板之該上表面之間的間隙，若在該第一處理狀態過程中，該上電極之狀態係該射頻浮動狀態之外的狀態，則該控制邏輯在該第二處理狀態過程中更將該上電極之狀態切換至該射頻浮動狀態。
  12. 一種電漿處理系統，具有使用電漿處理一基板的至少一電漿處理腔室，該基板至少具有一中心區域及一斜角邊緣區域，該電漿處理系統包含： 一下電極，設置成在該處理過程中支撐該基板； 一上電極；以及 控制邏輯，在至少一第一處理狀態及一第二處理狀態下操作該電漿處理系統，該控制邏輯在平行於該腔室之一腔室中心軸的一方向上移動該上電極，以使該第二處理狀態中該上電極之一下表面與該基板之一上表面之間的間隙相對窄於存在於該第一處理狀態過程中、該上電極之該下表面及該基板之該上表面之間的間隙，若在該第一處理狀態過程中，該上電極之狀態係該射頻浮動狀態以外的狀態，則該控制電路在該第二處理狀態過程中更將該上電極之狀態切換至該射頻浮動狀態，其中在該第一處理狀態及第二處理狀態兩者過程中，該基板係設置在該下電極之一表面上。
  13. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中在該第一處理過程中，該上電極之該下表面及該基板之該上表面之間的間隙係足以在該第一處理過程中在該基板的該中心區域上方維持該電漿，在該第二處理狀態過程中，該上電極之該下表面與該基板之該上表面之間的間隙，不足以在該第二處理狀態過程中在該基板的該中心區域上方維持該電漿，其中在該第二處理狀態過程中，該電漿存在於該斜角邊緣區域之鄰近處。
  14. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中在該第一處理過程中，該上電極之該下表面及該基板之該上表面之間的間隙在該第一處理過程中係介於約1公分與約20公分之間，使得該電漿在該第一處理狀態過程中確實存在於該基板之該中心區域的上方，在該第二處理狀態過程中，該上電極之該下表面及該基板之該上表面之間的間隙在該第二處理過程中係小於約1公厘，使得該電漿不存在於該基板之該中心區域上方，其中在該第二處理狀態過程中，該電漿存在於該斜角邊緣區域之鄰近處。
  15. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，更包含至少一電漿排除區域環，設置在該上電極之一外周的外部，其中該電漿排除區域環可在平行於該腔室之該腔室中心軸的方向上垂直移動。
  16. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該電漿排除區域環可在平行於該腔室之該腔室中心軸的該方向上獨立於該上電極而移動。
  17. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該上電極在該第一處理狀態過程中係處於射頻驅動狀態。
  18. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該上電極在該第一處理狀態過程中係處於射頻接地狀態。
  19. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該上電極在該第一處理狀態過程中係處於射頻浮接狀態。
  20. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該第一處理狀態代表一沉積處理步驟。
  21. 如申請專利範圍第12項的電漿處理系統，其中該第一處理狀態代表一特徵部蝕刻處理步驟。
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