TW201812904A

TW201812904A - 工件處理設備

Info

Publication number: TW201812904A
Application number: TW106128719A
Authority: TW
Inventors: 葛蘭 Fr 吉爾克里斯特; 樹榮梁
Original assignee: 美商瓦里安半導體設備公司
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2018-04-01
Also published as: CN109690727A; US20180076007A1; JP6768147B2; JP2019530149A; KR102241017B1; TWI723208B; US10141161B2; KR20190040371A; CN109690727B; WO2018048566A1

Abstract

本發明提供一種能夠對帶電離子的提取角度及反應性中性粒子的提取角度進行獨立控制的工件處理設備。所述設備包括具有提取開孔的提取板，帶電離子通過所述提取開孔。可使用電漿鞘調製及電場來確定帶電離子的提取角度。提取板還包括與提取開孔分開的一個或多個中性物質通道，反應性中性粒子是以所選擇提取角度通過所述一個或多個中性物質通道。所述中性物質通道的幾何構造決定反應性中性粒子的提取角度。中性物質通道還可包括用於減少通過中性物質通道的帶電離子的數目的抑制器。所述設備可用於各種應用，例如定向反應性離子蝕刻。

Description

自由基與反應性中性離子束的頃角控制

本發明的實施例有關對中性離子束的角度控制，且更具體來說有關一種形成帶電離子束及中性粒子束以用於定向反應性離子蝕刻製程中的設備。

製作具有複雜表面拓撲結構（complex surface topology）及高包裝密度的先進三維半導體結構面臨諸多技術挑戰。隨著裝置的臨界尺寸及節距減小，各特徵的長寬比增大。舉例來說，此種趨勢導致工件的表面上的溝槽深但非常窄。這些溝槽可利用被稱為反應性離子蝕刻或RIE（reactive ion etch）的技術來形成。可利用被稱為定向反應性離子蝕刻（directed reactive ion etching，DRIE）的技術來執行各種溝槽襯墊材料的修整及形成。利用精確的角度控制對這些溝槽的壁的規定部分進行選擇性蝕刻。可藉由對用於將離子聚焦在特定方向上的電場進行操縱來實現離子束的角度控制。

可利用反應性中性粒子對帶電離子束進行補充來提高反應性離子蝕刻的蝕刻速度。然而，反應性中性粒子無法使用電場來控制。因此，儘管可對帶電離子束的角度進行精確控制，但這種方法對反應性中性粒子並不適用。隨著用於定向反應性離子蝕刻的角度減小（即，變得更接近垂直於工件），缺少對反應性中性粒子的角度控制這一問題變得更為顯著。反應性中性粒子被定義為與工件上的一些材料具有高反應性的那些自由基/原子，但並非僅限於此。舉例來說，在正確的製程條件下，氯與TiN具有高反應速度，但與SiO₂ 具有非常低的反應速度。這些反應性中性粒子用於對工件的一些部分進行蝕刻而不會影響其他部件。如果無法對反應性中性粒子射向工件的角度進行控制，則可能有損於蝕刻製程的速度。在某些實施例中，如果無法對反應性中性粒子射向工件的角度進行控制，則可使得難以在工件上獲得規定的特徵。

因此，如果存在可對反應性中性粒子射向工件的角度進行控制的設備，則將是有利的。此外，如果存在還可對帶電離子射向工件的角度進行控制的設備，則將是有利的。這種設備可在某些應用（例如定向反應性離子蝕刻）中為有利的。

本發明提供一種能夠對帶電離子的提取角度及反應性中性粒子的提取角度進行獨立控制的工件處理設備。所述設備包括具有提取開孔的提取板，帶電離子通過所述提取開孔。可使用電漿鞘調製及電場來確定帶電離子的提取角度。在某些實施例中，提取板還包括與提取開孔分開的一個或多個中性物質通道，反應性中性粒子是以所選擇提取角度通過所述一個或多個中性物質通道。所述中性物質通道的幾何構造決定反應性中性粒子的提取角度。中性物質通道還可包括用於減少通過中性物質通道的帶電離子的數目的抑制器。所述設備可用於各種應用，例如定向反應性離子蝕刻。

根據一個實施例，公開一種工件處理設備。所述工件處理設備包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，具有第一開孔及第二開孔；其中帶電離子以第一選擇提取角度經由所述第一開孔被提取，且反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過所述第二開孔，其中所述第二開孔不同於所述第一開孔。在某些實施例中，所述第二開孔包括用於使通過所述第二開孔的帶電離子最少化的抑制器。所述抑制器可為電偏置格柵（electrically biased grid）、電偏置杯體（electrically biased cup）或篩。在某些實施例中，所述第二選擇提取角度是由所述第二開孔相對於與所述提取板正交的平面的傾斜度來確定。在某些實施例中，反應性中性粒子以所述第二選擇提取角度為中心的角度分佈是由所述第二開孔的長寬比來確定，所述長寬比被定義為所述第二開孔穿過所述提取板的長度除以所述第二開孔的高度。在某些實施例中，在所述電漿室中設置有阻擋器。在某些實施例中，所述反應性中性粒子是在與所述電漿室不同的遠端中性物質產生器中形成，且被傳送到所述第二開孔。

根據另一實施例，提供一種工件處理設備。所述工件處理設備包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，經由所述提取板提取所述帶電離子及反應性中性粒子，其中所述工件處理設備使用第一機制以第一選擇提取角度經由設置在所述提取板中的提取開孔從所述電漿室提取帶電離子，並使用第二機制以第二選擇提取角度從所述電漿室提取反應性中性粒子。在某些實施例中，所述第一機制包括電漿鞘調製或靠近所述提取開孔的電場。在某些實施例中，所述第二機制包括中性物質通道的幾何構造。在某些實施例中，所述中性物質通道設置在所述提取板中。在某些實施例中，所述中性物質通道設置在阻擋器中，所述阻擋器靠近所述提取開孔設置在所述電漿室內。

根據另一實施例，提供一種工件處理設備。所述工件處理設備包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，包括提取開孔；其中所述工件處理設備使用電漿鞘調製或電場以第一選擇提取角度經由所述提取開孔提取帶電離子作為離子束；且其中反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過中性物質通道。所述中性物質通道可設置在所述提取板中，或者可設置在阻擋器中，所述阻擋器靠近所述提取開孔設置在所述電漿室內。在某些實施例中，所述中性物質通道是所述提取開孔。

圖1示出用於對帶電離子及反應性中性粒子射向工件90的角度進行控制的工件處理設備10的第一實施例。工件處理設備10包括電漿室30，電漿室30是由多個腔室壁32來界定。

在電漿室30的外部、靠近介電窗25處設置有天線20。介電窗25還可形成用於界定電漿室30的壁中的一者。天線20電連接到射頻（RF）電源27，射頻電源27向天線20供應交流電壓。所述電壓可具有例如2 MHz或大於2 MHz的頻率。儘管示出介電窗25及天線20位於電漿室30的一側上，但也可存在其他實施例。舉例來說，天線20可環繞電漿室30的腔室壁32或設置在電漿室30的頂部上。電漿室30的腔室壁32可由導電材料（例如，石墨）製成。這些腔室壁32可例如被提取電源80偏壓至提取電壓。所述提取電壓可為例如1 kV，但其他電壓也處於本發明的範圍內。

工件處理設備10包括具有提取開孔35的提取板31。提取板31可形成用於界定電漿室30的另一壁。提取開孔35可在X方向上為約320 mm且在Y方向上為30 mm，但也可為其他尺寸。提取板31可在Z方向上具有介於5 mm與10 mm之間的厚度，但也可為其他尺寸。這一提取板31可設置在電漿室30的與介電窗25相對的側上，但也可存在其他構造。在某些實施例中，提取板31可由絕緣材料構成。舉例來說，提取板31可包含石英、藍寶石、氧化鋁、或類似絕緣材料。使用絕緣材料可能夠對電漿鞘進行調製，所述電漿鞘會影響帶電離子離開提取開孔35的角度。在其他實施例中，提取板31可由導電材料構成。

可靠近提取開孔35在電漿室30的內部上設置有阻擋器37。在某些實施例中，阻擋器37是由絕緣材料構成。阻擋器37可在Z方向上為約3 mm至5 mm，且在X方向上具有與提取開孔35相同的尺寸。可改變阻擋器37在y維度上的長度來實現目標提取角度。

阻擋器37的位置及大小以及提取開孔35的邊緣的大小及形狀可界定電漿鞘在電漿室30內的邊界。電漿鞘的邊界繼而確定帶電離子與電漿鞘相交且經由提取開孔35離開的角度。在某些實施例中，阻擋器37可包含導電材料。在這些實施例中，阻擋器37上的導電材料可被施加偏壓以靠近提取開孔35形成電場。所述電場還可用於對帶電離子經由提取開孔35離開的角度進行控制。位於電漿室30的內部與提取開孔35之間的阻擋器37（例如圖1所示）可形成雙峰提取角度分佈曲線（bimodal extraction angle profile）。換句話說，帶電離子可以+θ°或者-θ°的角度離開提取開孔35，其中θ是由阻擋器37的大小及位置、提取開孔35的寬度以及靠近提取開孔的電場來確定。

儘管圖1示出阻擋器37，但在其他實施例中，不採用阻擋器37。

在電漿室30的提取板31的近側及外部設置有工件90。在一些實施例中，工件90可在Z方向上處於提取板31的約1 cm以內，但也可為其他距離。在操作中，使用來自射頻電源27的射頻信號對天線20供電，以便以電感方式將能量耦合到電漿室30。這種電感式耦合能量會激發經由氣體入口71從氣體儲存容器70引入的原料氣（feed gas），從而產生電漿。儘管圖1示出天線，但也可對本發明使用其他電漿產生器。舉例來說，可使用電容式耦合電漿產生器。

電漿室30內的電漿可被偏壓至由提取電源80施加到腔室壁32的電壓。工件90（其可設置在台板95上）靠近提取板31設置。台板95可由偏壓電源98來施加電偏壓。電漿與工件90之間的電勢差會使電漿中的帶電離子以一個或多個帶狀離子束的形式加速通過提取開口35並射向工件90。換句話說，當由提取電源80施加的電壓比由偏壓電源98施加的偏壓電壓更正時，會朝向工件90吸引正離子。因此，為了提取正離子，可將腔室壁32偏壓至正電壓，同時將工件90偏壓至較小的正電壓、接地或偏壓至負電壓。在其他實施例中，可將腔室壁32接地，同時將工件90偏壓至負電壓。在再一些實施例中，可將腔室壁32偏壓至負電壓，同時將工件90偏壓至更負的電壓。

帶狀離子束60（參見圖2）可在一個方向（例如，X方向）上與工件90至少一樣寬，且可在正交方向（或Y方向）上比工件90窄得多。在一個實施例中，所提取帶狀離子束60可在Y方向上為約1 mm且在X方向上為320 mm。

此外，台板95及工件90可相對於提取開孔35平移，以將工件90的不同部分暴露至帶狀離子束60。其中對工件90進行平移以將工件90暴露至帶狀離子束60的過程被稱為「一次操作（pass）」。可藉由在維持電漿室30的位置的同時對台板95及工件90進行平移來執行一次操作。工件90相對於提取開孔35平移的速度可被稱為工件掃描速度。在某些實施例中，工件掃描速度可為約100 mm/sec，但也可使用其他速度。在另一實施例中，可在工件90保持靜止的同時對電漿室30進行平移。在其他實施例中，可對電漿室30及工件90兩者進行平移。在一些實施例中，工件90在Y方向上相對於提取開孔35以恒定工件掃描速度移動，以將整個工件90暴露至帶狀離子束60達相同的時間段。

如上所述，使用提取開孔35將帶電離子以預定角度射向工件90。如上所述，使用電漿鞘及電場來對帶電離子離開提取開孔35的角度進行控制。然而，反應性中性粒子不受這些機制中的任一機制的影響，且因此以隨機方式離開提取開孔。反應性中性粒子以筆直線路行進，直到反應性中性粒子與其他顆粒或結構碰撞。舉例來說，反應性中性粒子可與阻擋器37、提取板31碰撞或與其他離子或反應性中性粒子碰撞。包括自由基及原子的反應性中性粒子之間的碰撞可導致進行複合以形成通常在定向反應性離子蝕刻製程中具有小得多的反應性或無法實際用於定向反應性離子蝕刻製程中的分子。因此，大部分反應性中性粒子以高提取角度離開提取開孔。在本發明中，提取角度是以垂直於工件90的平面為參考。因此，0°的提取角度是指與工件90的表面垂直的路徑，而90°的提取角度是與工件90的表面平行的路徑。

反應性中性粒子的提取角度可在某種程度上通過阻擋器37的放置及大小來控制，然而，這種角度控制的範圍及精度受到限制。

因此，為了更好地控制反應性中性粒子的提取角度，可在提取板31中設置一個或多個中性物質通道100。

中性物質通道100可在提取板31中設置在提取開孔35的相對兩側上。這樣，存在可被設置成將反應性中性粒子以兩個角度射向工件90的至少兩個中性粒子通道100，此可對應於離開提取開孔35的帶電離子的雙峰分佈。當然，在其他實施例中，可在提取板31上僅設置一個中性物質通道100。

圖2示出根據一個實施例的提取板31、阻擋器37及工件90的擴大視圖。當採用阻擋器37時，帶電離子以兩個帶狀離子束60的形式離開提取開孔35。中性物質通道100有利於反應性中性粒子以中性粒子束101的形式從電漿室30離開。離開中性物質通道100的反應性中性粒子具有由中心提取角度及角度分佈所界定的提取角度範圍。窄的分佈意味著大部分反應性中性粒子在接近中心提取角度的路徑中行進。

反應性中性粒子的中心提取角度是由中性物質通道100的方向來控制。舉例來說，圖2示出輕微朝提取開孔35傾斜的中性物質通道100中的每一者。水平中性物質通道可具有為0°的中心提取角度。中心提取角度隨著中性物質通道100遠離與提取板31正交的平面傾斜而增大。反應性中性粒子的提取角度的分佈可由中性物質通道100的幾何構造來界定。中性物質通道100在Z方向上的尺寸對中性物質通道100在Y方向上的尺寸的比率可被稱為中性物質通道100的長寬比。具有高長寬比的中性物質通道100所具有的提取角度分佈比長寬比較低的中性物質通道窄。在某些實施例中，至少為5的長寬比可為有利的。在其他實施例中，長寬比可大於10。

在某些實施例中，中性物質通道100可在Y方向上距提取開孔35為約10 mm。中性物質通道100可在X方向上具有與提取開孔35在X方向上的尺寸實質上相等的尺寸。

在某些實施例中，僅使反應性中性粒子通過中性物質通道100可為有利的。這可通過向中性物質通道100引入抑制器來實現。

圖3A到圖3C示出包括抑制器的中性物質通道100的不同實施例。抑制器用於抑制帶電離子通過中性物質通道100。在某些實施例中，這是經由將帶電離子排斥離開中性物質通道100來實現。在其他實施例中，這是經由中和進入中性物質通道100的任何帶電離子來實現。

圖3A示出包括設置在絕緣體210內的電偏置格柵200的中性物質通道100的實施例。絕緣體210可將電偏置格柵200與提取板31隔離。如果提取板31是由絕緣材料製成，則可不採用絕緣體210。被施加偏壓的格柵200可由導電材料（例如金屬，例如鎢）構成。可由格柵電源220來施加正電壓。所述電壓可被選擇成將正離子排斥回到電漿室30的內部。電偏置格柵200可設置在中性物質通道100中的任何位置。在某些實施例中，電偏置格柵200可在中性物質通道100中設置在電漿室30的內部附近，以將中性物質通道100內的碰撞最小化。其他實施例包括以足以將帶電離子排斥回到電漿室30中的偏壓工作的擋板（baffle）。

圖3B示出包括電偏置杯體250的中性物質通道100的實施例，杯體250設置在絕緣體260內。絕緣體260可將電偏置杯體250與提取板31隔離。如果提取板31是由絕緣材料製成，則可不採用絕緣體260。電偏置杯體250可由導電材料（例如金屬，例如鎢）構成。可由杯體電源270來施加正電壓。所述電壓可被選擇成將正離子排斥回到電漿室30的內部。

圖3C示出包括篩240的中性物質通道100的實施例。在此實施例中，篩240接納來自電漿室30的帶電離子及反應性中性粒子，但使離子在離開中性物質通道100射向工件之前通過表面碰撞而被中和。篩240的材料被選擇成使得包括自由基的反應性中性粒子不在篩240的壁上再結合。篩的面對電漿室30的側可為實心的，且通道的長寬比可大到足以使得離子不具有通往工件的視線路徑（line of sight path）且不與篩的頂部或中性物質通道100的側壁碰撞而使離子被中和。

圖3A到圖3C所示實施例可與圖1及圖2所示提取板31一起使用。換句話說，提取板31可包括提取開孔35，帶電離子以第一選擇提取角度通過提取開孔35射向工件90。提取板31還可包括一個或多個中性物質通道100，反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過所述一個或多個中性物質通道射向工件90。如上所述，可通過對等離子鞘進行調製或通過使用電場來確定第一選擇提取角度。可通過中性物質通道100的幾何構造來確定第二選擇提取角度。儘管第一選擇提取角度可相同於第二選擇提取角度，但應注意，還存在其他實施例。舉例來說，第一所選擇角度與第二所選擇角度可因對帶電離子的吸引力而不同，反應性中性粒子不會經歷這種吸引力。通過使用不同機制來確定第一選擇提取角度及第二選擇提取角度，可對這些提取角度進行獨立控制。

應注意，一些反應性中性粒子還可經由提取開孔35離開電漿室30。然而，這些反應性中性粒子離開的角度可能無法被控制到與反應性中性粒子離開中性物質通道100的角度相同的大小。舉例來說，離開提取開孔35的反應性中性粒子可具有寬的分佈，且還可具有比第二選擇提取角度大的提取角度。

因此，本發明闡述一種工件處理設備，所述工件處理設備包括電漿產生器、電漿室及提取板，經由所述提取板提取帶電離子及反應性中性粒子。所述工件處理設備使用第一機制以第一選擇提取角度從所述電漿室提取帶電離子，並使用第二機制以第二選擇提取角度從所述電漿室提取反應性中性粒子。如上所述，所述第一機制可為電漿鞘調製或靠近所述提取開孔的電場。第二機制可為中性物質通道的幾何構造。具體來說，中性物質通道100的取向或傾斜度可確定中心提取角度，而中性物質通道100的長寬比可確定提取角度的分佈。

另外，本發明闡述一種工件處理設備，所述工件處理設備包括電漿產生器、電漿室以及提取板，其中帶電離子以第一選擇提取角度經由第一開孔被提取，且反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過第二開孔，其中所述第二開孔不同於所述第一開孔。如上所述，可通過使用抑制器與中性物質通道相結合來減少經由中性物質通道離開的帶電離子的數目。

在某些實施例中，形成反應性中性粒子的較窄分佈可為有利的。這可通過準直（collimation）來實現。圖4A到圖4C示出具有多個準直列的中性物質通道的實施例。圖4A示出包括多個準直列310的中性物質通道300的第一實施例。如前所述，中性物質通道300可由絕緣材料330環繞以使中性物質通道300與提取板31絕緣。這些準直列310可通過將中性物質通道300形成為由諸多較小通道形成的陣列或柵格（raster）來形成。這些較小通道中的每一個具有較高的長寬比，因為每一較小通道在Z方向上的厚度不會改變、而在Y方向上的高度減小。在一個實施例中，可通過使電偏置格柵320延伸穿過中性物質通道300的厚度來形成這些準直列310。可使用格柵電源340對這一電偏置格柵320施加偏壓。在某些實施例中，將準直列310形成為僅影響中性物質通道300的Y方向。在其他實施例中，將準直列310形成為影響中性物質通道300的X方向及Y方向兩個方向。

圖4B示出具有多個準直列360的中性物質通道350的第二實施例。如前所述，中性物質通道350可由絕緣材料380環繞以使中性物質通道300與提取板31絕緣。在此實施例中，通過在中性物質通道300中插入多個薄板條370而形成準直列360。這些薄板條370可為導電材料或絕緣材料。可抵靠絕緣材料380的內壁設置導電杯體385，且導電杯體385可與杯體電源390連通。在某些實施例中，將準直列360形成為僅影響中性物質通道350的Y方向。在其他實施例中，將準直列360形成為影響中性物質通道350的X方向及Y方向兩個方向。

此外，儘管圖4A到圖4B將中性物質通道及準直列示出為與提取板31的平面正交，但本發明並非僅限於此實施例。如果需要，則中性物質通道及準直通道可相對於與提取板31正交的平面傾斜。舉例來說，圖4C示出輕微向上傾斜的圖4B所示中性物質通道350。為清晰起見，未示出杯體電源390，然而可使用杯體電源390來對導電杯體385施加偏壓。此外，如果需要，則圖4B所示中性物質通道350還可向下傾斜。傾斜的角度不受本發明限制。

圖5A到圖5C示出從工件90觀察時提取板的各種實施例。圖5A示出具有提取開孔35及兩個中性物質通道100的提取板31。在提取開孔35的每一側上設置有一個中性物質通道100。中性物質通道100均為矩形形狀。中性物質通道100在X方向上的尺寸可與提取開孔35相同。在某些實施例中，中性物質通道100可在Y方向上小於提取開孔35。在某些實施例中，中性物質通道100可在Y方向上距提取開孔35為約10 mm遠。

圖5B示出從工件90觀察時提取板31的第二實施例。在此實施例中，中性物質通道103交錯且設置在提取開孔35的另一側上。這種構造能夠在提取板31中保持更大的機械強度，但仍將足夠通量的反應性中性粒子遞送到工件並適應所有上述方向特徵及準直特徵。

圖5C示出從工件90觀察時提取板31的第三實施例。在此實施例中，中性物質通道102為圓形的以形成準直列，如針對圖4A到圖4C所述。中性物質通道102設置在提取開孔35的兩側中的任一側上。這種構造能夠在提取板中保持更大的機械強度，但仍將足夠通量的反應性中性粒子遞送到工件並適應上述方向特徵及準直特徵。

在某些實施例中，圖5A到圖5C中的中性物質通道可分別朝提取開孔35傾斜。換句話說，反應性中性粒子射向提取開孔35，如圖2所示。因此，反應性中性粒子以+θ₂ 的角度經由一些中性物質通道提取，且以-θ₂ 的角度經由其他中性物質通道提取，其中θ2是第二選擇提取角度。

在某些實施例中，可能期望能夠改變所選擇提取角度。可例如通過改變電漿室40內的電場或通過相對於提取開孔35移動阻擋器37來修改第一選擇提取角度。

圖6A到圖6B示出可用於對第二選擇提取角度進行修改的一個實施例。在此實施例中，中性物質通道600容納在可旋轉構件610內。可旋轉構件610可設置在提取板631中。可旋轉構件610可為合適的材料，例如SiO₂ 、SiC、SiN、Al₂ O₃ 等。還可在可旋轉構件610內設置有抑制器，抑制器可為電偏置格柵、篩或電性杯體。圖6A示出可旋轉構件610被定位成使得中性物質通道600垂直於提取板631的平面。圖6B示出可旋轉構件610相對於圖6A中的位置向上旋轉。

儘管本發明闡述使用單獨的中性物質通道，但也可存在其他實施例。舉例來說，可對阻擋器及提取開孔進行設計，以實現反應性中性粒子的所期望提取角度。圖8A到圖8I示出多種構造。在這些構造中，提取板831中的提取開孔835的寬度以及阻擋器837與提取開孔835之間的距離有所變化。在這些構造中，提取開孔835的寬度與阻擋器837的寬度相關。隨著提取開孔835的寬度越來越窄，阻擋器837的寬度也減小。這些構造被呈現為阻擋器837與提取開孔835之間的距離向右增大。提取開孔835的寬度減小，從而向下移動。

在圖8A中，發現電漿源中的固定點的平均提取角度為50.8°，提取角度的分佈是從43.3°到58.2°。因此，展度（spread）為約14.9°。

移動到圖8B，阻擋器837與提取開孔之間的距離增大。這將平均提取角度減小到49°，提取角度的分佈是從35.7°到62.2°。因此，展度為約26.5°。

在圖8C中，阻擋器837與提取開孔之間的距離再次增大。這將平均提取角度減小到41.2°，提取角度的分佈是從24.9°到57.5°。因此，展度為約32.6°。

因此，一般來說，隨著阻擋器837與提取開孔835之間的距離增大，平均提取角度減小，但角度展度增大。

在圖8D所示構造中，阻擋器837與提取開孔835之間的距離與圖8A相同，然而，提取開孔835及阻擋器837的寬度減小。這使得平均提取角度為45.3°，提取角度的分佈是從35.5°到55.1°。因此，展度為約19.6°。

向下移動到圖8G，提取開孔835及阻擋器837的寬度相對於圖8D再次減小。這使得平均提取角度為32.7°，提取角度的分佈是從30.1°到35.3°。因此，展度為約5.2°。

因此，一般來說，隨著提取開孔835的寬度增大，平均提取角度減小，且角度展度減小。

因此，對提取開孔835的寬度以及阻擋器837與提取開孔835之間的距離進行操縱會提供另一機制來對反應性中性粒子的提取角度進行控制。正如單獨的中性物質通道一樣，此實施例依賴於開孔的實體構造，因為反應性中性粒子的提取角度在很大程度上取決於視線（line-of-sight）光學器件。換句話說，反應性中性粒子通常沿存在從電漿室到提取板831外部的清晰路徑的路徑行進。因此，藉由對提取開孔835的寬度以及阻擋器837與提取開孔835之間的距離進行操縱，可對反應性中性粒子的提取角度進行控制。

此外，獨立於提取開孔835的寬度對阻擋器837的寬度進行修改可提供另一機制來對反應性中性粒子的提取角度進行控制。

在圖8A到圖8I中，如上所述，帶電離子的提取角度取決於電漿鞘的形狀以及靠近提取開孔835的電場。因此，使用兩種不同的機制來對帶電離子的提取角度及反應性中性粒子的提取角度進行控制。

在另一實施例中，圖8A到圖8I所示阻擋器837及提取開孔835可僅用於提取中性物質。在此實施例中，可以正的電勢對阻擋器837施加偏壓，以排斥在電漿中產生的正離子。此外，在此實施例中，提取開孔835可類似於圖2所示中性物質通道。因此，提取開孔835用作供中性物質以第二選擇提取角度離開的通路。在此實施例中，也可採用圖1所示阻擋器37及提取開孔35。換句話說，可在電漿室30內設置有兩個阻擋器。阻擋器37用於對電漿鞘進行操縱以有利於以第二選擇提取角度經由提取開孔35提取帶電離子。阻擋器837用於提供使反應性中性粒子穿過提取開孔835的通路以使得這些中性粒子以第二選擇提取角度被提取。此外，由於阻擋器837及提取開孔835能夠對反應性中性粒子進行雙峰提取，因此在一些實施例中，僅使用一個中性物質通道。

圖1、圖2以及圖5A到圖5C說明使用設置在提取板31中的中性物質通道100。這些中性物質通道100用於在所期望的路徑中引導反應性中性粒子。然而，中性物質通道也可設置在其他位置。圖9示出提取板931及阻擋器937。如圖2所示，帶電離子以帶狀離子束60形式經由提取開孔935離開。然而，在此實施例中，中性物質通道900設置在阻擋器937中。與前面的實施例相似，中性物質通道900的幾何構造用於確定反應性中性粒子901從提取開孔935的提取角度。此外，如上所述，阻擋器937中的中性物質通道900還可包括抑制器，例如圖3A到圖3C所示抑制器中的任一者。另外，還可對設置在阻擋器937中的中性物質通道900進行準直，如圖4A到圖4C的實施例所示。

以上公開內容及圖闡述了其中從產生帶電離子的同一電漿室提取反應性中性粒子的實施例。然而，也可存在其他實施例。舉例來說，圖10示出另一實施例。在此實施例中，中性物質通道100與中性物質通路1010連通。這些中性物質通路1010可與一個或多個遠端中性物質產生器1000連通。在某些實施例中，遠端中性物質產生器1000可為電漿產生器或其他合適的裝置。反應性中性粒子然後沿中性物質通路1010被傳送到中性物質通道100，從而將反應性中性粒子射向工件90。換句話說，圖10所示中性物質通道是與電漿室30分開的。在其中使用長壽命反應性中性物質或亞穩態（metastable）反應性中性物質的實施例中，此實施例可為有利的。舉例來說，氟原子可利用這種機制被遞送到中性物質通道100。此外，儘管圖10被示出為圖2的修改形式，然而應理解，遠端中性物質產生器1000可與其他圖所示構造中的任一者一起使用。

所揭露的設備具有諸多可能的應用。在一個具體應用中，所述設備用於執行定向反應性離子蝕刻（DRIE）。在這種應用中，帶電離子及反應性中性粒子兩者均以所選擇提取角度朝工件遞送。這些所選擇提取角度能夠對材料、尤其是設置在溝槽中的材料進行蝕刻。圖7A示出將被蝕刻的工件700。工件700具有多個溝槽710，每一溝槽均具有側壁711及底部712。工件可為任何合適的材料，包括但不限於結晶矽、非晶矽、多晶矽及二氧化矽。每一溝槽710的側壁711可塗布有一個或多個膜，所述一個或多個膜可為介電質713（例如，二氧化矽、氮化矽、二氧化鉿等）。工件700的表面還可由襯墊714（例如（舉例來說）鈷、鎢、鋁、銅、或氮化鈦）來共形地覆蓋。在某些實施例中，移除頂表面上的襯墊714並在側壁711上到達特定深度可為有利的。

在一些實施例中，襯墊714的移除是通過使用帶電離子及反應性中性粒子兩者撞擊工件700來實現。在某些實施例中，可使用鹵素系原料氣（例如（舉例來說）Cl₂ 、CF₄ 、CHF₃ 、CH₃ F、C₂ F₆ 、Br₂ 、BBr₃ 、HBr或I₂ ）來形成帶電離子及反應性中性粒子。在其他實施例中，可使用包含O2、H₂ 、或NH₃ 的原料氣來形成帶電離子及反應性中性粒子。在操作中，將原料氣（其可為以上所列物質中的一種或多種）引入到電漿室30中。由射頻電源27對天線20施加射頻功率。形成電漿，所述電漿包含帶電離子（例如Cl⁺ ）以及反應性中性粒子（例如Cl）。

在一個非限制性實例中，每一溝槽710可為100 nm深，且將僅移除襯墊714的頂部的20 nm。另外，將從頂表面715移除襯墊714。為了從側壁711移除襯墊714的一部分，帶電離子及反應性中性粒子以ϕ1的角度撞擊工件700，如圖7A所示。如果這些離子及反應性中性粒子撞擊工件的角度大於ϕ1，則側壁711上的襯墊714將不會被蝕刻到恰當程度。越大的角度（即，越水平）將蝕刻側壁711的越少的部分，因為相鄰溝槽的頂表面715將阻擋離子及反應性中性粒子撞擊側壁711。

圖7A到圖7B示出在加工期間的工件700。在這些圖中，工件700相對於工件處理設備10向左移動。因此，圖中左側上的溝槽710已被蝕刻，而圖中右側上的溝槽710仍被襯墊714覆蓋。

圖7A示出用於從側壁711蝕刻襯墊714的恰當量的角度ϕ1。這一角度是節距（即，相鄰溝槽之間的距離）、溝槽的長寬比、及將被移除的襯墊714的量的函數。圖7A中所用的角度ϕ1相對大。圖7B示出所具有的溝槽710被定位成比圖7A所示溝槽彼此緊密得多的工件700。因此，用於從側壁711蝕刻襯墊714的恰當量的角度ϕ2比ϕ1小得多。本文所揭露的設備能夠藉由使用中性物質通道來形成反應性中性粒子的這一所期望的角度。

本發明中的上述實施例可具有諸多優點。第一，定向反應性離子蝕刻可在帶電離子與反應性中性粒子兩者接觸將被充電的表面時更為有效及高效。可藉由使用中性物質通道以利用傳統技術可能無法實現的方式來精確地控制反應性中性粒子的提取角度。這種精確的提取角度控制能夠對密集的特徵進行蝕刻。實際上，在某些實施例中，可因能夠將反應性中性粒子精確地射向所期望的位置而使對溝槽的側壁進行蝕刻的時間減少一個數量級或多於一個數量級。

本發明的範圍不受本文所述的具體實施例限制。實際上，通過閱讀以上說明及圖式，除本文所述實施例及潤飾外，本發明的其他各種實施例及對本發明的各種潤飾也將對所屬領域中的普通技術人員來說顯而易見。因此，這些其他實施例及潤飾都旨在落於本發明的範圍內。此外，儘管本文中已出於特定目的而在特定環境中的特定實作方式的上下文中闡述了本發明，然而所屬領域中的普通技術人員將認識到，本發明的適用性並不僅限於此且本發明可出於任意數目的目的而在任意數目的環境中有利地實作。因此，以上提出的申請專利範圍應慮及本文所闡述的本發明的全部廣度及精神來加以解釋。

10‧‧‧工件處理設備

20‧‧‧天線

25‧‧‧介電窗

27‧‧‧射頻電源

30‧‧‧電漿室

31、631、831、931‧‧‧提取板

32‧‧‧腔室壁

35、835、935‧‧‧提取開孔

37、837、937‧‧‧阻擋器

60‧‧‧帶狀離子束

70‧‧‧氣體儲存容器

71‧‧‧氣體入口

80‧‧‧提取電源

90、700‧‧‧工件

95‧‧‧台板

98‧‧‧偏壓電源

100、102、103、300、350、600、900‧‧‧中性物質通道

101‧‧‧中性粒子束

200‧‧‧電偏置格柵

210、260‧‧‧絕緣體

220‧‧‧格柵電源

240‧‧‧篩

250‧‧‧電偏置杯體

270‧‧‧杯體電源

310‧‧‧準直列

320‧‧‧電偏置格柵

330、380‧‧‧絕緣材料

340‧‧‧格柵電源

360‧‧‧準直列

370‧‧‧薄板條

385‧‧‧導電杯體

390‧‧‧杯體電源

610‧‧‧可旋轉構件

710‧‧‧溝槽

711‧‧‧側壁

712‧‧‧底部

713‧‧‧介電質

714‧‧‧襯墊

715‧‧‧頂表面

901‧‧‧反應性中性粒子

1000‧‧‧遠端中性物質產生器

1010‧‧‧中性物質通路

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

ϕ1‧‧‧角度

ϕ2‧‧‧角度

為更好地理解本發明，參考附圖，所述附圖併入本文供參考且在附圖中：圖1是根據一個實施例的工件處理設備。圖2是圖1所示工件處理設備的提取板的擴大視圖。圖3A到圖3C示出具有抑制器的中性物質通道的三個實施例。圖4A到圖4C示出具有準直通道的中性物質通道的實施例。圖5A到圖5C示出從工件觀察時中性物質通道的各種實施例。圖6A到圖6B示出具有可調整中性物質通道的實施例。圖7A到圖7B示出可使用圖1所示設備進行加工的代表性工件。圖8A到圖8I示出阻擋器及提取開孔的各種構造以及所得提取角度。圖9是根據另一實施例的工件處理設備的提取板及阻擋器的擴大視圖。圖10是根據另一實施例的工件處理設備的提取板的擴大視圖。

Claims

一種工件處理設備，包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，具有第一開孔及第二開孔；其中帶電離子以第一選擇提取角度經由所述第一開孔被提取，且反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過所述第二開孔，其中所述第二開孔不同於所述第一開孔。
如申請專利範圍第1項所述的工件處理設備，其中所述第二開孔包括用於使通過所述第二開孔的帶電離子最少化的抑制器。
如申請專利範圍第2項所述的工件處理設備，其中所述抑制器包括設置在所述第二開孔中的電偏置導電格柵。
如申請專利範圍第2項所述的工件處理設備，其中所述抑制器包括圍繞所述第二開孔設置的電偏置杯體。
如申請專利範圍第2項所述的工件處理設備，其中所述抑制器包括用於中和進入所述第二開孔的帶電離子的篩。
如申請專利範圍第1項所述的工件處理設備，其中所述第二選擇提取角度是由所述第二開孔相對於與所述提取板正交的平面的傾斜度來確定，且其中反應性中性粒子以所述第二選擇提取角度為中心的角度分佈是由所述第二開孔的長寬比來確定，所述長寬比被定義為所述第二開孔穿過所述提取板的長度除以所述第二開孔的高度。
如申請專利範圍第1項所述的工件處理設備，其中在所述電漿室中設置有阻擋器，且其中所述第二選擇提取角度以及以所述第二選擇提取角度為中心的反應性中性粒子的角度分佈是由所述第二開孔的寬度、所述阻擋器的寬度及所述阻擋器與所述第二開孔之間的距離來確定。
如申請專利範圍第1項所述的工件處理設備，其中所述反應性中性粒子是在與所述電漿室不同的遠端中性物質產生器中形成，且被傳送到所述第二開孔。
一種工件處理設備，包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，經由所述提取板提取帶電離子及反應性中性粒子，其中所述工件處理設備使用第一機制以第一選擇提取角度經由設置在所述提取板中的提取開孔從所述電漿室提取帶電離子，並使用第二機制以第二選擇提取角度從所述電漿室提取反應性中性粒子。
如申請專利範圍第9項所述的工件處理設備，其中所述第一機制包括電漿鞘調製或靠近所述提取開孔的電場，且其中所述第二機制包括中性物質通道的幾何構造。
如申請專利範圍第10項所述的工件處理設備，其中所述中性物質通道設置在所述提取板中。
如申請專利範圍第10項所述的工件處理設備，其中所述中性物質通道設置在阻擋器中，所述阻擋器靠近所述提取開孔設置在所述電漿室內。
一種工件處理設備，包括：電漿產生器；電漿室；以及提取板，包括提取開孔；其中所述工件處理設備使用電漿鞘調製或電場以第一選擇提取角度經由所述提取開孔提取帶電離子作為離子束；以及其中反應性中性粒子以第二選擇提取角度通過中性物質通道。
如申請專利範圍第13項所述的工件處理設備，其中所述中性物質通道設置在所述提取板中。
如申請專利範圍第13項所述的工件處理設備，其中所述中性物質通道設置在阻擋器中，所述阻擋器靠近所述提取開孔設置在所述電漿室內。