工件处理方法与装置与流程

本申请要求2014年10月16日申请的美国临时专利申请第62/064,740号以及2015年10月8日申请的美国专利申请第14/848,519号的优先权，该申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

本公开的实施例针对于用于处理工件的系统和方法。

背景技术：

通常用等离子室产生等离子体。随后从等离子室经孔口提取出这个等离子体中的离子以形成离子束。这个等离子体可以用不同方式产生。在一个实施例中，天线置于等离子室外部，在介电窗旁边。随后，使用rf电源激发天线。接着由天线产生的电磁能穿过介电窗以激发置于等离子室内的原料气。

然后经提取孔口提取产生的等离子体。在一些实施例中，提取孔口可为矩形或椭圆形，其长度远远大于开口的宽度。提取的离子束可为带状离子束。但是，在这些实施例中，从等离子室提取的带状离子束可能在提取孔口的整个长度上不具有所需的均匀性。举例而言，离子密度在靠近带状离子束中心处可能较大，在远离中心的区域离子密度可能降低。

此外，在一些实施例中，需要以不均匀的方式处理工件，以使工件的特定区域的处理多于其他区域。因此，如果存在一种用于处理工件且能够实现所需处理的改良系统和方法将是有益的。更明确而言，宜更加精细地控制使用等离子室处理的工件的一或多个参数的均匀性。

技术实现要素：

本发明公开一种用于处理工件的系统和方法。用等离子室形成经提取孔口提取的带状离子束。在提取孔口旁边平移工件，以使工件的不同部分暴露于带状离子束。当工件暴露于带状离子束时，改变与等离子室相关的至少一个参数。可变参数包含提取电压占空比、工件扫描速度和离子束的形状。一些实施例中，在工件的至少一些部分暴露于带状离子束之后，在改变参数的同时，旋转工件并将其再次暴露于带状离子束。此序列可重复多次。

根据第一实施例，公开了一种使用等离子室处理工件的方法。所述方法包括经等离子室的提取孔口提取带状离子束；相对于等离子室平移工件以使工件的不同部分暴露于带状离子束；以及在平移工件时改变等离子室的至少一个参数。在一些实施例中，所述方法进一步包括在工件的至少一些部分暴露于带状离子束之后旋转工件；以及多次重复平移、改变和旋转操作以实现所需图案。

根据第二实施例，公开了一种蚀刻具有不均匀厚度的工件的方法。所述方法包括确定除去不均匀厚度的蚀刻图案；以及使用从等离子室提取的带状离子束将蚀刻图案施加到工件上。

根据第三实施例，公开了一种用于处理工件的系统。所述系统包括具有提取孔口的等离子室，可从所述提取孔口提取带状离子束；可移动表面，工件置于其上以在提取孔口旁边经过；以及控制器；其中控制器被配置以在工件经过提取孔口时改变等离子室的一或多个参数。

附图说明

为了更好地理解本公开，将参考附图，所述附图以引用的方式并入本文中并且其中：

图1显示了等离子室的第一实施例的侧视图。

图2a-图2c显示了处理之前的各个工件。

图3a显示了处理之前的一个工件。

图3b显示了处理之后的图3a的工件。

图4显示了工件区域的代表性图示。

图5a显示了等离子室的第二实施例的侧视图。

图5b显示了图5a中的等离子室的底视图。

图6显示了根据另一个实施例的等离子室的底视图。

图7显示了具有控制器的工件处理系统。

图8示出了由控制器执行的代表性流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种处理工件的系统和方法。在一些实施例中，工件已经预处理，且就至少一个参数而言，经预处理的工件并不均匀。举例而言，工件在前一处理中可能沉积的材料量不均匀。在其他实施例中，工件在前一处理中可能蚀刻的材料量不均匀。或者，在其他实施例中，工件可能随后接受不均匀处理。在这些情形中，校正先前处理的不均匀性，或调整后期处理不均匀性将是有益的。在一些实施例中，可通过工件扫描速度或可变偏压占空比来控制工件处理的均匀性。在其他实施例中，可通过操控提取的离子束的形状或密度来控制工件处理的均匀性。

图1显示了工件处理系统10的第一实施例，其用于控制处理期间工件90的一或多个参数的均匀性。这些参数可包含以下各项中的一或多项：沉积在工件90上的材料的量、从工件90蚀刻的材料的量、植入工件90的离子的量，以及在工件90上执行非晶化的程度。

天线20置于等离子室30外部，在介电窗25旁边。天线20电连接到rf电源27，rf电源27为天线20供应交变电压。电压的频率可为(例如)2mhz或大于2mhz。虽然介电窗25和天线20显示为在等离子室30顶面上，但是其他实施例也有可能。举例而言，天线20可围绕腔室侧壁33。等离子室30的腔室壁可由导电材料(诸如石墨)制成。这些腔室壁可在(诸如提取电源80供应的)提取电压下偏压。提取电压可为(例如)1kv，但是其他电压也在本发明的范围内。此外，提取电压可为频率在约1khz和50khz之间的方波，但是其他频率也在本发明的范围内。在此实施例中，提取电压在其部分周期内可具有vext的幅值，并在其第二部分周期内可处于地电位。

等离子室30包含具有提取孔口35的腔室壁31。此腔室壁31可置于等离子室30侧面，与介电窗25相对，但是其他配置也有可能。

可将工件90安置在等离子室30中具有提取孔口35的腔室壁31旁边并置于腔室壁31的外部。在一些实施例中，工件90可距腔室壁31大约1cm以内，但是其他距离也有可能。在操作中，天线20使用rf信号得到供电以使能量以电感方式耦接至等离子室30。以电感方式耦接的能量激发经过进气口32引入的原料气，由此产生等离子体。当提取电压为vext，等离子室30的腔室壁正偏压至vext，且等离子室30内的等离子体也为正偏压。可接地的工件90安置在具有提取孔口35的腔室壁31旁边。等离子体和工件90之间的电位差使等离子体中的带正电离子经提取孔口35以带状离子束60的形式向工件90加速。

当提取电压处于地电位时，等离子室30的腔室壁接地。在此配置中，等离子体和工件90之间不存在电位差，且离子没有向工件90加速。换句话说，当关于工件90的提取电压为正电压时，来自等离子体的正离子被吸引到工件90。

带状离子束60可在一个方向(诸如x方向)至少与工件90一样宽，并且在正交方向(或y方向)比工件90窄很多。此外，可相对于提取孔口35平移工件90，以使得工件90的不同部分暴露于带状离子束60。平移工件90以使工件90暴露于带状离子束60的处理被称作“传递”。传递可借由在维持等离子室30的位置时平移工件90执行。相对于提取孔口35平移工件90的速度可被称为工件扫描速度。在另一个实施例中，可在工件90保持固定时平移等离子室30。在其他实施例中，等离子室30和工件90都可平移。在一些实施例中，工件90以恒定工件扫描速度相对于提取孔口35沿y方向移动，以使整个工件90暴露于带状离子束60的时间量相同。

另外，在一些实施例中，工件90可多次暴露于带状离子束60。换句话说，可对工件90执行多次传递。一些进一步实施例中，在每一传递后，工件90可围绕平行于z轴的轴线旋转。举例而言，工件可多次暴露于带状离子束60，诸如4、8或16次。如果工件90暴露于带状离子束60达n次(亦即进行n次传递)，工件90在每一传递之后可旋转(360/n)°。在一些实施例中，在每一传递期间，工件90中仅一些部分暴露于带状离子束60。此技术可降低带状离子束60任何不均匀性的影响。此技术也可更好地控制所关注的参数的所需均匀性。

在一些实施例中，需处理的工件可能在至少一个参数方面不均匀。举例而言，图2a-图2c中每一个显示了之前已经沉积处理的工件190。在每一情况下，这个工件190具有填充材料191和多个支柱192。图2a中，支柱192的高度相同；但是，填充材料191未被均匀沉积。在图2b中，填充材料191分布均匀；但是，支柱192的高度不同。在图2c中，填充材料191分布不均匀。在图2a-图2b中，这个工件190现可接受蚀刻处理。在图2c中，工件190现可接受沉积处理。在每一情况下，尽管预处理工件190是不均匀的，但所得工件需要具有均匀沉积的填充材料191和相同高度的支柱192。

在一个实施例中，可改变提取电压的占空比以形成所需的均匀性。举例而言，如上文所解释，当等离子室30的腔室壁比工件90受到更大正偏压时，离子向工件90加速。因此，当提取电压的占空比增加，离子以更大比例的时间向工件90加速。相反，如果占空比减少，离子通常以更少比例的时间向工件90加速。因此，可借由改变来自提取电源80的提取电压输出的占空比来调节在工件90上执行的处理(亦即植入、蚀刻、沉积、非晶化)量。

因此，在一个实施例中，可借由改变提取电压的占空比来改变工件90的处理。提取电源80可编程以使其输出电压的占空比可变更。在一些实施例中，电压幅值也可修改。举例而言，图3a显示了具有表面不均匀性的工件290。这个工件290可具有超过100埃的表面不均匀性。换句话说，工件290中最薄部分和其最厚部分的厚度距离可超过100埃。可从工件290中心蚀刻比工件290边缘更多的材料以校正厚度距离。当相对于提取孔口35平移工件290时，可调制提取电压的占空比。

举例而言，图4显示工件290，其可相对于提取孔口35横向(亦即，沿y方向)移动，如箭头200所指。在此图示中，提取电压的占空比可具有4个不同的值。当工件290的区域210暴露于带状离子束60时，所应用的为最低占空比。当工件290的区域220暴露时，所应用的为第一中间占空比。类似地，当工件290的区域230暴露时，所应用的为第二中间占空比，其大于第一中间占空比。最后，当代表靠近工件290中心的区域的区域240暴露于带状离子束60时，所应用的为最大占空比。因此，当工件290在每一区域中的处理不同时，产生4个不同的区域210-240。当然，可在工件290上产生多于或少于4个区域。

在一些实施例中，工件290围绕在工件290中心平行于z轴的轴线250旋转，且随后再次在提取孔口35下方传递。在一个实施例中，工件290旋转22.5°，并再次在提取孔口35下方传递。可重复此操作直至工件290旋转360°，此时处理已完成。当然，工件290的每一传递中，图4中所示的区域可不同。此处理的结果可见图3b，其中后处理工件291的表面不均匀性已降低至约20埃。这种效果的实现方式是通过从工件290的所有部分蚀刻一些材料，但是从较厚部分蚀刻更多材料。

由于带状离子束60比工件290更宽，或许不可能仅使用一次传递形成所需图案。因此，多次传递能实现更复杂和不对称的处理图案，其中工件290在每一传递后旋转。

虽然是在干式蚀刻处理的情况下描述图3a-图3b和图4，但是本发明不限于此实施例。在另一个实施例中，用图1的等离子室30将杂质植入工件290的表面，这些杂质改变了表面对酸浴的抗性。如上所述，可通过调制提取电压占空比和多次旋转工件来调节植入的杂质量。因此，本文所述的系统和方法可用于在湿式蚀刻处理之前调节工件表面。

返回到图2a-图2c，这些工件190的表面可包括两种不同材料：用于填充材料191的第一材料和用于支柱192的第二材料。在一个实施例中，支柱192可为氮化硅(siliconnitride，sin)，而填充材料191为二氧化硅(silicondioxide，sio2)。用于除去表面不均匀性的蚀刻处理可为一种材料选择性的蚀刻处理。可用于相对于第二材料选择性地蚀刻一种材料的化学品是此项技术中众所周知的。举例而言，c4f6和c4f8可用于优先除去填充材料191。或者，ch3f可用于优先除去支柱192。

因此，在工件290的一些部分或区域上执行的处理的量可基于提取电压的占空比确定。另外，具体化学品的使用可决定要处理的材料。使用具体化学品以优先地蚀刻一种材料可被称为材料选择性蚀刻处理。材料选择性指的是对第一材料的蚀刻比对第二材料快很多。

综上所述，蚀刻处理可合并空气选择性、材料选择性，或这两种的组合。仅空气选择性处理可使用惰性气体(诸如ne、ar、kr和xe)处理工件以“溅射蚀刻”或可使用本领域众所周知的不同化学品用反应性离子蚀刻(reactiveionetch，rie)处理工件，但是在整个晶片上使用的量不同。举例而言，一种材料的覆膜可以此方式处理。材料选择性处理可利用任一类蚀刻(亦即溅镀蚀刻或rie)以横跨工件改变材料或角度选择性，工件表面由至少两种材料构成。角度选择性指的是一种表面(亦即水平或垂直)的蚀刻实质上比第二种表面快很多。举例而言，蚀刻处理在晶片边缘上除去的sin比sio2比中心处除去的多。空气和材料选择性处理可用于实现任何所需图案。

另外，还可使用工件处理系统10和在此所描述的方法进行植入、非晶化和沉积处理。

换句话说，提取电压的占空比的变化还可用于形成沉积、植入和非晶化的所需的处理图案。

虽然上述说明公开了使用可变的提取电压占空比以形成所需的处理图案，但是也可改变其他参数。

举例而言，在一个实施例中，可改变工件扫描速度，其为工件90相对于提取孔口35移动的速度。举例而言，为了在特定区域中蚀刻、沉积或植入更多材料，当此区域暴露于带状离子束60时，工件90可减缓速度。相反，如果在特定区域中要沉积、蚀刻或植入的材料更少，当此区域暴露于带状离子束60时，工件90可高速移动。类似地，经由降低工件扫描速度可实现工件90更大程度的非晶化。因此，如同前述实施例，工件90可多次穿过带状离子束60，其中工件90在每一传递后旋转。工件90随后平移以使工件90的所有或至少一些部分暴露于带状离子束60。工件扫描速度的变化取决于工件90目前暴露于带状离子束60的区域。

在另一个实施例中，可改变带状离子束60的角度以实现所需图案。在一些实施例中，用于工件的材料的蚀刻速率可能对离子束的入射角敏感。举例而言，在一个测试中，发现蚀刻速率随着入射角不断增加至最大速率，然后当入射角超出最大速率时减小。虽不希望局限于特定理论，但是蚀刻速率的增加可能归因于靠近工件表面的碰撞的机率增加。但是，超过特定入射角后，表面散射占优势且蚀刻比例减小。因此，当工件90相对于提取孔口平移时，可改变带状离子束60的入射角。此可为在处理期间经改变以实现不均匀处理图案的另一个参数。

还可调制其他参数以实现不均匀处理。举例而言，可改变参数(诸如原料气流动速率、提取电压的幅值和施加于天线20的功率，等等)以实现这些结果。

上述实施例可假定带状离子束60的离子密度可能相对均匀或至少不变。换句话说，在计算工件90每一传递期间所施加的图案时，可假定横跨带状离子束60的离子密度在每一传递中不变。但是，在其他实施例中，还可修改带状离子束60的形状或离子密度。

在一些实施例中，带状离子束60可动态地成形或改变。图5a显示了包含等离子室30的系统510，等离子室30类似图1所示的等离子室。所有对应元件用相同参考符号表示，将不再描述。在此实施例中，电磁体95可置于腔室侧壁33中的一或多个上。施加于各电磁体95的电流可独立控制。图5b显示了图5a中等离子室30的底视图。在此视图中，显示电磁体95置于4个腔室侧壁33上。这些电磁体95之间的相互作用产生磁场96，用以限制或偏转带状离子束60。通过修改穿过每一电磁体95的电流，可控制磁场96，以更多地控制带状离子束60的整体形状和离子密度。

图6显示了等离子室30动态地控制带状离子束60的形状和/或离子密度的第二实施例。图6显示了等离子室30的底视图，其中多个阻挡体105沿提取孔口35的长度安置，接近腔室壁31。阻挡体105和致动器106可在等离子室30的外部。在一些实施例中，阻挡体105中的每一个与对应的致动器106保持通信。在其他实施例中，多于一个阻挡体105可与单个致动器106保持通信。每一致动器106能够沿y方向平移其对应的阻挡体105。图6显示了置于提取孔口35两侧的阻挡体105；但是，在其他实施例中，阻挡体105可仅置于提取孔口35的单侧。通过沿y方向平移阻挡体105，可操控提取孔口35的有效宽度。此外，在一些实施例中，由于独立控制阻挡体105，所以可操控带状离子束60的形状和离子密度。举例而言，朝向提取孔口35中心的阻挡体105可被致动以阻挡比置于靠近提取孔口35端部的阻挡体105更大百分比的提取孔口35。这样可在降低接近提取孔口35中心的离子密度的同时，有效增加靠近提取孔口35端部的离子密度。当然，阻挡体105的其他配置也有可能。

图5a-5b和图6示出了两个实施例，其中带状离子束60的形状可操控，其他机制也有可能。此操控的性质可为电磁性的或电性的，诸如通过使用电极或电磁体95。或者，此操控可为机械性的，诸如通过使用阻挡体105。当然，还可使用其他操控带状离子束60的方法，且本公开不限于任何具体实施例。

在一些实施例中，带状离子束60的操控与其他技术(诸如提取电压占空比的改变)结合使用。举例而言，工件90可多次穿过带状离子束60，其中提取电压占空比在每一传递期间改变。每一传递后，工件90可旋转并进行另一次传递。另外，可在每一传递期间操控带状离子束60。在其他实施例中，等离子体处理开始之前，可操控带状离子束60一次，且可能不会再次操控。

在其他实施例中，可在不使用任何其它技术(诸如提取电压占空比的改变)的情况下使用对带状离子束60的操控。举例而言，当工件90穿过带状离子束60时，可操控带状离子束60。举例而言，以此方式，可操控带状离子束60以在一次传递中于工件90内形成任何所需图案。在一些实施例中，也执行额外传递以改进处理操作的质量。

如图7中所示，为了执行本文所述的等离子体处理，系统710可与控制器700通信。系统710可为图1、图5a-图5b或图6中所示实施例中的任一个。控制器700可包括与非暂时存储元件702(诸如存储器装置)通信的处理单元701。非暂时存储元件702可包括指令，指令在被处理单元701执行时，允许系统710执行所需的等离子体处理。

控制器700与系统710通信，并且因此，可控制多个参数，例如(但不限于)提取电压占空比、提取电压幅值、射频功率、原料气流动速率、带状离子束60的入射角和用于操控带状离子束60的装置(诸如电磁体95或阻挡体105，见图5a-图5b和图6)。

工件90可置于可移动表面721上，诸如传送带，其沿y方向722相对于提取孔口35和带状离子束60平移工件90。可使用致动器720移动可移动表面721。在一些实施例中，控制器700与致动器720通信，以使控制器700可以修改工件扫描速度和/或方向。如上所述，在一些实施例中，致动器720能够围绕平行于z方向的轴线旋转工件90。

图8显示了展示由控制器700执行的代表性序列的流程图。首先，如流程800中所示，将所需图案输入控制器700。控制器700可以用多种方式接收此输入。举例而言，在一些实施例中，系统710可用于在工件90上蚀刻或沉积材料。在这些实施例中，工件90在经系统710处理之前，可能不具有均匀厚度。因此，系统710可以用不均匀方式蚀刻或沉积材料以使所得工件呈平面(亦即具有均匀厚度)。在其他实施例中，系统710可处理工件90以形成不均匀性。在又一实施例中，工件90在经系统710处理之前可能不具有均匀厚度，系统710可处理工件90以形成不均匀厚度的不同图案，预期通过后续处理进行处理。在这些实施例中，控制器700的输入可为工件90的拓扑图，类似图3a所示。此拓扑图可使用影像系统或通过一些其他手段产生。在其他实施例中，基于从先前处理的工件90获得的理论或经验测量值，可预定义此拓扑图。就植入或非晶化处理而言，所需图案可以用一种不同的方式输入至控制器700。另外，其他参数(诸如但不限于处理类型(蚀刻、沉积、植入、非晶化)、量、工件传递的次数和旋转次数)也可输入至控制器700。

另外，处理反应率可输入至控制器700。每一材料具有已知反应率，其取决于提取电压的占空比、提取电压的幅值、带状离子束60的入射角和离子密度以及其他参数。反应率可为从工件蚀刻材料的速率，或在工件上沉积材料的速率。这些反应率可在理论上或凭经验计算，并输入至控制器700。

如流程810中所示，基于此信息，控制器700可选择在处理工件90时并不变化的特定参数。举例而言，当处理工件时，一或多个参数可保持恒定。举例而言，在一个实施例中，可操控带状离子束60以达到所需结果。在其他实施例中，其他参数(诸如射频功率、量、带状离子束60的入射角、原料气流速或提取电压的幅值)可在工件处理期间保持恒定。所有这些不变的处理参数在流程810中由控制器700选择。

此外，如流程820中所示，基于输入信息，控制器700可计算一组可变的处理参数用于工件90的每一传递。如上所述，在一些实施例中，在工件处理期间，当一或多个参数发生变化时，一些参数保持在恒定值。举例而言，在工件90处理期间，一些参数(诸如提取电压占空比、带状离子束60的形状和入射角以及工件扫描速度)可改变，而特定参数(诸如射频功率、量、原料气流速和提取电压的幅值)可保持为恒定值。如果需要工件传递不止一次，控制器700可针对每一传递产生合适的一组参数，其中用于一次传递的参数与后续传递期间使用的参数可不相同。

如流程825中所示，在一些实施例中，可测量带状离子束60的形状和角度以确保在处理工件90之前，恰当地校准离子束。

随后，如流程830中所示，假定将计算出的一组处理参数应用于工件，控制器700模拟结果。

流程840中，控制器700随后对比所需图案和流程830中产生的模拟结果。如流程850中所示，如果对比结果足够接近，控制器700则将这些计算出的处理参数应用于系统710，系统710随后处理工件90。但是，如果模拟结果并非足够接近，控制器700可返回到流程810，其中控制器700使不变参数中的一或多个改变。举例而言，在一个实施例中，带状离子束60的形状可为一个不变的处理参数。如果模拟结果并非足够接近，可在流程810中以不同方式操控带状离子束60的形状。然后控制器700重复流程810-840，直至模拟结果和所需图案之间的区别足够小。

虽然图8公开了从即将处理的工件中除去不均匀性(诸如工件厚度不均匀性)的序列，但是其他实施例也有可能。举例而言，可已知一种后续处理(诸如退火、化学-机械平坦化(chemical-mechanicalplanarization，cmp)或类似的)可能带有固有的不均匀性。举例而言，可已知一种cmp台从工件中心除去的材料比从其边缘除去的材料更多。在此实施例中，图8的序列可用于处理工件90以使所述序列预测和补偿将来出现的不均匀性。换句话说，在此实例中，知道cmp台固有的不均匀性将产生厚度均匀的工件，可使用图8的序列形成中心比边缘更厚的工件。

所述系统和方法具有多个优势。所述系统和方法允许使用等离子室产生任何所需处理图案。在相对于带状离子束平移工件时，通过操控等离子室的至少一个参数，有可能不均匀地处理工件。举例而言，如图3a-图3b中所示，根据这些实施例可处理具有不均匀厚度的工件以形成就厚度而言具有改良均匀性的工件。另外，本系统和方法可用于多种处理，诸如蚀刻、植入、沉积和非晶化。此外，此系统和方法可用于补偿后续处理中预期的不均匀处理。

本公开的范围不受本文所描述的具体实施例的限制。实际上，所属领域的一般技术人员根据以上描述和附图将了解除本文所描述的那些实施例和修改外的本发明的其他各种实施例和对本发明的修改。因此，此类其他实施例和修改意在属于本公开的范围。此外，尽管已出于特定目的在特定环境下在特定实施方案的上下文中描述了本公开，但所属领域的一般技术人员将认识到其有用性并不限于此，并且出于许多种目的，本公开可以有利地在许多种环境中实施。因此，应鉴于如本文所描述的本公开的整个广度和精神来解释上文阐述的权利要求。