CN101261929A - 利用晶圆前侧气体净化来去除晶圆后侧聚合物的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从工件后侧去除聚合物的工艺。该工艺包括在真空腔中在后侧支撑工件，同时使后侧的***环形部分暴露。气体流被限定在工件边缘处的间隙内的工件边缘处，间隙设置为约腔室直径的1％，间隙限定含有前侧的上部工艺区与含有后侧的下部工艺区之间的边界。工艺还包括排空下部工艺区，由聚合物蚀刻前驱气体在外部腔室中产生等离子体，并将副产物从等离子体引入到下部工艺区中。工艺还包括将净化气体泵送到上部工艺区以从上部工艺区去除聚合物蚀刻物种。

Description

利用晶圆前侧气体净化来去除晶圆后侧聚合物的工艺
相关申请
本申请要求享有2007年1月30提交的美国临时申请序列号No.60/898,645和2007年3月14日提交的美国有效申请序列号No.11/685,766的优先权。
技术领域
本发明涉及一种利用晶圆前侧气体净化来去除晶圆后侧聚合物的工艺。
背景技术
工件或半导体晶圆的等离子体处理，尤其是介电质蚀刻等离子体处理，通常使用含碳的工艺气体(例如碳氟化合物或氟-碳氢化合物气体)，其提高诸如二氧化硅的介电质材料相当于与其它材料诸如硅的蚀刻选择性。这些工艺用于处理其上形成微电子薄膜结构的晶圆前(顶)侧。通常不对晶圆的反(后)面构图。存在的一个问题是含碳工艺气体趋于在等离子体中形成聚合物前驱，其能将聚合物残渣留在晶圆的前侧以及晶圆后侧露出的部分，甚至留在晶圆后侧未露出部分下方的一段距离处。应该移除该残渣以避免污染后续处理步骤。使用适当的化学物质通过等离子体离子轰击易于移除沉积在晶圆前侧的聚合物残渣。然而，晶圆边缘是倾斜的，并且晶圆边缘的后侧上的曲面也是露出的，从而在等离子体处理期间容易沉积聚合物。在等离子体处理期间，晶圆边缘的曲面后侧不受离子轰击，因此很难移除，但可以在高温(例如，300摄氏度以上)的氧等离子体中移除。这种难于移除的聚合物薄膜需要使用(例如)富氧等离子体的蚀刻后聚合物移除步骤，用于彻底移除聚合物。
在许多应用中，等离子体蚀刻工艺用于形成穿过晶圆前侧上的多层薄膜的开口(例如，沟槽或接触孔)。这些薄膜结构包括(例如)具有超低介电常数(超低-k薄膜)的特殊的含碳介电质薄膜。在由蚀刻工艺步骤形成的每个沟槽或接触开口的侧壁处的横截面中暴露出该超低-k薄膜。通过加热和将晶圆暴露至富氧等离子体(在蚀刻后聚合物移除步骤期间)而试图去除后侧聚合物薄膜将由于从超低-k薄膜去除碳而损坏该超低-k薄膜。在具有60nm特征尺寸(或更小)的半导体结构中，仅允许对超低-k薄膜损害至距离暴露的表面大约3nm的深度(例如离开口的侧壁3nm远)。相反，沉积在晶圆后侧边缘的聚合物薄膜约700nm厚。如果能够避免损坏超过可允许的3nm深的超低-k(ULK)薄膜，同时将晶圆暴露至具有足够密度的富氧等离子体并暴露足够时间以从晶圆边缘或斜面后侧移除700nm的聚合物通常是很难的。用于聚合物移除工艺的所需的聚合物与ULK薄膜蚀刻选择性(超过200∶1)在传统的工艺中通常不能可靠地保持。
在传统的等离子体反应器腔室中，晶圆支撑基座包括围绕在晶圆边缘的环形套环(collar)。该套环趋于遮盖晶圆边缘，但不能充分靠近晶圆边缘以防止在晶圆边缘后侧上沉积聚合物。这是因为在晶圆边缘和套环之间需要有限间隙来适应在机械人晶圆放置和公差累积(tolerance stackup)中的变化。然而，随着腔室中连续的晶圆被蚀刻，晶圆边缘到套环间隙趋于增加，原因在于套环(通常)是由工艺兼容的材料(例如，石英、硅或碳化硅)形成，其在连续晶圆的等离子体蚀刻处理期间逐渐被蚀刻掉。因此，在晶圆上，包括晶圆后侧边缘上的沉积不必要的聚合物是不可避免的。
可以通过在启动蚀刻工艺期间在等离子体中使用混有富氧混合气体避免前述问题。然而，如果在晶圆上的薄膜结构包括在被蚀刻的开口的侧壁上暴露的超低-k薄膜时，该方法不实用。蚀刻等离子体中的富氧混合物对超低-k薄膜将造成无法接收的损坏。
需要一种从晶圆的后侧(即，晶圆边缘的后侧)移除聚合物而不伤害或损坏薄膜结构中的任何低-k薄膜层的方法。
发明内容
本发明提供了一种从工件后侧去除聚合物的工艺。该工艺包括在真空腔室中在后侧支撑工件，同时使在后侧上的***环形部分暴露。气流被限定在工件边缘的间隙中的工件边缘处，间隙设置为约腔室直径的1％，该间隙限定含有前侧的上部工艺区与含有后侧的下部工艺区之间的边界。该工艺还包括排空(evaculate)下部工艺区，在外部腔室中由聚合物蚀刻前驱气体产生等离子体，并将副产物从等离子体引入到下部工艺区。该工艺还包括将净化气体泵送到上部工艺区中，以从上部工艺区去除聚合物蚀刻物种。
在一个实施方式中，工艺还包括将晶圆前侧与反应器的顶部(ceiling)之间的上部工艺区限定到大约腔室直径的1％的上部工艺区高度。在相关方案中，工艺还包括将工件加热到大约300摄氏度的温度。在一个实施方式中，间隙和上部工艺区的高度都约为2mm。在某些实施方式中，聚合物蚀刻物种包括氧气。在一个实施方式中，净化气体包含氮气或惰性气体。在另一实施方式中，净化气体包括聚合物蚀刻物种的清除剂。在又一实施方式中，清除剂包括氢气或一氧化碳。在某些实施方式中，清除剂包括一物种，该物种与聚合物蚀刻物种的反应产物比聚合物蚀刻物种不易于与超低-k反应。
附图说明
因此为了可以获得并能详细理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施例对以上的概述进行对本发明更具体描述。然而，应该注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，因为本发明可以允许其他等同的有效实施例。
图1示出了后侧聚合物移除反应腔，其中聚合物蚀刻物种从第一外部等离子源朝着晶圆后侧供给；
图1B和图1C分别为图1A的反应器中的工件支撑基座实施方式的平面图和正面图，其中该支撑基座可以用于在此所述的每个反应器中；
图2示出了对图1A的后侧聚合物移除反应腔室的变型，其中蚀刻剂清除物种从第二外部等离子体源朝着晶圆前侧供应；
图3示出了另一后侧聚合物移除反应腔，其中将热基团或离子的集中流从靠近晶圆的分离的等离子体源导引到晶圆后侧边缘；
图4为图3的部分腔室的放大图，示出了特定材料的设置，用于包含热基团或离子的集中流；
图5示出了使用图1A的反应腔来实施后侧聚合物移除工艺的示图；
图6示出了使用图2的反应腔来实施后侧聚合物移除工艺的示图；
图7示出了图6的工艺的一组附加步骤，用于从晶圆前侧移除光刻胶；
图8示出了图6的工艺的一组可选附加步骤，用于从晶圆前侧移除光刻胶；
图9是示出了使用图3的反应器来实施的后侧聚合物移除工艺；
图10示出了在图2的反应器中实施的可选工艺，用于从晶圆同时移除后侧聚合物和移除前侧光刻胶；
图11示出了图3的反应器的变型，其中等离子体流的外部等离子体源由内部感应耦合源取代；
图12示出了图11的反应器的变型，其中内部感应耦合源由内部电容耦合源取代；
图13示出了可选方法，其中在晶圆后侧边缘下方由感应耦合源产生环形等离子体；
图14示出了图13的反应器的变型，其中感应耦合源由用于产生环形等离子体的内部电容耦合源电极取代；
图15示出了图14的反应器的变型，其中内部电容耦合源电极由外部电容耦合源电极取代；
图16示出了顶部(ceiling)的特征，用于在后侧聚合物移除期间保护晶圆前侧；
图17示出了包含温度转换的后侧聚合物移除和前侧光刻胶移除的工艺的方框图；
图18示出了适用于执行图17的工艺的第一反应器；
图19示出了适用于执行图17的工艺的第二反应器；
图20和图21示出了图2的反应器的变型。
为了便于理解，尽可能的，附图中相同的附图标记表示附图中共有的相同元件。附图全部为示意性的并且没有按按比例绘制。
具体实施方式
本发明的示例性实施方式适用于：在不损坏诸如超低-k介电电薄膜的关键薄膜的情况下，通过加热腔室中的晶圆，同时仅将晶圆的后侧暴露至聚合物蚀刻基团或等离子体副产物，诸如来自外部等离子体源的原子氧或游离氧，以从晶圆后侧边缘移除聚合物。氧自由基可以由外部等离子体源提供，其提供具有含氧气体或蒸汽，诸如例如O2、H2O、N2O、CO2或CO。含氧气体可以与其它气体诸如H2、N2或Ar组合或稀释。可以添加其它含氟气体(诸如CF4或NF3)以允许移除含有其它材料(诸如Si)并且不能在只有氧化学物质中被有效去除的聚合物薄膜。通过在整个晶圆前侧泵送净化气体而保护晶圆前侧上的薄膜结构中的关键薄膜，使其免受聚合物蚀刻物种的破坏。另外，晶圆边缘和腔室侧壁分离非常窄的间隙，以限定具有晶圆后侧的下部工艺区和具有晶圆前侧的上部工艺区。配置较窄的间隙，以抵抗或最小化聚合物蚀刻物种从下部到上部工艺区的移动，否则在上部工艺区，聚合物将攻击晶圆前侧上的超低-k薄膜。外部等离子体源耦接到下部工艺区，从而将聚合物蚀刻物种输送到晶圆后侧。通过将上部工艺区域的高度限制至晶圆和腔室顶部之间的甚窄间隙，最小化上部工艺区中的输送速度以及聚合物蚀刻物种的停留时间。在整个晶圆前侧上泵送的净化气体可以是惰性的或非活性气体。该净化工艺使得前侧关键薄膜的蚀刻速度相对于后侧聚合物的移除速度减小。
在一个实施方式中，为了相对于后侧聚合物去除速度而进一步减小关键薄膜的蚀刻速度，活性清除剂气体可以附加到或取代净化气体，该活性清除剂气体化学性地清除上部工艺区域中的后侧聚合物蚀刻物种。
在另一实施方式中，通过使用耦接到上部工艺区的第二(上部)外部等离子体源使得后侧聚合物蚀刻速度进一步增加。将清除聚合物蚀刻剂的物种的前驱物气体引入到上层外部等离子体源，从而为上部工艺区产生清除剂基团，以在减小上部工艺区中的聚合物蚀刻剂物种的量(部分压力)。在一个实施方式中，上部工艺区中的压力保持足够低压，以使得上层外部等离子体源能够有效地产生等离子体，同时实现足够高的清除剂物种流速以保护晶圆前侧薄膜。在另一实施方式中，在未使用的聚合物蚀刻物种移动到上部工艺区之前，从下部工艺区移除未使用的聚合物蚀刻物种。在一个实施方式中，穿过在晶圆边缘附近的侧壁中的分离的泵送排气口，在晶圆边缘附近分别排空上部和下部工艺区。另外，可以在来自上层外部等离子源的清除剂物种进入到上部工艺区之前，加热这些清除剂物种。
由将聚合物蚀刻物种从上部工艺区移除的上层外部等离子体源供给的清除剂物种(例如，氢)还可用于从晶圆前侧移除光刻胶。在这种情况下，在分离的步骤中执行光刻胶的移除，其中没有聚合物蚀刻物种被引入到下部工艺区并且晶圆到顶部的间隙(上部工艺区的高度)增加。另外，促进晶圆前侧的光刻胶蚀刻的试剂气体(agent gas)(例如，氮气)可以较少量供给到上层外部等离子体源。在可选的模式中，没有一个前侧薄膜层易受聚合物蚀刻物种的损坏，并且后侧聚合物蚀刻移除以及前侧光刻胶移除的步骤可以使用上层和下层外部等离子体源同时执行。在这种情况下，通过降低晶圆支撑基座，而增加上部工艺区的高度。
在一个实施方式中，相对于由聚合物蚀刻物种蚀刻关键(超低-k)薄膜的速度，通过将低层外部等离子体源非常靠近晶圆边缘设置并且引导集中流(concentrated stream)或者在旋转晶圆时将来自低层外部等离子体源的等离子体产品直接喷射到晶圆后侧，实现聚合物蚀刻速度的增加。通过减少下层外部等离子体源的压力，集中流可以由聚合物蚀刻剂离子、基团以及中性粒子组成，同时在更高压力下，该流由蚀刻剂基团以及中性粒子组成。
参见图1A，用于从半导体晶圆的后侧移除聚合物残渣的等离子体反应器包括反应腔100，其具有侧壁102、作为气体分布板的顶部104以及底106。顶部或气体分布板104具有内部气体歧管108和多个气体注射孔110，其从歧管108到腔室100的内部打开。圆盘状桌面形式的晶圆支撑基座112的直径小于待被支撑再基座112上的工件的直径，从而露出工件后侧***环面。基座112被支撑在由升降杆致动器(actuator)116升起和降落的升降构件114上。诸如半导体晶圆118的工件可以由放置在基座112上的后侧的中心部分支撑。晶圆118的前侧(在该侧形成微电子薄膜结构)面向顶部气体分布板104。基座112足够小以留下露出的晶圆后侧的环形周围，用于后侧聚合物的移除。通常，晶圆118具有圆形或倾斜的边缘，如图1A所示。该倾斜特征使得在晶圆前侧上的薄膜的等离子体(例如，蚀刻)处理期间难以避免在晶圆后侧上的聚合物沉积。在另一个实施方式中，提供摇臂113，以将工件118放置在基座112上。在一个实施方式中，如图1B所示，设置三个对称地隔开的较细摇臂113，并且其从基座112的***向外延伸。如图1C所示，摇臂113位于基座112的工件支撑表面的下面，以留下露出的工件后侧的整个***环面，用于后侧聚合物的移除。每一个摇臂113支撑在其末梢端部的薄的轴向突出物(tab)113a，该突出物113a用于定位工件118以与基座轴对齐。
腔室侧壁102包括可移除的衬垫或工艺套件120。在下文中，如果有一个存在，则术语侧壁102用于包括衬垫120。晶圆边缘118a和侧壁102之间的间隙122非常小，例如约0.2-2mm，以抵抗气体通过间隙122移动。间隙设置为足够窄以呈现气体流动阻力，该气体流动阻力比在腔室其它部分中的气流阻力高约100倍。间隙122可以为占腔室直径的约1％。由此，晶圆118将腔室100分为上部工艺区130以及下部工艺区132，其中上部工艺区130部分由晶圆118的前侧或顶部表面限制，而下部工艺区132部分由晶圆118的后侧或底部表面限制。底部外部等离子体源134接收来自气源136的聚合物蚀刻前驱气体并将聚合物蚀刻基团(例如，氧自由基或原子氧)通过腔室底106中的端口138供给到下部工艺区132中。
一些聚合物蚀刻剂(例如，氧气)基团可以通过间隙122从下部工艺区132移到上部工艺区130，并引起晶圆前侧上的诸如超低-k薄膜的关键层的损害的风险。为了防止这种情况的发生，非活性净化气体，也就是不与晶圆前侧的薄膜材料反应的气体(例如，氮气或氩气)，从气源140被供应到顶部气体分布板104，以冲洗上部工艺区130并使其没有蚀刻物种。为了促进全面和快速净化的上部工艺区130，，将上部工艺区130限制到对应于较小的晶圆到顶部间隙144的较小高度，例如，约0.2-2mm。间隙144足够小以将上部区域130的横截面限定到纵横比大于100。上部工艺区高度(间隙144)足够小，使得上部工艺区130中的气体停留时间少于下部工艺区132中气体停留时间的十分之一至百分之一。同样，上部工艺区的高度(间隙144)足够小，使得穿过间隙144的气流阻力为穿过下部工艺区132的气流阻力的大约100倍。上部工艺区高度的这种限定通过使用升降致动器116升起晶圆支撑基座112来完成。
在一个实施方式中，腔室100的气压由真空泵146控制，其将下部工艺区132保持足够的低压以从抽出下层外部等离子源134的等离子体副产物，并将外部等离子体源134保持在足够低的压力以使其能够有效地产生等离子体。可选地，可以通过分离的泵210、216，穿过晶圆边缘附近的独立的缝隙开口分别排空上层和下部工艺区130、132。在这种情况下，不需要真空泵146。
在一个实施方式中，通过将晶圆118加热到大约300摄氏度而加速聚合物移除工艺，例如，或者通过基座112里面的电加热元件150或者通过辐射灯(未示出)。电加热器电源152通过升降构件114中的线而耦接到加热元件150。通过将晶圆温度提高到约300摄氏度，显著提高后侧聚合物移除速度。
在一个实施方式中，通过将穿过顶部气体分布板104进入到上部工艺区130的活性净化气体(例如，氮气或氩气)保持在非常高的流速，来最小化或消除晶圆前侧上薄膜(例如，超低-k薄膜)的蚀刻。这改善了聚合物蚀刻选择性，即，聚合物蚀刻速度与超低-k薄膜蚀刻速度的比率。净化气体流速可以与所需要的一样高，以达到所需的蚀刻选择性，将上部工艺区130的压力提高到非常高的级别。下部工艺区域132中的压力可以保持在足够低的级别(例如，数托或更小)以保证外部等离子体源134的有效运行。为了使外部等离子体源134产生等离子体，外部等离子源134的腔室内部区域压力通常不应该超过数托，并且因为外部等离子源134直接与下部工艺区132耦接，所以下部工艺区132中的压力应该保持在相对低的级别。不考虑穿过气体分布板104流入上部工艺区130中的净化气体的较高流速，通过主腔室真空泵146(或通过真空泵216)满足该要求。这使得净化气体流速以及上部工艺区压力与所需要的压力一样大，以消除或最小化晶圆前侧上的任何超低-k薄膜的蚀刻。
在一个实施方式中，为了进一步增加从晶圆后侧移除聚合物的速度，促进聚合物蚀刻前驱气体分解的分解试剂气体(例如，氮气)可以较低的流速从气源156供给到外部等离子源134。
在一个实施方式中，为了进一步减小上部工艺区130中的聚合物蚀刻物种(例如，氧气)的量，气源158将蚀刻剂清除气体(例如氢气或一氧化碳)供给到顶部气体分布板104。这可以由来自气源140的非活性净化气体来代替，或额外增加来自气源140的非活性净化气体。一些可以移动到上部工艺区130的聚合物蚀刻剂(例如，氧气)原子或分子通过与清除剂气体(例如H2或CO)结合被化学性地消耗掉。任选地，可以通过电加热器159加热供给到气体分布板104的清除剂气体来加速清除剂反应。如果聚合物蚀刻剂前驱气体是氧气，则清除剂气体可以是一氧化碳或氢。与从上部工艺区130清除的氧气相比，一氧化碳不易与含碳的超低-k薄膜反应。将氢气作为清除剂气体是一个很好的选择，因为它不会耗尽来自含碳的超低-k薄膜中的碳，并且从而满足与其排除的聚合物蚀刻物种(氧气)相比的与ULK薄膜较少反应的要求。选择清除剂气体，从而在清除剂和聚合物蚀刻剂(例如氧气)之间化学反应的产物不会以较高的速度与超低-k薄膜反应。在氢清除剂和氧气作为聚合物蚀刻剂的情况下，产物是水，并且在一氧化碳清除剂的情况下，产物是二氧化碳，满足了净化反应产物对于超低-k薄膜为安全的需要。
在可选模式，图1A的反应器用于从晶圆前侧移除光刻胶。在该模式中，晶圆基座112可低至图1A的虚线位置，以利用约0.5到5cm晶圆到顶部间隙增加上部工艺区130。如果在晶圆前侧上的薄膜材料不包括ULK薄膜或其它易于受到氧气损害的材料，则允许来自下部工艺区132的氧基团通过停止来自气源140的净化气体流和/或来自气源158的清除剂气体而移动到上部工艺区130。同样，如果侧壁到晶圆的间隙122大于降低的(虚线)晶圆位置，则可以增加移动。在该可选模式，同时去除侧壁聚合物和前侧光刻胶。
图2示出了图1A的反应器的变型。图2的反应器在后侧聚合物移除期间，在对晶圆前侧上的超低-k薄膜提供更多保护方面具有特殊的优点。在图2的反应器中，提供第二外部等离子体源200。上部工艺区130中的聚合物蚀刻剂物种(例如氧气)的量更有效地减小，原因在于第二(上层)外部等离子体源200将清除剂物种(例如氢或氮)的等离子体副产物(例如，基团)提供到顶部气体分布板104。清除剂物种基团(氢或氧)化学性地清除或结合可以移动到上部工艺区130中的部分聚合物蚀刻物种(例如氧气)。该基团趋于具有与蚀刻物种的较快反应速度(与图1A中的反应器的分子气体清除剂相比)，从而提供从上部工艺区130移除蚀刻剂物种(例如，氧气)的较高速度。这将为防止晶圆前侧上的薄膜结构(如，超低-k薄膜)受攻击提供较高级别的保护。气源202将分子气体形式的清除剂前驱(例如，氢或氮气)供给到顶部外部等离子体源200的腔室。由源200(例如，或者为氢基团或者为氮基团)产生的等离子体的副产物为聚合物蚀刻剂物种(例如氧气)的清除剂，并且被输送到气体分布板104以减少或消除来自上部工艺区130的氧气，从而保护晶圆前侧上的薄膜结构。
如图2所示，顶部外部等离子体源200可以由RF线圈天线206环绕的介电质(例如石英)管状腔室204组成，该RF线圈天线206通过RF等离子体源功率发生器208穿过阻抗匹配元件驱动。石英材料与顶部外部等离子体源200的氢或氮化学物质相容。顶部外部等离子体源200产生通过中心口212填充到顶部气体分布板104的清除剂物种基团。为了在整个气体分布板上提供均匀分布的清除剂物种，挡板214设置在气体歧管108的中心，其防止从中心口212到气体分布板104中心附近的气体注射孔110的直接气流。环形(toroidal)等离子体腔室可以用作顶部和底部外部等离子体源200、134的任一个或两者。该环形腔室由导电材料的凹状管道组成。为了容纳用于顶部外部等离子体源200的氢化学物质，该类环形等离子体腔室可以包括保护导电腔室或管道的绝缘衬垫(liner)。
顶部外部等离子体源200内的腔室压力应该足够低(例如，不超过数托)以确保在外部腔室204内有效地产生等离子体。由于顶部外部等离子体源200与上部工艺区130耦接(通过气体分布板104)，在外部源200中的等离子体没有消失的情况下，上部工艺区压力不能太高。满足该限制可以防止足够高流速的清除剂物种进入到上部工艺区130，需要保护晶圆前侧。在一个实施方式中，上部区域的真空泵210通过晶圆边缘附近(但稍微高一些，高了数个毫米或更低)的上部区域真空缝通道217直接连耦接到上部工艺区130，并且穿过侧壁102(以及衬垫120，如果存在衬垫的话)。上部区域真空泵210促进或确保足够低流速通过非常窄的晶圆到侧壁的间隙122。由于该特征，可以在图2的反应器中除去主真空泵146，如将在下面所述。在一个实施方式中，上部区域泵210的泵送速度保持在足够的等级以将上部工艺区130中的压力保持在低于少数几个托的级别，例如。这允许来自上层外部等离子体源200的基团具有较高的流速，并确保从上部工艺区130快速移除清除剂-蚀刻剂反应副产物。本实施方式在顶部外部等离子体源200内部提供低腔室压力以便于在顶部外部等离子体源200中有效地产生等离子体。本实施方式还减小了清除剂或净化物种移动到下部工艺区132，否则其将稀释晶圆后侧的聚合物蚀刻物种(例如，氧)。
在一个实施方式中，为了减小聚合物蚀刻剂物种(例如，氧)从下部工艺区132穿过晶圆到侧壁的间隙122移动到上部工艺区130，低层区真空泵216通过晶圆边缘附近(但稍微偏下，少数几个毫米或更少)的下部区域狭缝通道218耦接到下部工艺区132。上部或下部狭缝通道217、218沿腔室对称的旋转轴在彼此的少数(或几个)毫米内。在图2示出的反应器中，狭缝通道217、218在高于或低于(分别地)晶圆约1mm高度处，然而该距离可以在约0.5到2mm的范围内。狭缝通道217、218可以彼此相距约1-2mm而轴向设置。通常该距离少于晶圆到顶部的间隙(上部工艺区130的高度)。上部和下部区域的真空泵210、216同时运行以穿过独立的狭缝通道217、218移除蚀刻剂-清除剂反应副产物(从上层区130穿过狭缝通道217)和蚀刻剂物种与蚀刻剂-聚合物反应副产物(从低层区132穿过狭缝通道218)。
该狭缝开口217、218具有窄的(例如，0.2-2mm)的轴向高度并围绕至少侧壁102的几乎整个圆周而延伸。除了连接到与各自的泵210、216的连接，该狭缝开口217、218每一个都是完全闭合的。
在一个实施方式中，由于上部和下部真空泵210、216提供最佳性能，在图2的反应器中可以除去主真空泵146。提供上部和下部真空泵210、216，提高了蚀刻剂物种到晶圆后侧的流量。
上部和下部真空泵210、216以及它们的狭缝通道217、218也可以包括在图1A的反应器中，尽管由于在图1A中没有上层外部等离子体源200以使其在图1A的反应器中不需要。由于上层外部等离子源200不存在于图1A中的反应器中，所以可以通过气体分布板104以非常高的压力泵送净化气体，从而保护晶圆前侧。因此，在图1A的反应器中不必需要局部(local)泵210、216和它们的狭缝通道217、218。
各种等离子体源都可以用于上层和下层外部等离子体源134、200，诸如微波、传统的ICP或环形等离子体。用于上层和下层源134、200的工艺化学物质限制了材料的选择。环形反应器通常具有金属腔室或管道，诸如阳极化铝，其与上层等离子体源200的氢化学物质是不兼容。然而，环形等离子体源也可以由石英衬垫或石英环状(圆形或方形)真空容器得到。如果为了与等离子体化学物质兼容，需要非金属、非涂覆的金属以及非石英材料，则外部等离子体源的选择更局限于传统的感应耦合等离子体源，诸如石英、氧化铝、兰宝石或RF驱动的线圈缠绕的氧化钇管，例如。源也可以被静电屏蔽以减少等离子体离子轰击以及随后的腐蚀或粒子/污染物问题。在一个实施例中，下层外部等离子体源134可以是环形等离子体源，包含由工艺气源136填充的环形腔室220、耦接到环形腔室220的盘旋的RF功率施加器222以及从环形腔室220到口138的管道224组成。线圈222可以由RF发生器通过阻抗匹配来驱动或可以简单地由开关电源驱动(我们需要讨论)。该环形腔室220通常由具有介电质外部薄膜的金属形成，诸如阳极化铝，其与在下层外部等离子体源134中使用的氧气和氮气兼容。由于对上层外部等离子体源200供应有氢气，所以阳极化铝对于上层源200并不是适用的材料，并因此在一个实施例中，其腔室204由另一种与氢气兼容的材料(诸如石英)形成。
在一个可选的模式中，图2中的反应器用于从晶圆前侧移除光刻胶。在该应用中，停止(或除去在下层源134中的等离子体)来自气源136的氧气(聚合物蚀刻剂)流。优选地，该步骤利用在以上所述的窄体制(0.2-2mm)内的上部工艺区130的高度而实施。可选地，光刻胶移除的均匀性可以通过增加上部工艺区高度来提高，在这种情况下，晶圆基座112降低至图2的虚线位置，以利用晶圆到顶部间隙的约为2.5到5cm距离来扩大上部工艺区130。氢基团或来自上层外部等离子体源200的相关等离子体副产物填充上部工艺区130，并在反应蚀刻工艺中从晶圆前侧移除光刻胶。该反应通过以较低的流速从另一气源240将氢气流补充到具有含氧气体(H2O或N2O)的上层外部等离子体源200中来促进。流入到上层等离子体源200中的含氧气体的流速可以小于氢流速的5％。可以在后侧聚合物移除步骤之前或之后执行该光刻胶移除步骤。
在可选前侧光刻胶移除模式的可选实施方式中，通过在整个顶部气体分布板104和晶圆支撑基座112(在图2的降低的虚线位置)上的阻抗匹配252耦合的RF功率发生器250，电容耦合等离子体由来自上部工艺区130中的氧气产生。在该实施方式中，在上部工艺区130产生氢离子以引导反应离子蚀刻晶圆前侧上的光刻胶。
在等离子体蚀刻***中，图2的反应器的最初放置需要取代存在于具有图2的反应器的***中的两个单独晶圆真空交换腔室中的一个。蚀刻***通常包括四个等离子体蚀刻反应器，两个单个晶圆真空交换腔室以及工厂接口。为了达到最大的功能，图2的反应器可以配置以执行单个晶圆真空交换腔室功能，其在等离子体蚀刻***中交替。为了此目的，晶圆入口/出口狭口阀270、272设置在反应器的反面穿过侧壁102(以及衬垫120)。一对狭口阀270、272使得图2的反应器起到单个晶圆真空交换腔室的功能。
参见图3，在一个实施方式中，局部流或等离子体基团、中性粒子以及蚀刻剂物种离子的喷射用于提供甚高速度的后侧聚合物移除。在旋转晶圆时，将局部流或等离子体基团的喷射引到小的目标区域上或晶圆后侧边缘的窗口。为了此目的，局部外部等离子体源300可以位于晶圆附近，并且较短的管道302将等离子体离子从局部外部等离子体源300作为等离子体离子、基团以及中性粒子的流而引到晶圆后侧边缘的小目标区域。在一个实施方式中，管道302足够短并且其输出端充分靠近晶圆后侧以使得来自源300的离子能够到达晶圆后侧。例如，短管道的输出端与基座112的晶圆支撑平面之间的转换距离可以是基座或晶圆直径的5％或更小。气源136将聚合物蚀刻前驱气体供给到局部外部等离子体源300。在一个实施方式中，为了将晶圆的整个后侧***或边缘暴露至局部等离子体流，通过耦接到基座112的支撑构件或腿部件114的旋转致动器304，旋转晶圆基座112。通过在低腔室压力下运行局部外部等离子体源300，其成为等离子体离子以及电子的富源，并且来自管道302的集中流由离子/基团混合物中的很大比例的离子组成。通过设置外部等离子体源300靠近晶圆118并且保持管道302较短，最小化重组的离子损失，并且从管道302发出的粒子流在离子中保持较富裕。
在一个实施方式中，通过图3中的反应器中的离子喷射流增加后侧聚合物蚀刻速度；通过在局部外部等离子体源300和晶圆支撑基座之间施加RF偏置功率可以增加晶圆后侧边缘表面的离子能量。为了此目的，通过在整个晶圆支撑基座上的阻抗匹配元件312和局部外部等离子体源300，耦接RF偏置功率发生器310。气源156可以供给局部外部等离子体源300分解试剂气体(例如，氮气)，其促进局部外部等离子体源300的等离子体中的蚀刻剂物种(例如，氧气)的分解。
如果需要基团流而不是离子流，则局部外部等离子体源中的腔室压力可以增加。提高局部外部等离子体源300中的腔室压力使得管道302喷射的粒子流中的离子比例减小同时基团的比例提高了。此外，如果需要纯的基团流，则不需要将外部等离子体源300定位在晶圆附近。取而代之，可以设置在(例如)主腔室100的底部附近(如图3中的虚线所示)，并且管道302可以相对较长(如图3中的虚线所示)。来自等离子体源300的集中喷射流非常热(例如，高达600摄氏度)，并且该热量可以加速蚀刻物种与后侧聚合物之间的反应。优选地，在后侧暴露至来自局部外部等离子体源300和管道302的集中基团或离子流之前，整个晶圆初始加热至大约在300摄氏度。
参见图4，可以采取具体预防措施以最小化从等离子体源300/管道302的放射的离子流的金属污染。尤其是，可以使用覆盖顶部气体分布板104的底表面的介电电(例如，石英)衬垫320和覆盖侧壁102的内部表面的介电质衬垫120来保护金属表面。图4的放大示图示出了每个狭缝开口217、218怎样通向较大的通道，但在腔壁内除了与单独的泵210、216连接外，其完全封闭。
图5示出了可以在图1A的反应器中实施的示例性的方法。第一步(方框402)为支撑晶圆(使用基座112)以暴露晶圆后侧的***部分，同时开始将晶圆加热到300摄氏度。下一步(方框404)，其可以在达到最终晶圆温度(例如，300摄氏度)之前进行，为限定晶圆前侧上方的上部工艺区130以及晶圆后侧下方的下部工艺区132，并且通过将晶圆到侧壁的间隙保持在小于2mm，使得在两个区域之间的气体具有最小的移动。该间隙应该足够小以产生超过腔室其它部分100数量级分之一的气流阻力。下一步(方框406)是通过将晶圆到顶部的间隙(上部工艺区130的高度)保持在建立高气流阻力的一值，例如小于2mm，从而防止蚀刻物种在晶圆前侧积聚，或(等效地)便于上部区130的快速排空。该间隙应该足够小以将上部工艺区130限定在横截面纵横比大于100的数量级。另一步骤(方框408)用于在外部等离子体腔室134中使用聚合物蚀刻剂前驱气体(例如氧气)产生等离子体，并且将副产物(例如，基团、自由氧)从等离子体引入到下部工艺区132，以从晶圆后侧蚀刻聚合物。相关步骤(方框410)为通过将分解试剂(氮气)引入到外部等离子体腔室134以提高聚合物蚀刻前驱物种(氧气)的分解。为了避免或最小化晶圆前侧上薄膜的蚀刻，下一步(方框412)包含通过将净化气体(例如N2或Ar)注入到上部工艺区130中来减小在上部工艺区130中的聚合物蚀刻剂前驱物种(氧气)的量。相关步骤(方框414)包含通过将清除蚀刻物种(例如氧气)的清除剂气体(例如H2或CO)引入到上部工艺区来进一步减少上层工艺区130中的蚀刻物种。除了非活性净化气体之外，可以使用该清除剂气体，或者可取代非反应净化气体而使用该清除剂气体。
图6示出了可以在图2的反应器中实施的示例性方法。第一步(方框416)为支撑基座112上的晶圆以暴露晶圆后侧的***部分，同时将晶圆加热到类似300摄氏度。下一步(方框418)为限定晶圆前侧上方的上部工艺区130和晶圆后侧下方的下部工艺区132，并且通过保持晶圆到侧壁的间隙小于2mm使得两个区域之间的气体具有最小的移动。下一步(方框420)为通过保持晶圆到顶部间隙(上部工艺区的高度)小于2mm以防止蚀刻物种或等离子体在晶圆前侧积聚。另一步骤(方框422)为在低层外部等离子体腔室134中使用聚合物蚀刻前驱气体(例如氧气)产生第一等离子体，并且将等离子体的副产物(例如，基团，自由氧)引入到下部工艺区132，以从晶圆后侧蚀刻聚合物。相关步骤(方框424)为通过将分解试剂(氮气)以氧气流速的1-10％的流速引入到下层外部等离子体腔室来提高聚合物蚀刻前驱物种(氧气)的分解。另一步骤(方框426)为利用清除聚合物蚀刻物种的清除剂物种(H2或N2)在上层外部等离子体腔室200中产生第二等离子体，并将第二等离子体(H基团或N基团)的副产物引入到上部工艺区130。为了减小或消除对晶圆前侧上的薄膜的蚀刻，下一步(方框428)为在晶圆边缘附近的泵送(pumping)端口217排空上部工艺区130，从而以足够高的速度从上部工艺区移除聚合物蚀刻剂物种(氧气)，以防止晶圆前侧上的关键薄膜(含碳或低-k)的损坏。相关步骤(方框430)为在晶圆边缘附近的泵送端口218处以足够高的速度排空下部工艺区132，从而最小化聚合物蚀刻物种(氧气)从下部工艺区132移动到上部工艺区130，并且最大化将聚合物蚀刻剂物种到晶圆后侧边缘的传输。为了最大化聚合物s到晶圆后侧边缘的传输，只使用前侧和后侧泵210、216，除去或不使用主泵146。
图7示出了可以在图2的反应器的可选模式中实施的示例性方法，其中使用该反应器以从晶圆前侧蚀刻光刻胶。第一步(方框432)为停止聚合物蚀刻剂物种(氧气)从下层外部等离子体源134到下部工艺区的流动。尽管优选地继续限制上部工艺区130的高度，但是可选地可增加该高度，作为前侧光刻胶移除步骤的准备，在这种情况下，下一步(可选的)(方框434)为将晶圆到顶部的间隙增加到蚀刻剂物种能够在上部工艺区130中积累的一距离(例如，0.5-5cm)。然而，增加上不工艺区的高度以执行晶圆前侧上光刻胶的剥离不是必需的。下一步(方框436)为以减小的流速将含氧物种(H2O或N2O)以及H2气体引入到上层外部等离子体源200(以少于氢气流速1-10％的流速)，从而增加从晶圆前侧蚀刻光刻胶的速度。图7的工艺可以在图6的工艺之前或之后执行。如果上部工艺区130的高度被限制在较窄的范围(0.2-2mm)内，则该步骤中光刻胶的移除速度增加。另一方面，通过增加该高度，均匀性增加，并且方框434的步骤仅将上部工艺区高度增加了一小部分。
图8示出了图2的反应器的可选方法以从晶圆前侧蚀刻光刻胶，其中在上部工艺区130中产生电容耦合等离子体。第一步(方框438)为停止聚合物蚀刻剂物种(氧气)从下层外部等离子体腔室134到下部工艺区的流动，并且随后(方框440)将晶圆到顶部的间隙增加到约2到5cm。下一步(方框442)为将光刻胶移除物种气体(H2)引入到上部工艺区130。再下一步(方框444)为以减小的流速将含氧物种(H2O或N2O)引入到上部工艺区中。该减小的流速可以是氢气流速的约1-10％。下一步(方框446)为将RF功率施加到上部工艺区以产生用于从晶圆前侧移除光刻胶的等离子体。
图9示出了可以在图3的反应器中实施的示例性方法，其中通过来自外部等离子体源的等离子体离子、基团以及中性粒子的集中或局部流移除后侧聚合物。第一步(方框448)为在基座112上支撑晶圆以暴露晶圆后侧的***部分，同时将晶圆加热到大约300摄氏度。下一步(方框450)为限定晶圆前侧上方的上部工艺区130以及晶圆后侧下方的下部工艺区132，并且通过将晶圆到侧壁的间隙保持在小于2mm，使得两个区域之间具有最小的气体移动。再下一步(方框452)为通过将晶圆到顶部的间隙(上部工艺区的高度)保持在小于2mm而防止(或最小化)晶圆前侧处的蚀刻物种或等离子体的流动或传送速度。再下一步(方框454)为利用聚合物蚀刻剂净化气体(例如氧气)在局部外部等离子体腔室300中产生第一等离子体，并将第一等离子体的副产物的窄流穿过晶圆后侧附近的注射孔302直接引入到晶圆后侧，同时转动晶圆。相关步骤(方框456)为通过将分解试剂(氮气)引入到局部外部等离子体腔室300而提高聚合物蚀刻剂前驱物种(氧气)的分解。另一相关步骤(方框457)为通过在整个局部外部等离子体腔室和晶圆上施加RF偏置功率而提高后侧聚合物蚀刻速度。另一步骤(方框458)为使用清除聚合物蚀刻物种的清除剂物种(H2或N2)在上层外部等离子体源200中产生第二等离子体，并且将第二等离子体(H基或N基)引入到上部工艺区130中。另一步骤(方框460)为在晶圆边缘附近的泵送端口212排空上部工艺区130，从而从上部工艺区以足够高的速度移除聚合物蚀刻剂物种(氧气)，以避免损坏晶圆前侧上的关键薄膜(含碳或低-k)。相关步骤(方框462)为在晶圆边缘附近的泵送端口218以足够高的速度排空下部工艺区132，从而最小化聚合物蚀刻剂物种(氧气)从下部工艺区132到上部工艺区130的移动。
图10示出了可以在图2的反应器中实施的示例性工艺，用于同时从晶圆后侧移除聚合物以及从晶圆前侧移除光刻胶。可以实施图10的工艺，例如，在晶圆前侧没有特别易于受聚合物蚀刻剂物种损害的薄膜(诸如ULK薄膜)的情况下，或存在的任何关键或ULK薄膜能够经受聚合物蚀刻物种从下部工艺区132逃离到上从工艺区130的受限流动的情况下。第一步骤(方框464)为支撑晶圆以暴露晶圆后侧的***部分，同时将晶圆加热到大约300摄氏度。下一步(方框466)为限定晶圆前侧上方的上部工艺区130以及晶圆后侧下方的下部工艺区132，同时通过保持晶圆到侧壁的间隙小于2mm，以使两个区域之间具有最小的气体移动。再下一步(方框468)为使用聚合物蚀刻剂前驱气体(例如氧气)在下层外部等离子体腔室134中产生第一等离子，同时将等离子体的副产物(例如基团、自由氧)引入到下部工艺区132，从而从晶圆后侧蚀刻聚合物。相关步骤(方块470)为通过将分解试剂(氮气)引入到下层外部等离子体腔室134而增强聚合物蚀刻剂前驱物种(氧气)的分解。与方框468的步骤同时实施的步骤(方框472)为清除剂净化气体(H2)和小部分的含氧物种(H2O或N2O)在上层外部等离子体腔室200中产生第二等离子体。第二等离子体的副产物，例如清除剂物种(H基)和含氧基，被引入到上部工艺区130。清除剂物种从上部工艺区130移除蚀刻物种(例如，氧气)并在含氧物种的帮助下从晶圆前侧移除光刻胶。在该工艺期间，优选地为保持上部工艺区130的高度在较窄的范围(0.2-2mm)内，以提高光刻胶的移除速度。该步骤的结果为同时使用下层外部等离子体源134移除后侧聚合物以及使用上层外部等离子体源200移除前侧光刻胶。到上层外部等离子体源200中的含氧(H2O或N2O)物种的流速可以是流入上层外部离子体源200的氢的流速的1-10％，例如。
图11示出了图3的反应器的变化，其中等离子体副产物流或晶圆后侧边缘处导引的喷射是通过反应器自身的组件产生的，而不是通过外部等离子体源产生。为了此目的，图3所示的诸如外部等离子体源300的外部等离子体源通过由在图11的实施方式中的内部等离子体源500取代，该内部等离子体源500包含由诸如石英的绝缘材料形成的圆柱形密封外壳502和缠绕部分圆柱形外壳502的线圈504。在所示的反应器中，线圈504在腔室的外面。外壳502在其底端502a关闭，并在其相对顶端且靠近晶圆118的后侧边缘处形成喷嘴或锥形出口502b。存储聚合物蚀刻气体物种的气源506通过底端502a耦接到外壳502。RF发生器耦接到线圈504(通过可选的阻抗匹配，未示出)并供给足够的功率以在外壳502里面产生感应耦合型等离子体。外壳502里面的压力大于下部工艺区132的压力。该压力差可以由主真空泵146以及耦接到外壳502的真空泵509控制。等离子体副产物，例如基团、中性粒子和/或离子通过喷嘴口502b流出并形成撞击晶圆后侧边缘的目标区域的集中或局部流510。为了控制流510的离子能量，可选的RF偏置功率发生器512可以连接在外壳502内部的内部电极514与晶圆基座112之间。同时图3的上层外部等离子体源200可以用于图11的反应器中，该选择仅以虚线在图11中描述。可取代地，图11的实线图像示出了(可选地)净化气体源140可以在不使用外部等离子体源的情况下通过顶部气体分布板104供给净化气体。净化气体可以是非反应或反应性的清除剂物种，如参见图1所述。
在一个实施方式中，为了提供所需的(例如，300摄氏度)晶圆温度，可以如图3所述加热基座112，或可以使用顶部上方的辐射灯(未示出)。在一个实施方式中，工艺兼容材料的衬垫520可以覆盖基座112的侧面和底部边缘表面，工艺兼容材料的衬垫522可以覆盖侧壁102。衬垫520、522对于最小化由于通过等离子体流510蚀刻腔室表面而引起的金属污染是有用的。工艺兼容材料可以是，诸如，石英。在一个实施方式中，顶部104可以由工艺兼容材料诸如石英形成。在这种情况下，顶部是光滑的简单结构，没有在图11中示出的气体分布板部件。
在可选的实施方式中，图11的等离子体源外壳502可以是圆环面形以形成环形等离子体源。
在另一可选的实施方式中，如图12所示，感应的等离子体源500(管状外壳502)被电容耦合源530取代。电容耦合的源530包括具小的放电部分的传导电极532或靠近并与晶圆118的后侧边缘相对的区域532-1，以及至少一个轴向方向延伸的腿部件532-2。将聚合物蚀刻气体物种通过腔室底中的开口533从气源506引入到下部工艺区132。RF发生器534在轴向延伸的腿部件532-2的底端与晶圆基座112之间耦合。提供与第一腿部件532-2平行的第二轴向延伸腿部件532-3。来自发生器534的RF功率在电极放电部分532-1和晶圆后侧边缘上的相应区域之间的小间隙中产生等离子体放电。在一个实施方式中，与晶圆118相对的电极532(或整个电极532)的侧面可以由衬垫535覆盖，衬垫535是由工艺兼容材料诸如石英来形成，其对于最小化或防止金属污染是有用的。如图11的实施方式所示，旋转晶圆，以使整个后侧边缘圆周暴露于局部的等离子体。
如果使用辐射热来加热晶圆118，则不需要基座112，如下面所述。
在图13的反应器中，除去了旋转晶圆以将其底部圆周暴露于等离子体流的需要，而替代地在沿整个圆周周围延伸的后侧边缘下方产生等离子体538的环。通过将晶圆118靠近顶部104放置来完成，如前面的实施方式所述，并且随后将RF功率施加到覆盖晶圆118边缘的线圈天线540。线圈天线540可以由环形传导线圈(winding)组成，例如。当晶圆可以使用图11的加热基座112保持在图13所述的升起位置中时，图13示出如何通过悬浮在升降架(liftspider)544上悬挂的升降杆542提升晶圆，该升降架544由升降致动器116控制。在这种情况下，通过辐射灯548穿过顶部104加热晶圆。可选地，上方顶部线圈540可以由缠绕在侧壁102的线圈540取代。
在某些实施方式中，在独立工艺中从晶圆前侧移除光刻胶。在这些实施方式中，将晶圆降低至图13的虚线位置，并且通过顶部气体分布板104引入能够移除光刻胶的气体，如说明书的前面所述。在其它实施方式中，提供控制晶圆中心附近的等离子体离子密度的第二内部线圈天线550。第二内部线圈天线550的存在也提高了光刻胶移除的均匀性。可以在独立调整的RF功率等级下驱动两个线圈天线540、550以允许等离子体离子密度径向分布的调谐。这通过提供耦接到独立线圈天线540、550的独立的RF发生器552、554或通过提供单一RF发生器556来完成，其中单一RF发生器556的功率通过功率分离器(splitter)558被可控地分配在两个天线540、550之间。灯加热器548放置在内部和外部线圈天线540、550之间的顶部上方的打开空间中。
图11的加热基座112可用于将晶圆118固定在图13的上升位置。在这种情况下，在低腔室压力以及在没有放射灯加热器的情况下，有效的热传递需要在基座112上使用静电夹盘。使用晶圆支撑基座的优势在于其使得偏置功率能够以高度均匀方式施加到晶圆上，同时达到均匀加热或晶圆的温度控制。还提供具有工艺兼容材料的衬垫520以避免等离子体工艺期间金属污染以及基座材料的过渡消耗。
使用辐射灯548加热晶圆的优点在于在其热传导或对流不良的低腔室压力的情况下具有快速热传递(与加热基座相比)。
图14示出了图13的反应器的另一实施方式，其中用于产生环形等离子体的线圈天线540被围绕晶圆边缘的环形电极560和耦接到环形电极560的RF发生器562取代。来自环形电极560的RF放电通过电容耦合产生环形等离子体538。图15示出了图14的反应器的变型，其中环形电极560’在腔室100的外面。
图16示出了可以在此所述的任何反应器中实施的变型，其中，顶部104具有浅的圆柱形空腔570，其对应于晶圆118的体积。在某些实施方式中，晶圆可以被提升到空腔570中，以在后侧聚合物蚀刻移除工艺期间有效地保护晶圆前侧，使其不受聚合物蚀刻气体损坏。
图17示出了反应器腔室用于在上升的晶圆位置中从晶圆后侧执行聚合物的反应离子蚀刻的工艺，以及随后在降低的晶圆位置中在晶圆前侧上剥离光刻胶的工艺。采用温度交替，以提高晶圆前侧保护。尤其是，在低晶圆温度下执行后侧聚合物移除，并且随着在高晶圆温度下(可以颠倒顺序)执行前侧光刻胶移除。可以在足够低的晶圆温度下执行后侧晶圆聚合物反应离子蚀刻步骤以阻止其副产物(基团)与晶圆前侧薄膜(例如，光刻胶)的反应。如果前侧光刻胶移除工艺使用来自远程源的基团，则其通过将晶圆温度升高到一阈值来促进，其中该阈值温度下基团与光刻胶的反应速度大大提高。如果前侧光刻胶移除工艺是反应离子蚀刻工艺，则此步骤中的晶圆温度不必须提高。
现参见图17示出的示例性工艺，第一步(方框600)为支撑基座上的晶圆以暴露晶圆后侧的***部分。晶圆温度设置在阈值温度以下(例如，低于200摄氏度)，低于此温度，聚合物蚀刻物种基团与晶圆薄膜材料的反应速度显(方框602)显著减小。下一步(方框604)为限定晶圆前侧上方的上部工艺区以及晶圆后侧下方的下部工艺区，并且通过保持晶圆到侧壁的间隙低于2mm使得两个区域之间的气体移动最小。再下一步(方框606)为通过保持晶圆到顶部的间隙(上部工艺区的高度)小于2mm而防止晶圆前侧的蚀刻物种或等离子体的积聚。另一步骤(方框608)为净化上部工艺区以移除可以通过晶圆侧壁的间隙泄露的任何蚀刻物种基团。为了减小或避免晶圆前侧上的薄膜蚀刻，再下一步(方框610)为在晶圆边缘附近的泵送口处排空上部工艺区，从而以足够高的速度从上部工艺区移除聚合物蚀刻剂物种(氧气)以避免晶圆前侧上的关键(含碳或低-k)薄膜的损坏。相关步骤(方框612)为在晶圆边缘附近的泵送口排空下部工艺区。利用靠近晶圆后侧边缘的等离子体执行在晶圆后侧上的聚合物的反应离子蚀刻(方框614)，直到后侧聚合物完全被移除。随后停止到晶圆后侧的等离子体的施加，并且降低晶圆以增加上部工艺区的高度，从而允许在上部工艺区中积聚等离子体或基团(方框616)。随后，将晶圆温度增加到较高阈值温度(例如，300摄氏度以上)之上，从而显著增加基团与晶圆前侧上的光刻胶的反应速度(方框618)。通常，相应于温度从低阈值温度到高阈值温度增加约5倍，反应速度增加。使用来自远程等离子体源的基团以除去前侧光刻胶(方框620)。可选地，可以忽略提升晶圆温度的步骤(方框618)，并且反应离子蚀刻工艺用于移除光刻胶(方框622)。
图18示出了图13的等离子体反应器的变型，其能够执行图17的工艺。在该变型中，除了穿过顶部104的净化气体源140之外，提供前侧(例如光刻胶移除)工艺气体源160。将外部线圈540’移到晶圆平面下方的轴向位置。可选地，加热器灯548从顶部移到腔室底部的底(floor)。在实施图17的方框602的晶圆温度控制步骤时可以使用图18的加热灯548。石英窗549设置在加热灯548的底中。图17的方框606的较小的晶圆到顶部的间隙在图18的反应器中的晶圆上升位置处(实线)实现。图18的净化气体源140为图17的方框608的净化步骤提供气体。在图17的方框610和612步骤中，使用图18的泵送口217和218。通过图18的分离器558将RF功率只施加到外部线圈540’来实施图17方框614的反应离子蚀刻步骤。这在后侧晶圆边缘下方产生了等离子体环，如参照图13在之前所述，以移除后侧聚合物。在完成此步骤时，晶圆118降低至图18的虚线位置，并且将工艺气体(例如光刻胶移除工艺气体)通过顶部104从气源160引入到现在被扩大的上部工艺区。分离器558将RF功率施加到内部和外部线圈540、550，功率在两个线圈之间分配以优化晶圆前侧上方的等离子体离子均匀性。保持RF功率和气流直到完成图17的方框622的反应离子光刻胶蚀刻步骤。
图19示出了图18的实施方式的变型，其中修改顶部104以形成朝上延伸的具有圆柱状侧壁652以及颈帽654的颈650，形成颈空间656。在颈空间中接收来自净化气源140和工艺气体源160的输出。内部线圈缠绕在颈侧壁652周围，从而颈空间656起到远程等离子体源的腔室的功能。在后侧蚀刻工艺期间，图19的分离器558仅将功率施加到外部线圈540以在晶圆后侧边缘下方形成等离子体的环。在前侧蚀刻工艺期间，分离器558仅将功率施加到内部线圈550以提供远程等离子体源。根据图17方框620的步骤，由于在图19的较低(虚线)位置中，从晶圆118到远程源腔室656与图19的晶圆降低(虚线)位置之间的距离，来自等离子体的离子在到达晶圆118之前，在颈中再结合，从而前侧蚀刻为基于基团的工艺。根据图17的方块618，这使其有利于在该步骤之前使用图19的加热灯548以将晶圆温度增加到基团反应阈值温度上方。
图11的反应器适用于通过增加远程等离子体源200和其工艺气源而执行图17的工艺。远程等离子体源200可以实施为具有缠绕在颈或管(tube)(如图19所示)周围的线圈，或其可以是其它任何类型的等离子体源，诸如微波等离子体源，例如。图11的晶圆基座112可以根据图17的工艺控制晶圆温度，并且基座112可以在图11的上升的和下降的(虚线)位置之间移动，如图17的工艺可选特征。以同样的方式修改图12的反应器以适用于执行图17的工艺，通过在图12的反应器的顶部增加远程等离子体源200，并在图12的实线和虚线之间移动基座112。相同的修改可以在图13、图14和图15的每一个反应器中实施。图13、14和15的每一个都示出，当使用升降杆来控制晶圆位置时，可以替代地使用可移动的加热基座112(上升和内缩位置两者中由虚线部分示出)，在这种情况下，不需要加热灯548。在图11-15的每一个反应器中，晶圆基座112的可选使用能够使偏置功率施加到晶圆上。该特征的优点包括后侧聚合物蚀刻工艺的增强，以及如果晶圆到顶部的间隙小于等离子体鞘的厚度，则抑制在上部工艺区130中的离子。
用于从晶圆去除后侧聚合物的反应离子蚀刻可使用图3的反应器在图9的工艺中完成。在此方案中，图3的后侧等离子体源300产生到达晶圆后侧的足够的离子流。通过将外部等离子体源300的腔室压力保持在低压下，实现该条件。在此步骤中，晶圆温度保持在较低的阈值温度(例如，低于约200摄氏度)下，低于该温度下聚合物蚀刻基团与晶圆前侧薄膜材料的反应速度非常低(例如，比在大约300摄氏度时低5倍)。用于移除后侧聚合物的反应离子蚀刻工艺在低晶圆温度下不受妨碍。因此，该低晶圆温度不阻止聚合物蚀刻离子与后侧聚合物的反应，但能有效降低从下部工艺区132逃离(escape)到上部工艺区130的聚合物蚀刻基团与晶圆前侧材料的反应速度。在后侧聚合物移除步骤中所用的较小的晶圆到顶部的间隙基本上保证大多数(或全部)能够在上部工艺区130中存活的聚合物蚀刻物种为基团或中性粒子，而不是离子。
在图7的前侧光刻胶去除步骤期间，其中没有对晶圆前侧产生威胁的聚合物蚀刻物种，晶圆温度升高到高阈值温度以上(例如，约300摄氏度以上)，在该温度下，基团可以与诸如光刻胶的前侧薄膜材料快速反应(例如，比在200摄氏度的低阈值温度下快大约5倍的速度)。通常，晶圆温度一直在变化(ramping)。如果加热晶圆以将增加其温度，则在晶圆温度超过低阈值温度之前执行后侧聚合物移除步骤，并且直到晶圆温度达到或超过高阈值温度后才执行前侧光刻胶移除步骤。例如，晶圆温度开始可以稍高于室温，在整个工艺期间持续增加。在温度超过150摄氏度或200摄氏度之前这段时间，执行后侧聚合物移除步骤，并在完成时停止。随后，在暂停以使晶圆温度达到或至少在300摄氏度附近之后，执行前侧光刻胶步骤。图7和图9的工艺可以以任何顺序执行，优势在于他们可以在同一反应器中执行，不需要移动晶圆。当如图7的工艺中所需要的降低晶圆时，移动后侧等离子源(例如，图3的300)以不阻碍晶圆的移动。
可以通过使用内部等离子体源替换外部等离子体源300来修改图3的反应器，诸如图11的内部电感源(inductive source)500、502、508或图12的内部电容源530、532、534。
如在本说明书中前面所详细描述的，通过建立较窄的晶圆到顶部的间隙以及通过较窄的间隙泵送净化或清除剂气体而提供对圆前侧的保护。通过在后侧聚合物移除期间将晶圆的温度保持在低于阈值温度以下的特征来改善该保护。
通常，聚合物蚀刻基团(没有离子)与光刻胶在约200摄氏度的低阈值温度下慢速反应，同时在约300摄氏度的高阈值温度以上可以获得较高的反应速度。随着晶圆温度从低阈值温度(例如，200摄氏度)到高阈值温度(例如，300摄氏度)的增加，聚合物蚀刻速度增加约5倍。因此，通过将晶圆温度保持在低于200摄氏度(例如，在150摄氏度)的低阈值温度下，提高了对晶圆前侧的保护。在随后的前侧光刻胶移除期间，晶圆温度升高到约300摄氏度。
在大约1托的高腔室压力下，可以使用加热的静电夹盘或图3的基座112来控制晶圆温度。一个优势在于RF等离子体偏置功率可以施加到晶圆以增强处理。使用加热基座112的一个可能缺点在于基座112可以需要兼容材料的保护衬垫，诸如石英、氧化铝或氧化钇。在低腔室压力下，需要使用辐射灯以达到必需的热传递速度。辐射灯的一个优点在于晶圆温度可以在两个温度间更快地转换，尤其是如果在工艺期间晶圆被提升在与基座112接触的上方。
图20示出了图2的反应器的变型，其中来自外部等离子体源134的等离子体副产物(基团)填充到基座112底部里面的环形增压室(plenum)630，并且向上通过基座112中的轴向圆柱钻孔(bore)632，并且一般朝向晶圆118的***边缘处通过注射孔634喷出。该环形增压室630将气体或等离子体副产物提供给每一个钻孔602的底部，并且注射孔或喷嘴634接收来自钻孔632的顶部的等离子体副产物。如图21所示，钻孔632和喷嘴634同心排列。以这种方式，在基座112的内部钻孔632内校准来自外部等离子体源134的等离子体副产物的流，然后对准由来自注射孔634的定向喷射图案的环形阵列。基座112具有晶圆支撑表面634，其直径小于晶圆118的直径，从而使晶圆后侧的***环形区域暴露。基座112还具有***环形表面638，其平行于但低于晶圆支撑表面，两个表面636、638之间的高度差在周围环形表面638和晶圆后侧之间提供气体流动空间640。
在图1-3的实施方式中，通过将气流限制在晶圆118的周围边缘来建立上部和下部工艺区130、132的边界。在图20的反应器中，通过提供围绕基座112并具有邻近晶圆边缘118a的内部边缘640的限制环640来完成，两个边缘118a、640a隔开约0.5-5mm的小间隙。该间隙足够小以限制上部和下部工艺区130、132之间的气流，并从而在从晶圆后侧边缘蚀刻聚合物期间保护晶圆前侧。聚合物蚀刻物种的排空由主真空泵146穿过基座的环形***表面638与环640的低表面644之间的水平基团空间642来执行。该排空穿过基座112的侧壁648与环640的垂直表面649之间的垂直轴向空间646延伸。
在图20示出的实施方式中，外部等离子体源134的腔室220为环形并且RF源功率施加器222由环绕部分(section)腔室220的磁性可穿透环222a以及围绕环222a的线圈222b组成，并且该线圈222b通过RF源功率发生器137通过阻抗匹配135驱动。腔室220通过管道224耦接到增压室630(plenum)。
虽然前侧针对所述本发明的一些实施方式，但在不脱离本发明的基本范围的情况下可以设计出本发明其他的和进一步的实施方式，并且其范围由接下来的权利要求决定。

Claims (15)

1、一种用于从工件后侧去除聚合物的工艺，该工艺包括：
在真空腔室中在后侧支撑所述工件，同时使后侧的***环形部分暴露；
将所述工件边缘处的气流限定在所述工件边缘处的间隙内，所述间隙配置为腔室直径的约1％，所述间隙限定在含有所述前侧的上部工艺区与含有所述后侧的下部工艺区之间的边界；
排空所述下部工艺区；
由聚合物蚀刻前驱气体在外部腔室中产生等离子体，并将所述等离子体的副产物引入到所述下部工艺区中；以及
将净化气体泵送到所述上部工艺区，以从所述上部工艺区去除聚合物蚀刻物种。
2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包含将晶圆前侧和反应器顶部之间的所述上部工艺区限定到约为腔室直径的1％的上部工艺区的高度。
3、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包含将工件加热到约200摄氏度的温度。
4、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述间隙和所述上部工艺区高度都为约2mm。
5、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述聚合物蚀刻物种包含氧气。
6、根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述净化气体包含氮气或惰性气体。
7、根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述净化气体包含所述聚合物蚀刻物种的清除剂。
8、根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述清除剂包含氢气。
9、根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述清除剂包含一氧化碳。
10、根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述清除剂包含一物种，与所述聚合物蚀刻物种相比，该物种与所述聚合物蚀刻物种的反应产物与超低-k薄膜具有较少的反应性。
11、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述上部工艺区的高度足够小以将气体在所述上部工艺区中的停留时间限制到气体在所述下部工艺区中停留时间的1％到5％。
12、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，将所述非活性净化气体泵送到上部工艺区的步骤包括：以足够高的流速泵送所述净化气体，从而限制物种在所述上部工艺区的停留时间小于气体在所述下部工艺区的停留时间的1％到5％。
13、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述限定步骤通过以下步骤之一实现：(a)限定晶圆边缘与腔室侧壁之间的间隙，(b)限定晶圆与围绕该晶圆的环之间的间隙。
14、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包含：
从所述外部等离子体源的等离子体穿过后侧下面的轴向管道而导引该等离子体副产物的流动，以及对准工件后侧边缘处通过喷嘴导引来自所述管道的所述副产物。
15、一种用于从工件后侧去除聚合物的工艺，该工艺包括：
在真空腔室中在后侧上支撑所述工件，同时使后侧的***环形部分暴露；
通过所述腔室的顶部限定所述工件的前侧以设置上部工艺区的高度小于所述工件直径的1％，所述上部工艺区与晶圆和腔室顶部之间的腔室部分对应；
排空腔室的下部工艺区，所述下部工艺区与所述上部工艺区相对的晶圆一侧的腔室部分相对应；
由聚合物蚀刻前驱气体在外部腔室中产生等离子体，并将副产物通过在晶圆后侧边缘附近终止并且对准该晶圆后侧边缘的一个或多个管道从所述等离子体限定到所述下部工艺区中；以及
通过将净化气体泵送到所述上部工艺区中，将聚合物蚀刻物种从所述上部工艺区去除。
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