專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備；更具體涉及制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，頂和線圈有分別改進(jìn)的形狀，以使處理室內(nèi)的等離子體密度保持均勻。而且，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，發(fā)光極尖有露在處理室內(nèi)部空間的彎曲端。而且，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，能使處理室內(nèi)的等離子體密度保持均勻。而且，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，安裝有4個(gè)抽頭至8個(gè)抽頭螺旋線圈中的一個(gè)螺旋線圈，并按1X(X至少是6)的比例加電源功率或偏置電功率。
背景技術(shù)：
刻蝕是半導(dǎo)體器件制造工藝中用化學(xué)溶液或氣體從半導(dǎo)體晶片除去不需要的部分的工藝。而且，在相同的等離子體條件下，不同薄膜的刻蝕速度之比叫做“刻蝕選擇率”。
通常主要用進(jìn)行化學(xué)刻蝕的濕刻蝕，可以使電路圖形變得更精細(xì)的干刻蝕得到越來(lái)越廣泛的使用。干刻蝕不用化學(xué)溶液而用腐蝕性氣體或等離子體。
濕刻蝕中，用強(qiáng)酸的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行各向同性刻蝕，即使被掩模覆蓋的部分也可以被刻蝕。相反，干刻蝕用反應(yīng)離子刻蝕，其中，用例如等離子態(tài)的鹵素的腐蝕性化學(xué)氣體和等離子態(tài)離子進(jìn)行刻蝕。因此，干刻蝕可以實(shí)現(xiàn)只在襯底上按垂直方向進(jìn)行刻蝕的各向異性刻蝕，所以，干刻蝕適用于要求高精度的精細(xì)工藝，例如，適用于甚大規(guī)模集成電路(VLSI)工藝。
按等離子體的建立方式，常規(guī)的等離子體刻蝕可分為兩類(lèi)圖1A和圖1B所示的感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)和圖3所示的電容耦合等離子體刻蝕(CCP)。
圖1A和圖1B是常規(guī)ICP刻蝕方法中用的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖視圖。這種情況下，圖1A所示的處理室1a包括平頂2a，圖1B所示的處理室1b包括凹頂2b。
如圖1A和圖1B所示每個(gè)常規(guī)ICP刻蝕設(shè)備包括處理室1a或1b，頂2a或2b，晶片3a或3b，線圈4a或4b，和感應(yīng)電源部件5a或5b。
以下將以圖1A所示等離子體刻蝕設(shè)備為例說(shuō)明常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備。
處理室1a的內(nèi)表面用涂氧化物的鋁層形成，晶片放在處理室1a內(nèi)進(jìn)行刻蝕。
頂2a是密封處理室1a的密封件，可分成圖1A所示的平形和圖1B所示的凹形(或凸形)。用介電常數(shù)ε1的范圍是9.3-9.8的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成頂2a。
線圈4a設(shè)置在頂2a上。線圈4a接收來(lái)自感應(yīng)電源部件5a(也叫“電源”)的電流，以產(chǎn)生電場(chǎng)。
如圖2A和圖2B所示，線圈4a有單個(gè)抽頭或3個(gè)抽頭的螺旋形。線圈4a是單個(gè)抽頭的螺旋線圈時(shí)為平形，而線圈4a是3個(gè)抽頭的螺旋線圈時(shí)有中心部分向上或向下凸出的凸形。
線圈4a產(chǎn)生的電場(chǎng)通過(guò)有預(yù)定介電常數(shù)ε1的頂2a引入處理室1a。
因而，按這種方式引入的電場(chǎng)引起處理室1a中包含的氣體放電，使氣體進(jìn)入等離子態(tài)，通過(guò)帶電荷的離子與等離子體產(chǎn)生的中性基顆粒之間的化學(xué)反應(yīng)刻蝕晶片3a沒(méi)有被掩蔽的表面部分。
這種情況下，由于設(shè)置線圈4a，晶片3a的中心部分的電場(chǎng)強(qiáng)度大于晶片邊緣部分的電場(chǎng)強(qiáng)度。由于處理室1a中的產(chǎn)生的等離子體密度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，結(jié)果，不能保證刻蝕的均勻性。
因此，為了保證刻蝕速度一致，所以，要求等離子體刻蝕設(shè)備能使處理室1a中的等離子體密度保持均勻。
作為參考，在多-刻蝕情況下，用感應(yīng)電源部件5a供給線圈4a的感應(yīng)電功率值的范圍是200-1500W，它小于在氧化物-刻蝕的情況下供給線圈4a的感應(yīng)電功率值2000W，兩種刻蝕的晶片3a尺寸都是8英寸。
感應(yīng)電源部件5a加1500W的高感應(yīng)電功率時(shí)，加到圖2A所示單個(gè)抽頭線圈的電功率是1500W，加到圖2B所示3個(gè)抽頭線圈的電功率是500W。
但是，有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)線圈4a中，在線圈4a的端部，即接地部分產(chǎn)生電弧放電。
圖3是常規(guī)的CCP刻蝕方法中用的常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖視圖。
常規(guī)的CCP刻蝕方法中用的常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室1c中，用涂有氧化物的鋁形成處理室1c的內(nèi)表面，晶片3c放在處理室1c的底內(nèi)表面上。而且有預(yù)定介電常數(shù)ε1的單層頂2c設(shè)置在處理室1c的上端，密封處理室1c。等離子體刻蝕設(shè)備還包括供給90至100W的偏置電功率的偏置電源部件5c，以增大處理室1c中的離子能量。
圖4是常規(guī)等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖4所示，常規(guī)等離子體刻蝕設(shè)備包括處理室11，電荷耦合裝置(以下叫做“CCD”)20，光分量提取部件30，確定部件40，和供氣部件50。
頂12設(shè)置在處理室11的上端密封處理室11。發(fā)光極尖15伸過(guò)頂12的中心部分指向處理室11的內(nèi)部。噴嘴16a和16b設(shè)置在處理室11的內(nèi)側(cè)表面的下部，給放在處理室11的下表面上的晶片13供氣。閥門(mén)17a和17b分別設(shè)置在噴嘴16a和16b處，控制供氣量。
CCD 20通過(guò)發(fā)光極尖15把光輻射到處理室11并接收晶片13反射的光。
光分量提取部件30從CCD 20接收到的光分量中提取光強(qiáng)度最強(qiáng)的光分量。
光分量提取部件30提取的光分量突變時(shí)(增大或減小)，確定部件40判斷該時(shí)間點(diǎn)是刻蝕完成的時(shí)間點(diǎn)，并輸出對(duì)應(yīng)刻蝕完成時(shí)間點(diǎn)的刻蝕完成控制信號(hào)。
供氣部件50通過(guò)噴嘴16a和16b向處理室11供氣。響應(yīng)確定部件40輸出的刻蝕完成控制信號(hào)，供氣部件50控制閥門(mén)17a和17b的操作，以控制供氣量。
換句話說(shuō)，常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備按對(duì)刻蝕完成時(shí)間點(diǎn)的判斷控制晶片3的刻蝕操作。
但是，當(dāng)它判斷即使在刻蝕后晶片沒(méi)有被均勻有被均勻刻蝕，常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備必須再進(jìn)行刻蝕工藝。這種情況下，通過(guò)改變例如供氣部件50的供氣量，CCD 20入射光的時(shí)間等各種刻蝕條件來(lái)進(jìn)行刻蝕工藝。而且，為了保持處理室11中等離子體的均勻密度，必須調(diào)節(jié)各種刻蝕條件?？涛g條件不合適時(shí)，常常要廢棄刻蝕壞了的晶片。事實(shí)上，常規(guī)的等離子體刻蝕方法中常常要廢棄幾十或幾百因刻蝕條件不合適而產(chǎn)生的刻蝕壞了的晶片。
而且，如圖4所示，露出到處理室11的內(nèi)部空間的發(fā)光極尖15有向下突出的下端。由于從發(fā)光極尖15發(fā)射的光在處理室11內(nèi)按全方向散射，所以，晶片13接收到的光量不大。同樣，由于晶片13反射的光也在處理室11內(nèi)按全方向散射，所以發(fā)光極尖15接收到的反射光量也不大。
如圖4中的放大部分所示，與發(fā)光極尖15接觸的頂12的下邊緣部分A可以分開(kāi)，因此，會(huì)產(chǎn)生劣質(zhì)晶片。
用有介電常數(shù)ε1的范圍是9.3-9.8的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成頂2a，由感應(yīng)電源部件(沒(méi)畫(huà))產(chǎn)生的電場(chǎng)通過(guò)有介電常數(shù)ε1的頂2a引入處理室11。
這種情況下，引入的電場(chǎng)使處理室中包含的氣體放電，使氣體變成等離子態(tài)。而且，該工藝中產(chǎn)生的中性基顆粒與刻蝕物體上的帶電荷的離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以刻蝕沒(méi)有被掩模覆蓋的晶片表面部分。
以下描述和對(duì)比給出的ICP和CCP刻蝕方法。
(1)刻蝕選擇率刻蝕選擇率是在相同的等離子體條件下刻蝕薄膜時(shí)，不同類(lèi)型的薄膜的刻蝕速度之間的相對(duì)比。因此刻蝕選擇率越大越好。
在按常規(guī)的ICP刻蝕方法中，當(dāng)加到預(yù)定膜層上的光刻膠(PR)膜在等離子體刻蝕設(shè)備中刻蝕時(shí)，光刻膠(PR)膜的刻蝕選擇率是小于3∶1的比例。相反，在按常規(guī)的CCP刻蝕方法中，當(dāng)加到預(yù)定膜層上的光刻膠(PR)膜在等離子體刻蝕設(shè)備中刻蝕時(shí)，光刻膠(PR)膜的刻蝕選擇率是3∶1和6∶1的比例。因此，CCP刻蝕方法在光刻膠(PR)膜刻蝕中的刻蝕選擇率方面有更好的性能。
(2)刻蝕速度刻蝕速度是每單位時(shí)間周期物體的刻蝕量，通常以/min為單位。因此，刻蝕速度越大越好。
常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備用常規(guī)的ICP刻蝕方法情況下，處理室中的壓力值是40到80mT時(shí)，刻蝕速度是4000到5000/min，與壓力成反比。相反，常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備用常規(guī)的CCP刻蝕方法的情況下，處理室中的壓力值是40到80mT和偏置電功率增大到1600時(shí)，刻蝕速度是8000到9000/min，與壓力成正比。
換句話說(shuō)，在處理室中的壓力值在40到80mT之間時(shí)，CCP刻蝕方法中的刻蝕速度大于ICP刻蝕方法中的刻蝕速度。而且CCP刻蝕方法中的刻蝕速度與壓力成正比。因此，在刻蝕速度方面，CCP刻蝕方法比ICP刻蝕方法有更好的特性。
(3)等離子體密度(見(jiàn)圖15A)由于用等離子體刻蝕晶片，所以等離子體密度越高越好。而且處理室內(nèi)的壓力越高等離子體密度越高。因此從工藝的再現(xiàn)性，重復(fù)性和穩(wěn)定性考慮，處理室內(nèi)的壓力不能低。
常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備用常規(guī)的ICP刻蝕方法情況下，處理室內(nèi)的壓力值是30mT的情況下，當(dāng)加1000W的電功率時(shí)，等離子體密度是2.40×1011cm-3；當(dāng)加2800W的電功率時(shí)，等離子體密度是1×1012cm-3，即當(dāng)壓力增大時(shí)等離子體密度突然增大。相反，常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備用常規(guī)的CCP刻蝕方法情況下，處理室內(nèi)的壓力值是30mT的情況下，等離子體密度是3.20×1010cm-3，當(dāng)壓力增大時(shí)等離子體密度按所希望的慢速度增大。因此，在關(guān)于等離子體密度方面常規(guī)的ICP刻蝕方法比常規(guī)的CCP刻蝕方法有更好的特性。
(4)電子顆粒的溫度(見(jiàn)圖15B)電子顆粒溫度是在等離子體中的電子顆粒的溫度。通常以絕對(duì)溫度或開(kāi)爾文溫度K作為溫度的單位。但是，按絕對(duì)溫度單位的電子顆粒溫度的值極高，所以，用eV作為電子顆粒溫度單位，12400K相當(dāng)于1eV。
電子顆粒溫度低時(shí)，處理室內(nèi)的等離子體的溫度也低，因而能減小等離子體對(duì)晶片的損壞。相反，當(dāng)電子顆粒溫度升到更高時(shí)，有高能量的電子顆粒會(huì)滲入晶片，造成結(jié)損壞。因此電子顆粒的溫度越低越好。
處理室中的壓力是30mT時(shí)，即使用常規(guī)的ICP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，或用常規(guī)的CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，電子顆粒的溫度測(cè)試值為4.0eV。因此，在使用常規(guī)的ICP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，或用常規(guī)的CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中均沒(méi)發(fā)現(xiàn)低電子顆粒溫度。
(5)離子電流密度(見(jiàn)圖15C)等離子體中的離子電流密度的測(cè)試值以mA/cm2為單位。離子電流密度越大刻蝕的速度越大。因此，離子電流密度越大越好。
在用常規(guī)的ICP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中和用常規(guī)的CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，處理室中的壓力是30mT時(shí)，離子電流密度的值為1mA/cm2，盡管用常規(guī)的ICP刻蝕方法的離子電流密度的測(cè)試值稍大于用常規(guī)的CCP刻蝕方法的離子電流密度的測(cè)試值。但是，應(yīng)注意，即使在上述的兩種方法中，處理室內(nèi)的壓力增大時(shí)離子電流密度也不會(huì)增加很大。
如上述的無(wú)論是ICP刻蝕方法或是CCP刻蝕方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因而，要求開(kāi)發(fā)只有兩種方法的優(yōu)點(diǎn)的新的等離子體刻蝕方法和用新方法的新設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，密封等離子體處理室的頂有面向處理室的內(nèi)部空間和朝處理室的內(nèi)部空間凸出的彎曲內(nèi)表面，以使處理室中的等離子體密度保持均勻。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，密封等離子體處理室的頂有面向處理室的內(nèi)部空間的彎曲內(nèi)表面，頂?shù)膹澢鷥?nèi)表面的中心部分比它的邊緣表面更朝處理室的內(nèi)部空間凸出，頂包括介電常數(shù)彼此不同的至少兩層，使處理室中的等離子體密度保持均勻。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，用設(shè)置在頂上的4抽頭至8抽頭的螺旋線圈，以防止在線圈的接地部分產(chǎn)生電弧放電，以及使處理室中的等離子體密度保持均勻。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，用有凹形下端的發(fā)光極尖，即下端表面是向上彎曲的，以增大傳送到等離子體處理室的光的反射率，防止發(fā)光極尖與頂?shù)慕佑|部分分開(kāi)，設(shè)置在晶片表面上，然后在晶片表面上形成雜質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，對(duì)比按波長(zhǎng)的規(guī)定光分量的強(qiáng)度，按對(duì)比結(jié)果用發(fā)光極尖調(diào)節(jié)引入等離子體處理室的氣體量，使處理室中的等離子體密度保持均勻。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，用通過(guò)頂?shù)闹行牟糠治挥谥辽夙數(shù)囊粋€(gè)邊緣部分的發(fā)光極尖，獲得在頂?shù)闹行牟糠趾瓦吘壊糠痔崛〉囊?guī)定的光分量強(qiáng)度的比例值，根據(jù)兩個(gè)比例值之間的差調(diào)節(jié)通過(guò)邊緣部分引入的氣體量，使處理室中的等離子體密度保持均勻。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，電源電功率與偏置電功率之比是1∶(6-20)。等離子體刻蝕設(shè)備包括4抽頭到8抽頭螺旋線圈中的一個(gè)線圈，以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的一個(gè)特性的光刻膠(PR)的刻蝕選擇率。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，電源電功率與偏置電功率之比是1∶(6-20)。等離子體刻蝕設(shè)備包括4抽頭到8抽頭螺旋線圈中的一個(gè)線圈，以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的一個(gè)特性的刻蝕速度。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，電源電功率與偏置電功率之比是1∶(6～20)，等離子體刻蝕設(shè)備包括4抽頭到8抽頭螺旋線圈中的一個(gè)線圈，以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的一個(gè)特性的等離子體密度。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，電源電功率與偏置電功率之比是1∶(6～20)，等離子體刻蝕設(shè)備包括4抽頭到8抽頭螺旋線圈中的一個(gè)線圈，以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的一個(gè)特性的電子顆粒的溫度。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備，其中，電源電功率與偏置電功率之比是1∶(6-20)，等離子體刻蝕設(shè)備包括4抽頭到8抽頭螺旋線圈中的一個(gè)線圈，以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的一個(gè)特性的離子電流密度。
按本發(fā)明的一個(gè)方案，提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕設(shè)備，等離子體刻蝕設(shè)備包括其中放置要刻蝕的晶片的處理室；密封處理室上端的第一頂；繞在頂上和產(chǎn)生引入處理室的電場(chǎng)的線圈；通過(guò)頂?shù)念A(yù)定部分設(shè)置的至少一個(gè)發(fā)光極尖，以朝向晶片發(fā)光和接收由晶片反射的光；多個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置在發(fā)光極尖的周?chē)屯ㄟ^(guò)頂?shù)念A(yù)定部分，以給處理室供氣；和多個(gè)閥門(mén)，每個(gè)閥門(mén)設(shè)置在每個(gè)噴嘴處，以調(diào)節(jié)供給處理室的氣體量，其中，第一頂有平的外表面和面向處理室的內(nèi)部空間的彎曲的內(nèi)表面，彎曲內(nèi)表面的中心部分比它的邊緣部分更向處理室的內(nèi)部空間凸出。
按更具體實(shí)施例，設(shè)備還包括第二頂，它連接到第一頂?shù)耐獗砻?，其介電常?shù)與第一頂?shù)慕殡姵?shù)不同。第一頂?shù)慕殡姵?shù)小于第二頂?shù)慕殡姵?shù)。線圈有4個(gè)抽頭到8個(gè)抽頭螺旋形中的一個(gè)。發(fā)光極尖有防止凸出超過(guò)頂?shù)南卤砻娴陌夹蜗露?。通過(guò)頂?shù)闹行牟糠衷O(shè)置發(fā)光極尖。不僅通過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄彝ㄟ^(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分設(shè)置發(fā)光極尖。等離子體刻蝕設(shè)備還包括給處理室的底加偏置電壓的偏置電源部件。
按本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕設(shè)備，等離子體刻蝕設(shè)備包括其中放置要刻蝕的晶片的處理室；密封處理室上端的第一頂；繞在頂上和產(chǎn)生引入處理室的電場(chǎng)的線圈；通過(guò)頂?shù)念A(yù)定部分設(shè)置的至少一個(gè)發(fā)光極尖，以朝向晶片發(fā)光和接收由晶片反射的光；多個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置在發(fā)光極尖的周?chē)屯ㄟ^(guò)頂?shù)念A(yù)定部分，以給處理室供氣；和多個(gè)閥門(mén)，每個(gè)閥門(mén)設(shè)置在每個(gè)噴嘴處，以調(diào)節(jié)供給處理室的氣體量；至少一個(gè)狀態(tài)控制部件，包括光分量提取部件，比例值建立部件，對(duì)比部件，和控制部件。光分量提取部件從通過(guò)發(fā)光極尖接收到的光分量中提取預(yù)定的光分量和獲得提取的光分量的強(qiáng)度，比例值建立部件建立提取的光分量強(qiáng)度之間的比例值，對(duì)比部件對(duì)比建立的比例值與參考值，控制部件按對(duì)比部件的對(duì)比結(jié)果進(jìn)行控制值操作。
按更具體實(shí)施例，第一頂有平的外表面和面向處理室的內(nèi)部空間的彎曲的內(nèi)表面，彎曲內(nèi)表面的中心部分比它的邊緣部分更向處理室的內(nèi)部空間凸出。設(shè)備包括第二頂，它連接到第一頂?shù)耐獗砻?，其介電常?shù)與第一頂?shù)慕殡姵?shù)不同。第一頂?shù)慕殡姵?shù)小于第二頂?shù)慕殡姵?shù)。第一線圈有4個(gè)抽頭到8個(gè)抽頭螺旋線圈中的一個(gè)。發(fā)光極尖有防止凸出超過(guò)頂?shù)南卤砻娴陌夹蜗露?。通過(guò)頂?shù)闹行牟糠衷O(shè)置發(fā)光極尖。不僅通過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄彝ㄟ^(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分設(shè)置發(fā)光極尖。等離子體刻蝕設(shè)備還包括給處理室的底加偏置電壓的偏置電源部件。
按本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法，等離子體刻蝕方法包括步驟提取放置在處理室中的晶片反射的預(yù)定的光分量，和獲得提取的光分量的強(qiáng)度；建立提取的光分量的強(qiáng)度之間的比例值；對(duì)比建立的比例值與參考值；和按對(duì)比結(jié)果控制供給處理室的供氣量。
按更具體實(shí)施例，預(yù)定的光分量包括CFx和SiOx分量，當(dāng)建立的比例值大于參考值時(shí)，CFx氣量增大，當(dāng)建立的比例值小于參考值時(shí)，O2氣量增大。
按本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供用等離子體刻蝕設(shè)備制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法，等離子體刻蝕設(shè)備包括其中放置要刻蝕的晶片的處理室；密封處理室上端的頂；設(shè)置在頂上和給處理室供電的從4個(gè)抽頭到8個(gè)抽頭的螺旋線圈選擇的一個(gè)線圈；給處理室的底供給偏置電功率的偏置電源部件；等離子體刻蝕方法包括步驟供給電功率，供給螺旋線圈的電功率值是n，供給處理室的底表面的電功率值是m；和產(chǎn)生等離子體，其中，加的偏置電功率產(chǎn)生電場(chǎng)，可以產(chǎn)生等離子體。
按上述的等離子體刻蝕方法的更具體的實(shí)施例，m/n的比值是6到20之間，n值可以在90-100W，m值在900-1000W。光刻膠蝕刻選擇比為x∶1，其中x至少為6，處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和偏置電功率值是1600W時(shí)，刻蝕速度在8000到9000/min。處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和偏置電功率值是1000W時(shí)，等離子體密度值在4.40×1011和1.04×1012cm-3。電子顆粒溫度值不大于3.0eV。處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和電源電功率值是1000W時(shí)，離子電流密度值在10到20mA/cm2。


通過(guò)參見(jiàn)附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述的和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。
圖1A和1B是用ICP方法的常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備中用的處理室的剖視圖；圖2A和2B是圖1A和1B所示的線圈的平面圖；圖3是常規(guī)的CCP方法中用的常規(guī)的等離子體刻蝕設(shè)備中用的處理室的剖視圖；圖4是常規(guī)等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖圖5A是按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖示圖；圖5B是按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖示圖；圖6是圖5A和5B所示處理室中的等離子體密度的曲線圖；圖7是按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備中用的線圈的平面圖圖8A按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；圖8B是其上有發(fā)光極尖凸出位置標(biāo)記的晶片的平面圖；圖9是用圖8A所示的等離子體刻蝕設(shè)備的按本發(fā)明的等離子體刻蝕方法的工藝流程圖；圖10A按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；圖10B和10C是其上有發(fā)光極尖凸出位置標(biāo)記的晶片的平面圖；圖11是用圖10A所示的等離子體刻蝕設(shè)備的等離子體刻蝕方法的工藝流程圖；圖12按本發(fā)明的等離子體刻蝕設(shè)備中用的發(fā)光極尖的凹形下端的放大側(cè)視圖；圖13是按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備中用的處理室的剖示圖；
圖14是按本發(fā)明的等離子體刻蝕方法中用的ACP的流程圖；和圖15A到15C是按本發(fā)明的ACP特性的與常規(guī)的ICP和CCP的ACP特性的對(duì)比曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下更詳細(xì)的描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖5A是按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖示圖；圖5B是按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的處理室的剖示圖；圖6是圖5A和5B所示處理室中的等離子體密度的曲線圖；圖7是按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備中用的線圈的平面圖。
首先，圖5A所示的處理室61a中，頂62a的中心部分下表面露到處理室61a的內(nèi)表面，從處理室61a的正面看向下凸出。
即，在放在處理室61a的底表面上的晶片63a的基礎(chǔ)上，頂62a和晶片63a的中心部分之間的距離小于頂62a和晶片63a的邊緣部分之間的距離。
另外，頂62a用介電常數(shù)ε1為9.3-9.8的單層鋁構(gòu)成。按本發(fā)明的另一實(shí)施例，頂不是用單層而是用介電常數(shù)不同的至少兩層材料構(gòu)成。特別是，如圖5B所示，頂62b有兩層時(shí)，最好是露到處理室61b的外部的上層的介電常數(shù)ε2大于露到處理室61b的內(nèi)部的下層的介電常數(shù)ε1。
如圖6所示，只考慮放在頂62a或62b上的常規(guī)線圈的特性，由線圈感應(yīng)并引入處理室61a或61b的電場(chǎng)所產(chǎn)生的等離子體密度(1)在晶片中心部分的值大于晶片邊緣部分的值。
而且，只考慮圖5A和5B所示的頂?shù)奶匦?，通過(guò)頂62a或62b的電場(chǎng)強(qiáng)度在頂62a或62b的中心部分的值大于邊緣部分的值，所以在晶片63a或63b的中心部分的等離子體密度值(2)大于邊緣部分的等離子體密度值。
因而，考慮到常規(guī)線圈和按本發(fā)明的頂?shù)慕M合，常規(guī)線圈和按本發(fā)明的頂?shù)慕M合在一起的等離子體密度(1)和(2)的特性，因而產(chǎn)生組合的等離子體密度(3)，其中，從晶片的中心部分到邊緣部分的等離子體密度是一致的。
此外，按本發(fā)明的等離子體刻蝕設(shè)備有4抽頭到8抽頭的螺旋線圈，所以，當(dāng)從感應(yīng)電源部件加高電功率時(shí)，高電功率分成高電功率的1/4到1/8，分成的電功率加到線圈上。結(jié)果，即使在線圈的接地部分或邊緣部分都能穩(wěn)定的產(chǎn)生電場(chǎng)。
而且，考慮到感應(yīng)電源部件加到線圈上的電功率值范圍在800到1500W之間，用圖7所示的6抽頭螺旋線圈最合適，以使電功率分成許多盡可能小的電功率，同時(shí)，防止線圈抽頭之間的間隙太密。
圖8A是按本發(fā)明實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。
如圖所示，等離子體刻蝕設(shè)備包括處理室61c和狀態(tài)控制部件100。處理室61c包括頂62c，晶片63c，線圈64c和發(fā)光極尖66。狀態(tài)控制部件100包括CCD101，光分量提取器102，K值計(jì)量器103，比較器104，存儲(chǔ)器105，控制器106，供氣部件107和定時(shí)器108。這種情況下，等離子體刻蝕設(shè)備可以有圖5A或5B所示的頂62a或62b與圖7所示的6抽頭螺旋線圈的組合。
細(xì)長(zhǎng)管形的發(fā)光極尖66和兩對(duì)噴嘴67和68插過(guò)頂62c的中心部分，每個(gè)噴嘴設(shè)置控制通過(guò)噴嘴的氣體量的閥門(mén)。發(fā)光極尖66和兩對(duì)噴嘴67和68最好設(shè)置成面向晶片63c的中心。
具體地說(shuō)，如圖8A所示，氧氣O2通過(guò)一對(duì)噴嘴67供給處理室61c，CF4通過(guò)一對(duì)噴嘴68供給處理室61c。
這種情況下，發(fā)光極尖66的露到處理室61c內(nèi)部空間的下端可以有凹形表面，如圖12所示。與常規(guī)等離子體刻蝕設(shè)備中用的發(fā)光極尖不同，有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光極尖66可以防止它發(fā)射的光分散，可以提高在晶片63c的表面上聚焦的光概率。而且，有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光極尖66還能克服常規(guī)發(fā)光極尖所存在的其他缺點(diǎn)，即，可以防止發(fā)光極尖66與頂62c的接觸部分分開(kāi)，設(shè)置在晶片63c的表面上，然后在晶片63c上形成雜質(zhì)。
CCD 101通過(guò)發(fā)光極尖66向處理室61c中的晶片63c發(fā)光和接收從晶片63c反射的光。
光分量提取器102從輸入到CCD 101的光中提取氟化碳CFx系列和氧化硅SiOx系列的光分量，獲得提取的光分量的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx。
K值計(jì)量器103計(jì)量所獲得的CFx和SiOx的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx之間的比例值K。
比較器104對(duì)比計(jì)量的比例值K與從存儲(chǔ)器105讀出的參考值K*。
按對(duì)比結(jié)果，控制器106控制兩對(duì)噴嘴處設(shè)置的閥門(mén)，調(diào)節(jié)氟化碳CFx和氧氣O2的氣體流速rCFx和rO2。而且，當(dāng)晶片用從存儲(chǔ)器105讀出的參考時(shí)間tD裝入處理室61c時(shí)，控制器106對(duì)比當(dāng)前時(shí)間，并按對(duì)比結(jié)果控制CCD 101和供氣部件107，以啟動(dòng)狀態(tài)控制操作。參考時(shí)間tD是操作期間在處理室61c中能保持特性的最大時(shí)間，而且表示從晶片裝入時(shí)間到下一個(gè)晶片裝入時(shí)間的時(shí)間周期。
供氣部件107按控制器106控制的氣體流速供給氟化碳CFx和氧氣O2。
定時(shí)器108連續(xù)更新和存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間。
以下參考圖9描述按本發(fā)明的等離子體刻蝕設(shè)備。
圖9是用圖8A所示的等離子體刻蝕設(shè)備的按本發(fā)明的等離子體刻蝕方法的工藝流程圖。
首先，控制器106周期性的從定時(shí)器108讀出當(dāng)前時(shí)間，并對(duì)比當(dāng)前時(shí)間與用從存儲(chǔ)器105讀出的參考時(shí)間tD將最后的晶片裝入處理室61c時(shí)的時(shí)間之間的時(shí)間差。
通常，參考時(shí)間tD設(shè)定為4小時(shí)。在參考時(shí)間期間必須控制處理室的內(nèi)部狀態(tài)。因此，等離子體刻蝕設(shè)備設(shè)置成在前面的刻蝕操作完成后參考時(shí)間已過(guò)去時(shí)進(jìn)入其他的刻蝕操作。
因此，按對(duì)比結(jié)果，當(dāng)參考時(shí)間tD小于時(shí)間差t時(shí)(步驟S801)，控制器106不再繼續(xù)，而停止?fàn)顟B(tài)控制操作。相反，時(shí)間差t等于或大于參考時(shí)間tD時(shí)(步驟S801)，控制器106控制CCD 101和供氣部件107開(kāi)始它們的操作。
結(jié)果，CCD 101通過(guò)發(fā)光極尖66向處理室61c供給光，和通過(guò)發(fā)光極尖66接收晶片63c反射的光。
然后，光分量提取器102從輸入到CCD101的光中提取氟化碳CFx系列和氧化硅SiOx系列的光分量，獲得提取的光分量的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx，和K值計(jì)量器103計(jì)量所獲得的CFx和SiOx的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx之間的比例值K(步驟S802)。計(jì)量的比例值K是ISiOx/ICFx。
然后，比較器104對(duì)比計(jì)量的比例值K與從存儲(chǔ)器105讀出的參考值K*(步驟S803)。按對(duì)比結(jié)果，當(dāng)兩個(gè)值相同時(shí)(步驟S803中“是”)，停止?fàn)顟B(tài)控制操作，控制器106使存儲(chǔ)在定時(shí)器108中的當(dāng)前時(shí)間t的初始值為零，并控制定時(shí)器108連續(xù)更新和存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間直到開(kāi)始下一個(gè)狀態(tài)控制操作為止。
相反，按對(duì)比結(jié)果，當(dāng)比例值K不等于參考值K*(步驟S803)而大于參考值K*(步驟S804)時(shí)，控制器106控制供氣部件107，增大相當(dāng)于比例值的分母的氟化碳CFx的氣體流速rCFx(步驟S805)，以使比例值等于參考值，更多的氟化碳CFx氣體通過(guò)CFx噴嘴供給處理室。
當(dāng)比例值K小于參考值K*(步驟S804)時(shí)，控制器106控制供氣部件107，增大相當(dāng)于比例值的氧氣O2的氣體流速rO2(步驟S806)，以使比例值等于參考值，更多的氧氣O2通過(guò)氧氣O2噴嘴供給處理室。
上述的狀態(tài)控制操作完成時(shí)，控制器106按與上述方式相同的方式啟動(dòng)定時(shí)器108，啟動(dòng)定時(shí)器108連續(xù)更新和存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間直到下一個(gè)狀態(tài)控制操作開(kāi)始為止。
圖10A為按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。而且，圖10B和10C是其上有發(fā)光極尖凸出位置標(biāo)記的晶片的平面圖，和圖11是用圖10A所示的等離子體刻蝕設(shè)備的等離子體刻蝕方法的工藝流程圖。
假設(shè)，圖10A所示的等離子體刻蝕設(shè)備包括圖5A或圖5B所示的頂，圖7所示的線圈，和圖12所示的發(fā)光極尖。
上述的實(shí)施例提出的設(shè)備和使用設(shè)備的方法中，一個(gè)發(fā)光極尖插過(guò)頂?shù)闹行牟糠?，使頂?shù)闹行牟糠值牡入x子體密度均勻。但是，在本實(shí)施例中，發(fā)光極尖不僅插過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄疫€穿過(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分，不僅使頂?shù)闹行牟糠值牡入x子體密度均勻，而且還使頂?shù)倪吘壊糠值牡入x子體密度均勻。按本實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備還包括其他元件，它對(duì)比頂?shù)闹行牟糠值牡入x子體密度和頂?shù)倪吘壊糠值牡入x子體密度，使兩個(gè)密度相等。
本實(shí)施例中，發(fā)光極尖不僅插過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄疫€穿過(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分，像上述的實(shí)施例一樣，還在每個(gè)發(fā)光極尖的周?chē)O(shè)置兩對(duì)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置控制通過(guò)噴嘴的氣體的閥門(mén)。
這種情況下，發(fā)光極尖的突出位置a和b中的每個(gè)位置都有對(duì)應(yīng)晶片上表面的中心和邊緣的兩對(duì)噴嘴，如圖10B所示。
當(dāng)然，按另一實(shí)施例的設(shè)備中，每個(gè)發(fā)光極尖有在它的周?chē)陧數(shù)闹行暮瓦吘壴O(shè)置的兩對(duì)噴嘴，它們位于向晶片上表面凸出的位置a，b，c，d和e，如圖10C所示。
按本實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備包括相當(dāng)于上述實(shí)施例中的狀態(tài)控制部件100的第一和第二狀態(tài)控制部件210和220，和ΔK值計(jì)量部件230，它計(jì)量比例值Kc和第一和第二狀態(tài)控制部件210和220分別計(jì)量的Ke值之間的差值ΔK。
第二狀態(tài)控制部件220中的控制器(沒(méi)畫(huà))確定從ΔK值計(jì)量部件230收到的差值ΔK是否在從存儲(chǔ)器105讀出的參考差值ΔK*的范圍內(nèi)。然后，按確定的結(jié)果，控制器部件控制供氣部件(沒(méi)畫(huà))，用閥門(mén)調(diào)節(jié)通過(guò)插過(guò)頂?shù)倪吘壊糠值膰娮斓姆糃Fx的氣體流速rCFx和氧氣O2的氣體流速rO2，以控制供氣部件(沒(méi)畫(huà))供給處理室的CFx或氧氣O2的量。
以下參見(jiàn)圖11描述按本實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備的操作。而且第一和第二狀態(tài)控制部件210和220的元件與圖8A所示的狀態(tài)控制部件100的元件的名稱相同。
首先，控制器106從定時(shí)器108周期性讀出當(dāng)前時(shí)間，并對(duì)比與從存儲(chǔ)器105讀出的參考時(shí)間tD之間的時(shí)間差(步驟S101)。
對(duì)比結(jié)果，當(dāng)時(shí)間差t小于參考時(shí)間周期時(shí)(步驟S101)，控制器106不工作，而停止?fàn)顟B(tài)控制操作。相反，當(dāng)時(shí)間差t等于或大于參考時(shí)間周期時(shí)(步驟S101)，控制器106控制CCD101，和供氣部分107開(kāi)始工作。
結(jié)果，CCD101通過(guò)發(fā)光極尖66向處理室61c供給光，和通過(guò)發(fā)光極尖66接收晶片63c反射的光。
然后，光分量提取器102從輸入到CCD 101的光中提取氟化碳CFx和氧化硅SiOx的光分量，獲得提取的光分量的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx，和K值計(jì)量器103計(jì)量所獲得的CFx和SiOx的光強(qiáng)度ICFx和ISiOx之間的比例值Kc和Ke(步驟S102)。計(jì)量的比例值Kc和Ke是ISiOx/ICFx。
按這種方式計(jì)量的比例值Kc和Ke輸入到ΔK值計(jì)量部件230時(shí)，ΔK值計(jì)量部件230計(jì)量?jī)蓚€(gè)輸入的比例值之間的差值ΔK(步驟S103)，并輸送差值ΔK到第二狀態(tài)控制部件220中的控制器106。這種情況下，計(jì)量的差值ΔK表示為“Kc-Ke”。
控制器106確定輸送的差值ΔK是否在從存儲(chǔ)器105讀出的參考差值ΔK*的范圍內(nèi)(步驟S104)。
對(duì)比結(jié)果，輸送的差值ΔK是在參考差值ΔK*的范圍內(nèi)(步驟S104)時(shí)，狀態(tài)控制操作停止，控制器106啟動(dòng)定時(shí)器108，使定時(shí)器108更新和存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間，直到執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)控制操作為止。
相反，當(dāng)輸送的差值不在參考差值ΔK*的范圍內(nèi)時(shí)(步驟S104)，控制器106調(diào)節(jié)氣體流速re(步驟S105)，使輸送的差值在參考差值ΔK*的范圍內(nèi)。
換句話說(shuō)，差值大于參考差值時(shí)，就是說(shuō)，Kc＞Ke時(shí)，控制器106控制供氣部件107，增大相當(dāng)于Ke值的分母的CF4氣的氣體流速rCF4，使差值在參考差值ΔK*的范圍內(nèi)，通過(guò)CF4噴嘴給處理室供給更多的CF4氣。
另外，差值小于參考差值時(shí)，就是說(shuō)，Kc＜Ke時(shí)，控制器106控制供氣部件107，增大相當(dāng)于Ke值的分子的O2氣的氣體流速rO2，使差值在參考差值ΔK*的范圍內(nèi)，通過(guò)O2氣噴嘴給處理室供給更多的O2氣。
上述的狀態(tài)控制操作完成時(shí)，控制器106按與上述方式相同的方式啟動(dòng)定時(shí)器108，啟動(dòng)定時(shí)器108連續(xù)更新和存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間直到下一個(gè)狀態(tài)控制操作開(kāi)始為止。
由于常規(guī)的等離子體產(chǎn)生方法叫做CCP，ICP等等，所以，按本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生方法以下叫做ACP(自適應(yīng)的耦合等離子體產(chǎn)生方法)。
圖13是按本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體刻蝕設(shè)備中用的處理室的剖示圖。
按本實(shí)施例的等離子體刻蝕系統(tǒng)有6抽頭螺旋線圈(見(jiàn)圖7)，包括電源電功率供給部件，和偏置電功率供給部件。
圖14是按本發(fā)明的等離子體刻蝕方法中用的ACP的流程圖，和圖15A到15C是按本發(fā)明的ACP特性的與常規(guī)的ICP和CCP的ACP特性的對(duì)比曲線圖。
以下參見(jiàn)圖14和圖15A到15C描述按本發(fā)明的等離子體刻蝕方法。
首先電源電功率供給部件給設(shè)置在頂上的線圈加90-100W的電功率(步驟S301)，用連接的偏置電功率供給部件給設(shè)置在處理室底上的線圈加900-1000W的電功率(步驟S302)。
這種情況下，晶片尺寸是200mm時(shí)，電源電功率值是50-1000W，偏置電功率值是100-2500W。
作為參考，電源電功率確定處理室中產(chǎn)生的等離子體離子的密度，和偏置電功率確定離子的能量。本實(shí)施例中，電源電功率和偏置電功率之間的比例值是1∶(6到20)，所以，包括光刻膠(PR)的刻蝕選擇率、刻蝕速度、等離子體密度、電子顆粒溫度和離子電流密度的等離子體刻蝕設(shè)備的各種性能最佳。電源電功率和偏置電功率之間的比例值是1∶16到20。以下將更詳細(xì)的描述上述的特性。
然后，用加的電源電功率和偏置電功率產(chǎn)生電場(chǎng)(步驟S303)，在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體(步驟S304)。
以下順序描述在其中按所述的方式產(chǎn)生等離子體的等離子體刻蝕設(shè)備的5種特性。
(1)PR刻蝕選擇率用ACP方法的本實(shí)施例中，PR刻蝕選擇率值是x∶1，其中x至少是6。
PR刻蝕選擇率越大越好。在用ICP方法的等離子體刻蝕設(shè)備中的，PR刻蝕選擇率的比例在3∶1到6∶1之間。即就PR刻蝕選擇率而言，用CCP方法比用ICP方法好。但是，按本發(fā)明的ACP方法比用CCP方法還好。
(2)刻蝕速度用ACP方法的本實(shí)施例中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40-80mT之間和偏置電功率值是1600W時(shí)，刻蝕速度值在8000-9000/min之間，刻蝕速度與壓力成正比。
刻蝕速度越大越好。用常規(guī)ICP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40-80mT之間，刻蝕速度值在4000-5000/min之間，刻蝕速度與壓力成反比。相反，用常規(guī)CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40-80mT之間和偏置電功率值是1600W時(shí)，刻蝕速度值在8000-9000/min之間，刻蝕速度與壓力成正比。所以，就刻蝕速度而言，用CCP刻蝕方法比用ICP刻蝕方法好。
而且，按本發(fā)明的ACP方法有與CCP刻蝕方法同樣好的特性。
(3)等離子體密度(見(jiàn)圖15A)用ACP方法的本實(shí)施例中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40～80mT之間和電源電功率值是1000W時(shí)，等離子體密度值在4.40×1011cm-3和1.04×1012cm-3之間。具體的說(shuō)，壓力是30mT時(shí)離子體密度值是5.40×1011cm-3。
最好是處理室內(nèi)的壓力越高等離子體密度越高。用常規(guī)ICP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在30mT和電源電功率值是1000W時(shí)，離子體密度值是2.40×1012cm-3，電源電功率值是2800W時(shí)，離子體密度值是1×1012cm-3。即，當(dāng)壓力增大時(shí)等離子體密度突然增大。相反，用常規(guī)CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在30mT時(shí)，離子體密度值是3.20×1010cm-3，當(dāng)壓力增大時(shí)等離子體密度增大速度明顯的慢。
因此，就等離子體密度而言，ICP刻蝕方法比CCP刻蝕方法好。按本發(fā)明的ACP方法比ICP刻蝕方法更好。
(4)電子顆粒溫度(見(jiàn)圖15B)用ACP方法的本實(shí)施例中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40-80mT時(shí)，電子顆粒的溫度是2.0-2.5eV。具體說(shuō)，壓力是30mT時(shí)，電子顆粒的溫度是2.3eV。而且，無(wú)論處理室內(nèi)的壓力是多大，電子顆粒的溫度不超過(guò)3.0eV。
電子顆粒的溫度越低越好。處理室內(nèi)的壓力是30mT時(shí)，無(wú)論是用ICP刻蝕方法還是用CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中的電子顆粒的溫度都是4.0eV。
因此就電子顆粒的溫度而言，無(wú)論是用ICP刻蝕方法還是用CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備都有相同的特性。但是，用按本發(fā)明的ACP方法比用ICP刻蝕方法還是用CCP刻蝕方法都好。
(5)離子電流密度(見(jiàn)圖15C)用ACP方法的本實(shí)施例中，當(dāng)處理室內(nèi)的壓力值在40-80mT之間和電源電功率值是1000W時(shí)，離子電流密度值在10到20mA/cm2。處理室內(nèi)的壓力是30mT時(shí)，離子電流密度值是11mA/cm2。
離子電流密度越大越好。用ICP刻蝕方法和用CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備中，處理室內(nèi)的壓力是30mT時(shí)，盡管在用ICP刻蝕方法比用CCP刻蝕方法的離子電流密度值稍微高一點(diǎn)，但都是1mA/cm2。但是，應(yīng)注意，即使用上述兩種方法的等離子體刻蝕設(shè)備中的處理室內(nèi)壓力增大時(shí)，離子電流密度也不增大。
就離子電流密度而言，分別用ICP刻蝕方法和用CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備有相同的特性。但是用按本發(fā)明的ACP方法的等離子體刻蝕設(shè)備比用ICP刻蝕方法還是用CCP刻蝕方法的等離子體刻蝕設(shè)備都好。
正如上述的，按本發(fā)明的上述實(shí)施例可以用在不同類(lèi)型和不同尺寸的晶片刻蝕。本發(fā)明特別使用于8英寸或12英寸的晶片，按晶片的組分類(lèi)型可以用各種刻蝕方法，例如，氧化物刻蝕，多晶刻蝕和金屬刻蝕。
如上述的，本發(fā)明提供等離子體刻蝕設(shè)備和方法，可以保持等離子體刻蝕設(shè)備的處理室內(nèi)有均勻的等離子體密度。
而且按本發(fā)明的等離子體刻蝕設(shè)備和方法，可以防止設(shè)置在處理室頂上的線圈處產(chǎn)生電弧，可以更穩(wěn)定的產(chǎn)生電場(chǎng)。
而且，按本發(fā)明的設(shè)備和方法可以防止發(fā)光極尖與頂?shù)慕佑|部分分開(kāi)，和然后在晶片上形成雜質(zhì)。
另外，按本發(fā)明的設(shè)備和方法可以提高是等離子體刻蝕設(shè)備的特性之一的PR刻蝕選擇率，所以，設(shè)備能用在要求高的關(guān)鍵工藝。
此外，本發(fā)明提高了是等離子體刻蝕設(shè)備的特性之一的刻蝕速度，因而提高了產(chǎn)出量。
再有，本發(fā)明提高了是等離子體刻蝕設(shè)備的特性之一的等離子體密度，提出了常規(guī)ICP和CCP方法不能達(dá)到的關(guān)鍵工藝，因而可以在短的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行有效操作。
此外，本發(fā)明提高了是等離子體刻蝕設(shè)備的特性之一的等離子體密度，使等離子體造成的晶片損壞減到最小沒(méi)，提高了設(shè)備的效率。
此外，本發(fā)明提高了是等離子體刻蝕設(shè)備的特性之一的電流密度，因而可以用低電功率進(jìn)行有效刻蝕。
本發(fā)明已用實(shí)施例具體顯示和描述，但是，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，在不脫離以下的權(quán)利要求所界定的發(fā)明精神和范圍的前提下，在形式上和具體細(xì)節(jié)上還會(huì)有各種變化。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕設(shè)備，該等離子體刻蝕設(shè)備包括處理室，內(nèi)裝要刻蝕的晶片；第一頂，密封處理室的上端；線圈，繞在處理室頂上，產(chǎn)生引入處理室的電場(chǎng)；至少一個(gè)發(fā)光極尖，它穿過(guò)頂?shù)念A(yù)定部分設(shè)置，向晶片發(fā)光和接收由晶片反射的光；多個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置在發(fā)光極尖周?chē)⒋┻^(guò)頂?shù)念A(yù)定部分，以給處理室供氣；和多個(gè)閥門(mén)，每個(gè)閥門(mén)設(shè)置在每個(gè)噴嘴處，以調(diào)節(jié)供給處理室的氣體量，其中，第一頂有平的外表面和面向處理室內(nèi)部空間的彎曲的內(nèi)表面，彎曲的內(nèi)表面的中心部分比邊緣部分更向處理室內(nèi)部空間突出。
2.按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，設(shè)備還包括第二頂，它連接到第一頂?shù)耐獗砻嫔?，其介電常?shù)與第一頂?shù)慕殡姵?shù)不同。
3.按權(quán)利要求2的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，第一頂?shù)慕殡姵?shù)小于第二頂介電常數(shù)。
4.按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，線圈具有4抽頭到8抽頭螺旋形中的一個(gè)形狀。
5.按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖有凹形下端以防止發(fā)光極尖突出超過(guò)頂?shù)南卤砻妗?br> 6.按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖設(shè)置成穿過(guò)頂?shù)闹行牟糠帧?br> 7.按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖設(shè)置成不僅穿過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄疫€穿過(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分。
8，按權(quán)利要求1的等離子體刻蝕設(shè)備，還包括偏置電功率供給部件，它給處理室的底部加偏置電功率。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕設(shè)備，等離子體刻蝕設(shè)備包括處理室，內(nèi)裝要刻蝕的晶片；第一頂，密封處理室的上端；線圈，繞在處理室頂上，產(chǎn)生引入處理室的電場(chǎng)；至少一個(gè)發(fā)光極尖，它穿過(guò)頂?shù)念A(yù)定部分設(shè)置，向晶片發(fā)光和接收由晶片反射的光；多個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置在發(fā)光極尖周?chē)⒋┻^(guò)頂?shù)念A(yù)定部分，以給處理室供氣；和多個(gè)閥門(mén)，每個(gè)閥門(mén)設(shè)置在每個(gè)噴嘴處，以調(diào)節(jié)供給處理室的氣體量，和至少一個(gè)狀態(tài)控制部件，包括光分量提取部件，比例值計(jì)量部件，比較部件，和控制部件，光分量提取部件從通過(guò)發(fā)光極尖接收到的光中提取預(yù)定的光分量和獲得提取的光分量的強(qiáng)度，比例值計(jì)量部件計(jì)量提取的光分量的強(qiáng)度之間的比例值，比較部件對(duì)比計(jì)量的比例值與參考值，控制部件按對(duì)比結(jié)果控制閥門(mén)的操作。
10.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，第一頂有平的外表面和面向處理室內(nèi)部空間的彎曲的內(nèi)表面，彎曲的內(nèi)表面的中心部分比其邊緣部分更突出
11.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，設(shè)備還包括第二頂，它連接到第一頂?shù)耐獗砻嫔?，其介電常?shù)與第一頂?shù)慕殡姵?shù)不同。
12.按權(quán)利要求11的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，第一頂?shù)慕殡姵?shù)小于第二頂介電常數(shù)。
13.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，第一線圈是有4抽頭到8抽頭螺旋形中的一個(gè)形狀。
14.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖有凹形下端以防止發(fā)光極尖突出超過(guò)頂?shù)南卤砻妗?br> 15.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖設(shè)置成穿過(guò)頂?shù)闹行牟糠帧?br> 16.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，其中，發(fā)光極尖設(shè)置成不僅穿過(guò)頂?shù)闹行牟糠侄疫€穿過(guò)頂?shù)闹辽僖粋€(gè)邊緣部分。
17.按權(quán)利要求9的等離子體刻蝕設(shè)備，還包括偏置電功率供給部件，它給處理室的底部加偏置電功率。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法，包括步驟提取放在處理室內(nèi)的晶片反射的預(yù)定的光分量，獲得提取的光分量強(qiáng)度；估算提取的光分量強(qiáng)度之間的比例值；對(duì)比計(jì)量的比例值與參考值；和按對(duì)比結(jié)果控制供給處理室的氣體量。
19.按權(quán)利要求18的等離子體刻蝕方法，其中，預(yù)定的光分量包括CFx和SiOx分量，計(jì)量的比例值大于參考值時(shí)CFx氣體量增大，而計(jì)量的比例值小于參考值時(shí)O2氣體量增大。
20.一種用等離子體刻蝕設(shè)備的制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法，等離子體刻蝕設(shè)備包括內(nèi)部放置和刻蝕晶片的處理室，密封處理室上端的頂，設(shè)置在頂上給處理室供電的選自4-抽頭到8-抽頭螺旋線圈的一個(gè)線圈，和給處理室底加偏置電功率的偏置電功率供給部件；該方法包括供給電功率，其中加到螺旋線圈的置電功率值是n，加到處理室底表面的偏置電功率值是m；和產(chǎn)生等離子體，其中加的偏置電功率產(chǎn)生電場(chǎng)，因此產(chǎn)生等離子體。
21.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，m/n的值在6到20之間。
22.按權(quán)利要求21的等離子體刻蝕方法，其中，n值在90-100W之間，m值在900-1000W之間。
23.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，光刻膠(PR)刻蝕選擇率是x∶1，x至少是6。
24.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和偏置電功率值是1600W時(shí)，刻蝕速度在8000-9000/min之間。
25.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和電源電功率值是1000W時(shí)，等離子體密度范圍是4.40×1011cm-3到1.04×1012cm-3。
26.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，電子顆粒溫度值不大于3.0eV。
27.按權(quán)利要求20的等離子體刻蝕方法，其中，處理室內(nèi)的壓力在40-80mT和電源電功率值是1000W時(shí)，離子電流密度值在10-20mA/cm2之間。
全文摘要
制造半導(dǎo)體器件的等離子體刻蝕方法和設(shè)備。等離子體刻蝕設(shè)備包括CCD，光分量提取器，K值計(jì)量器，比較器，存儲(chǔ)器，控制器，供氣部件和定時(shí)器。等離子體刻蝕設(shè)備還包括內(nèi)部放置和刻蝕晶片的處理室；密封處理室上端的第一頂；繞在頂上給處理室產(chǎn)生電場(chǎng)的線圈；通過(guò)頂?shù)念A(yù)定部分設(shè)置的至少一個(gè)發(fā)光極尖，向晶片發(fā)光和接收由晶片反射的光；和多個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴設(shè)置在發(fā)光極尖周?chē)屯ㄟ^(guò)頂?shù)念A(yù)定部分，以給處理室供給氣體。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1536625SQ0313601
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者金南憲 申請(qǐng)人:自適應(yīng)等離子體技術(shù)株式會(huì)社