调节基板温度来改进关键尺寸(cd)的均匀性的制作方法
【专利说明】调苄基板溫度来改进关键尺寸（CD)的均匀性 本申请是申请号为201080055995. 1，申请日为2010年12月13日，申请人为朗姆研究 公司，发明创造名称为"调苄基板溫度来改进关键尺寸（CD)的均匀性"的发明专利申请的 分案申请。 相关申请
[0001] 本申请根据U.S.C. § 119主张2009年12月15日提交的，美国临时申请号为 No. 61/286, 653的优先权，通过引用将该临时申请的整体内容并入本申请中。
【背景技术】
[0002] 随着各种后续的半导体技术的产生，例如晶片等基板的直径趋于增大而晶体管尺 寸变小，导致在基板处理中需要更高程度的精度和可重复性。半导体基板材料，例如娃基 板，由包括使用真空室在内的技术来处理。运些技术既包括电子束沉积等非等离子体的应 用，也包括瓣射沉积法、等离子体增强化学气相沉积法（PECVD)、抗蚀剂剥离和等离子体蚀 刻等等离子体的应用。
[0003] 今天可用的等离子体蚀刻系统属于那些对改进精度和可重复性有着日益增强的 需求的半导体制造工具。用于等离子体蚀刻系统的一个度量标准为均匀性的提高，其包括 在半导体基板表面上的处理结果的均匀性W及通过额定相同输入参数处理的一系列基板 的处理结果的均匀性。基板上均匀性的连续提高是可W期望的。除此之外，运还需要具有 改进的均匀性、一致性和自我诊断的等离子体室。
【发明内容】
[0004] 此处公开的是一种利用等离子体蚀刻系统的方法，该系统包括在等离子体蚀刻过 程中支承基板的基板支承组件，该基板支承组件包括多个排列在基板上的器件管忍位置 (devicedielocations)下的独立可控加热器区域和控制每个加热器区域的控制单元。该 方法包括（a)在基板上的基板器件管忍位置测量先前已蚀刻的基板的蚀刻前或蚀刻后的 关键器件参数；化）将蚀刻前和蚀刻后的关键器件参数传输到等离子体蚀刻系统；(C)其后 将基板支承在基板支承组件上；(d)将处理配方参数传输到等离子体蚀刻系统和/或将存 储器中的处理配方参数载入等离子体蚀刻系统；(e)根据处理配方参数输入基板的目标蚀 刻后的关键器件参数数据和蚀刻前的关键器件参数，和/或者先前已蚀刻的基板的蚀刻后 的关键器件参数来推断在基板上预定位置上的目标蚀刻溫度；（f)通过应用可控的加热器 区域，W预定位置上的目标蚀刻溫度为依据调节每一预定位置的溫度；和（g)等离子体蚀 刻基板。
【具体实施方式】 阳0化]在半导体处理装置中，控制径向或方位角基板溫度W实现在基板上的目标关键尺 寸（CD)均匀性正变得越来越需要。即使溫度的很小变化也会影响CD到不可接受的程度， 特别当在半导体制造过程中CD靠近亚-20皿(sub-20nm)时。
[0006] 在处理过程中，基板支承组件可W被配置成具有各种功能，例如支承基板、调整基 板溫度、提供射频功率。基板支承组件可W包括在处理过程中用来将基板通过静电夹持到 基板支承组件上的静电夹头巧SC)。该ESC可W是可调静电夹头（T-ESC)。T-ESC在共同 受让的美国专利号6, 847, 014和6, 921，724中有描述，通过引用将运些专利并入本申请中。 基板支承组件可W包括陶瓷基板支托器、流体冷却散热器（W下称为冷却板）W及多个同 轴加热区域W逐步实现径向溫度控制。通常，冷却板被保持在〇°C到30°C之间。加热器设 置在冷却板上，在它们之间具有隔热层。加热器可W将基板支承组件的支承表面维持在高 于冷却板溫度大约〇°C到80°C的溫度。通过改变在多个加热器区域内的加热功率，基板支 承溫度轮廓分布可W在中屯、区变热、中屯、区变冷和均匀之间发生变化。更进一步，平均基板 支承溫度在高于冷却板溫度大约〇°C到80°C的操作范围内逐渐地变化。当CD随着半导体 技术的进步而下降时，小方位角溫度变量带来日益加剧的更大的挑战。
[0007] 由于各种原因，控制溫度不是容易的事情。首先，许多因素可W影响热传递，例如 热源和散热器的位置，介质的运动、材料和形状。第二，热传递是动态过程。除非相关系统 处于热平衡，否则将发生热传递，并且溫度轮廓和热传递将随着时间变化。第=，非平衡现 象，例如等离子体，其当然总是存在于等离子体处理过程中，使得任何实际等离子体处理装 置的热传递性能的理论预期即使可能的话，也是非常困难的。
[0008] 在等离子体处理装置中，基板溫度轮廓受到许多因素的影响，例如等离子体密度 轮廓、RF功率轮廓、在夹具中的各种加热冷却元件的细节结构，因此基板溫度轮廓通常不是 均匀的并且难W用少量的加热或冷却元件来控制。该缺陷转变为在跨过整个基板的处理速 率方面的非均匀性和在基板上的器件管的关键尺寸方面的非均匀性。
[0009] 关键尺寸方面的非均匀性可W由上游的工艺流程引起，例如，光刻。由于光刻的平 行特征（例如在基板上所有器件管忍同时暴露）和因素很难控制，例如光源不均匀性，光掩 膜上的衍射，溫度的不均匀性，光刻胶厚度的不均匀性等，使得光刻后和蚀刻前的基板在器 件特征上通常有不均匀性。如果未经检查并让其传递到下游的工艺流程，运种不均匀性可 W导致减少器件产量。
[0010] 在基板支承组件中设置多个独立可控的加热器区域W使得等离子体蚀刻系统能 够有效产生并且保持既定的空间和时间溫度轮廓，并且能够补偿影响CD均匀性的其他不 利因素，运将是有利的和可取的。
[0011] 带有独立受控的加热器区域的基板支承组件在2009年10月21日提交的美国专 利申请号12/582, 991中被公开，通过引用将运些专利并入本申请中。
[0012] 本文描述的是运用等离子体蚀刻系统的方法，该系统有带有多个独立可控的加热 器区域的基板支承组件，该方法在蚀刻过程中，通过测量基板上多个器件管忍位置上的蚀 刻前关键器件参数或者先前已被蚀刻的基板的蚀刻后关键器件参数，并且运用已测量的信 息调苄基板上预定位置上的溫度，从而补偿将要蚀刻的基板的不均匀性。
[0013] 例如，在基板经过平板印刷之后，在基板的抗蚀层上形成图案。抗蚀层上的图案的 关键尺寸处可能有不均匀性。基板上每个器件管忍上的抗蚀层内的蚀刻前关键尺寸可W用 合适的工具来测量。在下部的后续的基板的等离子体蚀刻中图案化抗蚀层被用来作为掩 膜。等离子体蚀刻过程的溫度可W影响基板上被蚀刻的图案的关键尺寸（蚀刻后关键尺 寸）。如果在器件管忍位置上的蚀刻前关键尺寸确定会下降到目标值的可容忍误差之外，可 W通过加热器区域调整器件管忍位置上的蚀刻溫度W使得蚀刻后的关键尺寸在目标值可 容忍误差之内。因此，经过测量的蚀刻前关键尺寸可W用来调整每个器件管忍位置上的蚀 刻溫度，W补偿器件管忍位置上蚀刻前关键尺寸内特定数量的误差。
[0014] 等离子体蚀刻系统可W有组装在加热板中的独立的可控的加热器区域W及控制 每个加热器区域的控制单元。在控制单元的控制下，通过调整每个加热器区域的功率，处理 过程中的溫度轮廓可W径向和按方位角定型。该加热器区域优选地设置在限定图案中，例 如，矩形网格、六边形网格或者其他图案。加热板的每个加热器区域与基板上的单个器件管 忍优选有相似的尺寸（例如±10% )。在典型的装置中，为了减少电线接头的数量，电源供 应线和电源返回线设置为，每个电源供应线连接到不同组的加热器区域，并且每个电源返 回线连接到不同组的加热器区域，其中每个加热器区域处于连接到特定电源供应线的组中 的一个中W及处于连接到特定电源返回线的组中的一个中。两个加热器区域不连接到相同 对的电源供应线和电源返回线。因此，加热器区域可W通过引导电流经过一对电源供应线 和电源返回线连接到特定的加热器区域上来触发。加热器元件的功率优选地小于20W，更 优选地为抓到10W。加热器元件可W是佩尔蒂埃（Peltier)器件和/或电阻加热器，例如 聚酷亚胺加热器、娃橡胶加热器、云母加热器、金属加热器（例如，W、Ni/化合金、Mo或化)、 陶瓷加热器（例如，WC)、半导体加热器或碳加热器。加热器元件可W是网印、线绕或蚀刻锥 加热器。加热器元件的厚度范围可W为2微米到1毫米，优选为5-80微米。为了提供在加 热器区域和/或电源供应线与电源返回线之间的空间，加热器区域的总面积可W上至基板 支承组件的上表面面积的90%，例如该面积的50-90%。电源供应线或电源返回线（总称 电源线）可W设置在加热器区域之间的范围从1到IOmm的间隙里，或者设置在通过电绝缘 层与加热器区域隔离的分离平面中。电源供应线和电源返回线优选地制作为与空间容许的 一样宽，W便输送大的电流并且减少焦耳热。电源线可W处于与加热器区域相同的平面中， 也可W处于与加热器区域不同的平面中。电源供应线和电源返回线的材料可W与加热器元 件的材料相同或不同。优选地，电源供应线和电源返回线的材料是具有低阻抗的材料，例如 化、A1、W、Iiiconer'或Mo。基板支承组件可操作W控制基板溫度，并且因此控制每一器件管 忍位置上的等离子体蚀刻过程，从而使基板上的器件产量达到最大化。等离子体蚀刻系统 优选有9个加热器区域。