用于控制等离子体室中的等离子体辉光放电的方法和系统技术方案

公开了用于控制等离子体室内的辉光放电的方法和系统。示例性的设备包含具有连接至地的室壁的室和射频(RF)电源。顶部电极连接至该RF电源，且底部电极连接至该RF电源。相变控制部连接至该RF电源的输出，以控制由该RF电源供应至该顶部电极的RF信号的第一相位、以及由该RF电源供应至该底部电极的该RF信号的第二相位。控制器与该相变控制部通信，以调整该第一相位与该第二相位之间的相位差，从而调整该室内等离子体辉光放电的位置。

Method and system for controlling glow discharge in plasma chamber

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制等离子体室中的等离子体辉光放电的方法和系统
本实施方案涉及等离子体室的电极间等离子体的等离子体辉光放电的控制方法，更具体而言，涉及提供至等离子体室的喷头和基座中的每一个的射频(RF)功率信号之间的相位控制方法。
技术介绍
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)为一种类型的等离子体沉积，其用于在衬底(例如，晶片)上由气态(亦即，蒸气)至固态沉积薄膜。PECVD系统将液体前体转化为蒸气前体，该蒸气前体被输送至室。PECVD系统可包含蒸发器，其以受控方式使液体前体蒸发以产生蒸气前体。等离子体室用于利用等离子体增强原子层沉积(PEALD)处理来沉积精密材料层。相似地，等离子体被用于为了从衬底移除材料而优化的室中。这些系统均需要从导入室中的气体激励等离子体，其在本文中称为等离子体辉光放电，等离子体辉光放电起因于将功率提供至室的一或更多电极。依赖于在电极间点燃等离子体的任何系统的当前挑战为辉光放电的控制。例如，一旦辉光放电在电极之间产生，通常不可能对所有等离子体主体的在室内不同位置或区域中的定位部分造成影响。为了解决这些问题，现今技术依赖多个频率和/或多个RF产生器以控制PEALD、PEALD、或蚀刻中的辉光放电。本实施方案就是在此背景中产生的。
技术实现思路
提供了用于控制室内等离子体辉光放电的方法和系统。针对从RF电源供应至顶部电极与底部电极两者的RF信号而控制相位差。相位差的控制协助控制等离子体辉光放电的定位，使其由实质上在顶部电极与底部电极之间到实质上远离顶部与底部电极并接近室的室壁，这些室壁是接地的。在一实施方案中，公开了一种用于控制等离子体辉光放电的定位的方法。射频(RF)产生器连接至室的顶部电极，且该室具有耦合至地的室壁。该RF产生器连接至该室的底部电极。该方法包含对将在该室中执行的沉积的处理操作进行识别。该方法还包含将待供应至该顶部电极的来自该RF产生器的RF信号设定在第一相位，且将待供应至该底部电极的来自该RF产生器的该RF信号设定在第二相位。该第一相位与该第二相位可调整至一定相位差，以使等离子体辉光放电基于该相位差而可控地定位于该室内。公开了用于处理衬底的设备。该设备包含具有连接至地的室壁的室和射频(RF)电源。顶部电极连接至该RF电源，且底部电极连接至该RF电源。相变控制部连接至该RF电源的输出，以控制由该RF电源供应至该顶部电极的RF信号的第一相位、以及由该RF电源供应至该底部电极的该RF信号的第二相位。控制器与该相变控制部通信，以调整该第一相位与该第二相位之间的相位差，从而调整该室内等离子体辉光放电的位置。根据下文结合附图进行的详细描述，其他方面将变得清楚。附图说明通过参照下文结合附图进行的描述，可最适当理解实施方案。图1依据一构造说明等离子体室的示例，该等离子体室包含具有室壁的用于处理衬底的室。图2说明通过改变输送至顶部电极的第一相位与输送至底部电极的第二相位(如由RF电源供应的RF信号所输送)之间的相位而提供的功能的示例。图3根据一实施方案说明处理室的示例构造，以及通过将输送至顶部电极与底部电极的RF功率拆分(split)而获得的某些优点。图4-8根据本公开的若干实施方案提供了示例性的方法流程。具体实施方式下述的实施方案描述用于以下操作的方法、装置、系统以及计算机程序：对输送至顶部电极(例如喷头)与底部电极(例如基座)中的每一者的RF功率之间的相位差进行控制或设定，以对等离子体室内等离子体辉光放电的主体的位置或定位造成影响。显然，在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下可实行本专利技术。在其他示例中，为了不使本专利技术难以理解，公知的处理操作没有详细叙述。在一实施方案中，将单一的RF产生器连接至喷头和基座两者。在该构造中，喷头用作顶部电极，而基座用作底部电极。在一示例中，单一的RF产生器被配置为将RF功率的一半供应至喷头的电极，且将RF功率的一半供应至基座的电极，同时控制所输送的RF功率信号之间的相位差。在一示例中，提供至喷头的电极的RF功率信号与提供至基座的电极的RF功率信号为180度异相(out-of-phase)。在另一示例中，提供至喷头的电极的RF功率信号与提供至基座的电极的RF功率信号为0度异相(例如，同相)。在又一示例中，通过控制RF功率信号的介于0和180度异相之间的量，可能会对室中等离子体的等离子体辉光放电的形状和/或定位造成影响。举例而言，通过改变相位，系统能够使等离子体辉光放电集中为实质上在顶部与底部电极之间、或远离顶部与底部电极并朝向接地的室壁，这些室壁提供一地回路。在一些实施方案中，通过选择从RF产生器至电极中的每一个的电缆长度而设定相位差。在其他实施方案中，与室的控制器接合的电子组件是可程序化的，以自动设定并控制通往两电极的RF之间的相变/相移。在一些实施方案中，电缆长度和控制器控制可一起运行，以提供微调，从而使等离子体辉光放电定位于期望位置中。本文所述的实施方案并不限于任何频率。本文所述实施方案中的若干可使用介于约100KHz至约100MHz之间的频率，尤其是，一些示例频率包含约400KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约60MHz等。图1说明等离子体室100的示例，等离子体室100包含具有室壁102的用于处理衬底的室。室壁102接地110。在一实施方案中，底部电极106用作支撑衬底的基座。顶部电极104用作输送用于沉积或蚀刻材料的气体的喷头。在一实施方案中，射频(RF)电源120在一端耦合至地108，且同时耦合至顶部电极104与底部电极106两者。如图所示，相变控制部142连接至RF电源120的输出，并与控制器140接合。在一实施方案中，相变控制部142用于修改由RF电源120输出的RF信号的相位。相变控制部142被配置为针对由RF电源120输出的相同的RF信号输出，而调整输送至顶部电极104的第一相位与输送至底部电极106的第二相位之间的相位差。相位传感器144通过室壁102的端口而连接至室。相位传感器144被配置为监视和感测室的内部区域，以判定等离子体辉光放电的位置或实质集中度。如果等离子体辉光放电集中在顶部电极104与底部电极106之间，则相位传感器144会判定输送至顶部电极104与底部电极106的RF信号之间的相位为实质上180度异相。如果传感器判定等离子体辉光放电的集中度实质上靠近室壁102，则传感器会判定输送至顶部电极104与底部电极106的RF信号之间的相位为实质上0度异相、或实质上同相。在一些实施方案中，相位传感器144作为相位检测器操作，其可监视或感测室内的电流及电压特性。在一些实施方案中，相位传感器144可由整合于不同位置中、面向室内部的多个检测器限定。以此方式，可进行相位及等离子体辉光放电强度的更精确的检测，以在处理期间或处理之前判定或估计存在于室中的相位差。在一实施方案中，相位传感器144可为电压-电流(VI)探针，其用于在操作期间从室获取电压及电流的测量结果。举例而言，VI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制等离子体辉光放电的定位的方法，其包含：/n将射频(RF)产生器连接至室的顶部电极，所述室具有耦合至地的室壁；/n将所述RF产生器连接至所述室的底部电极；/n对待在所述室中执行的沉积的处理操作进行识别；/n将待供应至所述顶部电极的来自所述RF产生器的RF信号设定在第一相位；/n将待供应至所述底部电极的来自所述RF产生器的所述RF信号设定在第二相位，所述第一相位与所述第二相位能调整至一定相位差，以使所述等离子体辉光放电能基于该相位差而可控地定位于所述室内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 US 15/786,4971.一种用于控制等离子体辉光放电的定位的方法，其包含：
将射频(RF)产生器连接至室的顶部电极，所述室具有耦合至地的室壁；
将所述RF产生器连接至所述室的底部电极；
对待在所述室中执行的沉积的处理操作进行识别；
将待供应至所述顶部电极的来自所述RF产生器的RF信号设定在第一相位；
将待供应至所述底部电极的来自所述RF产生器的所述RF信号设定在第二相位，所述第一相位与所述第二相位能调整至一定相位差，以使所述等离子体辉光放电能基于该相位差而可控地定位于所述室内。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相位与所述第二相位的设定响应于控制器输入，以调整至所述相位差。


3.根据权利要求2所述的方法，其中设定所述相位差以将所述第一相位设置为与所述第二相位呈180度异相，使得供应至所述顶部电极的所述RF信号与供应至所述底部电极的所述RF信号为180度异相，以影响所述等离子体辉光放电至实质上被包含于所述顶部电极与所述底部电极之间。


4.根据权利要求2所述的方法，其中设定所述相位差以将所述第一相位设置为与所述第二相位呈0度异相，使得供应至所述顶部电极的所述RF信号与供应至所述底部电极的所述RF信号为0度异相，以影响所述等离子体辉光放电至实质上远离所述顶部电极与所述底部电极之间并且实质上朝所述室壁集中。


5.根据权利要求2所述的方法，其中设定所述相位差以将所述第一相位设置为介于约180度异相与0度异相之间，以影响所述等离子体辉光放电至，
介于以下两者之间：实质上在所述顶部电极与所述底部电极之间，和实质上远离所述顶部电极与所述底部电极并且实质上朝所述室壁移动。


6.根据权利要求1所述的方法，其中通过介于所述RF产生器与所述顶部电极之间的第一电缆长度而设定所述第一相位，且通过介于所述RF产生器与所述底部电极之间的第二电缆长度而设定所述第二相位。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一电缆长度不同于所述第二电缆长度。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相位与第二相位由相变控制部设定，所述相变控制部与控制器接合，所述控制器被配置为从相位传感器接收来自所述室的相位信息，所述相位信息由所述控制器使用以对所述相位差进行调整。


9.根据权利要求1所述的方法，其还包含，
基于所述室中减少的功率寄生而调整二次氧清扫流动，所述减少的功率寄生起因于在所述顶部电极与所述底部电极之间拆分所述RF产生器的RF功率。


10.根据权利要求1所述的方法，其还包含，
将所述相位差设定为0度异相，同时将氢/氦气体流供应至所述室中以产生氢自由基，所述氢自由基用于清洁所述室壁的至少一部分上的沉积微粒或残留物。


11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚伦·宾汉，帕特里克·范克利蒙布特，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US