TWI853383B - 一種減少含氟碳化合物氣體排放之乾蝕刻方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種乾蝕刻方法。方法包括供應一第一氣體至一反應室，以調節與反應室有關的一製程參數。方法亦包括供應一第二氣體至反應室，並開啟一電源，使得第二氣體離子化而產生一電漿。方法進一步包括利用電漿移除一基板上的一材料層之一部分。第一氣體之一成分與第二氣體之一成分不同。
Description
本揭露是有關於乾蝕刻製程。
乾蝕刻製程藉由經離子化的蝕刻氣體（電漿（plasma））引起化學反應，以移除基板上的材料層。常見的蝕刻氣體包括含碳化合物、含鹵素化合物、含氟化合物（fluorinated compounds）、氟碳化合物（perfluorinated compounds，PFCs）等。常見的蝕刻氣體通常屬於溫室氣體，且具有相對大的二氧化碳當量（CO2e，carbon dioxide equivalent），這代表常見的蝕刻氣體對地球暖化之影響程度比二氧化碳更嚴重。因此，希望降低乾蝕刻製程中屬於溫室氣體的蝕刻氣體之使用量，以降低碳排放，並有助於減緩溫室效應以及達成碳中和（carbon neutral）之目的。
本揭露之一些實施例提供一種乾蝕刻方法。方法包括供應一第一氣體至一反應室，以調節與反應室有關的一製程參數。方法亦包括供應一第二氣體至反應室，並開啟一電源，使得第二氣體離子化而產生一電漿。方法進一步包括利用電漿移除一基板上的一材料層之一部分。第一氣體之一成分與第二氣體之一成分不同。
請先參考第1A圖至第1E圖。第1A圖至第1E圖係用於描述一乾蝕刻製程以及乾蝕刻製程之前以及之後的製程流程圖，其中第1D圖所示的製程即為乾蝕刻製程。如第1A圖所示，一材料層110形成於一基板100上。基板100可為具有氧化矽的矽晶圓，但不限於此。
如第1B圖所示，可塗佈一光阻層120於材料層110上。例如，可利用旋塗（spin-coating）法形成光阻層120，並可進行前烘烤。如第1C圖所示，可在光阻層120上形成期望的圖案。例如，可在光阻層120上藉由光罩圖案照射放射線進行曝光，並可藉由特定溶液進行顯影。放射線之波長可在250奈米（nanometer，nm）以下。例如，放射線可為氟化氪（KrF）準分子雷射、氟化氬氣（ArF）準分子雷射等，但不限於此。如第1D圖所示，可移除材料層110之一預定移除部分111（標示於第1C圖）。例如，可藉由離子化的蝕刻氣體（電漿）選擇性地移除材料層110之預定移除部分111。如第1E圖所示，可移除光阻層120。值得注意的是，基板100可包括多層材料層，且在製造期間通常對基板100上的多層材料層執行多次的乾蝕刻製程。
第2圖是一乾蝕刻設備200之示意圖。可利用乾蝕刻設備200執行乾蝕刻製程。乾蝕刻設備200包括一反應室210、一載台220、一靜電吸座（electrostatic chuck，e-chuck）230、一電漿產生裝置240、至少一氣體入口250、至少一氣體導管（gas conduit）260、至少一氣體供應源270、一氣體出口280。
載台220設置於反應室210之底部。靜電吸座230設置於載台220上。基板100設置於靜電吸座230上。靜電吸座230可固定基板100。例如，靜電吸座230可利用靜電庫侖力將基板100固定於靜電吸座230上。
電漿產生裝置240可包括一對平行電極（包括一上電極241以及一下電極242）、一電源243、一匹配單元（matching unit）244。上電極241以及下電極242設置於反應室210內。上電極241以及下電極242可為一對陽極、陰極，並相對地設置。電源243可為高頻電源，並藉由匹配單元244連接至下電極242。電源243可使得反應室210內的氣體離子化而產生一電漿，以移除材料層110之預定移除部分111。
氣體入口250連接氣體導管260，以將來自氣體供應源270的氣體引入反應室210內。在第2圖所示的實施例中示出三個氣體供應源270，但不限於此。可依實際需求設置更多或更少的氣體供應源270。氣體供應源270供應的氣體可包括惰性氣體、含碳氣體、含氟氣體、氟碳化合物氣體等，例如，氦氣（He）、氖氣（Ne）、氬氣（Ar）、氪氣（Ke）、氙氣（Xe）、氡氣（Rn）、氯氣（Cl
2）、溴化氫（HBr）、四氟甲烷（CF
4）、三氟甲烷（CHF
3）、二氟甲烷（CH
2F
2）、六氟化硫（SF
6）、氮氣（N
2）、氧氣（O
2）、羰基硫（carbonyl sulfide或COS）等，但不限於此。
來自不同氣體供應源270的不同氣體可經由相應的氣體導管260以及氣體入口250引入至反應室210內，使得反應室210內的氣體為來自不同氣體供應源270的氣體之混合。在一些實施例中，每一個氣體導管260可設置有一質量流量控制器（mass flow controller，MFC）290，以控制來自氣體供應源270的氣體之氣體流量。氣體出口280形成在反應室210之其中一側，並可連接一排氣裝置（例如，泵），以將反應室210內的氣體排出。
此外，可利用一控制裝置300控制乾蝕刻設備200。控制裝置300可包括一中央處理單元（central process unit，CPU）301、一記憶體302、一使用者介面303等，以儲存乾蝕刻製程之配方（recipe）並控制乾蝕刻製程之執行。
在乾蝕刻製程中，在開啟電源243以將反應室210內的氣體離子化之前，可先調節與反應室210有關的製程參數至一預定值，以確保乾蝕刻製程之良率、穩定性等。為了方便說明，在以下內容中，將調節製程參數的期間稱為「一調節期間」，並將調節完成直到移除基板100上的材料層110之預定移除部分111的期間稱為「一反應期間」。調節期間通常短於反應期間。又，將調節期間所供應的氣體稱為「一第一氣體」，並將反應期間所供應的氣體（被離子化的氣體）稱為「一第二氣體」。
在習知的乾蝕刻製程中，並未區分第一氣體以及第二氣體。即，習知的乾蝕刻製程在整個製程期間連續地供應相同的蝕刻氣體，導致溫室氣體之使用量相對大。
不過，在本揭露中，在調節期間所供應的第一氣體之一成分與在反應期間所供應的第二氣體之一成分不同，而可降低屬於溫室氣體的蝕刻氣體之使用量。具體地，在本揭露中，第一氣體之一溫室氣體含量低於第二氣體之一溫室氣體含量。
在一些實施例中，第一氣體可排除溫室氣體而由非溫室氣體組成，以進一步降低碳排放。即，第一氣體不包括非溫室氣體以外的其他氣體。例如，第一氣體可不包括氟碳化合物。例如，第一氣體可不包括鹵素。例如，第一氣體可不包括氟。
在一些實施例中，第一氣體由惰性氣體組成。即，第一氣體不包括惰性氣體以外的其他氣體。在一些實施例中，第一氣體可由單一氣體組成。例如，第一氣體可由氬氣組成。即，第一氣體不包括氬氣以外的其他氣體。
應理解的是，若氣體種類以及氣體佔比之至少一者不同，即可視為「成分不同」。例如，第一氣體以及第二氣體可包括相同氣體，但此相同氣體的佔比不同，使得第一氣體之成分仍然與第二氣體之成分不同。例如，若第一氣體包括80%的氬氣而第二氣體包括20%的氬氣，即可視為成分不同。
在製造期間通常對基板100執行多次的乾蝕刻製程，故可有效並大幅降低碳排放。例如，對每一片基板100之製造而言，相較於習知的乾蝕刻製程，本揭露之乾蝕刻製程可降低0.1%至40%之間的碳排放。值得注意的是，在同一次的乾蝕刻製程中，第一氣體之一氣體流量通常與第二氣體之一氣體流量相同，以確保製程參數之恆定。不過，在不同次的乾蝕刻製程中，可將第一氣體之氣體流量以及第二氣體之氣體流量調節至另一數值。又，在不同次的乾蝕刻製程中，第二氣體之成分通常不同。不過，第一氣體之成分可維持相同，以簡化製程設計。
綜上所述，在本揭露中，因為在調節期間所供應的第一氣體之成分與在反應期間所供應的第二氣體之成分不同，可降低溫室氣體之使用量，以降低碳排放，並有助於減緩溫室效應以及達成碳中和之目的。而且，第一氣體可不包括溫室氣體且可由單一氣體組成，以進一步降低碳排放。此外，第一氣體之成本通常較第二氣體低廉，故可同時降低製程成本。
接下來，請一併參考第2圖以及第3圖，以詳細了解製程參數之調節。第3圖是靜電吸座230之俯視圖。在一些實施例中，製程參數可包括反應室210之一壓力、靜電吸座230之一溫度、電源之一電壓、氣體之一氣體流量等，但不限於此。
在一些實施例中，反應室210之預定壓力可在大約0.001帕（Pascal，Pa）至大約0.050帕之間，例如，預定壓力可設定為0.004帕、0.005帕、0.015帕、0.020帕等。在一些實施例中，靜電吸座230之預定溫度可在大約20℃至大約50℃之間，例如，預定溫度可設定為20℃、26℃、28℃、30℃、35℃、40℃、42℃等。
在一些實施例中，製程參數之調節可包括量測反應室210之一實際壓力，並判定反應室210之實際壓力與反應室210之預定壓力之一差值是否在10%的範圍內。在一些實施例中，製程參數之調節可包括量測靜電吸座230之一實際溫度，並判定靜電吸座230之實際溫度與靜電吸座230之預定溫度之一差值是否在10%的範圍內。
需補充說明的是，在一些實施例中，靜電吸座230可包括複數個區域，且每一個區域之相應的預定溫度可被獨立地設定，以提高乾蝕刻製程之蝕刻均勻度。如第3圖所示，在本實施例中，靜電吸座230包括在徑向上呈四等分的四個區域231、232、233、234。區域231、232、233、234以同心環狀的方式排列。在一些實施例中，每一個區域231、232、233、234之預定溫度相同。在一些實施例中，最內側的區域231以及最外側的區域234之預定溫度相同，而中間兩個區域232、233之預定溫度相同。在一些實施例中，區域231、232、233、234之預定溫度在徑向上遞增或遞減。不過，可依實際需求改變預定溫度之設定。而且，亦可改變靜電吸座230之區域之數量。以下提供包括不同實施例的表一作為參考：
（表一）
| 區域231之預定溫度 | 區域232之預定溫度 | 區域233之預定溫度 | 區域234之預定溫度 | |
| 實施例一 | 40℃ | 40℃ | 40℃ | 40℃ |
| 實施例二 | 40℃ | 35℃ | 35℃ | 40℃ |
| 實施例三 | 42℃ | 36℃ | 26℃ | 26℃ |
| 實施例四 | 26℃ | 30℃ | 34℃ | 38℃ |
在一些實施例中，當反應室210之實際壓力與預定壓力之差值在10%的範圍內或當靜電吸座230之區域231、232、233、234之實際溫度與預定溫度之差值在10%的範圍內時或兩者皆滿足時，判定調節完成。當判定調節完成時，不再供應第一氣體，開始供應第二氣體，並開啟電源243，使得第二氣體離子化而產生電漿。因為建立了判定製程參數之調節是否完成之基準，有助於製程自動化，並可簡化製程流程。
第4圖是一乾蝕刻方法400之流程圖。乾蝕刻方法400包括一步驟410、一步驟420、一步驟430。在步驟410中，供應一第一氣體至一反應室，以調節與反應室有關的一製程參數。製程參數可包括反應室之一壓力、靜電吸座之一溫度、電源之一電壓、氣體之一氣體流量等。
在步驟420中，在調節完成之後，供應一第二氣體至反應室，且第二氣體之一成分與第一氣體之一成分不同。製程參數之調節可包括量測製程參數之一實際值並計算實際值與製程參數之一預定值之一差值是否在10%的範圍內。又，第一氣體之溫室氣體含量低於第二氣體之溫室氣體含量。在步驟430中，開啟一電源，使得第二氣體離子化而產生一電漿，並利用電漿移除一基板上的一材料層之一預定移除部分。
基於本揭露，在乾蝕刻製程中的調節期間以成分不同的第一氣體取代屬於溫室氣體的蝕刻氣體，可降低溫室氣體之使用量，並有助於減緩溫室效應以及達成碳中和之目的。例如，相較於習知的乾蝕刻製程，本揭露之乾蝕刻製程可降低0.1%至40%之間的碳排放。而且，第一氣體可由成本較低廉的非溫室氣體組成，以進一步降低碳排放，並同時降低製程成本。此外，本揭露亦提供製程參數之調節之細節，以利判定製程參數之調節是否完成，有助於製程自動化，並可簡化製程流程。
前面概述數個實施例之特徵，使得本技術領域中具有通常知識者可更好地理解本揭露的各方面。本技術領域中具有通常知識者應理解的是，可輕易地使用本揭露作為設計或修改其他製程以及裝置的基礎，以實現在此介紹的實施例之相同目的或達到相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解的是，這樣的等同配置不背離本揭露的精神以及範圍，且在不背離本揭露之精神以及範圍的情況下，可對本揭露進行各種改變、替換以及更改。
100:基板
110:材料層
111:預定移除部分
120:光阻層
200:乾蝕刻設備
210:反應室
220:載台
230:靜電吸座
231,232,233,234:區域
240:電漿產生裝置
241:上電極
242:下電極
243:電源
244:匹配單元
250:氣體入口
260:氣體導管
270:氣體供應源
280:氣體出口
290:質量流量控制器
300:控制裝置
301:中央處理單元
302:記憶體
303:使用者介面
400:乾蝕刻方法
410,420,430:步驟
第1A圖至第1E圖係用於描述一乾蝕刻製程以及乾蝕刻製程之前以及之後的製程流程圖。
第2圖是一乾蝕刻設備之示意圖。
第3圖是一靜電吸座之俯視圖。
第4圖是一乾蝕刻方法之流程圖。
400:乾蝕刻方法。
410,420,430:步驟。
Claims (7)
- 一種乾蝕刻方法，用於減少含氟碳化合物氣體排放，包括：供應一第一氣體至一反應室，以調節與該反應室有關的一製程參數；供應一第二氣體至該反應室；開啟一電源，使得該第二氣體離子化而產生一電漿；以及利用該電漿移除一基板上的一材料層之一部分；其中該第一氣體之一成分與該第二氣體之一成分不同，且該第一氣體由惰性氣體組成；其中該反應室中包括一靜電吸座，該基板設置於該靜電吸座上，該製程參數之調節包括量測該靜電吸座之一實際溫度，並判定該靜電吸座之該實際溫度與該靜電吸座之一預定溫度之一差值是否在10%的範圍內；其中該靜電吸座包括複數個區域，該等區域之每一者之相應的該預定溫度被獨立地設定。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該第一氣體之一溫室氣體含量低於該第二氣體之一溫室氣體含量。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該第一氣體不包括氟。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該第一氣體不包括 氟碳化合物。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該第一氣體由氬氣組成。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該第一氣體之一氣體流量與該第二氣體之一氣體流量相同。
- 如請求項1之乾蝕刻方法，其中該製程參數之調節包括量測該反應室之一實際壓力，並判定該反應室之該實際壓力與該反應室之一預定壓力之一差值是否在10%的範圍內。
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