TWI824241B - 工件托座及包括其的蝕刻系統 - Google Patents

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Abstract

揭示一種用於以均勻的方式蝕刻工件的工件托座與蝕刻 系統及方法。所述系統包括產生帶狀離子束的半導體處理系統及掃描工件通過帶狀離子束的工件托座。工件托座包括多個獨立控制的熱區，從而可分開地控制工件的不同區域的溫度。在某些實施例中，蝕刻速率均勻性可以是距工件中心的距離的函數，也稱為徑向不均勻性。此外，當掃描工件時，在平移方向上也可能存在蝕刻速率均勻性問題，稱為線性不均勻性。本發明的工件托座包括多個獨立控制的熱區，以補償徑向及線性蝕刻速率的不均勻性。

Description

工件托座及包括其的蝕刻系統
本揭露的實施例是關於用於改良蝕刻速率均勻性的工件托座及蝕刻系統及方法，並且更具體而言是關於用於改良掃描通過帶狀離子束的工件的蝕刻速率均勻性的系統及方法。
離子束可用於植入摻雜劑、蝕刻材料或使工件(例如矽基板)非晶化。可以使用半導體處理系統來創建這些離子束，所述半導體處理系統包括產生所欲物質的離子的離子源。在某些實施例中，這些離子由多個組件提取及操縱，所述多個組件選擇所欲物質並將離子引向工件。在其他實施例中，離子源位於工件附近，並且離子從離子源被吸引向工件。
在一些實施方式中，可能需要嚴格控制各種參數的均勻性。例如，在某些應用中，可能希望晶圓寬度(Width in Wafer，WiW)蝕刻速率在3-5%(3σ值)或更好的範圍內。但是，由於束電流在其整個寬度上的變化及其他現象，這可能很難實現。
例如，對於帶狀離子束而言，這些帶狀束在X方向上，特別是在帶狀束的端部處通常具有不均勻的束電流。
此外，已知許多物質的蝕刻速率取決於溫度。例如，用基於CF4的化學物質刻蝕氧化膜可顯示刻蝕速率與平台溫度有直接關係。用基於CH3F的化學物質刻蝕氮化膜可顯示刻蝕速率與平台溫度成反比關係。保持均勻的工件溫度可能會有問題，因為工件的外邊緣通常比工件的中央部分涼一些。另外，工件的邊緣與工件托座之間的界面可影響電漿體鞘、蝕刻劑濃度或其他參數。
因此，如果有一種使用掃描帶狀離子束實現所欲的蝕刻速率均勻性的系統及方法，將是有益的。此外，如果所述系統易於適應於不同的蝕刻物質，將是有益的。
揭示一種用於以均勻的方式蝕刻工件的系統及方法。所述系統包括產生帶狀離子束的半導體處理系統及掃描工件通過帶狀離子束的工件托座。工件托座包括多個獨立控制的熱區，從而可分開地控制工件的不同區域的溫度。在某些實施例中，蝕刻速率均勻性可以是距工件中心的距離的函數，也稱為徑向不均勻性。此外，當掃描工件時，在平移方向上也可能存在蝕刻速率均勻性問題，稱為線性不均勻性。本發明的工件托座包括多個獨立控制的熱區，以補償徑向蝕刻速率不均勻性及線性蝕刻速率不均勻性兩者。
根據一個實施例，揭示一種工件托座。所述工件托座包括：內部熱區；以及至少一個同心環，所述至少一個同心環圍繞所述內部熱區，其中所述至少一個同心環中的至少一個被劃分成多個外部熱區。在某些實施例中，可獨立控制所述內部熱區及所述多個外部熱區。在某些實施例中，加熱元件被嵌入所述內部熱區及每個外部熱區中。在一些實施例中，使用徑向輻條劃分所述至少一個同心環中的一個。在某些進一步實施例中，所述多個外部熱區是相同大小的。在一些實施例中，使用水平及豎直邊界劃分所述至少一個同心環中的一個。
根據另一個實施例，揭示一種蝕刻系統。所述蝕刻系統包括：半導體處理系統，以產生帶狀離子束；工件托座；及掃描馬達，以使所述工件托座移動通過所述帶狀離子束，其中所述工件托座包括多個熱區，以補償徑向蝕刻速率不均勻性及線性蝕刻速率不均勻性兩者。在某些實施例中，所述工件托座包括內部熱區；圍繞所述內部熱區的至少一個同心環，其中所述至少一個同心環中的至少一個被劃分成多個外部熱區。在某些實施例中，可獨立控制所述內部熱區及所述多個外部熱區。在某些實施例中，加熱元件被嵌入所述內部熱區及每個外部熱區中。在一些實施例中，使用徑向輻條劃分所述至少一個同心環中的一個。在某些進一步實施例中，所述多個外部熱區是相同大小的。在一些實施例中，使用水平及豎直邊界劃分所述至少一個同心環中的一個。在一些實施例中，所述工件托座包括中央熱區及設置在所述中央熱 區的相對側上的一或多個水平熱區。在某些實施例中，所述蝕刻系統包括熱控制器以及與所述熱控制器聯通的控制器，所述熱控制器包括與所述多個熱區聯通的多個電源，其中工件類型及蝕刻物質被輸入到所述控制器且所述熱控制器向所述多個熱區供應電力，以實現所欲的溫度輪廓。
根據另一個實施例，揭示一種蝕刻系統。所述蝕刻系統包括：半導體處理系統，以產生帶狀離子束；工件托座；及掃描馬達，以使所述工件托座移動通過所述帶狀離子束，其中所述工件托座包括多個熱區，以補償線性蝕刻速率不均勻性。在某些實施例中，所述工件托座包括中央熱區及設置在所述中央熱區的相對側上的一或多個豎直熱區。在一些實施例中，可獨立控制所述中央熱區及所述一或多個豎直熱區。在一些實施例中，加熱元件嵌入在所述中央熱區及所述一或多個豎直熱區中的每一個中。在某些實施例中，所述蝕刻系統包括熱控制器以及與所述熱控制器聯通的控制器，所述熱控制器包括與所述多個熱區聯通的多個電源，其中工件類型及蝕刻物質被輸入到所述控制器且所述熱控制器向所述多個熱區供應電力，以實現所欲的溫度輪廓。
1、2:半導體處理系統
10:工件
100:離子源腔室
101:腔室壁
102:第一介電壁
104:提取板
105:提取孔
106:離子束
110:RF天線
120:RF電源
130:進氣口
155、260、300、400、500、600、700:工件托座
160:掃描馬達
165:護罩
170:工件偏壓電源
171:豎直方向
180:控制器
181:處理單元
182:非暫時性儲存元件
183:指令
190:熱控制器
200:離子源
201:離子
210:提取光學器件
220:質量分析器
230:質量解析裝置
231:解析孔
240:掃描儀
250:視準校正器磁鐵
280、281、282:區域
301、302、303、304、305、401、402、403、404、405、406、 407、408、409、501、502、503、504、505、506、507、508、509、510、601、602、603、604、605、701、702、703、704:熱區
X、Y、Z:方向
參考附圖以更好地理解本揭露，在此藉由引用方式將附圖併入本文中，其中：圖1是根據一個實施例的半導體處理系統。
圖2是根據第二實施例的半導體處理系統。
圖3A-圖3E示出各種蝕刻物質及工件類型的蝕刻速率地圖。
圖4是多區加熱工件托座的第一實施例。
圖5A-圖5E示出圖4的工件托座對於各種蝕刻速率地圖的加熱模式。
圖6是多區加熱工件托座的第二實施例。
圖7是多區加熱工件托座的第三實施例。
圖8A-圖8E示出圖7的工件托座對於各種蝕刻速率地圖的加熱模式。
圖9是多區加熱工件托座的第四實施例。
圖10是多區加熱工件托座的第五實施例。
如上所述，在採用掃描通過帶狀離子束的工件的系統中，可使用本系統來改良蝕刻速率均勻性。
半導體處理系統1包括離子源，所述離子源包括由多個腔室壁101組成的離子源腔室100。在某些實施例中，這些腔室壁101中的一個或多個可由諸如石英的介電材料構造。RF天線110可設置在第一介電壁102的外表面上。RF天線110可由RF電源120供應電力。傳遞到RF天線110的能量在離子源腔室100內輻射，以使經由進氣口130引入的進料氣游離。
一個腔室壁(稱為提取板104)包括提取孔105，離子束 106可通過提取孔105離開離子源腔室100。離子束106在水平方向(也稱為X方向)上可比在高度方向上寬得多。具有這些特性的離子束可被稱為帶狀離子束。提取板104可由諸如鈦、鉭或其他金屬的導電材料構成。提取板104的寬度可超過300毫米。此外，提取孔105在X方向上可比工件10的直徑更寬。此提取板104可被偏壓在提取電壓下。在其他實施例中，提取板104可接地。
除了半導體處理系統1之外，還有工件托座155。工件托座155可被設置成靠近提取孔105。工件10可設置在工件托座155上。使用在豎直方向171上移動的掃描馬達160來掃描工件托座155。此方向也稱為Y方向。因此，工件托座155被組態成使得在離子束106及工件托座155之間存在相對豎直運動。
圍繞工件10的是護罩165，其也可稱為暈圈。護罩165圍繞工件10並且在其中心具有開口，所述開口對應於工件10的位置。護罩165可由諸如金屬的導電材料構成。護罩165可由鈦、矽、碳化矽或其他材料製成。護罩165可被認為是工件托座155的一部分。
可使用工件偏壓電源170來偏壓護罩165及工件托座155。在某些實施例中，來自工件偏壓電源170的輸出是脈衝DC電壓，其具有在5kHz及50kHz之間的頻率及100到5,000伏的振幅。
儘管以上揭示將來自工件偏壓電源170的輸出描述為脈衝DC電壓，但是應當理解，工件偏壓電源170可為恆定的，同時 使提取板104偏壓的提取電壓電源可提供脈衝直流輸出。
當被脈衝化時，施加到工件托座155及護罩165的電壓比施加到提取板104的電壓更負。換句話說，如果提取板104接地，則工件偏壓電源170產生負脈衝。在這些負脈衝期間，正離子從離子源腔室100的內部被吸引到工件10。如果提取板104被正偏壓，則工件偏壓電源170產生較小的正脈衝或負脈衝，使得在這些脈衝期間正離子從離子源腔室100的內部被吸引到工件10。
熱控制器190也可與工件托座155聯通。熱控制器可包括多個電源，所述多個電源向工件托座155中的多個熱區中的每一個供應電壓或電流，如下文更詳細地描述的。
控制器180可與工件偏壓電源170、工件托座155、熱控制器190及其他部件聯通。控制器180可包括處理單元181，例如微控制器、個人電腦、專用控制器或其他合適的處理單元。控制器180還可包括非暫時性儲存元件182，諸如半導體記憶體、磁性記憶體或其他合適的記憶體。此非暫時性儲存元件182可包含指令183及允許控制器180執行本文描述的功能的其他數據。控制器180能夠分別經由掃描馬達160及熱控制器190來控制工件托座155的運動及控制工件托座155的溫度。
當然，也可採用其他組態。例如，圖2示出了不同類型的半導體處理系統2，所述半導體處理系統2包括離子源200，所述離子源200包括多個腔室壁，所述多個腔室壁界定在其中產生 電漿的離子源腔室。在某些實施例中，離子源200可為RF離子源。在此實施例中，可將RF天線抵靠介電窗設置。此介電窗可包括腔室壁中的一個的一部分或全部。RF天線可包括導電材料，例如銅。RF電源與RF天線電聯通。RF電源可將RF電壓提供給RF天線。RF電源供應的電力可在0.1與10kW之間，並且可為任何合適的頻率，例如在1與100MHz之間。此外，可對由RF電源供應的電力進行脈衝化。
在另一個實施例中，陰極設置在離子源腔室內。燈絲設置於陰極後方並通電以發射電子。這些電子被吸引到陰極，陰極反過來將電子發射到離子源腔室中。此陰極可被稱為間接加熱陰極(indirectly heated cathode，IHC)，因為陰極被從燈絲發射的電子間接加熱。
其他實施例也是可能的。例如，電漿可以不同的方式生成，例如藉由伯納斯(Bernas)離子源；電容耦合電漿(capacitively coupled plasma，CCP)源、微波或ECR(電子迴旋共振)離子源生成。產生電漿的方式不受本揭露的限制。
一個腔室壁(稱為提取板)包括提取孔。提取孔可為開口，通過此開口提取在離子源腔室中產生的離子201並將其引導通過質量分析器並朝向工件10。提取孔可為任何合適的形狀。在某些實施例中，提取孔可為橢圓形或矩形形狀，具有一個稱為寬度的尺寸(x尺寸)，此尺寸可比稱為高度的第二尺寸(y尺寸)大得多。
設置在離子源200的提取孔的外部並緊鄰離子源200的提取孔的是提取光學器件210。在某些實施例中，提取光學器件210包括一或多個電極。每個電極可為具有設置在其中的孔的單個導電組件。替代地，每個電極可包括兩個導電組件，所述兩個導電組件間隔開以便在兩個組件之間形成孔。電極可為金屬，例如鎢、鉬或鈦。電極中的一或多個可電接地。在某些實施例中，可使用電極電源偏壓電極中的一或多個。電極電源可用於使電極中的一或多個相對於離子源偏壓，以便通過提取孔吸引離子。提取孔與提取光學器件中的孔對準，使得離子201穿過兩個孔。
質量分析器220位於提取光學器件210的下游。質量分析器220使用磁場以引導提取離子201的路徑。磁場根據離子的質量及電荷影響離子的飛行路徑。具有解析孔231的質量解析裝置230設置在質量分析器220的輸出端或遠端。藉由適當選擇磁場，只有具有選定質量及電荷的那些離子201才會被引導通過解析孔231。其他離子將撞擊質量解析裝置230或質量分析器220的壁，並且不會在系統中進一步行進。
在某些實施例中，穿過質量分析器220的離子可形成點束。
然後，點束可進入掃描儀240，掃描儀240設置在質量解析裝置230的下游。掃描儀240使點束成扇形散開成多個發散的子束。掃描儀240可為靜電的或磁性的。
在其他實施例中，穿過質量分析器220的離子可形成帶 狀離子束，其中寬束在整個半導體處理系統中遷移。例如，可從離子源200提取帶狀束。在此實施例中，不需要掃描儀240。
在某些實施例中，視準校正器磁鐵250然後將這些發散的子束轉換成引導向工件10的多個平行的子束。
來自此半導體處理系統的輸出是被引導向工件10的帶狀離子束。
工件10設置在可移動工件托座260上，此可移動工件托座260設置在視準校正器磁鐵250的下游。使用掃描馬達160掃描可移動工件托座260，掃描馬達160在垂直於帶狀離子束的較長尺寸的方向上移動。
在某些實施例中，離子束的方向被稱為Z方向，垂直於此方向且水平的方向可被稱為X方向，而垂直於Z方向且豎直的方向可被稱為Y方向。在此實例中，假設帶狀離子束的較寬尺寸是X方向，而可移動工件托座260在Y方向上藉由掃描馬達160而平移。
熱控制器190也可與可移動工件托座260聯通。熱控制器190可包括多個電源，所述多個電源向可移動工件托座260中的多個熱區中的每一個提供電壓或電流，如下文更詳細地描述的。
諸如上述的控制器180可用於控制系統。控制器180的實際實施不受本揭露的限制。
控制器180可與可移動工件托座260、熱控制器190及其他組件聯通，如下文更詳細地描述的。
因此，存在可利用本文描述的可移動工件托座的各種半導體處理系統。
如上所述，可存在兩種類型的蝕刻速率不均勻性。第一種，稱為徑向不均勻性，是工件邊緣處的不連續性的結果。這些不連續性可為化學的、熱的或電的。舉例來說，如關於圖1所描述，在工件10周圍可存在護罩。如果用於構造護罩的材料比工件更耐化學蝕刻，則在此界面處可能會存在過剩的可用蝕刻物質，從而導致工件外邊緣的蝕刻較快。相反地，如果用於構造護罩的材料比工件更不耐化學蝕刻，則護罩可充當溝槽，並且在此界面處存在的可用蝕刻物質可能不足，從而導致工件外邊緣的蝕刻較慢。如果護罩的介電常數與工件不同，則在工件邊緣處的電場可能會變形。當提取偏壓被脈衝化時，這種變形可從工件10的邊緣吸引或排斥離子。另外，如果護罩比工件冷，則護罩可以較快的速率從聚合氣體化學物質中收集沉積物，這也可能影響工件邊緣處的蝕刻速率。
第二種不均勻性稱為線性不均勻性。如上所述，工件10在Y方向上進行掃描通過帶狀離子束。通常，帶狀離子束在X方向上的束電流輪廓不是恆定的。而是，通常在帶狀離子束的端部附近的電流輪廓可小於或大於在帶狀離子束的中心附近的電流輪廓。
圖3A-圖3E示出蝕刻物質及工件類型的五個不同組合的蝕刻速率地圖。藉由在蝕刻操作之前在多個位置處測量工件的厚 度並在蝕刻操作之後測量那些相同位置處的厚度來創建這些蝕刻速率地圖。區域280的蝕刻程度大於其他區域。區域282的蝕刻程度小於其他區域。區域281是蝕刻速率位於這兩個極端之間的那些區域。
注意，這些蝕刻速率地圖中的每一個都顯示徑向不均勻性、線性不均勻性或兩種類型的不均勻性的疊加。具體而言，圖3A及圖3C主要顯示線性不均勻性。圖3B及圖3D主要顯示徑向不均勻性。圖3E顯示兩種類型的不均勻性。具體而言，在圖3E中，存在導致工件的外邊緣比中心被蝕刻得多的徑向不均勻性。另外，存在導致帶狀離子束的端部比離子束的中心蝕刻得少的線性不均勻性。當這兩種不均勻性結合時，僅工件的頂部及底部邊緣比工件的其餘部分被蝕刻得更多。
圖4顯示根據一個實施例的可用於補償徑向不均勻性及/或線性不均勻性的工件托座300的前視圖。工件托座300包括多個獨立控制的熱區。熱區定義為獨立控制並維持在選定溫度下的工件托座的區域。
在圖3A-圖3E中，定義了五個熱區。內部熱區301是圓形區域，其中心對應於工件的中心。內部熱區301的半徑小於工件的半徑。同心環在徑向方向上延伸超過內部熱區301。此同心環可劃分為兩個或更多個熱區。例如，圖4顯示被劃分為四個外部熱區302-305的同心環。在某些實施例中，外部熱區中的每一個的尺寸均相等。例如，在圖4中的外部熱區之間的邊界在45°、 135°、225°及315°處。然而，其他尺寸也是可能的。例如，兩個外部熱區302、304可大於或小於其他兩個外部熱區303、305。例如，如果兩個外部熱區302、304要大於其他兩個外部熱區，則外部熱區之間的邊界可在60°、120°、240°及300°處。類似地，如果兩個外部熱區302、304要小於其他兩個外部熱區，則外部熱區之間的邊界可在30°、150°、210°及330°處。
在某些實施例中，這些外部熱區302-305中的每一個可被獨立地控制。在其他實施例中，可共同控制兩個或更多個外部熱區。例如，可共同地控制與帶狀離子束的端部撞擊工件的位置相對應的兩個外部熱區302、304。類似地，可共同控制其他兩個外部熱區303、305。
這些熱區可以多種方式實施。在一個實施例中，一或多個加熱元件被嵌入每個熱區中。特定熱區中的所有加熱元件可被共同控制。例如，一個熱區中的所有加熱元件可由熱控制器190提供相同的電流或電壓。在操作中，由熱控制器190提供的電力通過電線被供應到加熱元件，其將電能轉換成熱。溫度感測器可設置在每個熱區中，以測量實際溫度並向熱控制器190提供反饋。以這種方式，每個熱區可維持在其所欲的溫度下。
因此，在一個實施例中，控制器180接收關於正在使用的蝕刻物質以及工件類型的資訊。可經由諸如鍵盤或觸控螢幕之類的輸入裝置來輸入此資訊。基於此資訊，控制器180向熱控制器190指示工件托座300中的每個熱區的所欲溫度。然後，熱控 制器190將電力提供給每個熱區，以實現所欲的溫度輪廓。
例如，圖5A-圖5E分別顯示圖3A-圖3E的蝕刻速率地圖，以及每一個的對應溫度輪廓。注意，在圖5A及圖5C中，沿著左邊緣及右邊緣的蝕刻速率小於工件上的其他位置的蝕刻速率。因此，在這種情況下，外部熱區302、304的溫度被設置成與其他熱區不同。對於許多工件及蝕刻物質而言，蝕刻速率與溫度成正比。因此，為了增加沿著工件的左邊緣及右邊緣的蝕刻速率，將外部熱區302、304的溫度設置為比其他熱區更高。當然，對於一些蝕刻化學物質來說，蝕刻速率可能與溫度成反比關係。在這種情況下，為了增加沿著工件的左邊緣及右邊緣的蝕刻速率，將外部熱區302、304的溫度設置為比其他熱區低。
圖5B及圖5D顯示徑向不均勻性，其中外邊緣的蝕刻速率低於工件的其餘部分。在這些情況下，所有外部熱區302-305的溫度都維持為與內部熱區301不同。如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區302-305的溫度設置為高於內部熱區301。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區302-305的溫度設置為低於內部熱區301。
圖5E顯示一個實例，其中工件的頂部邊緣及底部邊緣的蝕刻速率比工件的其餘部分更高。因此，如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區303、305的溫度設置為比其餘熱區更低。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區303、305的溫度設置為比其餘熱區更高。
因此，圖4的工件托座300可用來補償徑向不均勻性及線性不均勻性兩者。
當然，可採用其他設計。圖6顯示另一個工件托座400，其包括內部熱區401、四個外部熱區402-405及四個中間熱區406-409。此設計可允許提高精細度，尤其是相對於徑向不均勻性而言。在替代實施例中，四個中間熱區406-409被單個中間區置換。
換句話說，工件托座可包括內部熱區及圍繞內部熱區的一或多個同心環，其中那些同心環中的一或多個被分成多個熱區。同心環的數量不受本揭露的限制，並且可為大於或等於一的任何數量。類似地，同心環被劃分成的多個熱區不受本揭露的限制，並且可為大於一的任何數量。此外，特定同心環中的熱區的數量可與不同同心環中的熱區的數量相同或不同。如上所述，此組態對於補償徑向不均勻性及線性不均勻性兩者都是有效的。
圖7顯示可用於補償徑向不均勻性及線性不均勻性兩者的另一種設計。類似圖4及圖6，此工件托座500包括內部熱區及一或多個同心環，其中那些同心環中的至少一個被劃分為多個熱區。在那些實施例中，同心環中的熱區的邊界是使用徑向輻條創建。在此實施例中，外部同心環中的熱區的邊界是使用水平段片及豎直段片創建。因此，在此實施例中，存在內部熱區及圍繞內部熱區的至少一個同心環，其中同心環中的至少一個使用豎直及水平邊界來劃分。水平邊界及豎直邊界是指彼此垂直的邊界，這 些邊界在相交點處接觸環內邊界並與之相切。此外，這些邊界垂直於穿過相交點的半徑。在圖7的工件托座500中，存在內部熱區501、第一中間同心環熱區502及被劃分為八個外部熱區503-510的外部同心環。當然，外部同心環中的熱區之間的邊界可能不是豎直及水平的。此例示說明顯示一種可能的實施方式。圖7的工件托座500可用來補償徑向不均勻性及線性不均勻性兩者。圖8A-圖8E顯示圖3A-圖3E中呈現的五個蝕刻速率地圖與工件托座500的相應熱輪廓。
與先前的設計相比，此設計提供了更高的精細度。在圖8A中，如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區503、507的溫度設置為比其餘熱區更高。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區503、507的溫度設置為比其餘熱區更低。
在8B中，如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區503-510的溫度設置為比其餘熱區更高，同時將第一中間同心環熱區502的溫度設置為比內部熱區501更高。。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區503-510的溫度設置為比其餘熱區更低，同時將第一中間同心環熱區502的溫度設置為比內部熱區501更低。
圖8D的圖案類似於圖8B的圖案，然而，第一中間同心環熱區502可維持在與內部熱區501相同的溫度下。
在圖8C中，如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區503、504、506-508、510的溫度設置為比其餘熱區更高，同時將 外部熱區505、509的溫度設置為比內部熱區501更高。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區503、504、506-508、510的溫度設置為比其餘熱區更低，同時將外部熱區505、509的溫度設置為比內部熱區501更低。
在圖8E中，如果蝕刻速率與溫度成正比，則將外部熱區505、509的溫度設置為比其餘熱區更低。如果蝕刻速率與溫度成反比，則將外部熱區505、509的溫度設置為比其餘熱區更高，同時將外部熱區505、509的溫度設置為比內部熱區501更低。
儘管上述工件托座被設計成調和徑向不均勻性及線性不均勻性兩者，但是可利用其他工件托座來僅校正一種類型的不均勻性。例如，圖9顯示可用於校正線性不均勻性的工件托座600。在此實施例中，工件托座600具有中央熱區601、以及一或多個豎直熱區，其設置在中央熱區601的相對側上。在此實施例中，在中央熱區601的任一側上有兩個豎直熱區。當然，可有更多或更少的豎直熱區。最外側的豎直熱區602、605位於帶狀離子束的端部附近。中間豎直熱區603、604位於中央熱區601與最外側豎直熱區之間。
此工件托座600可用於補償圖3A及圖3C中所示的蝕刻速率地圖。此外，如果將工件托座600旋轉四分之一圈，則可將其用於補償圖3E所示的蝕刻速率地圖。在這種情況下，工件托座包括中央熱區及設置在中央熱區的相對側上的一或多個水平熱區。因此，圖9顯示具有可在掃描系統中使用以補償帶狀離子束 的線性不均勻性的熱區的工件托座的一個實例。
圖10顯示可用於補償徑向不均勻性的工件托座700。此工件托座700與圖4中所示的相似，然而，同心環沒有被劃分成多個熱區。換句話說，存在內部熱區701及多個同心環熱區。每個同心環702-704代表同心環熱區。此工件托座700可用於補償圖3B及圖3D中所示的蝕刻速率地圖。
熱控制器190可以多種方式實施。在一個實施例中，工件托座中的每個熱區具有對應的專用電源。在其他實施例中，某些熱區可總是被設置為相同的溫度。在這些實施例中，可使用單個電源來向多於一個的熱區供應電力。
在另一實施例中，熱控制器190可具有用於每個電力等級的一個電源。這些電源的輸出用作多個開關或多工器的輸入，其中每個開關用於選擇將哪個輸出應用於每個熱區。
本申請上文描述的實施例可具有許多優點。如上所述，某些製程對整個工件的蝕刻速率採用非常嚴格的公差，例如3σ值等於或小於3%。藉由控制工件的各個區域的溫度，可改變與每個區域相關的蝕刻速率，從而在整個工件上獲得更均勻的結果。例如，在一個實驗中，如圖3A所示，使用一致的平台溫度，蝕刻不均勻性表現出6%的3σ值。藉由利用圖5A所示的多區平台溫度控制，可減小蝕刻不均勻性，實現3%或更小的3σ值。換句話說，與一致的平台溫度相比，多區平台溫度控制可將蝕刻不均勻性的3σ值降低2倍或更多倍。
本揭露的範圍不受本文描述的具體實施方案的限制。實際上，通過閱讀以上說明及附圖，對所屬領域中的普通技術人員來說，除本文中所述實施例及潤飾以外的本揭露的其他各種實施例及對本揭露的各種潤飾也將顯而易見。因此，這些其他實施例及潤飾旨在落於本揭露的範圍內。此外，儘管本文中已針對特定目的而在特定環境中在特定實施方案的上下文中闡述了本揭露，然而所屬領域中的普通技術人員將認識到，實用性並非僅限於此，且可針對任何數目個目的在任何數目種環境中有益地實施本公開。因此，應考慮到本文中所闡述的本揭露的全部範圍及精神來看待所提出的申請專利範圍。
500:工件托座
501、502、503、504、505、506、507、508、509、510:熱區

Claims (20)

  1. 一種工件托座，包括：內部熱區；及至少一個同心環，圍繞所述內部熱區，其中所述至少一個同心環中的至少一個被劃分成多個外部熱區，其中所述多個外部熱區中的至少一個外部熱區的溫度被維持在與所述內部熱區的溫度不同的選定溫度下，其中所述工件托座適於被設置成位於離子源外部以及靠近半導體處理系統的所述離子源的提取孔，且帶狀離子束適於通過所述離子源的所述提取孔被提取並撞擊設置在所述工件托座上的工件。
  2. 如請求項1所述的工件托座，其中所述內部熱區及所述多個外部熱區可獨立控制。
  3. 如請求項1所述的工件托座，其中加熱元件被嵌入所述內部熱區及每個外部熱區中。
  4. 如請求項1所述的工件托座，其中使用徑向輻條劃分所述至少一個同心環中的所述至少一個。
  5. 如請求項4所述的工件托座，其中所述多個外部熱區是相同大小的。
  6. 如請求項1所述的工件托座，其中使用水平及豎直邊界劃分所述至少一個同心環中的所述至少一個。
  7. 一種蝕刻系統，包括：半導體處理系統包括離子源以產生帶狀離子束，其中帶狀離子束通過所述離子源的提取孔被提取； 工件托座；及掃描馬達以使所述工件托座移動通過所述帶狀離子束，其中所述工件托座包括多個熱區，所述多個熱區中的至少一個熱區的溫度保持在與所述多個熱區中的其餘熱區的溫度不同的選定溫度下，以補償徑向蝕刻速率不均勻性及線性蝕刻速率不均勻性兩者，其中所述工件托座被設置成位於所述離子源外部以及靠近所述離子源的所述提取孔，所述帶狀離子束適於撞擊設置在所述工件托座上的工件。
  8. 如請求項7所述的蝕刻系統，其中所述工件托座包括內部熱區；以及至少一個同心環，圍繞所述內部熱區，其中所述至少一個同心環中的至少一個被劃分成多個外部熱區。
  9. 如請求項8所述的蝕刻系統，其中所述內部熱區及所述多個外部熱區可獨立控制。
  10. 如請求項8所述的蝕刻系統，其中加熱元件被嵌入所述內部熱區及每個外部熱區中。
  11. 如請求項8所述的蝕刻系統，其中使用徑向輻條劃分所述至少一個同心環中的所述至少一個。
  12. 如請求項11所述的蝕刻系統，其中所述多個外部熱區是相同大小的。
  13. 如請求項8所述的蝕刻系統，其中使用水平及豎直邊界劃分所述至少一個同心環中的所述至少一個。
  14. 如請求項7所述的蝕刻系統，其中所述工件托座包括 中央熱區及設置在所述中央熱區的相對側上的一或多個水平熱區。
  15. 如請求項7所述的蝕刻系統，更包括熱控制器以及與所述熱控制器聯通的控制器，所述熱控制器包括與所述多個熱區聯通的多個電源，其中工件類型及蝕刻物質被輸入到所述控制器且所述熱控制器向所述多個熱區供應電力，以實現所欲的溫度輪廓。
  16. 一種蝕刻系統，包括：半導體處理系統包括離子源以產生帶狀離子束，其中帶狀離子束通過所述離子源的提取孔被提取；工件托座；及掃描馬達以使所述工件托座移動通過所述帶狀離子束，其中所述工件托座包括多個熱區，所述多個熱區中的至少一個熱區的溫度保持在與所述多個熱區中的其餘熱區的溫度不同的選定溫度下，以補償線性蝕刻速率不均勻性，其中所述工件托座被設置成位於所述離子源外部以及靠近所述離子源的所述提取孔，所述帶狀離子束適於撞擊設置在所述工件托座上的工件。
  17. 如請求項16所述的蝕刻系統，其中所述工件托座包括中央熱區及設置在所述中央熱區的相對側上的一或多個豎直熱區。
  18. 如請求項17所述的蝕刻系統，其中所述中央熱區及所述一或多個豎直熱區可獨立控制。
  19. 如請求項17所述的蝕刻系統，其中加熱元件嵌入在 所述中央熱區及所述一或多個豎直熱區中的每一個中。
  20. 如請求項16所述的蝕刻系統，更包括熱控制器以及與所述熱控制器聯通的控制器，所述熱控制器包括與所述多個熱區聯通的多個電源，其中工件類型及蝕刻物質被輸入到所述控制器且所述熱控制器向所述多個熱區供應電力，以實現所欲的溫度輪廓。
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