专利名称：在衬底中的大高宽比部件的蚀刻的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种蚀刻衬底和的室和方法。
在衬底的制造中，一种处理气体或者一种相同的等离子体，通常被用来处理在室中的衬底。典型地，通过例如化学气相沉积法、物理气相沉积法、离子注入法、氧化或者氮化处理将物质形成在衬底上。据此，一些衬底物质(通常是以层的形式，但是也可以具有其它形状)可以通过例如蚀刻方法被处理，以形成具有空腔、通道、孔或者沟槽形状的蚀刻部件(features)。
在衬底物质中蚀刻具有大的高宽比的部件是困难的，特别是当部件也具有小开口尺寸的时候。通常，当技术上的进步需要更接近间距的部件用以提供更快或者更有效的电路，部件的高宽比，比如沟槽、孔、或者过孔(via)，也成比例地增加。高宽比是部件的开口尺寸与其深度之比。大高宽比的部件可以具有至少是20的高宽比，并且部件的开口尺寸可以大约是0.18微米或者小于0.18微米。然而，没有部件侧壁的不可控制的各向同性的蚀刻，蚀刻高高宽比的或小开口的部件是很困难的。以各向同性的蚀刻意味着，被蚀刻部件的侧壁，相对于部件蚀刻的垂直速率，在水平方向上以极端的蚀刻速率被蚀刻，这可能导致不希望形状的部件。
这样，希望各向异性地蚀刻具有高高宽比或者小开口的部件。也希望以可控制的和一致的尺寸穿过衬底。更进一步希望以有生产价值的蚀刻速率蚀刻衬底。
本发明的另一个方面是衬底处理方法，包括在处理区域中提供一个衬底，将气体引入到处理区域，通过向衬底下面的电极以至少大约10瓦/厘米2的功率密度提供电能以激励气体，并排出气体。
在本发明的另一个方面，衬底蚀刻室包括一个衬底支撑，一个用以向室提供气体的气体供给装置，和用一个将室中的气体排出的气体排出装置，一个气体激发器，该气体激发器包括能够被电偏置用以激励气体的第一和第二电极，第二电极适合被充电至少大约等于3200瓦功率，该功率用于具有大约200mm直径的衬底，一个适合在室中提供至少100高斯(Gauss)磁场的磁场发生器，和一个适合控制衬底和室表面温度的温度控制系统。
本发明的另一个方面包括一种衬底蚀刻方法，该方法包括在室的处理区域中提供衬底，将气体引入到处理区域，通过以至少等于大约3200瓦的功率将电能耦合到气体以激励气体，该功率用于具有大约200mm直径的衬底，在室中施加至少大约100高斯的磁场，控制衬底和室表面的温度，和排出气体。
本发明的另一个方面包括衬底，该衬底包括高宽比至少为30和开口尺寸小于大约0.14微米的蚀刻部件。
图1a和图1b是在衬底中的高高宽比部件蚀刻之前和之后的衬底的侧面截面示意图。
图2是依照本发明的设备的截面示意图，该图示出了具有电极、磁场发生器和控制器的处理室。
图3是图2的磁场发生器的示意图。
图4是依照本发明的处理室的另外一个实施例的示意图，该图示出了室的盖子和流体循环内衬。
图5是依照本发明的室的盖子的俯视图。
图6是图5沿着剖线6-6的室的盖子的侧面分解图。
图7是依照本发明的室的盖子的另外一种形式的局部截面俯视图。
图8是依照本发明的室的内衬的局部截面俯视图。
图9是沿着图8的剖线9-9的室的内衬的局部截面侧面视图。
图10依照本发明的处理室的另一个实施例的局部截面示意图。
图11是依照本发明的计算机软件程序的方框图。
图12是曲线图，示出了在蚀刻过程中因为功率的增加造成的第二电极温度的升高。
图13a是曲线图，示出了因为施加到电极上的功率的增加引起的蚀刻部件的宽度和临界尺寸的变化。
图13b是曲线图，示出了因为施加到电极上的功率的增加引起的蚀刻部件的蚀刻速率和高宽比的变化。
图13c是曲线图，示出了因为施加到电极上的功率的增加引起的蚀刻速率和蚀刻过程的蚀刻选择性的变化。
图14a是曲线图，示出了因为增加的磁场强度引起的蚀刻部件的宽度和临界尺寸的变化。
图14b是曲线图，示出了因为增加的磁场强度引起的蚀刻部件的蚀刻速率和高宽比的变化。
图14c是曲线图，示出了因为增加的磁场强度引起的蚀刻过程的蚀刻速率和蚀刻选择性的变化。
本发明对于在衬底10中的蚀刻部件29特别有用，尤其是当部件29具有高的高宽比时。举例来说，衬底10包括一种或者多种在基底12上的材料，这些材料可以被蚀刻以形成高宽比至少大约是30、甚至至少大约是45蚀刻部件29。部件29也可以以小于大约0.17微米的开口尺寸被蚀刻，开口尺寸甚至可以小于大约0.14微米或者甚至0.10微米。当开口尺寸是蚀刻部件的临界尺寸时，小开口尺寸的部件29的蚀刻尤其有用。部件29也可以被蚀刻到至少大约8微米的深度。在蚀刻过程中可以形成的保护性的侧壁沉积物30保护部件29的侧壁以免被各向同性地蚀刻。部件的蚀刻速率可以至少是大约0.8Фm/分钟。
依照本发明的适合处理衬底10的典型装置50示于图2。通常，该装置50包括处理室100，处理室100具有一个或多个限定了室的容积110的室壁52，室壁52包括，例如环状侧壁106，底壁108，盖子组件102，壁52也可以包括一个或者多个内衬104。通常，室的容积110被分成处理区域112和泵浦区域114。一个自动装置53(在图2中以虚线示出)可以被用来通过一个具有缝隙阀门70的缝隙开口139传送衬底10进出室100，该缝隙阀的门70提供了室100的连续环状表面，并且该缝隙阀的门70通过气动马达72被垂直地起动。虽然本发明参照示范装置50被描述，但是应该理解该描述将应用于其它的装置构造，这些其它的装置构造可以通过物理或者化学气相沉积方法用来蚀刻其它的衬底、沉积在衬底10上的材料，或者蚀刻在衬底10上的注入材料。
一种气体，例如处理气体，通过气体供给装置56被引入到室100中，气体供给装置56包括气体源97，一个或者多个具有阀101的输气管线103，和气体分配器111。气体分配器111可以包括气体分配板113，气体分配板113具有气体出口98，通过气体出口98气体可以排出气体分配器111，气体分配板113也可以用做电极。控制器160可以用来控制处理气体的流速，气体压力和其它的处理室功能。用过的处理气体和副产品可以通过排气装置114排出，排气装置114通过节流阀60连接到一个或者多个排气泵109，节流阀60可以被用来控制在室100中的气体压力到适合的级别，从5mTorr到1000mTorr。
在本发明的一个方面中，发现抽气速率影响形成在蚀刻部件的侧壁上的处理残余(通常称为侧壁聚合物)和形成在室的墙壁上的处理残余的构成，这反过来又影响在衬底10中的大高宽比部件的蚀刻质量。据信较高的抽气速率有效地去除在室容积中的过多的残留形成物质，因此减少了在蚀刻部件的侧壁上的过多的处理残余的形成。在新蚀刻的部件侧壁上的处理残余的最佳厚度的沉积允许蚀刻垂直地进行到衬底中而没有过多的各向同性的部件侧壁的蚀刻。然而，过多的残余构成会阻碍或者停止蚀刻，特别是对于具有小开口尺寸并且相当深的大高宽比的部件。这样，在一种形式中，排气装置114可以包括一个或者多个泵，这种泵具有足够高的抽气速率以减小过多的处理残余沉积到衬底10上和室100的其它表面上。举例来说，排气装置114可以包括泵109，泵109对于大约25公升的室容积来说能够以相当于至少大约1600公升/秒的速率，从室100中排出气体。举例来说，在一种形式中，泵109对于大约25公升室容积来说，具有相当于从1600公升/秒到1800公升/秒的抽气速率的总泵排量或抽气速率。
被激励的气体，例如等离子体，可以由将电磁能量，例如射频(RF)或者微波能量，耦合到气体的气体激发器141产生。举例来说，气体激发器141可以包括第一和第二电极115、105，第一和第二电极115、105可以相对于彼此被电偏置以激励室100中的气体。第一电极115可以是室100的顶板或者侧壁。第二电极105是在衬底10的下面在衬底支撑124中。典型地，第二电极105由导电材料制成，例如金属，例如铝、铜、金、钼、钽、钛、钨、和它们的合金。钼具有良好的热传导率并且在非氧化的环境中具有抗腐蚀性。通常，第二电极105是平面的并且其形状和尺寸依照衬底10来确定。举例来说，第二电极105可以是主要在衬底10下面延伸的导电线网(未示出)。第二电极105被可透过电磁能量(例如射频(RF)能量)的电介质55覆盖，以允许施加到电极105的能量耦合到室100中的气体，以维持或者激励气体的等离子体。至少电介质55的一部分覆盖电极105而另外的部分可以部分地环绕或者完全地封住电极1 05。
第一和第二电极115和105通过射频电压被电偏置，射频电压由电极电压电源150通过阻抗匹配电路151提供，阻抗匹配电路151在选定的频率范围内使电压电源150的阻抗近似地与第二电极105的负载阻抗相匹配。施加到电极115、105上的射频电压的频率可以从大约50KHz到大约60MHz。电压电源150也可以用来向电极105提供直流卡紧电压(chucking voltage)以便在电极中形成静电电荷来固定衬底10。典型地直流电压从10V到2000V。电压电源150也能够被控制器160控制，控制器160可以控制电极105的工作。虽然一个典型的气体激发器被说明，但是在其它的室的形式中，如同会被技术领域的一般技术人员所知道的，气体激发器141可以包括其它的形式，例如具有一圈或者多圈感应耦合射频能量到室中的线圈的感应天线(inductorantenna)(未示出)，或者通过微波波导(未示出)被耦合到室中的微波发生器。第二电极105也可以是适合充电的以静电地固定衬底10，典型地是通过直流电源充电。
在本发明的另一个方面，第二电极105和覆盖电介质55适合允许第二电极105被充电到高功率密度，该高功率密度是施加到衬底14的电极105每单位面积上的电功率，以便在衬底14中提供给大高宽比部件的良好的蚀刻。电偏置的第二电极105产生至少一些相对于衬底10的平面基本垂直的电场矢量分量。被激励气体的带电等离子体离子被这些垂直取向的场分量加速而高能量地撞击到衬底10上。第二电极105的电功率密度的数量越高，视在(apparent)动能和给予带电等离子离子的方向性越强。较高动能的等离子体离子能够更有效地蚀刻大高宽比部件29并且能更好地控制部件29的尺寸。在一种形式中，第二电极105和覆盖电介质55适合维持至少大约10瓦/厘米2的功率密度。对于具有大约20厘米(200毫米)直径的衬底10，施加在第二电极105上的适合的功率级别至少等于大约3200瓦的功率级别；而对于具有大约30厘米(300毫米)直径的衬底10，适合的功率级别至少是大约7000瓦。
覆盖第二电极105的电介质55适合于通过设计其成分和厚度来维持这些较高的功率级别而没有过多的电流泄露到周围的等离子或者其它的室的成分中。举例来说，在一种形式中，电介质55被制造成提供室温的电阻系数，从大约1×109到大约1×1013欧姆-厘米(ohms-cm)，或者甚至从1×1010到大约1×1012欧姆-厘米。这些电阻值增强了电介质55维持施于第二电极105上的较高功率级别的能力，特别是在从大约50到90EC的高处理温度，这两者都是希望用于大高宽比的蚀刻处理。对于电介质55的适合的厚度被限定在从大约0.02mm到大约2.00mm，并且甚至可以从大约0.05mm到大约1.00mm。
电介质55可以由陶瓷材料制成，例如氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳、堇青石、氧化铈、金刚石、多铝红柱石、硅、氮化硅、氧化硅、氧化钛、硼化钛、碳化钛、氧化钇、氧化锆、和它们的混合物和化合物。举例来说，氮化铝提供从大约80到240Watts/mK的导热率，良好的热传输率、和良好的抗腐蚀性。氮化铝的电阻系数可以通过添加少量搀杂物被设计成希望的水平，举例来说，从重量的0.5％到5.0％，搀杂物可以是例如氧化铈、氧化钇。电介质55也可以通过冻结铸造法、注入成型、模压成型、热喷涂、或者烧结被制造成整体封入第二电极105。举例历来说，陶瓷材料可以通过在高温下施加压力形成多孔性小于10％的连续体。适合的压力成型设备包括高压锅、印压机和恒静压力机，如同例如在1997年11月6日提交的美国专利申请第08/965690号中所描述的，该申请通过参考被完整地结合于此。
在处理区域12中的等离子体离子密度和离子能量可以通过把第一和第二电极115和105的间距留得紧密被更进一步增强。当第二电极105被设置得离第一电极115的距离相对短时，两电极之间的电场矢量强度相对较强，因为在它们之间的气体路径中有较小的电阻。结果，近间隔的电极115和105更有效地耦合能量到室100中的气体。此外，因为电极115和105之间的短分隔距离，等离子体离子的视在动能也能够更高。同样，较小的电极间隔可以提供更多分层的和更少扰动的流越过衬底10的处理气体气，这将提供更均匀的衬底表面的处理。这样，在一种形式中，第一和第二电极115、105被隔开一个距离，这个距离足够小以在其间维持充分分层的处理气体气流，分隔距离可以小于大约5cm，甚至可以从1cm到3cm。这可以通过升高第二电极105或者降低第一电极115做到以达到希望的分隔间隔。
增加室100中的磁场强度会更进一步增强衬底10中的大高宽比部件29的蚀刻。确信磁场强度会影响形成在衬底10中新蚀刻的部件29上的保护性侧壁沉积30。举例来说，某些处理中，由于磁场强度增加，使形成在蚀刻过程中的保护性侧壁沉积30变厚，因此导致在蚀刻部件29的外形中较小的弧形(bowing)。这样，特别是当部件29的深度增加或者它们的开口尺寸变小时，可以控制磁场的强度以优化被蚀刻部件的外形。举例来说，已经发现在部件29的蚀刻中，例如沟槽，希望能够提供具有至少大约100高斯磁场强度的高磁场强度，或者至少大约120高斯。
磁场发生器292可以包括电磁线圈或者永久磁铁。举例来说，图2和3示意性地示出了磁场发生器292的一种形式，磁场发生器292包括邻近室100的电磁铁295、300、305。形成在室100中的磁场是由电磁铁295、300、305、310产生的磁场的矢量和，磁场的矢量和取决于电磁铁相对于处理区域112的位置和提供给每个电磁铁的电能。磁场发生器292可以适合于提供基本垂直于衬底10的平面的磁场，以限制等离子体在衬底10上方的处理容积112中，并提供平行于衬底10表面的磁场，或者提供被旋转的磁场以“搅动”在处理区域112中的等离子体离子。
此外，磁场发生器可以包括套(jacket)307、309以循环在其中的液体，如同在图10中所示。举例来说，热传导流体可以由内衬流体源121(示出)、导体流体源61或者其它的流体源提供。流体被提供给在电磁铁305、310、295、和300周围的流体套307、309，以便于控制磁铁温度。热传导流体使电磁铁305、310、295、和300保持在恒温，并且当大电流通过电磁铁时，流体循环也能够减少电磁铁的过热。这提高了电磁铁的性能以便于维持大电流并且因此提供高磁场强度给室100。提高的磁场强度对于提供增强的衬底10中的蚀刻部件29的蚀刻是需要的。
在一种形式中，磁场发生器292产生多方向的磁场，该磁场具有随着时间而改变的角取向和量值。这样的磁场可以由被放置成与室100邻近的多个电磁铁305、310、295、和300(或者永久旋转磁铁)产生。电磁铁电源改变施加到电磁铁295、300、305、310上的电流以便于在等离子区域产生多方向的磁场。电磁铁可以互相成对并且被放置成产生基本上平行于(planar)衬底10的平面的磁场。电源以预先确定的顺序激励成对的电磁铁用于产生具有独立变化的角取向和量值的磁场。不是被放置成与室100的侧壁106相邻近，磁场发生器292也能够被布置在室的顶板的上方，和/或者布置在其具有第二电极105的电介质55的下面，作为例子，这被披露在美国专利第5,255,024号中，该专利通过参考被完整地结合于此。
作为选择，磁场发生器292能够包括多个可移动的永久磁铁，这些磁铁被放置成与室100的侧壁相邻近。磁铁能够被安装在转子(armature)(未示出)上，该转子在圆形或者椭圆形的轨道上、和/或者以直线方式旋转，以便于在处理容积112中产生多方向的磁场。适合的永久磁铁包括铁磁体材料，例如镍铁氧体、钴铁氧体、或者钡铁氧体。
磁场发生器292产生的磁场是由每个电磁铁或者永磁铁产生的磁场的矢量和，并且取决于每个电磁铁或者永磁铁相对于室100的位置和其工作模式。在图2所示的形式中，磁场发生器292适合于提供具有基本平行于衬底10表面和关于与衬底表面正交的轴对称的磁场分量的磁场。在这种形式中，赋予等离子体中电子的E×B的漂移速度是水平的，并且驱动等离子层中的电子在与衬底10的处理表面相平行、并且直接在衬底10的处理表面上方的平面中以圆形轨迹移动。磁场发生器292提供相互垂直的磁矢量By和Bx，它们通常分别平行于支撑和衬底10，作为例子，披露于美国专利第5215619号，该专利通过参考被完整地结合于此。
磁场发生器292可以通过控制器160被操作，控制器160通过线315、320、325、330施加控制信号给常规的电源系统335、340、345、350以分别控制所提供给电磁铁295、300、305、310的流过导线355、360、365、370的电流的方向和大小。相关的电流决定了由每个电磁铁产生的磁场的方向和大小。作为选择，控制器160能够被用来控制一组放置在转子中的铁磁体材料的永久磁铁的振动，转子能够以圆形或者椭圆形的形式转动或者在直线方向上振动。由磁场发生器292产生的正交的场矢量By和Bx由方程Bx＝Bcos2；和By＝Bsin2确定。给定所要求的场的希望值B，和它的角取向2，控制器160能够独立地解出方程而获得相关的磁场矢量By和Bx，By和Bx提供了需要的场的强度和方向，然后控制加载到电磁铁上的必需的电流或者控制永久磁铁的移动，以提供需要的磁场矢量By和Bx。
这样，磁场的角取向和大小能够通过改变电磁铁295、300、305、310中的电流或者通过磁铁的旋转运动独立地按照需要的快、慢改变。控制器160可以改变磁场在每个角度位置的时间、角度步进功能的方向、或者磁场强度。这样，磁场能够使用选定的方向和时间增量绕着衬底10步进。如果需要，合成的场B2的大小能够被改变如果处理条件或者室的构造需要恒定的场强度。举例来说，磁场可以以2-5秒/转的低速率360°绕着衬底10旋转以增加蚀刻均匀性。
在另一个实施例中，磁场发生器292适合于提供具有主要分量基本垂直于衬底10的平面(未示出)的磁场。在还有一个实施例中，磁场发生器292可以适合于提供一磁场，其分量倾斜地或者弯曲地穿过空间或者处理区域112的容积并且在衬底10平面(未示出)的上方。
在本发明的另外一个方面，温度控制系统400被用来维持在整个衬底10和室100的表面的基本均匀的温度，例如，内壁52和衬底支撑124周围的表面，这样以便于实现大高宽比部件的良好蚀刻。业已发现，当在整个衬底10、整个室100中的部件、或者从一个衬底到另外一个衬底具有不均匀的或者不一致的温度时，用于蚀刻大高宽比部件29的蚀刻外形和蚀刻速率都非常依赖温度，并且变化可以相当大。具有不一致的深度或者不同的形状的蚀刻部件29可以由这样的温度变化引起。在示范的蚀刻过程中，适合的衬底温度小于大约240EC并且在整个衬底的温度的变化保持小于大约5EC；例如，衬底10能够被保持在大约在-40到大约240EC之间的温度范围内，而优选的工作温度范围在大约200到大约240EC。
在一种形式中，温度控制系统400通过在很大(plurality)压力下提供热传导气体，例如氦气，在整个衬底10维持均匀一致的热传输速率。例如，如图10所示，热传导气体可以由热传导气体源107提供给在电介质55的多个接收表面上的不同区域99i，o中的热传导气体出口117i，o。热传导气体促进了衬底10和电介质55之间的热传导。在一种形式中，在衬底10背部和电介质55的接收表面147之间的空间被分成两个区域，即一个内部区域99i和一个外部区域99o。分离的气流控制器107o和107i被分别用来提供到外部区域和内部区域的气体流速的独立控制。此外，分离的气流控制器107o和107i允许每个区域中的气体可以被维持在相同的或者不同的压力。举例来说，内部区域可以被维持在10-16Torr而外部区域被维持在20Torr。在处理期间，衬底10可以被室100中的等离子体非均匀地加热并且两个区域的热传导气体控制能够被用来使整个衬底10的衬底温度更均匀。例如，在内部和外部区域中的热传导气体的压力可以被调节以便从衬底10的中心到周围边缘的温度差小于大约5EC，或者保持近似恒定。
内部和外部热传导区域99i，o也能够被控制以引起在处理期间产生在整个衬底10的任何温度梯度。举例来说，在内部区域和外部区域99i，o中的热传导气体压力可以被调节成以便衬底10中心的温度大于或者小于衬底10的周围边缘的温度。这种形式是希望的例如当衬底10在中心被蚀刻得比周围边缘快时，或者当衬底10在中心比它的边缘热时。
温度控制系统400可以更进一步包括被设置在电介质55下方并且在支撑座(support base)200上方的导体62，以便于进一步控制衬底10和支撑124之间的热传输速率。导体62是能够通过覆盖电极105的电介质55传输热能到衬底10或者从衬底10传输热能的导电元件，电介质55与衬底10和导体62两者都是热接触的。举例来说，如图10所示，导体62可以包括一个或者多个通道71，通道71可以通过一个或者多个流体入口63从导体流体源61被供给温度控制的热传导流体。热传导流体，例如乙烯乙二醇和去离子水的混合物，通过导体62中的通道循环以便于维持导体62的温度在恒定的水平。举例来说，当导体62在衬底处理期间被加热到不希望的高温时，供给通道71的热传导流体冷却导体62以降低其温度，并且因此提供来自衬底10的更均匀的热传输速率。热传导流体在被供给导体62之前也可以通过控制器160被温度控制，以便于维持衬底10在希望的温度，例如在多晶硅中的沟槽的蚀刻过程中使温度从大约80到100EC。
导体62也可以通过结合层73结合或者连接到电介质55上，如图2所示，结合层由具有均匀的高的热传导率的材料制成。将电介质55连接到导体62使从电介质55到导体62的通道71中的流体热传导率最大化。结合层73具有均匀的成分，该成分在整个衬底10提供更加一致的热传导速率并且减小在导体62和电介质55之间的界面的热阻抗的变化。结合层73也可以是适合提供可延展的界面，该界面能够吸收由电介质55和导体62之间的任何热膨胀失配引起的热应力而不损坏电介质55。虽然金属结合的连接提供了更一致的热传导率，但是对于这样的结合面，很难经受任何由不同材料的热膨胀系数的差异引起的热应力。这样，结合层73可以由能够吸收热应力的适应的材料制成。适合的适应结合材料包括可以从Chomerics公司商业获得的Thermattach T412(TM)。Thermattach T412包括高结合强度、压力敏感的丙烯酸粘和剂，混合以二硼化钛，并且被施加到延展的铝载体上。结合层73的热性能可以通过填充物、延展的金属和凸起的(embossed)表面的组合来增强。
温度控制系统400可以进一步包括一个或者多个内衬104，该内衬至少覆盖了室壁52的一部分，如图4中所示。在一种形式中，室的内衬104包括第一(上面的)内衬134，第二(下面的)内衬118，或者第一内衬134和第二内衬118两者。被布置在室的内衬104之内的是通路119，以容纳(hold)由温度控制的流体供给系统(例如内衬流体源121)供给的热传导流体。内衬104也可以是整体的或者是可拆卸的结构以使内衬104的清洁或拆卸变得容易。底部的室壁108具有孔洞116(只有一个在图4中示出)，该孔洞提供从室100的外部到第二内衬118的入口。被布置在环形槽120中的密封圈122在每个孔洞116的外周。
内衬104也可以被加热以减少处理残余物在内衬104上的沉积以控制存在于室100中的处理残余物的量，残余物的数量又会影响衬底10中的高高宽比部件的蚀刻的质量。在一种形式中，来自内衬流体源121的热传导流体可以通过内衬104以加热内衬并且因此减小内衬104上的处理残余物的形成。减少内衬104上的残余的沉积也可以减少从内衬104上剥落又沉积回到衬底10上的处理残余物的数量。
温度控制系统400也可以包括一个或者多个与内衬118、134接近的和邻接的加热器，例如，邻接室的顶板68，作为例子示于图1和图4。加热器67可以额外使用或作为通过内衬118、134的热传导流体的替代物，以调节顶板68的温度。在一种形式中，加热器67可以包括，例如线圈或者加热元件，例如安装在盖子组件102上方的加热线圈67。加热器67可以被控制以便于在衬底10处理过程之前或者之中加热顶板168或者内衬118、134到较高的温度，以减少室100中的温度波动。业已发现，用加热器67加热顶板52和通过循环热传导流体通过顶板52中的通道59来进一步控制顶板温度是特别有利的。在这种形式中，当衬底10正在室100中被处理时并且被激励的气体加热顶板52，或者当衬底10在两个处理步骤之间被从室100中取出时，顶板52的温度会波动，顶板52的温度就可以通过同时使用加热器和流体控制方法被更加精密地调节。
顶板52和内衬104可以包括可以选择的形式，例如，在一种形式中，如图5、图6所示，室的顶板52包括可打开的盖子组件102，盖子组件102包括第一内衬134和盖子202。第一内衬134具有放置在侧壁106上的向外延伸的凸缘342。盖子组件102被一对夹子206夹在侧壁106上。被布置在侧壁106和第一内衬134之间的第一密封件(例如被布置在侧壁106的槽304中的O型密封环302)在第一内衬134和侧壁106之间提供真空密封。此外，在盖子202和第一内衬134之间的第二密封件(例如设置在盖子202的槽308中的O型环306)在这些元件之间提供了气密密封。由于当盖子202被夹在通常位置时，盖子组件102被偏移向下，所以当盖子组件102被安装在处理室100中时，向第二内衬118上施加一个向下的压力。
第一内衬134由导热材料制成，例如，阳极化铝、不锈钢、陶瓷或者其它兼容的材料。第一内衬134包括具有圆盘状顶面312和底面316的中间部分341。圆盘状顶面312具有被连接到向外延伸的法兰342上的周边314。圆柱形壁318从底面316延伸。底面316和壁318具有暴露于处理容积112的暴露表面343。
在本发明的另外一个方面，沉积到第一内衬134上的处理残余物通过暴露表面343被减少，暴露表面343包括相对光滑的表面，该表面具有小于大约32的峰到峰的均方根表面粗糙度。业已发现，相对光滑的表面是需要的，因为它减少了沉积在内衬134上的处理材料的数量，从而减少了在内衬134上的过多的处理残余物的形成，因此提高了衬底10中的大高宽比部件的蚀刻。据信，衬底10附近过多的处理残余物的积聚会导致在衬底10周围形成物质的处理残余物的较高浓度的产生，这会引起在衬底10的蚀刻部件上的过多的处理残余物数量的沉积。过多的处理残余物导致大高宽比部件的不良蚀刻。
图5和图6示出了在第一内衬134中的流体通路的一种形式。在这种形式中，中间部分341的周边314包括一个流体通路322，流体通路322可以通过铸造或者钻很多交叉208的孔形成，每个孔被塞子210密封。每个流体通路322的末端都通过孔324连接到顶面312。两个凸起326(在图6中只示出一个)从中间部分341的顶面312突出。每个凸起326具有一中心孔328，中心孔328通过各自的孔324与流体通路322流体地连通。流体通路322接收来自内衬流体源121的流体并且该流体通过从流体到第一内衬134的传输热量来调节第一内衬的温度。由于流体通过第一内衬34从流体源121被循环，所以提供给第一内衬134的热量是受控的，这样就允许第一内衬134被维持在预定的温度。流体，可以是液体和/或气态流体，通过流体通路322流动以控制第一内衬的温度。流体可以是液体，例如去离子水和/或者乙烯乙二醇，或者流体，例如液态或者气态氮，或者氟利昂(注册商标，Dupont deNemours Wilmington，Delaware)。
本技术领域的普通技术人员能够通过使用在这里提供的讲授设计出不同的配置。举例来说，如图7中所描述的，盖子组件202可以包括第一流体通路322a和第二流体通路322b。第一和第二流体通路322a、322b可以共享共同的入口330i和共同的出口330o，如图7所示。可选择地，额外的入口和出口可以被使用。第一和第二流体通路322A和322B也能够在两个管子通路的配置中对折(double back)。额外的管子通道可以作为选择被结合。
返回倒图5和图6，快速连接的流体连通被用来流体地连接内衬流体供给装置121和第一内衬34以使快速地从室100拆卸和替换第一内衬134变得容易。典型地，具有阳状螺纹形状的快速连接件336被拧到凸起326的中心孔328中的阴螺纹中。流体供给管线334将通路322连接于内衬流体供给源121。这种配置的一个好处是当替换第一内衬134时流体供给管线334能够被容易地分离。然而，其它连接第一内衬到流体供给管线334的方法，例如管螺纹、棘螺纹接套(barbed nipples)、套筒连接器之类的东西，也可以被使用。快速连接件是商业可获得的并根据口的大小来选择(螺纹形状和流量)。
内衬壁318被按照大小以最小的间隙放入侧壁106。内衬壁318可以在高度上有所变化，而且，当使用时没有第二内衬时，可以延伸到室的底部108。通常，如果第一内衬134和第二内衬118两者都如图4所示那样被使用，内衬的形状和大小应当做成适合室100的内部以提供O形密封圈122所需要的压力，从而当盖子组件102被夹在通常的位置时，以将第二内衬118绕孔洞116周围密封于室的底部108。内衬壁318可以额外包括很多其它用于各种目的的口。这种其它的口的一个例子是和室100的缝隙开口对准的衬底入口。
回到图4，第二内衬118至少部分地环绕室的容积110的底部部分。此外，第二内衬可以适合于在室容积110之内提供相对热的、光滑的表面，该表面具有是32的峰到峰的表面均方根粗糙度，以减少在内衬118上的处理材料沉积。第二内衬118具有流体通路119，在流体通路119中的流体是通过管道123由内衬流体源121提供的。流体通过从流体到第二内衬118传输热量来调节第二内衬118的温度。由于流体从内衬流体源121通过第二内衬18被循环，所以提供给第二内衬118的热量是受控的，这样允许第二内衬18被维持在预定的温度。
图8和图9示出了第二内衬118的一种形式，第二内衬118包括基底部分502和外壁506。基底部分502和外壁506的内表面暴露于泵送容积114。第二内衬118可以由导热材料制成，例如，阳极化铝、不锈钢、或者其它兼容的材料。基底部分502包括流体通道119，流体通路119可以通过，例如，铸造，或者通过通过铣一个槽，并有任何开口部分插入槽中来形成。作为选择，流体通路119可以通过钻出交叉盲孔并且把孔的开口端塞住来形成，如同图8所说明的那样。在一个实施例中，流体通路119基本是圆的，起始和末端邻近排出口520，排出口520被设置成通过第二内衬118。流体通路119的每一端都终止在从基底502的外表面突出的凸起510中。凸起510与在底壁108中的孔洞116相接，并且确保室100中的第二内衬118的合适的取向(例如所有口对齐)。为了便于快速更换第二内衬118，快速连接的流体连接器被用在第二内衬118和管道123之间，管道123流体地将通路119连接到内衬流体源121。典型地，具有漾管状螺纹形状的快速连接512被拧到在凸起510中的阴螺纹形状或者使用SAE口与O形环连接。配套的连接器514被固定在连接到流体源121的管道123的终端上。这样，在当第二内衬118被更换或者替换时，管道123能够容易地被分离。然而，其它的将第二衬底连接到内衬流体源的手段可以作为选择地被使用。
外壁506通常是圆柱形的并且其尺寸做成与室壁形成最小的间隙。外壁506可以在高度上有所变化，特别是如果第一内衬134也象上面所描述的那样被使用时。外壁506额外地包括与泵送口138对准的排出口520。排出口520可以部分地包围一部分基底壁108。排出口520提供了在泵送容积114中的气体通路到节流阀60和泵109。外壁506可以额外地包括很多用于各种目的的其它口。一个这样的其它口的例子是衬底入口526，衬底入口526与侧壁106中的缝隙开口139对准以允许衬底10进、出室100。
上面所描述的内衬配置的好处是由于内衬清洗造成的室的停机时间能够通过使用一对内衬134、118被最小化。当希望更换内衬时，夹子206被打开以释放盖子组件102。各个内衬通过断开各自的快速连接件从流体源121分离。盖子202和气体馈入装置212被从第一内衬134分开，而第一内衬134被提出室100外。一旦第一内衬134被拆除，第二内衬118同样地被拆除。室的停机时间通过替换内衬134、118被最小化。盖子202和气体馈入装置212在替换第一内衬134时被定位。夹子206闭合，这样压紧密封垫而密封住室容积110。各个替换内衬被连接到流体源121，完成了内衬向外更换的过程。拆除的内衬现在能够被清洗以除去积聚的副产品并且然后准备在下一次希望更换内衬时被重新装入室100。
在温度控制系统400的又一个方面中，支撑124的底部200也可以包括一个或者多个热传导流体管道201，通过流体管道201热传导流体可以流动以控制室中的温度。举例来说，管道201可以被布置在底部200周边的周围，以在支撑124的各表面和管道201之内的热传导流体之间传输热量。除了在处理室中控制温度，温度控制的底部200可以确保支撑124周围表面的温度保持足够高以基本上防止处理残余物沉积到表面上。
依照本发明的温度控制的内衬104和底部200的运作示于图10。在运作中，第一内衬134和第二内衬118的温度通过从内衬流体源121流动流体通过分别在各自内衬118和134之内的通路119和322来控制。热传导流体从通路119和322中流出后，可以在流入支撑底部200中的热传导流体管道201之前被合成进入一个单一的管道，并返回内衬流体源121。热传导流体通过在内衬118、134和底部200和流体之间传导热量，用来调节内衬118、134和底部200的温度。来自内衬流体源的流体的温度和流率可以被控制以调节由热传导流体传送到内衬118、134和底部200的热。在一种形式中，使用者可以提供一个用于内衬118、134和底部200的温度的给定值，例如，提供这个给定值给控制器160，控制器160将调节由内衬流体源121输出的流体数量和温度以维持使用者输入的设定值。可以减少处理残余物在内衬134上沉积的适合的内衬温度可以是从大约50到大约70EC。
温度控制系统400的部件，包括具有多区域背面热传导气体的电介质55，支撑底部200包括热传导流体管道201、导体62和结合层73的支撑底部200，流体循环内衬104和加热器67，这些部件能够控制衬底10和室100的表面的温度，也能够保持衬底10处于均匀一致的温度，例如，通过消除在衬底10的等离子处理期间产生的热量。由温度控制系统400提供的热传导效率可以用来确保施加在室中的高射频功率水平和磁场可以维持长时间周期，甚至对于射频功率水平在3200瓦甚至超过3200瓦并且磁场超过100高斯。
这样，目前的室100包含的各个方面提供了在良好的蚀刻速率下进行衬底10上的部件29的大高宽比蚀刻。举例来说，气体激发器141提供足够高的功率密度以便于部件29可以被高能量地蚀刻。磁场发生器292通过在室100之内提供足够高的磁场强度保持良好的部件外形。温度控制系统400在室中提供适合的温度用以在良好的蚀刻速率下对衬底10上的高高宽比部件进行蚀刻，例如通过控制衬底10的温度。温度控制系统400通过减少沉积在室100的表面上的处理残余物的数量，也增强了在良好蚀刻速率下的高高宽比部件29的蚀刻。举例来说，温度控制系统400可以加热内衬104以减少处理残余物沉积到内衬104的表面上。内衬104也可以包括相对光滑的表面，该表面不会促进处理残余物在内衬104的表面上的附着。此外，排气装置114通过以足够高的速率从室100中清除处理残余物以减少处理残余物在室100的表面上的沉积，从而有助于以良好的蚀刻速率进行高高宽比部件29的蚀刻。通过减少从表面上剥落并且又沉积回到衬底10上面的沉积数量来减少在室的表面上的处理残余物的沉积提供了在良好蚀刻速率下的高高宽比蚀刻。室100包含的元件提供了适合的室环境，在该环境中以良好的蚀刻速率在衬底10上的高高宽比部件的蚀刻可以获得。
室100可以被控制器160操纵，控制器160包括中央处理器单元(CPU)174，例如可以从加利福尼亚的Synergy Microsystems公司商业获得的68040微处理器，或者可以从加利福尼亚的Santa Clara的Intel公司商业获得的Pentium微处理器，中央处理单元与存储器193和外部计算机元件的连接如图2所示。存储器193包括计算机可读的介质，该介质中具有包含植入其中的计算机可读的程序。优选地，存储器193可以包括硬盘驱动器187、CD或者软盘驱动器188和随机存储存储器172。控制器100可以更进一步包括很多接口卡，例如模拟和数字输入输出电路板、接口板和电机控制板。操作员和控制器之间的界面能够是，例如通过显示器190和光笔194。光笔194用光笔194顶端的光传感器探测由监视器显示器190发射的光。为选择特定的屏幕或者操作功能，操作员接触监视器190上的屏幕的指定区域并且按下光笔194上的按钮。一般情况下，被接触区域改变颜色，或者显示新的菜单，确定使用者和控制器160之间的通讯。
计算机可读的程序189可以存储在存储器193中，或者可以是计算机程序产品存储在CD或者软盘驱动器188或者其它适合的驱动器中，或者存储在硬盘驱动器187中。计算机可读的程序189通常包括处理控制软件533，该软件包括程序代码以操纵室100和它的元件，包括处理监视软件以监控在室100中进行的处理，包括安全系统软件和其它的控制软件，作为例子示于图11中。计算机可读程序189可以以任何常规的计算机可读编程语言编写，例如汇编语言、C++、Pascal或者Fortran。使用常规的文本编辑器，适合的程序代码被输入一个单个文件或者多个文件，并且被存储在或者包含在存储器193的计算机可用的介质中。如果输入的代码文本是高级语言，代码会被编译，作为结果的遍译过的代码然后与预编译的库程序目标链接。为执行链接、编译过的目标代码，使用者调用目标代码，使CPU174阅读并且执行代码以完成在程序中标识的任务。
图11是依照本发明的计算机可读程序189的具体实施例的分级控制结构的说明性方框图。使用光笔界面，使用者输入处理设置和室的号码到处理选择器程序530，该程序响应显示在CRT终端上的菜单或者屏幕。处理室程序533包括程序代码可以设置定时、气体成分、气体流速、室压力、室温度、射频功率水平、支撑位置、加热器温度、磁场发生和其它特定处理的参数。处理设置是预先确定的执行具体处理所必须的各组参数。处理参数是处理条件，包括但不限于气体成分、气体流速、温度、压力，气体激发器设置例如射频或者微波功率水平、磁场产生、热传导气体压力和壁的温度。
处理顺序程序531包括从处理选择器程序530接受室的类型和一组处理参数以及控制其操作的程序代码。顺序程序531通过把特定的处理参数转给室管理程序532而启动被设置的处理的执行，室管理程序532控制处理室100中的多项处理任务。典型地，处理室程序533包括衬底定位程序534、气流控制程序535、气体压力控制程序536、气体激发器控制程序537、温度控制系统控制程序543、和磁场发生器程序544。典型地，衬底定位程序534包括用于控制室的部件的程序代码，室部件被用来装载衬底10到支撑124上并且可选择地，用来提升衬底10到室100中的希望的高度。处理气体控制程序535包括用于控制处理气体的不同成分的气流速率的程序代码。处理气体控制程序控制安全关闭阀的打开/关闭的位置，并且也使气流控制器107o、107i向上、向下倾斜以获得希望的气体流速。压力控制程序536包括用于通过调节室100的排气装置110的节流阀60的开口大小来控制室100中的压力的程序代码。气体激发器控制程序537包括用于设置施加到室100中的处理电极115、105的射频功率水平的程序代码。温度控制系统的控制包括用于控制在室106中的温度的程序代码。举例来说，温度控制系统的控制可以设置热传导流体的温度或者流速并且加热传导气体以获得室元件的希望的预定温度，例如室的内衬104或者支撑124。磁场发生器程序包括用于控制磁场发生器292的程序代码，例如设置施加到室100的磁场强度。
由控制器160接收、和/或者计算出的数据信号可以被送到工厂自动化主机191。工厂自动化主机191可以包括主软件程序192，主软件程序192计算来自数个系统、平台或者室100的数据、并用于成批的衬底10的数据、或者整个持续的时间周期的数据，以便于识别(i)在衬底10进行处理的统计处理控制参数，(ii)在整个单个的衬底10以统计关系变化的的特性的统计处理控制参数，或者(iii)在整个一批衬底100以统计关系变化的特性的统计处理参数。主软件程序192也可以使用用于正在进行的现场处理的估算的数据或者用于其它处理参数的控制的数据。适合的主软件程序包括可从上述的应用材料有限公司(Applied Materials)得到的WORKSTREAMTM软件程序。工厂自动化主机191可以更进一步适合提供指令信号以便于(i)从处理顺序中清除特别的衬底10，例如如果衬底特性不充分或者没有在统计确定的数值范围内或者处理参数背离了可接受的范围；(ii)结束在特定的室100中的处理；或者(iii)依据不适合的衬底10的特性或者处理参数调节处理条件。工厂自动化主机191也可以通过主软件程序192响应数据计算在衬底10的处理的开始或结束时提供指令信号。例子下面的例子说明了本发明的有效性；然而，本发明可以用于其它的处理和其他应用并如同会被本领域的一般技术人员所明白的，本发明不应该局限在这里所提供的例子。在这些例子中，依照本发明，一个单晶片处理室被用来蚀刻衬底10，衬底10包括在具有大约200mm直径的硅晶片上的二氧化硅。
衬底10被放置在衬底支撑124上，并且支撑124通过热传导流体通过支撑124中的导体62的通道171被加热或者被冷却。衬底10被允许使室100的温度均衡，并且室100中的压力通过调节排气装置110中的节流阀60的开口大小被设定。在蚀刻处理中，对于大约25升的室容积，处理气体包括100sccm的HBr、18ssccm的NF3和36sccm的HeO2的同等物，处理气体被引入室100中。然后，射频电压在射频功率水平下被施加到电极105。磁场发生器292在室100之内施加磁场。衬底10被氦气热传导气体107冷却，气体107被处在不同压力的热传导控制器107i和107o引入衬底接收表面147。
例子1-3这些例子被执行以测定衬底10蚀刻期间射频功率水平对电极105的温度的影响。支撑124被加热到90EC的温度，并且室100中的压力被维持在230mTorr。然后，蚀刻气体成分被提供给室100，射频功率水平被设置在1800、2600或者3490瓦，而且100高斯的磁场被施加。热传导气体控制器107i和107o在16到20mTorr压力下提供氦气到衬底10的背面。衬底10被蚀刻240分钟。
图12示出了随着施加到电极105上的射频功率的增加，电极105的温度变化。电极温度在1800瓦的射频功率水平时的升高测量为6.8EC，在2600瓦时为8.5EC，在3490瓦时为13.6EC。电极温度，并因此的衬底温度，被确定为其升高是射频功率水平的函数。描述这个函数的方程被确定为是施加到电极105、118上的射频功率水平的多项式函数。这些例子证明衬底温度强烈取决于施加到电极105、118的射频功率，并且射频功率影响在衬底10中被蚀刻的部件29的蚀刻速率和外形。
例子4-6图13a到图13b证明了射频功率水平对蚀刻部件29的外形和部件29的蚀刻速率的影响。蚀刻处理如同上面所描述的那样被执行，室压力为170mTorr，磁场强度为100高斯，电极温度为90EC，射频功率水平为1250、1450、和1600瓦。图13a示出了由于增加射频功率水平所得到的沟槽(trench)宽度和临界尺寸。增加射频功率水平通常增加平均的外形宽度和和蚀刻部件的顶端部分的平均临界尺寸。在1250瓦的射频功率水平，得到了0.16Фm的平均宽度和0.18Фm的临界开口尺寸，然而，在1600瓦的射频功率水平，得到了0.23Фm的平均宽度和开口尺寸的临界尺寸。图13b示出了由于增加射频功率水平而获得的蚀刻速率和高宽比。由于增加射频功率水平，蚀刻速率增加了而高宽比减少了。平均蚀刻速率从在1200瓦的0.72Фm/分钟增加到在1600瓦的0.82Фm/分钟。射频功率水平是1250瓦时，平均高宽比是36.4，而当射频功率水平是1600瓦时，平均高宽比是33.2。图13c描绘了由于增加射频功率水平而得到的蚀刻速率和选择性。平均选择性从1250瓦的9.8增加到1600瓦的11.2。这些结果通常显示了增加射频功率会增加平均蚀刻速率而仍然保持良好的蚀刻选择性。然而，射频功率水平的增加也产生了不希望的较大的沟槽宽度和较低的高宽比，这据信是由于部分与在射频功率水平下的晶片温度相关。因此使用在蚀刻处理中增加射频功率水平以增加蚀刻速率的方法是希望的。然而，其它的处理参数必须在选定的射频功率水平下被优化以获得高高宽比部件29。
例子7-8在这些例子中，进一步发现了磁场强度是能够被优化以在增加射频功率水平时保持狭窄的蚀刻部件宽度的参数。图14a到14c说明了在蚀刻处理中增加磁场强度的效果。蚀刻处理执行的室压力是130、135、或者140mTorr，射频功率水平是1250瓦，阴极温度是90EC，磁场强度是80或者100高斯。图14a示出了由于增加磁场强度而获得的沟槽宽度和临界尺寸。蚀刻部件29的平均宽度发现从80高斯的平均宽度0.18Фm减小到100高斯的平均宽度0.16Фm。蚀刻部件29的临界尺寸发现从80高斯的平均临界尺寸0.18Фm减小到100高斯的平均临界尺寸0.16Фm。图14b示出了由于增加磁场强度获得的蚀刻速率和高宽比。平均蚀刻速率发现从80高斯的0.67Фm/分钟增加到100高斯的0.73Фm/分钟。这个平均蚀刻速率增加伴随着蚀刻部件高宽比的减少。80高斯的平均高宽比被测定为33.0，而100高斯的平均高宽比被测定为32.7。图14c示出了由于增加磁场强度而获得的蚀刻速率和选择性。平均选择性可以看到从80高斯的10.4增加到100高斯的11.2。这样，使用高磁场强度能够增加蚀刻速率而又保持良好的蚀刻外形、高高宽比和窄的沟槽宽度。因此需要在高磁场强度下执行高高宽比部件的蚀刻。
例子9-10增加磁场强度对蚀刻过程的影响通过在1450瓦的射频功率水平下，对100高斯的磁场强度和120高斯的磁场强度下执行的蚀刻处理做比较进一步被测试。室的压力保持在170mTorr而电极温度被设定在90EC。在120高斯的磁场强度下执行的处理的平均蚀刻速率被发现是0.78Фm/分钟而平均高宽比是34.0。与在100高斯的磁场强度下获得的0.756Фm/分钟的平均蚀刻速率和33.5的平均高宽比相比，这些数值基本山是更希望的。通过调节蚀刻处理期间保护性侧壁物质30的沉积，较高的磁场强度相信会维持高高宽比和较小的沟槽宽度。这个例子也显示了高磁场强度改善了高高宽比部件的蚀刻。
例子11-18在这些比较的例子中，使用较高射频功率的蚀刻处理和使用较低蚀刻功率的蚀刻处理相比较。每次处理获得的蚀刻速率和蚀刻部件的几何形状都在下面的表1中给出。
表1
在例子11-13中，蚀刻处理执行时的射频功率水平是900瓦，电极温度维持在90EC，室压力维持在200mTorr，氦气压力在只包括一个单个的热传导气体区域99的支撑124上被维持在14Torr，磁场强度维持在100高斯的高水平上。
在例子14-16中，蚀刻处理执行时的射频功率水平是1800瓦，电极温度维持在90EC，室压力维持在230mTorr，氦气压力的内部和外部出口的压力被分别维持在14Torr和20Torr，磁场强度维持在100高斯的高水平上。
在例子17中，蚀刻处理执行时的射频功率水平是1800瓦，电极温度维持在90EC，室压力维持在200-230mTorr，氦气压力的内部和外部出口的压力被分别维持在6-14Torr和15-20Torr，磁场强度维持在100高斯的高水平上。
在例子18中，蚀刻处理执行时的射频功率水平是2600瓦，电极温度维持在70EC，室压力维持在230mTorr，氦气压力的内部和外部出口的压力被分别维持在10-16Torr和20Torr，磁场强度维持在100高斯的高水平上。
这些例子显示了使用较高射频功率水平的蚀刻处理比使用较低射频功率水平的蚀刻处理以较快的平均蚀刻速率产生了具有高高宽比的蚀刻部件。
预期的例子下面是预期的例子用以证明依照本发明的典型处理，以提供具有良好蚀刻外形的高蚀刻速率。在这个例子中，蚀刻处理执行时的电极温度是50到60EC，内部和外部气体区域的氦气压力分别是16Torr到20Torr，射频功率水平是3500瓦，磁场强度是100高斯。处理气体成分和气体压力和这里被提供的一样。使用这些优化的参数，可以预期能够获得具有良好蚀刻外形、至少大约是1.3Фm/分钟的蚀刻速率。这比起在1 800瓦的射频功率水平和100高斯的磁场强度下进行基本的蚀刻是一个显著的增长。这样，高蚀刻速率和良好蚀刻外形能预期通过增加射频功率水平被得到。
依照本发明的装置50和处理方法能够提供良好的在衬底10上的高高宽比部件29的蚀刻，同时具有良好的蚀刻外形和一致的蚀刻速率。装置50能够在提供高磁场强度和良好的温度控制的同时，施加高射频功率。在高射频功率水平下和强磁场中处理衬底10，同时保持衬底在预定的温度，能够允许在良好蚀刻速率下的高高宽比部件的蚀刻。出乎意料地，发现高射频功率水平为高高宽比部件提供良好的蚀刻速率，高磁场强度维持高高宽比部件的小临界尺寸和开口尺寸。此外，保持衬底10在预定范围的温度改进了蚀刻部件外形的形状。同样，减小处理残余案物在室100的表面上的沉积已经发现能够允许在良好蚀刻速率下的高高宽比部件的蚀刻。结果，依照本发明的蚀刻装置和处理，能够以高蚀刻速率蚀刻高高宽比部件，同时维持小开口尺寸和良好的蚀刻部件外形。
虽然本发明的示例性实施例被展示和描述，那些本领域的普通技术人员可以设计出其它结合了本发明的实施例，并且这些实施例也在本发明的范围之内。举例来说，另外的在不同的功率水平下运转的电极可以在不背离本发明的范围下被使用。同样地，正如对那些本领域内的普通技术人员是显而易见的，磁场发生器可以包括可供选择的磁场源。此外，术语“在……下面”、“在……上面”、“底部”、“顶部”、“向上”、“向下”、“第一”和“第二”、以及其它的相关的或者位置术语根据图中的示例性实施例被示出，并且是可互换的。因此，附加的权利要求不应该被局限于描述本发明所描述的优选形式、材料或者空间布置的描述。
权利要求
1.一种衬底处理室包括一个气体供给装置以向该室提供气体；可以被电偏置以激励气体的第一和第二电极，第二电极适合于被充电到至少大约10瓦/厘米2的功率密度，并且第二电极包括一接纳表面以接纳衬底；一个排气装置以排除气体。
2.依照权利要求1的室，其中第二电极适合于被充电到至少等于大约3200瓦的功率，用于具有大约200mm直径的衬底。
3.依照权利要求1的室，包括一磁场发生器，适合于在室中提供至少大约100高斯的磁场。
4.依照权利要求3的室，其中磁场发生器包括一个电磁铁，该电磁铁具有一个套子，用以在其中循环热传导流体。
5.依照权利要求1的室，包括一控制器，适合于控制第一和第二电极、磁场发生器和温度控制系统，以设定处理条件以蚀刻其高宽比至少为大约30的衬底部件。
6.依照权利要求5的室，包括一控制器，适合于设定处理条件以蚀刻其开口尺寸小于大约0.14Фm或者其深度至少为大约8Фm的衬底部件。
7.依照权利要求1的室，包括一个适合于控制室中温度的温度控制系统。
8.依照权利要求7的室，包括温度控制系统，适合于维持衬底温度低于大约240EC或者温度变化小于大约5EC。
9.依照权利要求7的室，其中温度控制系统包括一个或者多个(a)一个具有多个区域的衬底接纳表面，在这些区域中热传导气体在衬底处理期间可以被维持在不同的压力下；(b)一个在第二电极下面的导体，该导体包括用以在其中循环热传导流体的通道；(c)一个包括光滑表面的内衬；(d)一个具有通路的室壁，该通路用以在其中循环热传导流体；或适合于加热室壁的加热器；
10.依照权利要求9的室，其中温度控制系统包括管道，这些管道在导体下面的底部内，用以在其中循环热传导流体。
11.依照权利要求1的室，其中第一和第二电极被间隔开的距离从大约1cm到大约5cm。
12.依照权利要求11的室，其中气体供给装置包括气体出口，这些气体出口在其中一个电极中。
13.依照权利要求1的室，其中第二电极包括覆盖导体的电介质，电介质的电阻率从大约1×109到大约1×1013欧姆-cm
14.依照权利要求13的室，其中电介质的电阻率从大约1×1010到大约1×1012欧姆-cm。
15.依照权利要求13的室，其中电介质的厚度从大约0.02到2mm。
16.一种衬底处理方法包括(a)在处理区域中提供衬底；(b)将气体引入到处理区域中；(c)通过将至少大约10瓦/厘米2的功率密度的电能施加到衬底下面的电极上来激励气体；(d)排除气体。
17.依照权利要求16的方法，包括在处理区域中施加至少大约100高斯的磁场。
18.依照权利要求16的方法，包括维持衬底温度低于大约240EC或者温度变化小于大约5EC。
19.依照权利要求16的方法，包括设定处理条件，处理条件包括激励气体、维持磁场、和控制衬底温度，以蚀刻其高宽比至少大约为30和开口尺寸小于大约0.14Фm的衬底部件。
20.一种衬底蚀刻室包括一个衬底支撑；一个气体供给装置以提供气体给室和一个排气装置以排除室中的气体；一个气体激发器，包括可以被电偏置以激励气体的第一和第二电极，对于具有大约200mm直径的衬底第二电极适于被充电到等于至少大约3200瓦的功率；一个磁场发生器，适于在室中提供至少大约100高斯的磁场；一个温度控制系统，适于控制衬底和室的表面的温度。
21.依照权利要求20的室，其中磁场发生器适于在室中提供至少大约120高斯的磁场。
22.依照权利要求20的室，其中温度控制系统适于维持衬底温度低于大约240EC或者温度变化小于5EC。
23.依照权利要求20的室，包括一个控制器，以控制一个或者多个第一和第二电极、磁场发生器、和温度控制系统，以设定处理条件以蚀刻其高宽比至少为大约30和开口尺寸小于大约0.14Фm的衬底部件。
24.依照权利要求20的室，其中温度控制系统包括内衬，该内衬包括光滑表面。
25.依照权利要求20的室，其中第二电极包括覆盖导体的电介质，电介质具有从大约1×109到大约1×1013欧姆-cm的电阻率。
26.一种衬底蚀刻方法包括(a)在室的处理区域中提供衬底；(b)将气体引入到处理区域中；(b)通过耦合功率至少等于大约3200瓦的电能到气体来激励气体，用于具有大约200mm直径的衬底。(d)在室中施加至少大约100高斯的磁场；(e)控制衬底和室的表面的温度；(f)排除气体。
27.依照权利要求27的方法，包括在室中施加至少大约120高斯的磁场。
28.依照权利要求27的方法，其中通过给被电介质覆盖的电极充电来激励气体，电介质具有从大约1×109到大约1×1013欧姆-cm的电阻率。
29.依照权利要求27的方法，包括维持衬底温度低于大约240EC或者衬底温度变化小于大约5EC。
30.一种衬底，包括其高宽比至少大约是30和开口尺寸小于大约0.14Фm的被蚀刻部件。
31.依照权利要求30的衬底，包括其高宽比至少为大约45的被蚀刻部件。
32.依照权利要求30的衬底，包括其开口尺寸小于大约0.10Фm的被蚀刻部件。
全文摘要
一种衬底处理室(110)包括一个气体供给装置(56)用以向该室提供气体，能够被电偏置的第一和第二电极(115、105)，适合于激励气体，第二电极(115)适合充电到至少10瓦/厘米
文档编号H01L21/311GK1471727SQ01817958
公开日2004年1月28日 申请日期2001年11月1日 优先权日2000年11月1日
发明者A·库玛尔, A·卡恩, A·奥耶, R·韦登斯韦勒, M·G·查芬, A·霍洛坚科, D·V·波德勒斯尼克, A 库玛尔, 寮峥, 撬刮だ, 查芬, 波德勒斯尼克, 甓 申请人:应用材料有限公司