[发明专利]用于调整一组等离子体处理步骤的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及基板制造技术，具体地，涉及用于调整一组等离子体处理步骤的方法和装置。

背景技术

在诸如使用在平板显示器制造中的基板(例如，半导体基板或玻璃面板)的处理中，经常使用等离子体。例如，作为基板处理的一部分，将基板分成多个管芯(die)或矩形区域，每个管芯或矩形区域都将成为集成电路。接着，通过一系列步骤处理基板，其中，选择性地去除(蚀刻)和沉积材料，以在其上形成电子元件。

在示例性的等离子体工艺中，在蚀刻之前，用硬化的感光乳剂薄膜(即，例如，光刻胶掩模)涂覆基板。然后，选择性地去除硬化的感光乳剂区域，使得露出底层部件。然后，将基板放置在基板支撑结构上的等离子体处理室中，该基板支撑结构(称为卡盘或底座)包括单极电极或双极电极。随后，顺序撞击适当的等离子体，以蚀刻基板上的各个暴露层。

等离子体通常由部分电离的气体构成。因为等离子体放电是RF驱动并且是弱电离的，所以等离子体中的电子与离子之间没有热平衡。即，当较重的离子通过与背景气体(例如，氩等)碰撞来交换能量时，电子吸收热能。因为电子质量比离子质量小得多，所以电子热速度比离子热速度大得多。这易于使较快移动的电子从等离子体处理系统内的表面失去，随后在等离子体和该表面之间产生带正电的离子壳层。然后，进入壳层的离子加速进入表面。

较低的RF频率易于使等离子体离子在小于一个RF周期内穿过壳层，使得离子能量产生大的变动。同样地，较高的RF频率易于使等离子体离子经过几个RF周期穿过壳层，产生一组更一致的离子能量。在相同功率电平情况下，当与被较低频率信号激发时相比，较高频率易于产生较低的壳层电压。

现参照图1，示出了等离子体处理系统元件的简化图。通常，一组适当的气体从气体分配系统122通过入口108流进室102。这些等离子体处理气体可随后被电离以形成等离子体110，以便处理(例如，蚀刻或沉积)基板114(例如，用边缘环(edge ring)115定位在静电卡盘116上的半导体基板或玻璃平板)的暴露区域。此外，衬里(liner)117在等离子体和等离子体处理室之间提供阻挡层，也有助于在基板114上优化等离子体110。

气体分配系统122通常由包括等离子体处理气体(例如，C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₃、CF₄、HBr、CH₃F、C₂F₄、N₂、O₂、Ar、Xe、He、H₂、NH₃、SF₆、BCl₃、Cl₂、WF₆等)的压缩气筒124a至124f组成。可通过提供局部排气通风的外壳128进一步保护气筒124a至124f。质量流控制器126a至126f通常是在半导体工业中用于测量和调节等离子体处理系统的气体质量流的独立装置(包括传感器、控制阀、以及控制与信号处理电子器件)。喷射器109将等离子体处理气体124引入室102。

感应线圈131通过介电窗(dielectric window)104与等离子体分隔，并且通常在等离子体处理气体中感应出随时间变化的电流，以产生等离子体110。该窗既保护感应线圈免受等离子体110的影响，又可以使产生的RF场透入等离子体处理室。匹配网络132除了在导线130a和130b处与感应线圈131连接以外，还可与RF发生器138连接。匹配网络132试图将通常运行于13.56MHz及50ohms的RF发生器138的阻抗与等离子体110的阻抗相匹配。

通常，一些类型的冷却系统连接至卡盘，以实现等离子体被点火时的热平衡。该冷却系统本身通常由通过卡盘内的空腔抽吸冷却剂的冷却器、以及在卡盘和基板之间被抽吸的氦气组成。除了除去生成的热量之外，氦气还使冷却系统快速地控制散热。即，增加的氦气压力随后也增加了传热速率。大部分等离子体处理系统还被包括运行软件程序的复杂计算机所控制。在典型的运行环境中，通常为特定的等离子体处理系统和特定方法配置制造工艺参数(例如，电压、气流混合、气体流速、压力等)。

通常，存在三种类型的用于蚀刻基板上各层的蚀刻工艺：纯化学蚀刻、纯物理蚀刻、以及反应离子蚀刻。