用于等离子体腔室中的快速且可重复的等离子体点燃和调谐的方法技术

本公开的诸实施例包括用于使用经由匹配网络耦合至工艺腔室的RF电源在该工艺腔室中进行等离子体处理的方法与设备。在一些实施例中，该方法包括：当匹配网络处于保持模式时，由RF电源以第一频率将RF功率提供给工艺腔室；在第一时期期间，使用RF电源将第一频率调整为第二频率以点燃等离子体；在第二时期期间，使用RF电源将第二频率调整为已知的第三频率，同时维持等离子体；以及将匹配网络的操作模式改变为自动调谐模式以减小由RF电源提供的RF功率的反射功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开的诸实施例总体涉及基板处理系统，更具体而言，涉及用于在等离子体腔室中的快速且可重复的等离子体点燃和调谐的方法和设备。
技术介绍
在集成电路制造中，使用等离子体腔室来处理基板。等离子体腔室一般而言是耦合至射频(RF)源以在基板处理期间提供能量，从而点燃等离子体和/或维持等离子体。为了有效地将RF能量耦合至该腔室，在该RF源与该等离子体腔室之间连接匹配网络(也称为可调谐匹配电路或匹配箱)。用于在等离子体腔室中点燃等离子体(即，使等离子体打火)或跨等离子体转换进行调谐的先前技术包括使用具有机动化可变电容器的匹配箱来点燃等离子体。然而，专利技术人已经观察到，由于电容器步进电机的慢速度(例如，在0.5秒至2.0秒的范围内)，此方法可能是慢的。此外，此方法经受差的可重复性。具体来说，专利技术人已经观察到，在需要高电压来点燃等离子体的等离子体腔室中，使用匹配箱可能无法达到那些高电压。取决于匹配箱特性，匹配电容器位置的轨迹可能错过该高压点，或可能以变化的延迟到达该高电压点。用于点燃等离子体或跨等离子体转换来调谐的另一种技术是使用RF功率生成器的扫频以在等离子体腔室中达到高电压，从而辅助等离子体打火。专利技术人已经观察到，虽然此方法可以迅速点燃等离子体(〈0.5秒)，但生成器频率的变化可能导致晶片上工艺结果的变化以及导致RF测量结果的变化。因此，专利技术人相信，本领域中需要用于在等离子体腔室中的快速且可重复的等离子体点燃和/或跨等离子体转换进行调谐的改进的方法与设备。
技术实现思路
本公开的诸实施例包括用于在工艺腔室中使用经由匹配网络耦合至该工艺腔室的RF电源来进行的等离子体处理的方法与设备。在一些实施例中，一种用于在工艺腔室中进行等离子体处理的设备可以包括:第一 RF电源，所述第一 RF电源具有频率调谐；第一匹配网络，所述第一匹配网络耦合至所述第一 RF电源；以及控制器，所述控制器用于控制所述第一 RF电源与所述第一匹配网络，其中，所述控制器经配置以:通过以下方式中的至少一种来发起等离子体转换:指示所述RF电源将RF功率提供给所述工艺腔室；指示所述RF电源改变传送至所述工艺腔室的RF功率的等级；或改变所述工艺腔室中的压力，其中，所述RF电源以第一频率操作，并且所述匹配网络处于保持模式；在第一时期期间，指示所述RF电源将所述第一频率调整为第二频率以点燃所述等离子体；在第二时期期间，指示所述RF电源将所述第二频率调整为已知的第三频率，同时维持所述等离子体；以及将所述匹配网络的操作模式改变为自动调谐模式以减小由所述RF电源提供的RF功率的反射功率。在一些实施例中，该方法包括:通过以下方式中的至少一种来发起等离子体转换:将RF功率提供给工艺腔室；改变传送至所述工艺腔室的RF功率的等级；或改变所述工艺腔室中的压力，其中，所述RF电源以第一频率操作，并且所述匹配网络处于保持模式；在第一时期期间，使用所述RF电源将所述RF电源将所述第一频率调整为第二频率以点燃所述等离子体；在第二时期期间，使用所述RF电源将所述第二频率调整为已知的第三频率，同时维持所述等离子体；以及将所述匹配网络的操作模式改变为自动调谐模式以减小由所述RF电源提供的RF功率的反射功率。在一些实施例中，一种用于在工艺腔室中进行等离子体处理的系统可以包括:工艺腔室，所述工艺腔室具有天线组件与基板支撑基座；第一匹配网络，所述第一匹配网络耦合至所述天线组件；第一 RF源，所述第一 RF源耦合至所述第一匹配网络；第二匹配网络，所述第二匹配网络耦合至所述基板支撑基座；第二 RF源，所述第二 RF源耦合至所述第二匹配网络；控制器，所述控制器用于控制所述第一 RF源、所述第一匹配网络、所述第二 RF源与所述第二匹配网络，其中，所述控制器经配置以:指示所述第一RF源将RF功率提供给所述工艺腔室，其中，所述第一源以一第一频率操作，并且所述第一匹配网络处于保持模式；在第一时期期间，指示所述第一 RF源将所述第一频率调整为第二频率以点燃所述等离子体；在第二时间期间，指示所述第一 RF源将所述第二频率调整为已知的第三频率，同时维持所述等离子体；以及将所述第一匹配网络的操作模式改变为自动调谐模式以减小由所述第一 RF源提供的RF功率的反射功率。在以下“【具体实施方式】”中提供其他和进一步的实施例。【附图说明】因此，为了详细地理解本公开的上述特征的方式，可参考诸实施例来进行对上文中简要概述的本公开的诸实施例的更具体的描述，在所附附图中示出这些实施例中的一些。然而，要注意的是，这些所附附图仅示出本公开的典型实施例，并且因此不视为限制本公开的范围，因为本公开可以允许其他等效的实施例。图1是根据本公开的一些实施例的半导体晶片处理系统的示意图。图2是适于结合本公开的一些实施例来使用的示例性匹配网络。图3是示出根据本公开的一些实施例的匹配网络与RF生成器的时序特征的示意性图表。图4是示出由根据本公开的一些实施例的匹配网络与RF生成器提供的频率的时序图的不意性图表。图5描绘用于在工艺腔室中点燃等离子体并减小反射功率的方法的流程图。为了促进理解，在可能的情况下，已经使用完全相同的附图标记来指定各附图所共有的完全相同的元件。各附图不是按比例来绘制的，并且可能为了清楚而进行简化。构想了在不需要进一步叙述的情况下就可将一个实施例中的元件和特征有益地合并进其他实施例。【具体实施方式】本公开的诸实施例包含用于在工艺腔室中点燃等离子体和/或跨等离子体转换来减少反射功率的方法与设备。本公开的示例性实施例提供组合了机械式匹配网络与具有一组时序规则的可变频率RF功率生成器的方法与设备。通过以适合的顺序与时序来操作这两个调谐技术，快速且可重复的等离子体点燃和/或调谐是可能的，并且具有可重复的结束频率和等离子体分布。在一些实施例中，用于快速且可重复的等离子体点燃和/或调谐的组合系统在晶片上工艺结果的轮到轮(run-to-run)与晶片到晶片(wafer-to_wafer)可重复性方面可促进更好的工艺性能。本公开的实施例提供为结合动态匹配网络而使用具有频率调谐(也称为频率扫描)的RF生成器提供允许可重复且稳定的操作窗口的步骤。由于在例如蚀刻工艺期间点燃等离子体和/或对系统调谐所需的时间是关键的，因此这些步骤的一个优势在于，能在小于约0.5秒之内点燃并调谐等离子体，进而使基板暴露于不稳定的等离子体或未受良好控制的等离子体的时间最小化。虽然以下描述可能针对于某些工艺、RF频率与RF功率，但是可利用本文中提供的教导以为其他工艺、其他频率与其他功率等级带来优势。图1是等离子体增强的基板处理系统当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在工艺腔室中进行等离子体处理的设备，所述设备包括：第一RF电源，所述第一RF电源具有频率调谐；第一匹配网络，所述第一匹配网络耦合至所述第一RF电源；以及控制器，所述控制器用于控制所述第一RF电源与所述第一匹配网络，其中，所述控制器经配置以：通过以下方式中的至少一种来发起等离子体转换：指示所述RF电源将RF功率提供给所述工艺腔室；指示所述RF电源改变传送至所述工艺腔室的RF功率的等级；或改变所述工艺腔室中的压力，其中，所述RF电源以第一频率操作，并且所述匹配网络处于保持模式；在第一时期期间，指示所述RF电源将所述第一频率调整为第二频率以点燃所述等离子体；在第二时期期间，指示所述RF电源将所述第二频率调整为已知的第三频率，同时维持所述等离子体；以及将所述匹配网络的操作模式改变为自动调谐模式以减小由所述RF电源提供的RF功率的反射功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·比沙拉，S·巴纳，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US