TWI632607B - 基板之高精度蝕刻用方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本揭露內容係關於用於微電子基板之高精度蝕刻的電漿處理系統及方法。該系統可包含電漿腔室，其可產生電漿以移除單層(單或複數)的基板。電漿處理可包含兩步驟之處理，其使用第一電漿以在微電子基板表面形成薄吸附層。當系統轉換為第二電漿時或將基板移至第一電漿內具有較高離子能量的不同位置時，可移除該吸附層。在一特定實施例中，可藉由在電漿處理條件未改變或具有相當小之改變的情況下改變基板相對於源電極的位置，來達成第一與第二電漿間之轉換。

Description

基板之高精度蝕刻用方法及系統 [交互參考之相關申請案]
本申請案主張2015年1月26日申請之美國專利臨時申請案第62/107,918號及2015年3月24日申請之美國專利臨時申請案第62/137,635號作為優先權母案，該等申請案整體併入本說明書中以供參照。
本發明係關於半導體處理技術，更具體而言，係關於用於控制電漿特性以處理半導體基板的設備及方法。
微電子特徵部的幾何結構持續縮放至更小的尺寸而複雜度持續增加。因此，用以生產微電子裝置之圖案化技術可能需要變得更精準以產生更小的特徵部並最小化在生產期間對膜所造成的損害。以往，業界藉由在前驅物沉積(鈍化)與利用電漿處理進行蝕刻之間交替以試著進行選擇性蝕刻或高精度蝕刻。然而，此等傳統的方法受到縱橫比、輪廓變異、及循環時間問題的困擾。因此，能克服上述問題之新的高精度蝕刻技術可為期望的。
本揭露內容係關於用以生產微電子裝置之基板的高精度蝕刻電漿處理方法。高精度蝕刻可包含在一段時間內系統性地移除複數膜單層直至達到目標膜厚度或自基板移除膜為止。可藉由將基板暴露於可在吸附狀態與脫附狀態間轉換的電漿來進行高精度蝕刻。例如，可利用吸附電漿來進行預處理或準備基板表面，其形成相對於下方基板具可區別之特性(例如蝕刻選擇性)的單層(單或複數)。在該單層(單或複數)形成之後，可將吸附電漿轉換為脫附電漿，其可移除該單層(單或複數)以使下方基板裸露。
在一實施例中，吸附處理可增加基板表面相對於下方基板之蝕刻選擇性。在基板表面具有相對於下方層之較高蝕刻選擇性可使表面單層(單或複數)能受到移除或蝕刻，同時在移除該單層(單或複數)的期間使對下方基板的移除及/或損害最小化。在一實施例中，該單層與該下方基板間的蝕刻選擇性可高至足以使該移除製程可為自身限制性的。以此方式，電漿處理可積極地或系統性地移除該單層(單或複數)但不移除該下方層，而似乎即使下方層或基板暴露於電漿但電漿處理並未蝕刻或僅蝕刻少量的下方層或基板。
在一實施例中，可藉由在相同的電漿處理腔室中使用各種各樣的電漿處理技術以在吸附與脫附電漿間轉換而實施基板的高精度蝕刻。可藉由在電漿處理腔室內改變氣體混合物、壓力、功率、基板位置、或其組合而達成吸附/脫附之轉換。例如，可藉由在電漿處理腔室內調換氣體混合物之化學物而實施該轉換。在一實施例中，該化學物調換或轉換包含在導入第二化學組成物之前將第一化學組成物自電漿處理腔室吹淨。在一特定實例中，該氣體吹淨可在產生吸附或脫附電漿前完全移除個別氣體混合物。該氣體混合調換可包含關閉 氣體流並將氣體混合物或至少移除大部分的氣體混合物自電漿處理腔室移除。在另一實例中，可將氣體混合物自第一化學組成物轉換為第二化學組成物，同時在氣體混合物轉換期間維持電漿。在此實施例中，可藉由同時或以連續或連序的方式使吸附化學成分之流率斜降且使脫附化學成分之流率斜升來轉換氣體。因此，在化學物調換期間可變化基板位置以使在基板表面之吸附或脫附率最佳化。針對吸附製程，基板可位於距源電極至少100mm處，而在脫附期間距源電極介於20mm與100mm之間。因此，可藉由將個別氣體混合物注入鄰近或靠近個別處理位置處而促進氣體混合物之吹淨或轉換。例如，可將吸附氣體混合物由與脫附氣體混合物注入點不同的位置而注入電漿處理腔室中。然而，在其他實施例中，可自相同位置將不同的氣體混合物注入電漿處理腔室中。
在一實施例中，可藉由在電漿處理腔室中將第一能源(例如微波)施加至製程氣體混合物而產生吸附電漿(第一電漿或電漿中之第一區域)。該氣體混合物可包含反應物氣體(例如含Clx氣體、含Fx氣體、含Ox氣體等)及稀釋氣體(例如Ar、He、其組合等)，其中在吸附電漿條件下，相較於該反應物氣體，該稀釋氣體對於基板可為相對惰性的。高精度蝕刻方法之製程條件可包含(但不限於)腔室壓力、源功率、氣體混合物組成、氣體濃度、基板位置、或其組合。在此實例中，在吸附期間，腔室壓力可大於1mTorr並上至1000mTorr，且第一能源可以約2.45GHz或300MHz至10GHz範圍內的頻率將500W與10,000W間的功率施加至設置於電漿處理腔室中的源電極。
在此實施例中，可藉由變化氣體混合物、源功率、及/或基板位置而發生轉換為脫附電漿(第二電漿或電漿中之第二區域)之轉換，以產生離子，該等離子可選擇性地移除由吸附電漿所處理或形成的基板之部分(例如單層(單 或複數))。脫附電漿可具有吸附層與下方層間之非常高的選擇性。以此方式，脫附電漿可移除吸附層而不移除下方層。在移除基板之吸附部分後，脫附電漿可轉換回吸附電漿，其處理基板之重新暴露的部分或表面。
在某些實施例中，吸附與脫附電漿間的轉換可以非對稱的方式發生，以使基板暴露於吸附電漿或脫附電漿達不同的時間。取決於兩處理間可能需要的任何吹淨或氣體調換(但可能不需吹淨)，亦可變化轉換所花費的時間量。在一特定實施例中，可藉由改變基板與源電極間的距離來實施吸附與脫附間之轉換。例如，電漿特性可在相同電漿的不同區域間變化，俾在製程條件(化學物、功率、壓力等)不改變或些許改變的情況下，可充分改變電漿特性而足以於處理腔室內在吸附與脫附條件間轉換。因此，基板相對於源電極的位置在達成高精度蝕刻方面可發揮主導的作用。
100‧‧‧電漿處理系統
102‧‧‧電漿腔室/處理腔室/電漿處理腔室
104‧‧‧氣體輸送系統
106‧‧‧電源
108‧‧‧真空系統
110‧‧‧基板
112‧‧‧橫剖面圖
114‧‧‧電源組件/功率組件
120‧‧‧氣體通道
122‧‧‧源電極電源/第一電源
124‧‧‧基板固持器/基板卡盤
126‧‧‧源電極
128‧‧‧介電元件
132‧‧‧控制器
134‧‧‧處理器
136‧‧‧記憶體
138‧‧‧舉升元件
140‧‧‧氣體注入點/氣體注入口/氣體口
142‧‧‧電通訊網路
200‧‧‧橫剖面實施例
206‧‧‧第一電漿區/第一電漿處理區域
208‧‧‧第二電漿區域/第二區域
210‧‧‧第一區域距離
212‧‧‧第二區域距離
300‧‧‧代表性實施例
302‧‧‧第一電漿
304‧‧‧第二電漿
306‧‧‧吸附層
308‧‧‧雙箭頭
310‧‧‧吸附自由基
312‧‧‧吸附離子
314‧‧‧脫附自由基
316‧‧‧脫附離子
318‧‧‧吸附通量表面積/吸附表面積
320‧‧‧脫附通量表面積/脫附表面積
322‧‧‧已脫附的分子/原子
324‧‧‧脫附區域
400‧‧‧圖示
402‧‧‧轉換線
404‧‧‧離子能量E0
406‧‧‧離子能量E1
408‧‧‧離子能量E2
410‧‧‧
412‧‧‧
414‧‧‧
500‧‧‧方法
502‧‧‧方塊
504‧‧‧方塊
506‧‧‧方塊
508‧‧‧方塊
510‧‧‧方塊
512‧‧‧方塊
600‧‧‧方法
602‧‧‧方塊
604‧‧‧方塊
606‧‧‧方塊
608‧‧‧方塊
併入於此且構成本說明書之一部分的該等隨附圖式說明本發明之實施例，且連同以上提出之本發明的概括說明、及以下提出之實施方式共同用以說明本發明。此外，參考編號最左邊的數字(單或複數)代表該參考編號首次出現之圖號。
圖1依據至少一實施例，係為電漿處理系統之代表性實施例的圖示，其顯示電漿腔室的示意橫剖面圖，該電漿腔室可達成第一電漿與第二電漿間之轉換以處理基板。
圖2依據至少一實施例，係為電漿處理系統之橫剖面圖示，其顯示電漿腔室的示意橫剖面圖，該電漿腔室可達成第一電漿區域與第二電漿區域間之轉換以處理基板。
圖3依據至少一實施例，係為繪示考量到離子能量及黏滯係數之情況下的第一電漿與第二電漿間轉換之圖。
圖4係為第一電漿及相應之基板處理與第二電漿及相應之基板處理的代表性實施例之圖示。
圖5依據至少一實施例，係為用於產生第一電漿與第二電漿以處理基板的方法之流程圖。
圖6依據至少一實施例，係為用於產生第一電漿與第二電漿以處理基板的另一方法之流程圖。
以下「實施方式」參照隨附之圖以說明依據本揭露內容之例式性實施例。「實施方式」中提及之「一個實施例」、「一實施例」、「一例示性實施例」等，指示該描述之例示性實施例可包含特定特徵、結構、或特性，但並非每一例示性實施例皆必包含該特定特徵、結構、或特性。此外，此類用語未必代表相同的實施例。再者，當結合一實施例描述特定特徵、結構、或特性時，無論是否明確描述，結合其他例示性實施例實現此類特徵、結構、或特性，係落入熟悉該相關技術(單或複數)者之知識範圍內。
依據本說明書中所敘述之實施例，其中所使用之「基板」或「微電子基板」，一般意指所處理之對象。該微電子基板可包含裝置(尤其係半導體或其他電子裝置)的任何材料部分或結構，且可為，舉例而言，基座基板結構(如 半導體基板)、或者為位於基座基板結構之上或上覆於基座基板結構之層(如薄膜)。因此，此處並不將基板限定於任何特定的基座結構、下伏層或上覆層、圖案化或未圖案化，而是意指基板係包含任何此類層或基座基板，及任何層及/或基座基板之組合。以下說明可參照特定類型之基板，但僅以說明性為目的，而非限制。
本說明書中描述之例示性實施例係用於說明性目的，而非限制。在本揭露內容之範圍內，其他實施例係可能的，且可對例示性實施例進行修改。因此，本「實施方式」並非意指限制本揭露內容。而是，本揭露內容之範圍僅依據以下申請專利範圍及其均等物而界定。
以下例示性實施例之「實施方式」將相當充分地揭示本揭露內容的一般性質，使得他人藉由應用熟悉該相關技術(單或複數)者之知識，可輕易修改及/或調整以使其適用於此類例示性實施例之各種應用，而不需過度的實驗，亦不離開本揭露內容之範圍。因此，基於本說明書中所呈現之教示或指導，此類調整及修改將落於該例示性實施例之意義及其多個均等物之內。應了解，本說明書中之用語或術語係以說明為目的而非限制，如此一來，本說明書之用語或術語係由熟悉該相關技術(單或複數)者依據本說明書中之教示來解釋。
可藉由將電磁能量施加至電中性氣體以使電子自氣體分子釋放而完成電漿產生，而該氣體分子由於失去電子而帶正電荷(如：離子)。離子的特徵在於，電子總數不等於質子總數而導致帶正電的分子或原子。亦可自電中性氣體產生分子或原子自由基(如：具有至少一不成對之電子的分子或原子)。一般而言，該等自由基可帶有中性電荷、正電荷、或負電荷，且相對於該等離子可具有高化學反應性。隨時間經過，電磁能量及該氣體混合物內增加之電子碰撞可增加可用於處理放置於電漿腔室中之基板的氣體混合物內之離子化分子及自由基的密度。該等離子及自由基可透過沉積作用或鈍化作用而與基板交互作用 或處理基板，該情況改變基板表面或可在沉積作用或鈍化作用後移除一部分的基板。
可使用電漿處理系統來實施數種不同類型的電漿，其可用以將圖案蝕刻至基板中或移除一部分基板以生產電子裝置。隨著電子裝置的尺寸及複雜度增加，不損害基板上結構的高選擇性蝕刻製程之需求亦日益增加。得到較高選擇性的一方案可包含使用自身限制性層的蝕刻製程，其可在前驅物沉積步驟(如沉積、氧化、鈍化等)與前驅物層之移除間交替。在一特定實施例中，初始的表面處理可為吸附製程，在此吸附製程中原子或分子滲透或擴散進入基板表面中。該吸附製程可改變基板表面的一或更多單層，俾使單層(單或複數)在後續製程期間更容易自基板被移除或被蝕刻掉。一例示性的後續製程可包含脫附製程，其可用於移除單層(單或複數)卻不會損害下方基板。吸附與脫附的組合或在吸附與脫附之間的轉換可以受控制之方式或高選擇性之方式移除基板的單層(單或複數)。電漿處理系統可施行一或更多方法以在電漿腔室內於吸附與脫附製程間交替。
圖1描繪典型的電漿處理系統100，其用於使用可於電漿腔室102中所產生之電漿(未顯示)來處理基板。電漿處理系統100可改變某些製程條件以影響離子及/或自由基朝向基板流動的量。舉例而言，電漿腔室102內之電位差可影響離子化之分子，俾可引導離子化之分子(或原子、或自由基)朝向基板110。本技術領域中具有通常知識者可控制氣體混合物組成、壓力、功率、基板位置、或其組合以處理基板110。舉例而言，可藉由將電磁能量(如電源106)施加至製程氣體混合物來產生電漿，該製程氣體混合物可由氣體輸送系統104所提供並可由真空系統108來將其維持在期望之壓力。電漿處理技術領域中具有通常知識者將理解用於在電漿腔室102中產生電漿之元件及子系統且可以可達成本說明書中所揭露之實施例的任何配置方式來配置該等元件及子系統。
在一實施例中，電漿處理系統100可包含與電漿腔室102流體連通之氣體輸送系統104及真空系統108。氣體輸送系統104可包含質量流量控制器、逆止閥、及用以在電漿腔室102內控制氣體混合物之分配及濃度的此類裝置。質量流量控制器可控制將提供至電漿腔室102之氣體的量及類型。質量流量控制器在電漿處理領域中為眾所周知的。可使用真空系統108連同氣體輸送系統104以控制電漿腔室102之壓力。本技術領域中具有通常知識者可使用一或更多泵浦(未顯示)及控制系統(如N2壓載系統、蝶閥系統)(未顯示)以控制電漿腔室102內之壓力。可在電漿腔室102中使用之氣體的類型與量以及壓力將描述於此案的方法實施例中。
此實施例亦可包含一或更多電源106，其可用以供給氣體混合物能量以在期望之壓力下產生電漿。可經由傳遞由電源106所產生之電磁能量的電極或天線而將該能量轉移至氣體混合物。在一實施例中，電漿腔室102可包含源電極126，其用以調整電漿以在基板110上展現期望之特性。電源106之類型可包含射頻(RF,radio frequency)電源、微波電源、磁力源、或其組合。在其他實施例中，電漿腔室102可包含單一來源，例如源電極126。電源106亦可包含匹配系統(未顯示)，其可用以使轉移至氣體混合物之功率最大化。本技術領域中具有通常知識者可使用該匹配系統以匹配電漿腔室102之阻抗與電源106之阻抗。由電源(單或複數)106所提供之功率及頻率將描述於本說明書中所揭露之實施例中。
在一實施例中，如顯示於橫剖面圖112中，電漿腔室102可包含電源組件114，電源組件114可將電磁能量及氣體混合物(未顯示)傳輸至鄰近基板110的區域中。電源組件114可包含設置於氣體通道120周圍的源電極126及介電元件128。介電元件128可包含防止氣體混合物與源電極126實體接觸的石英板。然而，介電元件128仍可容許電磁能量傳輸至氣體混合物。在一實施例中，電磁能量可形成電極與介電元件128間的駐波。駐波可在氣體混合物內感應電流以產 生可用以處理基板110的電漿。電漿處理技術領域中具有通常知識者將可設計系統100及製程條件以使駐波能產生電漿。
在另一實施例中，源電極126可包含天線板，其可以使電流能在實質上平行於基板110的平面中於功率組件114周圍流動的方式來配置。可感應電流以使其沿低阻抗路徑(如金屬層)在RF電源(未顯示)與接地終端(未顯示)間流動，並在低阻抗路徑周圍產生磁場(未顯示)，磁場可用以在電漿處理區域中產生電漿或在電漿處理區域上方的區域中產生電漿並將電漿傳輸至電漿處理區域。在另一例示性實施例中，電漿處理系統亦可包含可與第一電源結合使用的第二電源。舉例而言，第二來源可施加偏壓至基板固持器124，並影響鄰近基板110之電漿的特性。在若干實施例中，可共同操作或單獨操作第二電源及源電極電源122以產生基板110可暴露之電漿。
可藉由使用控制器132來實施施加偏壓至基板固持器124及功率組件114，該控制器可協調可達成電漿腔室102內之電漿產生的製程排序。控制器132可使用電腦處理器134與記憶體136來執行可透過電通訊網路142而提供的電腦可讀取指令以控制電漿處理系統100的元件(如電源106、氣體輸送系統104等)。一或更多電腦處理器134可包含但不限於：中央處理單元(CPU,central processing unit)、數位信號處理器(DSP,digital signal processor)、精簡指令集電腦(RISC,reduced instruction set computer)、複雜指令集電腦(CISC,complex instruction set computer)、微處理器、微控制器、場可程式化閘極陣列(FPGA,field programmable gate array)、或其任何組合。記憶體136可包含一或更多電腦可讀取儲存媒體(CRSM,computer-readable storage media)。在若干實施例中，該一或更多記憶體可包含非暫態媒體，如隨機存取記憶體(RAM,random access memory)、快閃隨機RAM、固態媒體等。廣泛而言，控制器132可控制俾產生基板110可暴露之電漿或俾以在不同類型之電漿間轉換的製程事件之排序。
舉例而言，系統100可至少部分基於氣體混合物之濃度及源電極126與基板卡盤124間的能量分布而在電漿腔室內形成一或更多電漿區域。例如，較接近源電極126的離子濃度可能較高，以使電漿可具有與較接近基板卡盤124之情況不同的特性(例如：離子能量、離子濃度)。例如，較接近源電極126的電漿在具有更具能量之離子(更易自基板110移除表面層(單或複數))的情況下，可具有更多蝕刻或脫附性質。該離子能量可能取決於距源電極126之距離而耗散，而使該等離子(及自由基)更易鈍化基板110或被吸附至基板110中。所吸附之離子(及自由基)可穿過基板110內一段不連續的距離以產生吸附層(未顯示)，其可為當基板110位於較接近源電極126時可顯示相對較高之蝕刻選擇性的自身限制性蝕刻層。可在電漿腔室102內使用舉升元件138來移動基板110，舉升元件138可包含，但不限於：用以將基板110自源電極126移開或朝向源電極126移動、將基板110自基板卡盤124移開或朝基板卡盤124移動的任何機械式、氣動式、磁力式、及/或電氣式之方法。例如，舉升元件138可包含在電漿腔室中基板110可放置於該處的基板支撐體(未顯示)。基板支撐體可耦接至舉升元件138，其可以垂直方向移動基板110、或朝向源電極126移動、或將基板110自源電極126移開。
在其他實施例中，亦可連同基板110位置之改變而改變提供至電漿腔室102之氣體混合物，以在吸附與脫附之間轉換。依據基板110可能受到吸附或脫附處理，可將電漿化學物自一或更多不同位置導入電漿腔室102。例如，第二氣體注入點可被分配在腔室周圍的不同位置，且可依據基板110之位置、及/或需要吸附或脫附處理而注入氣體。在圖1實施例中，可將第二氣體注入點140定位於基板110或基板卡盤124附近。將第二氣體注入點140設置在相較於電源組件中之氣體通道120而更靠近基板處，可減少到達基板110所需的時間量，且可達成不同製程或電漿條件間的較快轉換。藉由改變基板110的位置連同自電漿腔 室102內之不同位置將不同化學物朝基板110注入，該轉換亦可更快發生，如繪示於圖2中的一代表性實施例中所示。
圖2繪示電漿處理系統100的一橫剖面實施例200，其在電漿腔室102內之兩不同位置間轉換基板110。伴隨著高精度蝕刻的一問題可包含吸附與脫附電漿條件間之轉換的時間量。在先前的實施中，高精度蝕刻可包含泵抽及吹淨電漿腔室102以在具吸附能力之化學物與具脫附能力之化學物間轉換。然而，由於所形成或所蝕刻的薄層所致，吹淨電漿腔室102的時間量遠高於吸附/脫附製程的時間。因此，對於高精度蝕刻製程，任何轉換時間的減少將為樂見的。舉例而言，可將處理腔室102及製程條件最佳化以產生單一電漿體積，在該電漿體積中存在吸附及脫附區域，以使電漿體積之不同區域可達成基板110上吸附層的形成及該吸附層的後續移除。處理腔室102或基板卡盤124可配置以在電漿體積之不同區域間移動基板110。
減少該轉換時間的一方案可為使用一組製程條件(如化學物、功率、壓力等)以及可使用單一電源(如源電極126)來執行吸附與脫附處理。例如，在一組製程條件下，離子能量可於處理腔室102內在源電極126與基板卡盤124間變化。可將製程條件最佳化以在第一電漿區域206內維持第一離子能量，及在第二電漿區域208內維持第二離子能量。例如，可調整第一電漿區域206內之離子能量以在第一電漿區域中使在基板110的吸附作用更易發生，且可使第二電漿區域208內之離子能量最佳化以使在第一電漿區域206中所形成的層脫附。圖2旨在顯示第一電漿區域206及第二電漿區域208的一實施例，以及可如何在該兩區域間移動基板110。舉升元件138可包含可用以在基板卡盤124與源電極126間移動基板110的任何舉升系統。舉升元件138可包含(但不限於)可改變基板110相對於基板卡盤124或源電極126之位置的氣動式、電氣式、或機械式裝置。在圖2實施例中，舉升元件138可達成基板110在第一電漿區域206與第二電漿區域208間的 移動、及自第二電漿區域208移回第一電漿區域206的移動。廣泛而言，電漿區域間之差異可受到製程條件或電漿特性之差異所影響，其可至少部分基於所施加之電磁能量(例如來自源電極126)、化學物(例如來自氣體注射口(單或複數)(未顯示))、及/或電漿腔室102內之壓力的分布，且作為基板110、源電極126、氣體注入口140、及/或真空埠口(單或複數)(未顯示)間距離之函數。例如，使用單一組製程條件(例如源功率、化學物、及/或壓力)的電漿腔室102內之變化可達成腔室內之不同電漿特性，以使較接近源電極126的離子能量更高，而鄰近基板卡盤124的離子能量更低。
在一實施例中，兩電漿區域間之轉換的特徵為離子能量之改變。例如，第一電漿區域206與第二電漿區域208間之差異可為至少0.5eV的差異，更具體而言，為0.5eV至100eV。然而，界定該等電漿區域之位置的另一方法可為透過經驗方法，其藉由量測距源電極126不同位置時基板110上的吸附率及脫附率。本技術領域中具有通常知識者可使用各種製程條件(例如功率、壓力、化學物等)來進行實驗，以決定更能產生對於高精度蝕刻而言之理想製程結果的電漿腔室102內之位置，以針對吸附製程或脫附製程使基板110距源電極126之距離最佳化。例如，可由吸附率及/或吸附層(未顯示)之性質來決定自源電極126至第一電漿區域206之上部分的第一區域距離210。在此實施例中，當基板110至少距離源電極126遠於第一區域距離210時，可達成吸附製程。在一實施例中，第一區域距離210可為至少100mm，更具體而言，為100mm與200mm間。同樣地，第二電漿區域208可位於距源電極126之第二區域距離212內。在一組實施例中，第二區域距離212可為距源電極126的100mm以內，更具體而言，為20mm與100mm間。然而，此等實施例並不暗指或需要下列情況：吸附製程均勻遍及第一電漿區域206、或脫附製程均勻遍及第二電漿區域208、或該等區域的各者係受侷限而僅存在於超過第一區域距離210處或少於第一區域距離210處。
在某些實施例中，基板110距源電極126之距離可在吸附區域及脫附區域間被強烈地區別，以使吸附製程及脫附製程可分享相同或相似的製程條件(例如功率、壓力、化學物等)。在此實例中，可藉由基板110距源電極126之距離來主導或高度影響基板110表面上吸附與脫附製程間的轉換。然而，在某些實例中，除了距源電極126之距離上的改變以外，亦可藉由在製程條件方面進行些微改變來達成該轉換。
在一特定實施例中，在吸附與脫附製程間，該等製程條件其中一或更多者可改變高達約5%。在另一實施例中，吸附製程及脫附製程可使用不同的製程條件(例如功率、壓力、化學物等)。在一特定實施例中，在吸附與脫附製程間，該等製程條件其中一或更多者可改變高達約20%，或可將附加氣體注入在基板110附近。可使基板110距源電極126之距離最佳化以限制對附加氣體(例如氣體口140)的暴露，以使氣體較不易到達基板的前側表面。該前側表面在源電極126的正對面。基板110位置變化與氣體注入口(未顯示)之定位的組合可達成較過去所使用之典型泵抽與吹淨技術更快的吸附與脫附間轉換。此等製程改變亦可結合功率與壓力之改變以使吸附或脫附製程最佳化。在圖2之敘述中所提及的上述製程條件將在圖3-6之敘述中詳加描述。
應注意，圖2僅針對說明電漿腔室102內電漿特性之局部差異的目的來繪示電漿區域。該等電漿區域的尺寸及位置並不意欲被限制為如圖2中所示的尺寸及比例。
圖3及4包含旨在描述高精度蝕刻製程的圖示，該高精度蝕刻製程結合吸附及脫附特性的組合以自基板110移除單層(單或複數)。在一實施例中，可藉由使用吸附製程在基板110表面上形成自身限制性層，隨後藉由使用脫附製程移除吸附層，來實施該高精度蝕刻製程。可至少部分基於吸附層與下方基板110間之相當高的蝕刻選擇性而將吸附層306視為是自身限制性的。在吸附製程 期間，可在基板110上形成薄層(例如單層(單或複數))，俾使用基板110之部分來形成該層。吸附電漿可包含可改變基板110暴露表面之組成以形成吸附層306的原子、離子、及/或分子。在化學吸附之理論下，原子、離子、及/或分子可鍵結或附著至該表面，俾當基板110之薄層(例如單層(單或複數))暴露於該脫附電漿時可消耗或改變該薄層以具有相對較高的蝕刻選擇性。在吸附層306形成後，吸附電漿可轉換為脫附電漿，如將描述於圖3及4之敘述中。脫附電漿可利用離子來轟擊吸附層306，該等離子選擇性地移除吸附層以使下方基板110裸露。該高精度蝕刻製程可在吸附及脫附製程間迭代直至已移除所期望之基板110的量為止。
圖3為處理基板110之第一電漿302(例如吸附)與處理基板110之第二電漿304(例如脫附)的代表性實施例300之圖示。電漿處理系統100可實施一或更多方法以在第一電漿302與第二電漿304間轉換，如雙箭頭308所指示。可使用第一電漿302以在基板110上形成吸附層306，而可使用第二電漿304以移除吸附層306而使下方基板110裸露。
如圖1之敘述中所指出，電漿處理系統100可將電磁能量施加至電漿腔室102內的氣體混合物以產生第一電漿302及/或第二電漿304。氣體混合物可包含反應物氣體、稀釋氣體、或其組合。反應物氣體較易產生離子與自由基，而稀釋氣體(單或複數)較易形成離子而較不易自由基(若會形成)。然而，當氣體混合物包含兩種類型的氣體時，可能會有來自不同氣體的離子與自由基的組合。電漿處理系統100可使製程條件最佳化以控制用以處理基板110的離子通量及/或自由基通量。除了繪示於圖4中的參數以外，離子通量對於決定使基板110暴露於吸附或脫附電漿而言係相當重要。以下將連同通量之簡略說明而簡要地敘述該等離子及自由基的形成。
在吸附實施例中，氣體混合物可包含反應物氣體、或反應物氣體(單或複數)及稀釋氣體(單或複數)的組合。反應物氣體可包含(但不限於)含氧氣體、含氮氣體、含氫氣體、含碳氣體、含鹵素氣體、或其任何組合。稀釋氣體(單或複數)(例如氬、氦等)可包含相對於電漿腔室102內之氣體或材料可為惰性的化學惰性物種。對於吸附實施例而言，氣體混合物可在100%(體積百分比)反應物氣體(單或複數)下至10%(體積百分比)之間變化。在一特定的實施例中，氣體混合物可包含介於80%(體積百分比)-100%(體積百分比)之間的反應物氣體(如Cl2)以及剩餘體積百分比之一或更多稀釋氣體。
在一吸附實施例中，第一電漿302可包含藉由將氣體混合物暴露於電磁能量所產生的吸附自由基310及吸附離子312。在氣體混合物之組合的實施例中，第一電漿302亦可包含脫附離子316。理想地，朝向基板110的自由基通量將主導離子通量並使吸附層306能在基板110上形成。在一實施例中，吸附層306可包含來自氣體混合物及基板110(如Si)之原子及/或分子的組成。形成吸附層306後，電漿處理系統100可轉換為第二電漿304以蝕刻吸附層306並使下方基板110裸露。
在脫附實施例中，第二電漿304可包含脫附離子316且可包含或可不包含脫附自由基314。例如，當氣體混合物僅包含稀釋氣體(單或複數)時，脫附自由基314可能不存在。然而，當在脫附製程期間電漿腔室102中存在反應物氣體時，自由基可能存在。相較於吸附製程，脫附離子通量可能高得多，因此，脫附效應可主導在基板110的任何吸附效應。
儘管兩種電漿皆可包含離子及/或自由基，然而其可用於不同的目的。例如，在吸附期間的離子能量可少於20eV，而在脫附期間的離子能量可大於20eV。再者，吸附離子通量可能較脫附離子通量更低。可在鄰近基板110的 電漿處理區域中使用靠近基板110中央且鄰近基板110表面的通量表面積(如吸附通量表面積318或脫附通量表面積320)量測離子通量值。
廣泛而言，當離子或自由基移動通過一通量表面積時，可將通量視為離子或自由基的流率，且通量具有每單位面積之物理特性的單位。離子通量(Γi)及自由基通量(Γr)可具有原子/cm2之單位且可代表通過吸附表面積318或脫附表面積320且可與基板110碰撞之離子或自由基的數量或濃度。取決於電漿與基板間的電位差、能量、電荷、製程壓力、製程溫度、或其任何組合，離子與自由基可被吸引至基板110。
在一吸附實施例中，製程氣體混合物可包含反應物氣體(如鹵素、氧)及稀釋氣體(如氬、氦、或其組合)。可藉由本技術領域中具有通常知識者所熟知的沉積或鈍化，使用吸附自由基310來形成吸附層306。理想地，Γr可高於Γi以使在基板110的吸附率高於脫附率。可利用量測Γr或Γi的任何已知技術以量測在基板110中央或附近且鄰近基板110表面(如<10mm)的自由基通量(Γr)及/或離子通量(Γi)。已知技術的實例包含但不限於吸附探針、朗繆爾探針(Langmuir probe)、髮夾探針、阻滯電場能量分析儀、光發射光譜、光量測定、質譜分析、或任何其組合。
可產生第一電漿302以使吸附離子312的離子能量最小化，俾相對於吸附自由基310之吸附作用而最小化基板110之蝕刻作用。簡言之，當在基板110之表面的吸附率大於脫附率時，可產生吸附層306。當吸附自由基310的能量小於氣體混合物成分與矽基板110的標稱鍵焓時，可形成吸附層306。在一特定的實施例中，基板110可包含塊材矽基板110，其可提供產生吸附層306的起始材料。第一電漿302可包含產生吸附自由基310的含鹵素氣體(如Clx、Fx)、或含氧氣體(如Ox)，該吸附自由基可透過已知的沉積、鈍化、或氧化技術而與矽表面反應。
在另一特定實施例中，基板110可包含圖案化結構(未顯示)，該圖案化結構可包含自基板110突伸或突伸至基板110中的側壁或溝槽。可調整吸附製程以選擇性地在溝槽內形成吸附層306，而使溝槽底部的吸附率可高於側壁上的吸附率。亦可使用第一電漿302來使吸附層306保形地形成在自基板110突伸或突伸至基板110中的結構上。在圖5及6的敘述中，將更詳加討論吸附方法。
在吸附製程後，電漿處理系統100可轉換為脫附製程。可使用脫附離子316來移除或蝕刻吸附層306以形成脫附區域324，脫附區域324係藉由自基板110移除已脫附的分子/原子322而形成。理想地，Γi可為較高以使在基板110的脫附率高於吸附率。可利用量測Γr或Γi的任何已知技術來量測在基板110中央或附近且鄰近基板110表面(如<10mm)的自由基通量(Γr)及/或離子通量(Γi)。
在脫附實施例中，第二電漿304可具有較高的Γi，以使在基板110的脫附率高於吸附率。獲得較高的Γi可包含改變製程條件，例如(但不限於)氣體混合物、電磁能量、壓力、或其組合。然而，對於吸附與脫附間之轉換不一定需要改變所有的製程條件。在圖5及6的敘述中，將更詳加討論脫附方法。
圖4為圖示400，其旨在就離子能量、自由基的黏滯係數( s )、蝕刻產率( Y )、及/或自由基對離子之通量比( RIR )的觀點說明吸附製程(如第一電漿302)與脫附製程(如第二電漿304)間之轉換，其中自由基對離子之通量比( RIR )係表示為自由基通量除以離子通量()。圖4旨在說明性之目的而非旨在提供單層蝕刻之參數的全方位模式。圖示400旨在說明可藉由控制與電漿產生相關的一或更多變數來達到吸附與脫附間的轉換，及說明電漿成分(自由基、離子等)的關係、及說明如何改變電漿成分以處理基板110而獲得單層(單或複數)蝕刻。
離子能量可代表電漿處理區域中之離子的能量或密度之量，且可使用本技術領域中具有通常知識者所熟知的已知技術來加以量測。比例可代表離子與自由基吸附至基板110或移除部分基板110的機率。較高的值可代表吸附 較容易發生而較低的值可代表脫附較容易發生。在若干實施例中，當 s 大(如吸附)時則 Y 可能相對地低，此代表電漿處理區域內的自由基通量可高於離子通量。因此，基板110的沉積或鈍化可發生以至少改變基板110之表面，使其在蝕刻選擇性方面與下方基板110不同。相較之下，在一實施例中，當 s 相對較低(如脫附)則 Y 可能相對地高，此代表。然而，在另一實施例中，在某些脫附製程期間 s 可為較高(如>0.5)，但因在脫附製程期間 Y 遠遠較高故可使吸附效應最小化。簡言之，脫附率可遠高於可在此實施例中發生的任何吸附(如低自由基通量)。
在圖4中，轉換線402代表電漿在吸附與脫附特性間轉換之處。在此實施例中，可將轉換描述為(但不限於)下列各項的函數：鄰近基板110表面之離子能量、自由基的黏滯係數( s )、蝕刻產率( Y )或每離子所移除的原子、及 RIR 。例如，在轉換線402左側，電漿較易表現出吸附特性俾在基板110表面發生沉積或鈍化。在轉換線402右側，電漿較易移除部分基板110。因此，離子能量為控制吸附與脫附間之轉換及製程區域之各者內的電漿效能的重要因素。然而，離子能量並非是主宰吸附電漿與脫附電漿間之轉換的唯一決定因素。
在一實施例中，可將電漿描述為彼此互相作用且與基板110互相作用之自由基與離子的組合，其可受到控制以在基板110表面上達到期望結果。例如，吸附製程的特徵可在於被添加或形成在表面上以增加表面相對於下方基板110之蝕刻選擇性之物。在吸附製程期間，自由基的表面覆蓋可能比帶能離子之原子移除作用更為重要。因此，在較高的值期間，較低的離子能量可能較為樂見，如圖4之轉換線402所建議。由於對於在較短的時間內獲得更大的表面覆蓋而言，較樂見較高的自由基通量(Γr)，故亦相對較高。因此，在吸附域內，可大於 RIR 。然而，在脫附製程期間，表面層的移除比表面覆蓋更優先。因此，具有更高離子能量而使帶能離子更易自基板110移除表面原子可為樂見的。當離子能量增加時，離子通量(Γi)、 RIR 、及 Y 可增加，代表較可能發生自基 板110移除一或更多單層。如圖4中所示，當大於 RIR 時，較易存在吸附域(如轉換線402左側)。類似地，當小於 RIR 時，較易存在脫附域(轉換線402之右側)。無論如何，在脫附期間的離子通量可高於吸附期間的離子通量。可以各種方式在兩域之間轉換。
圖4繪示關於離子及的數個可能的實施例，及如何能在吸附與脫附間轉換，而其中吸附與脫附間的製程裕度(margin)可能為大或小。例如，在離子能量E0 404的實施例中，離子能量可低至能得到較寬吸附製程裕度的程度，較寬的吸附製程裕度在自 410上至 414之較廣的變異內維持吸附域。當離子能量E1 406朝向離子能量E2 408增加時，製程裕度變得較窄，如此一來，至少部分取決於與 RIR ，脫附可能較易發生。例如，在 410處，當離子能量為E1 406且 RIR 可小於 410時，吸附域可主導。然而，若 RIR 增加至大於 410，則可能較易發生脫附且在離子能量E1 406時可位於脫附域中。然而，在其他實施例中，當製程更靠近轉換線402時，決定吸附與脫附之間的區別可能變得更困難或可能具有較低的吸附或脫附率。
儘管在離子能量E2 408處操作，但當約為 410時可能較難保證電漿嚴格地在吸附或脫附域中恆定操作，或接近轉換線402處吸附/脫附率可能較慢。由於在此條件下吸附/脫附的製程裕度差異係遠低於其他的可能條件，因此可能不樂見在此條件下操作(但仍可能)。在離子能量E1 406處與 412的實施例中可能存在類似的製程裕度問題。理想地，較佳的製程可比前述兩個實施例更進一步地遠離轉換線402。例如，在 412的實施例中，可藉由使離子能量E1 406朝向離子能量E0 404降低或藉由降低 RIR ，而增加吸附製程裕度。相較之下，可藉由使離子能量E1 406朝向離子能量E2 408增加或藉由增加離子通量，而增加脫附製程裕度。雖然離子能量及能對電漿是否可在吸附或脫附域內操作提供強烈的指示，但其並非為唯一決定性的且其可受其他變數(如 RIR )所影響。例如， 在電漿腔室102使用相同製程條件的情況下，脫附及吸附域可同時存在。在一實施例中，較接近源電極126的離子能量更高，且當將基板110移近源電極126時，電漿可展現脫附特性。然而，在遠離源電極126朝向基板卡盤124的情況下離子能量可能較低。因此，當將基板110自源電極126移開時，吸附特性可趨向主導在基板110之表面發生的改變。在其他實施例中，亦可結合基板110的移動而變化製程條件。例如，在吸附製程期間，當將反應物氣體導入電漿腔室102中時，基板110可位於接近基板卡盤124處。在吸附層306形成後，可使基板110暴露於較高的離子能量或離子密度以移除吸附層306。如上所提及，一方案為將基板110移近源電極126以移除吸附層306。然而，可藉由減少接近基板110之反應物氣體的量及/或經由源功率及/或壓力之改變而增加離子能量來加強脫附製程。此可包含將基板110移近源電極126並將附加氣體(單或複數)(例如非反應性氣體)注入基板110與源電極126間的空間中，以減少在基板110表面之吸附與脫附間的轉換時間。在另一實施例中，藉由將反應物氣體入口設置在靠近吸附製程的位置及真空出口以在後續脫附處理期間限制反應物氣體朝源電極126遷移的能力，可減少吸附與脫附間的轉換時間。
圖5及圖6繪示用於利用迭代製程來移除基板110之表面層方法，該迭代製程使用在吸附電漿(如第一電漿302)與脫附電漿(如第二電漿304)間交替的電漿處理系統100。電漿處理系統100可控制各種各樣的製程及電漿參數以在吸附與脫附條件間轉換。
在一方案中，可藉由相當高的壓力與源功率(例如施加至功率組件114的功率)之組合來達成吸附製程，其中該組合可自氣體混合物產生自由基並產生較高Γr，該高Γr造成基板110之較高的表面覆蓋(例如吸附層306)。此等製程條件亦可降低第一電漿302的電位以使離子能量或Γi最小化，以在吸附層306形成期間避免脫附。高壓力/功率的組合可維持低離子能量，但產生足夠的自由基以 使吸附製程壓制任何脫附效應。值得注意的是，所有高功率技術就離子能量控制而言可能並不相等。在功率組件114處使用微波功率而非RF功率係有利的。已觀察到，自微波源產生電子的效率係遠優於利用RF電源產生電子的效率。例如，自微波源或表面波源產生電子的效率在高頻下極佳，故針對微波實施例中由電漿中之粒子平衡(源及損失)所決定之平均電子能量係低於以低得多的頻率(如<300MHz)驅動之RF源的平均電子能量。微波實施例可使較高電流流至基板110，相較於施加相同或類似功率之RF源(如ICP、CCP技術)，微波實施例可在基板處得到較低的峰值至峰值電壓(Vpp,peak to peak voltage)。能夠接取極低的電子溫度(Te)與極低的Vpp並同時具有大離子流係為微波源的獨特特性，此能提供獨特的空間高精度蝕刻製程。以此方式，對於RF電源所施加的相同功率而言，微波源可達成較低的離子能量。因此，不同類型之電源(如微波或RF)間的類似功率輪廓可透過驅動頻率、離子能量、或其組合的差異而加以識別。
藉由利用鹵素原子/分子或利用氧原子/分子使表面飽和，吸附製程可在基板110上形成薄(例如單層)吸附層306。吸附層306相較於下方基板110可具有相對較高程度的蝕刻選擇性，如此一來吸附層306可具有高於基板110之蝕刻速率的較高蝕刻速率。因此，可使用脫附製程移除吸附層，同時使對下方基板110的損害最小化。脫附製程可包含轉換第一電漿302的離子能量、壓力、氣體混合物、或其組合，以使脫附離子316能蝕刻吸附層306。
在一方案中，可藉由將電磁能量施加至氣體混合物而產生第二電漿304或藉由將基板110移近電漿腔室102中具有較高離子能量之區域以達成脫附製程。藉由變化氣體混合物與壓力而調整基板110上的蝕刻速率或蝕刻輪廓，亦可使脫附製程最佳化。一般而言，相較於吸附製程，當脫附氣體混合物不包含反應物氣體時脫附製程可具有較高的Γi及低得多的Γr或近乎於零的Γr。由於吸附層306與基板110間的蝕刻選擇性所致，脫附製程可為自身限制性的。在移除 吸附層306後，可將基板110自第二電漿304移開，並可將第二電漿304(如脫附)轉換回第一電漿302(如吸附)，而第一電漿302較第二電漿304更遠離源電極126。可使吸附與脫附間的此轉換迭代直至已移除基板110之期望部分為止。轉向圖5，方法500繪示上述吸附/脫附製程的一實施例。
在方塊502，電漿處理腔室102可接收微電子基板110，其可包含具有可用以形成微電子裝置之圖案化特徵部或元素之任何類型的半導體基板。半導體基板110可包含(但不限於)任何單一元素的基板(如Si)、絕緣層覆矽基板、III-V基板、或磊晶矽基板。可將基板110置於基板固持器124上，基板110可置於基板固持器124與功率組件114之間。
在一實施例中，可將基板110置於電漿腔室102內的第一位置中。如圖2中所示，基板110可在源電極126的對面，且可設置於可使基板110之表面上吸附製程壓制脫附製程之處。當該製程開始實施時，吸附製程在第一電漿區域中可能容易主導，如圖2中所示。在一實施例中，基板110的第一位置可至少與源電極126在垂線或法線方向上距100mm。更具體而言，在一特定實施例中，基板110的第一位置可與源電極126距離100mm與200mm間。
在方塊504，在定位基板110後，氣體輸送系統104可將第一氣體混合物或化學組成物提供至電漿腔室102。氣體混合物可包含可用以在基板110上形成吸附層306的至少一反應物氣體、稀釋氣體(單或複數)、或其組合。反應物氣體(若用於第一氣體混合物中)可包含能與基板110或基板110上之膜反應的至少一化學元素。在一實施例中，反應物氣體可包含(但不限於)含鹵素氣體(如Clx、Fx)、或含氧氣體(如Ox)。在另一實施例中，氣體混合物亦可包含稀釋氣體(單或複數)與反應物氣體。稀釋氣體可包含(但不限於)氬、氦、氮、或任何其組合。在一特定的實施例中，氣體輸送系統104可提供氣體混合物，其包含10%(體積百分比)-100%(體積百分比)間的反應物氣體以及剩餘體積百分比的稀釋氣體 (單或複數)。在一特定的實施例中，吸附製程氣體混合物可包含80%-100%間的反應物氣體(單或複數)以及剩餘百分比之稀釋氣體(單或複數)。在另一實施例中，氣體混合物可包含100%的稀釋氣體(單或複數)，其中無任何反應物氣體存在。
當將第一氣體混合物導入電漿腔室102中時，可使用真空系統108來達到大於或等於1mTorr的製程壓力以促進初始吸附製程。控制器132可使氣體流及泵抽速度最佳化以在處理腔室102內獲得相當穩定的壓力。依據基板110的組成及吸附層306的期望吸附率，壓力範圍可上至500mTorr。又，可基於吸附與脫附製程間的轉換變化腔室壓力。然而，可依據在吸附製程期間期望的通量條件及離子能量來變化壓力。在一實施例中，亦可在吸附製程期間改變製程壓力以調整吸附層306在基板110上的表面覆蓋。例如，初始壓力可為至少1mTorr且可在吸附製程期間轉換為更高的壓力。
在方塊506，第一電源122可透過設置於處理腔室102中的功率組件114而將微波功率施加至第一氣體混合物。施加功率而產生的電漿可用於形成吸附層306，如圖3之敘述中所描述。考量到基板110的組成(例如Si)及反應物氣體(例如Clx、Fx、Ox)，形成吸附層306可包含任何分子或原子的組成，而使吸附層306與基板110間的蝕刻選擇性可發揮作用，以於後續脫附製程期間在對基板110有最小損害或改變的情況下移除吸附層306。
廣泛而言，微波功率之範圍可介於500W與10,000W間，且具有至少300MHz上至10GHz的驅動頻率。在一特定實施例中，針對500W與10,000W間的任何功率設定，驅動頻率可為約2.45GHz。理想地，所施加的微波功率及驅動頻率應能產生第一電漿302，而使第一電漿區域206內的離子能量可少於20eV且在鄰近基板110處或至少在第一電漿處理區域206內的自由基通量高於離子通量。在一特定實施例中，第一氣體電漿可具有小於或等於15V的電漿電位。
第一電漿302製程時間可取決於製程條件、基板110之組成、及吸附層306之組成而變化。吸附時間可在100ms與3000ms間改變。理想地，考慮到製程循環時間，少於1000ms之較短的吸附時間可能為理想的。然而，在大部分在40mTorr下或高於40mTorr的實施例中，閾值可包含少於500ms的製程時間。一旦吸附層306形成，吸附製程可轉換為脫附製程。亦可使功率及壓力的組合最佳化以自吸附製程(例如第一電漿302)至脫附製程(例如第二電漿304)增加離子能量。例如，相較於吸附製程期間，脫附製程可具有大於15eV的離子能量，且具有朝向基板110的較高離子通量。在更特定的脫附實施例中，離子能量的範圍可自20eV上至70eV，但可能應維持在一濺射閾值之下以避免基板110受到非期望元素的損害或污染。
在已形成吸附層306後，在相同的電漿腔室102內，吸附製程可轉換為脫附製程。如上所提及，可藉由轉變為可用以移除吸附層306之較高的離子通量而使該轉換發生。該轉換可包含(但不限於)功率、壓力、化學物、基板位置、或任何其組合之製程改變。然而，在圖5實施例中，敘述化學物及位置之改變的組合。然而，在其他實施例中，可結合功率及/或壓力之改變來進行化學物及位置之改變。
在方塊508，氣體輸送系統104可將第二氣體混合物或化學組成物提供至電漿腔室102。第二氣體混合物可包含稀釋氣體(單或複數)，其可用以產生可用以將吸附層306自基板110移除的第二電漿304或脫附電漿。稀釋氣體可包含(但不限於)氬、氦、氮、或任何其組合。
當將第二氣體混合物導入電漿腔室102中時，可使用真空系統108來達到大於或等於1mTorr的製程壓力以促進脫附製程。控制器132可使氣體流及泵抽速度最佳化以在處理腔室102內獲得相當穩定的壓力。依據基板110的組成及吸附層306的期望脫附率，壓力範圍可上至500mTorr。
在一特定實施例中，氣體混合物間的轉換可包含藉由改變進入的氣體流而以原位變化氣體混合物，俾即使不將氣體混合物自電漿腔室102完全吹淨，但氣體混合物濃度仍可自吸附製程條件轉換為脫附製程條件。例如，吸附製程條件可包含具有大於10%(體積百分比)之反應物氣體混合物濃度的氣體混合物。控制器132可改變來自氣體輸送系統104的氣體流以將脫附製程的反應物氣體混合物濃度降低至少於10%(體積百分比)。在若干實施例中，控制器132亦可變化吸附製程(如第一電漿302)與脫附製程(如第二電漿304)之間的腔室壓力及/或來自第一電源122之功率。例如，吸附製程可包含至少40mTorr的腔室壓力且控制器132可調整氣體流率或泵浦傳導以將腔室壓力改變為不同於吸附製程壓力的脫附製程壓力，兩者之間的差異至少為10%。
在另一實施例中，在吸附與脫附製程期間，氣體混合物可具有相同或類似的氣體混合物濃度(體積濃度)。例如，在吸附製程與脫附製程之間，反應物氣體(單或複數)及稀釋氣體(單或複數)可具有相同濃度，以使在兩製程步驟間氣體混合物的濃度可落在20%(體積百分比)內。當吸附與脫附製程之氣體混合物為相同或類似時，可增加源功率(如施加至功率組件114之功率)並減少壓力以在基板110表面於吸附與脫附間轉換。
在另一實施例中，第一電漿302與第二電漿304間的變化可為連續電漿，係由於在轉換至第二電漿304的期間可不熄滅第一電漿302。控制器132可變化氣體混合物、壓力、功率、或其組合，以在吸附與脫附間的轉換期間或脫附轉換至吸附的期間維持處理腔室102內的電漿狀態。然而，在其他實施例中，可熄滅第一電漿302(例如不施加功率至氣體混合物)且在導入脫附氣體混合物之前或將功率施加至脫附氣體混合物之前吹淨吸附氣體混合物。在一特定的情況中，吹淨時間可少於4s，如此一來吹淨時間可為自熄滅第一電漿302至將脫附氣 體混合物導入至電漿腔室102中所量測到的時間。然而，在某些實施例中，吹淨時間可為熄滅第一電漿302與啟動第二電漿304之間所量測到的時間。
在另一實施例中，吹淨時間可包含或不包含將電磁能量提供至氣體混合物之電源106內的暫態條件。暫態條件可包含當開啟或關閉電源106時的功率驟增、或當所施加之功率在不同設定點之間轉換但未被關閉時的功率驟增。電源106的任何暫態問題(如超過目標、未達目標、或穩定時間)可藉由電漿處理系統領域中具有通常知識者可運用的電路、濾波器、或軟體來加以管控。此領域中具有通常知識者可設計暫態控制能力以使暫態時間遠低於在吸附及/或脫附製程期間電源106的開啟與關閉時間。
在另一實施例中，可不將第二氣體混合物之用途用於自吸附電漿至脫附電漿的轉換。此實施例可使第一電漿內之不同離子能量或電漿電位發揮作用以形成及移除吸附層306。如上所提及，由於較接近源電極126之離子能量高於較接近基板卡盤124之離子能量所致，此製程為可允許的。以此方式，當基板110較接近基板卡盤124時可形成吸附層306，而之後當將基板110移近源電極126時將吸附層306移除。此實施例將描述於圖6之敘述中。
在方塊510，舉升元件138可使基板110自電漿腔室102內的第一位置(例如第一電漿區域206)移至第二位置(例如第二電漿區域208)。可以與在吸附/脫附轉換期間發生的其他製程改變一致的各種各樣方式來移動基板110。該等製程改變可包含(但不限於)氣體混合物、壓力、功率、或任何其組合。在一實施例中，自第一位置至第二位置的移動可發生於將第二氣體混合物導至電漿腔室102前、後、或其期間。例如，該移動可發生於將第二氣體混合物注入電漿腔室102後，以當基板110移近源電極126時限制反應物氣體對基板110之衝擊。較接近源電極126之較高的能階可能會使反應物化學物對基板110具有非期望的衝擊。在此實例中，延遲基板110的移動直至較低反應性的化學物(例如第二氣體混合物) 已被稀釋或吹淨達足以避免基板110暴露於高能量的反應物離子、原子、或分子的程度之後為止。另外，在第二氣體混合物的注入期間，可延遲基板110的移動直至任何壓力或功率之改變已達到平衡為止。然而，在其他實施例中，基板110的移動可發生於將第二氣體混合物導入電漿腔室102之前或其期間。
廣泛而言，第二位置可為腔室內可發生吸附與脫附間之轉換的任何地方，而該轉換至少部分基於離子能量、自由基的黏滯係數( s )、蝕刻產率( Y )、及/或自由基對離子之通量比( RIR )(係表示為自由基通量除以離子通量()、或任何其組合。一般而言，第二位置可位於距源電極126之表面100mm內，但此限制並非為絕對的，且取決於在何種條件下本領域中具通常知識者能達成跨越吸附與脫附條件間之轉換線402的移動。然而，在一特定實施例中，第二位置可距離源電極126表面介於20mm與100mm間，更具體而言，係介於30mm與70mm間。
在方塊512，當第一電漿302(例如吸附)轉換為第二電漿304(例如脫附)時，吸附層306可開始被移除，如圖3之敘述中所描述。可使用第二氣體混合物以形成第二電漿304，其可包含可被導向下方基板110的較高離子密度及通量。可移除吸附層306的部分直至下方基板110裸露。本領域中具通常知識者可選擇製程條件(例如功率、壓力等)以達成吸附層306與下方基板110間的選擇性。
圖6為用於產生吸附電漿(例如第一電漿302)以在基板110上形成吸附層306、及產生脫附電漿(例如第二電漿304)以將吸附層306自基板110移除的另一方法600之流程圖。在一實施例中，可在電漿腔室102內於相同時間產生吸附與脫附電漿。在某些製程條件下，電漿特性可在腔室內充分地變化以形成分離的區域，其可用於在不改變或少量改變製程條件的情況下以不同的方式來處理基板110。可使用舉升元件138而在兩區域間轉移基板110以達成吸附及脫附製程。如上所提及，在圖1之敘述中，可使用利用不同類型硬體之各種各樣的技術 而產生電漿，其中該硬體可使用或不使用相同的製程條件。廣泛而言，請求項之範圍可涵蓋可使用在本揭露內中可能未描述之硬體的實施例。例如，在方法600中所描述的電漿特性可涵蓋數種硬體及/或製程條件實施例。因此，可不將該等請求項之範圍限制於本說明書中所描述之硬體及/或製程條件實施例。
在方塊602，電漿處理腔室102可接收基板110，其可包括具有可用以形成微電子裝置的圖案化特徵部或元素之任何類型的半導體基板。半導體基板110可包含(但不限於)任何單一元素基板(例如Si)、絕緣層覆矽基板、III-V基板、或磊晶矽基板。可將基板110置於基板固持器124上，基板110可置於基板固持器124與功率組件114之間。
在一實施例中，可將基板110置於電漿腔室102內的第一位置中。如圖2中所示，基板110可在源電極126的對面，且可設置於可使基板110之表面上吸附製程壓制脫附製程之處。當該製程開始實施時，吸附製程在第一電漿區域中可能容易主導，如圖2中所示。在一實施例中，基板110的第一位置可至少與源電極126在垂線或法線方向上距100mm。更具體而言，在一特定實施例中，基板110的第一位置可與源電極126距離100mm與200mm間。
在方塊604，電漿腔室102可接收來自氣體輸送系統104的氣體，可將其注入相對於第一電漿區域206及第二電漿區域208的不同位置中。在一實施例中，該等氣體可包含可達成吸附及脫附製程的反應物氣體(例如Cl、Br、CFx、F、O、或其組合)及稀釋氣體(例如Ar或N2)。如上所提及，可使用包含反應物及稀釋氣體之組合的氣體混合物以形成吸附層306。例如，若在相當低的電漿電位(例如<15V)下使用較高的反應物氣體濃度，則較易形成吸附層306。達成此情況的一方法可為將反應物氣體注入在第一電漿區域204附近以增加較高之反應物氣體濃度的可能性以達成吸附。
在一實施例中，可在整個製程中以穩定狀態注入反應物氣體，且可藉由其他製程條件(例如電漿、壓力、基板位置等)而驅動第一電漿區域206與第二電漿區域208間的電漿差異。然而，實施吸附/脫附製程並不需要反應物氣體之穩定流動。在其他實例中，當將基板自第一電漿區域206移至第二電漿208時，可改變製程氣體之氣體流率。在一實施例中，可減少反應物氣體流率以降低電漿腔室102中反應物氣體之濃度。替代地，可增加稀釋氣體流以降低電漿腔室102中反應物氣體之濃度。可以相同或類似的方式在該等值之間變化氣體流，如圖5之敘述中所描述。
在方塊606，可藉由自表面波電漿源(例如電源106)將脈衝功率施加至電漿腔室102內之氣體而產生電漿。在此實例中，腔室內的電漿具有遍及電漿腔室102之電位或離子能量的固有差異。例如，在電漿腔室102之不同區域內，電位或離子能量可具有不同的大小。自源電極126傳送之功率可形成第一電漿區域206及第二電漿區域208，如此一來當將基板110放置於該等區域中時，製程結果將改變。如上所提及，第一電漿區域206可引起離子或分子吸附於基板110以形成吸附層306。相較之下，當將基板110放置於第二電漿區域208中時，第二區域208中的電漿可以對下方基板110具選擇性的方式使吸附層306脫附或移除吸附層306。如圖2中所顯示，在電漿腔室102內，第一電漿區域206及第二電漿區域208可彼此相對。因此，當經由舉升元件138移動基板110，至少部分基於當時基板110位於哪個區域上，製程條件可在吸附與脫附間轉換。在一實施例中，電漿功率製程條件可為相同或類似於圖5之敘述中所描述的電漿功率製程條件。
在方塊608，在吸附層306形成後，可自第一電漿區域206將基板110移至第二電漿區域208以開始實施將顯露基板110的脫附製程。在一實施例中，在該移動期間或移動之後的製程條件將與當將基板110放置於第一電漿區域206內時的製程條件相同或類似。在此實例中，電漿特性之改變可至少部分基於 電漿腔室102內的功率分布，以使靠近源電極126的電漿將具有較鄰近基板卡盤124或在第一電漿區域206內的電漿更高的電位或離子能量。然而，在其他實施例中，當基板110在電漿腔室102內移動時，製程條件可變化。
在另一實施例中，當基板110在第一電漿區域206與第二電漿區域208間移動時，脈衝功率之大小及/或頻率可變化。該脈衝功率可在圖1-5之敘述中所描述的功率範圍內變化。在另一實施例中，當基板110在第一電漿區域206與第二電漿區域208間移動時，電漿腔室102中之壓力可變化。該壓力可在圖1-5之敘述中所描述的壓力範圍內變化。在另一實施例中，當基板110在第一電漿區域206與第二電漿區域208間移動時，電漿腔室102中氣體混合物組成可變化。該氣體混合物組成可在圖1-5之敘述中所描述的氣體混合物組成範圍內變化。在另一實施例中，當基板110在第一電漿區域206與第二電漿區域208間移動時，製程條件(例如功率、壓力、氣體混合物組成)之組合可變化。該等製程條件可在圖1-5之敘述中所描述的製程條件範圍內變化。
在圖6實施例中，基板110可在吸附電漿(例如第一電漿302)與脫附電漿(例如第二電漿304)間交替一段時間，直至移除所期望之基板110的量為止。各吸附或脫附製程之迭代可結合針對各迭代的相同電漿條件，然而，各迭代可在本說明書中所揭露實施例的任一者中所描述之製程條件範圍內變化。
應瞭解，「實施方式」部分(非「發明摘要」部分)旨在用以解釋申請專利範圍。「發明摘要」部分可提出本揭露內容之一或更多例示性實施例，但非所有的例示性實施例，因此，即非意欲以任何方式限制本揭露內容及隨附之申請專利範圍。
儘管本揭露內容已藉由其一或更多實施例的敘述來說明，且儘管已詳細地闡述該等實施例，但該等實施例並非意欲限定或以任何方法將隨附之申請專利範圍限制於此類細節的範圍內。熟習該相關技術者當能輕易推知額外 的優點與修改。因此，廣義地，本發明並不限於所示及所述的特定細節、代表性設備、方法及說明性的範例。故在不脫離本發明之廣義發明概念範圍的情況下，可變更此類細節。

Claims (20)

  1. 一種用於處理基板的方法，包含下列步驟：將基板放置於電漿處理腔室內之第一位置中，該基板具有第一厚度的表面層；在該電漿處理腔室中接收第一化學組成物，該第一化學組成物至少包含第一成分及第二成分；將功率自表面波電漿源供應至該第一化學組成物以產生電漿，其對該表面層的頂部部分進行處理；在該電漿處理腔室中接收第二化學組成物，該第二化學組成物與該第一化學組成物不同；將該基板移至該電漿處理腔室內之第二位置；及使用該第二化學組成物將該表面層之經處理的該頂部部分移除，以使該表面層減少至小於該第一厚度的第二厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於處理基板的方法，其中該電漿包含小於或等於15V的電位。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於處理基板的方法，其中接收該第二化學組成物的該步驟包含減少該第一化學組成物其中至少一成分流入該電漿處理腔室中的流率。
  4. 如申請專利範圍第3項之用於處理基板的方法，其中將該至少一成分注入該電漿處理腔室中比起該第二位置而更靠近該第一位置處。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於處理基板的方法，其中該第一位置包含距該表面波電漿源之電極大於100mm的位置，而該第二位置距該電極介於20mm與100mm間。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於處理基板的方法，其中該第一化學組成物包含一或更多反應性元素，其包含Cl、Br、CFx、F、或O自由基。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於處理基板的方法，其中該第二化學組成物包含Ar、N2、及相較於在該第一化學組成物中濃度更低的該等反應性元素。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於處理基板的方法，其中在對該表面層的該頂部部分進行處理之該步驟期間，該電漿包含介於1eV至20eV間的離子能量。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於處理基板的方法，其中在將該表面層之經處理的該頂部部分移除之該步驟期間，該電漿包含介於10eV至100eV間的離子能量。
  10. 一種用於處理基板的方法，包含下列步驟：將基板放置於電漿處理腔室中，該基板具有欲蝕刻表面；接收氣體至該電漿處理腔室中；在該電漿處理腔室之第一區域中產生第一電漿，該第一電漿包含小於或等於15V且能夠於該欲蝕刻表面內形成吸附層的第一電位；在該電漿處理腔室之第二區域中產生第二電漿，該第二電漿包含大於該第一電位且能夠使該吸附層從該欲蝕刻表面脫附的第二電位；及使該基板在該電漿處理腔室內之該第一區域與該第二區域間移動以減少該欲蝕刻表面之厚度。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，更包含當該基板位於該第一區域中時，於該欲蝕刻表面內形成該吸附層。
  12. 如申請專利範圍第11項之用於處理基板的方法，更包含當該基板位於該第二區域中時，使該吸附層自該欲蝕刻表面脫附。
  13. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中使該基板移動的該步驟包含當使該基板在該第一區域與該第二區域間移動時，改變脈衝功率的大小。
  14. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中使該基板移動的該步驟包含當使該基板在該第一區域與該第二區域間移動時，改變該電漿處理腔室中的壓力。
  15. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中該氣體包含下列氣體其中兩或更多者的混合物：Cl、Br、CFx、F、O、Ar、或N2。
  16. 如申請專利範圍第15項之用於處理基板的方法，其中使該基板移動的該步驟包含當使該基板在該第一區域與該第二區域間移動時，改變該混合物的濃度。
  17. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中該第一區域在該第二區域對面。
  18. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中產生該第一電漿的該步驟包含將第一脈衝功率自表面波電漿源施加至該氣體。
  19. 如申請專利範圍第10項之用於處理基板的方法，其中產生該第二電漿的該步驟包含將第二脈衝功率自表面波電漿源施加至該氣體，該第二脈衝功率與該第一脈衝功率類似。
  20. 一種用於處理基板的方法，包含下列步驟：將基板放置於電漿處理腔室中；接收氣體至該電漿處理腔室中，其中該氣體包含下列氣體其中兩或更多者的混合物：Cl、Br、CFx、F、O、Ar、或N2；在該電漿處理腔室之第一區域中產生第一電漿，該第一電漿包含用於吸附處理的電漿電位，其小於或等於15V；在該電漿處理腔室之第二區域中產生第二電漿，該第二電漿包含用於沉積處理的電漿電位，其大於用於該吸附處理之該電漿電位；及使該基板在該電漿處理腔室內之該第一區域與該第二區域間移動，其中接收該氣體之該步驟包含在比起注入該Ar或N2處而更靠近該第一區域處將該Cl、Br、CFx、F、或O注入該電漿處理腔室。
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