用于在加工等离子体时控制离子能量分布的装置和方法制造方法及图纸

在等离子体加工中，多个谐波频率分量用于等离子体激发。控制不同频率分量之间的相对幅度和/或相移，以便提供期望的离子能量等离子体属性。可以在不进行直接测量和/或手动离子能量测量的情况下控制相对幅度和/或相移。而是，可以通过监测该等离子体装置内的诸如例如阻抗水平等一个或多个电特性、该射频(RF)发生器中的电信号、匹配网络中的电信号、以及该等离子体加工装置的其他电路中的电信号来动态地控制该等离子体内的离子能量。可以在等离子体工艺期间动态地实现对该离子能量的监测和控制，以便维持期望的离子能量分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在加工等离子体时控制离子能量分布的装置和方法本申请涉及Yoshida等人于2018年4月13日提交的名称为“ApparatusandMethodforControllingIonEnergyDistributioninProcessPlasmas[用于在加工等离子体时控制离子能量分布的装置和方法]”的美国专利申请号62/657,301，以及Yoshida等人于2018年4月13日提交的名称为“MethodforIonMassSeparationandIonEnergyControlinProcessPlasmas[用于在加工等离子体时离子质量分离和离子能量控制的方法]”的美国专利申请号62/657,272，这些专利申请的披露内容通过引用以其全文明确结合在此。
技术介绍
本披露内容涉及在等离子体工艺设备中对衬底进行的加工。具体地，本披露内容涉及一种用于控制在等离子体加工装置中生成的等离子体的装置和方法。用于加工衬底的等离子体系统的使用早已为人所知。例如，半导体晶片的等离子体加工是众所周知的。等离子体系统通常可以用于等离子体刻蚀工艺和/或等离子体沉积工艺。等离子体加工提出了许多技术挑战，并且随着衬底上的结构和层的几何结构不断缩小，对等离子体的控制变得越来越重要。通常，通过向室中的气体混合物施加高频电功率来生成等离子体，该室将等离子体与周围环境分开。等离子体工艺的性能受多种因素变量的影响，包括离子的种类、密度和动能，反应中性物等。为了实现期望的工艺性能，可以调整等离子体加工设备的可变设置，以改变等离子体的属性。这些设置包括但不限于气体流速、气体压力、用于等离子体激发的电功率、偏置电压等，所有这些在本领域中都是众所周知的。实现期望性能的挑战之一是等离子体属性的可控性。由于可变设置不直接与等离子体属性相关，因此控制存在局限性。由于对衬底加工的要求变得越来越具有挑战性，因此需要等离子体属性的更好的可控性。
技术实现思路
在一个示例性实施例中，本文描述了新颖的等离子体加工方法和系统，其通过将多个谐波频率分量用于等离子体激发来对等离子体中的离子能量进行控制。更具体地，控制不同频率分量之间的相对幅度和/或相移，以便提供期望的离子能量等离子体属性。可以在不进行直接测量和/或手动离子能量测量的情况下控制相对幅度和/或相移。而是，可以通过监测该等离子体装置内的诸如例如阻抗水平等一个或多个电特性、该射频(RF)发生器中的电信号、匹配网络中的电信号、以及该等离子体加工装置的其他电路中的电信号来动态地控制该等离子体内的离子能量。因此，由于在用于大规模生产衬底的等离子体设备中通常无法直接测量离子能量，因此提供了一种在等离子体工艺系统中提供对离子能量分布快速且准确的控制的技术。可以在等离子体工艺期间动态地实现对该离子能量的监测和控制，以便维持期望的离子能量分布。因此，本文所描述的技术可以有利地例如在没有离子能量传感器的多个谐波频率系统中提供原位离子能量优化，并且可以提供例如动态控制能力，该动态控制能力在加工期间保持用于离子能量分布的最佳操作条件。受益于本文提供的披露内容，将认识到其他优点。在一个实施例中，提供了一种能够对衬底进行等离子体加工的等离子体加工系统。该系统可以包括加工室和一个或多个RF源，该一个或多个RF源耦合至该加工室并且被配置成至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波。该系统可以进一步包括控制电路系统，该控制电路系统耦合至该等离子体加工系统的至少一个其他部件，以在对该衬底进行等离子体加工期间接收该等离子体加工系统的至少一个电特性。该系统还包括该控制电路系统的至少一个输出端，该至少一个输出端耦合至该一个或多个RF源中的至少一个RF源，该一个或多个RF源被配置成调整该基频电压和/或该第二频率电压的特性，以便在对该衬底进行等离子体加工期间能够获得期望的离子能量分布。在另一实施例中，提供了一种用于对衬底进行等离子体加工的方法。该方法可以包括：提供加工室；以及将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波。该方法还包括：在对该衬底进行等离子体加工期间监测该等离子体加工系统的至少一个电特性。该方法进一步包括：在该等离子体加工期间调整该基频电压与该第二频率电压之间的相位差和/或该基频电压与该第二频率电压的幅度比，以便在对该衬底进行等离子体加工期间获得期望的离子能量分布。在又另一实施例中，提供了一种用于加工衬底的方法。该方法可以包括：提供加工室；以及将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波。该方法还包括将匹配网络耦合在该加工室与该一个或多个RF源之间。该方法进一步包括：在对该衬底进行等离子体加工期间，至少监测如通过该匹配网络所观察到的该加工室的阻抗。该方法还包括：在该等离子体加工期间，至少调整该基频电压与该第二频率电压之间的相位差，以便在对该衬底进行等离子体加工期间获得期望的离子能量分布。在另一示例性实施例中，本文描述了用于控制等离子体中的离子能量分布的技术，其中，通过控制所施加的RF功率的施加(具体是控制基本RF频率与谐波频率之间的关系)来同时控制具有不同质量的离子的离子能量分布。因此，这些技术允许对具有不同质量的离子进行离子能量控制。通过控制两个频率之间的RF功率分布，可以改变等离子体工艺的特性。例如，主导刻蚀的离子可以选择性地基于离子是比其他离子轻还是重。类似地，可以控制原子层刻蚀工艺，使得该工艺可以通过调整RF频率而在层改性步骤与层刻蚀步骤之间切换。这样的切换能够在等离子体工艺的相同气相内进行。因此，等离子体的共同气相可以用于层改性步骤和层刻蚀步骤两者，同时使用对RF源的调整来将系统置于层改性步骤或层刻蚀步骤中。在一个实施例中，对RF功率的控制包括控制基本RF频率与谐波频率之间的相位差和/或幅度比。进一步地，对相位差和/或幅度比的控制可以依赖于对等离子体装置内的诸如例如阻抗水平等一个或多个电特性、该射频(RF)发生器中的电信号、匹配网络中的电信号、以及该等离子体加工装置的其他电路中的电信号的检测。在一个实施例中，提供了一种用于对衬底进行等离子体加工的方法。该方法可以包括：提供加工室；以及将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波。该方法进一步包括：在该加工室中至少提供第一类型的离子和第二类型的离子，该第一类型的离子具有第一质量并且该第二类型的离子具有第二质量，该第一质量和该第二质量是不同的质量。该方法还包括：通过调整该基频电压与该第二频率电压之间的关系来控制该第一类型的离子和该第二类型的离子的离子能量分布，以便允许基于该第一质量和该第二质量来选择性的控制该离子能量分布。在另一实施例中，提供了一种用于对衬底进行等离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够对衬底进行等离子体加工的等离子体加工系统，该等离子体加工系统包括：/n加工室；/n一个或多个RF源，该一个或多个RF源耦合至该加工室并且被配置成至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波；/n控制电路系统，该控制电路系统耦合至该等离子体加工系统的至少一个其他部件，以在对该衬底进行等离子体加工期间接收该等离子体加工系统的至少一个电特性；以及/n该控制电路系统的至少一个输出端，该至少一个输出端耦合至该一个或多个RF源中的至少一个RF源，该一个或多个RF源被配置成调整该基频电压和/或该第二频率电压的特性，以便在对该衬底进行等离子体加工期间能够获得期望的离子能量分布。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180413 US 62/657,301;20180413 US 62/657,2721.一种能够对衬底进行等离子体加工的等离子体加工系统，该等离子体加工系统包括：
加工室；
一个或多个RF源，该一个或多个RF源耦合至该加工室并且被配置成至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波；
控制电路系统，该控制电路系统耦合至该等离子体加工系统的至少一个其他部件，以在对该衬底进行等离子体加工期间接收该等离子体加工系统的至少一个电特性；以及
该控制电路系统的至少一个输出端，该至少一个输出端耦合至该一个或多个RF源中的至少一个RF源，该一个或多个RF源被配置成调整该基频电压和/或该第二频率电压的特性，以便在对该衬底进行等离子体加工期间能够获得期望的离子能量分布。


2.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该基频电压和/或第二频率电压的特性是该基频电压与该第二频率电压之间的相位差和/或该基频电压与该第二频率电压的幅度比。


3.如权利要求2所述的等离子体加工系统，其中，该等离子体加工系统的该至少一个电特性包括该加工室的阻抗。


4.如权利要求3所述的等离子体加工系统，其中，该等离子体加工系统的另一部件是耦合在该加工室与该一个或多个RF源之间的匹配网络。


5.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该等离子体加工系统的该至少一个电特性包括该加工室的阻抗。


6.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该一个或多个RF源是提供两个或更多个频率下的RF电压的单个RF源，该两个或更多个频率包括该基频和该第二频率。


7.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该第二频率是该基频的二次谐波频率。


8.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该基频电压和/或第二频率电压的电特性是该基频电压与该第二频率电压之间的相位差。


9.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该控制电路系统是耦合在该另一部件与该一个或多个RF源之间的反馈电路。


10.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该控制电路系统是该等离子体加工系统的控制单元。


11.如权利要求1所述的等离子体加工系统，其中，该一个或多个RF源包括下RF源。


12.一种用于对衬底进行等离子体加工的方法，该方法包括：
提供加工室；
将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波；
在对该衬底进行等离子体加工期间，监测该等离子体加工系统的至少一个电特性；以及
在该等离子体加工期间，调整该基频电压与该第二频率电压之间的相位差和/或该基频电压与该第二频率电压的幅度比，以便在对该衬底进行等离子体加工期间获得期望的离子能量分布。


13.如权利要求12所述的方法，其中，该等离子体加工系统的该至少一个电特性包括该加工室的阻抗。


14.如权利要求13所述的方法，其中，匹配网络耦合在该加工室与该一个或多个RF源之间。


15.如权利要求12所述的方法，其中，该调整包括调整该基频电压与该第二频率电压之间的相位差。


16.如权利要求12所述的方法，其中，该等离子体加工是等离子体刻蚀工艺，并且该调整改变了该等离子体刻蚀工艺的刻蚀特性。


17.一种用于对衬底进行等离子体加工的方法，该方法包括：
提供加工室；
将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波；
将匹配网络耦合在该加工室与该一个或多个RF源之间；
在对该衬底进行等离子体加工期间，至少监测如通过该匹配网络所观察到的该加工室的阻抗；以及
在该等离子体加工期间，至少调整该基频电压与该第二频率电压之间的相位差，以便在对该衬底进行等离子体加工期间获得期望的离子能量分布。


18.如权利要求17所述的方法，其中，该一个或多个RF源包括一个或多个下RF源。


19.如权利要求17所述的方法，其中，该第二频率是该基频的二次谐波频率。


20.如权利要求17所述的方法，其中，该等离子体加工是等离子体刻蚀工艺，并且该调整改变了该等离子体刻蚀工艺的刻蚀特性。


21.一种用于对衬底进行等离子体加工的方法，该方法包括：
提供加工室；
将一个或多个RF源耦合至该加工室，以至少通过基频下的基频电压和第二频率下的第二频率电压来向该加工室提供RF功率，该第二频率是该基频的二次谐波频率或高次谐波；
在该加工室中至少提供第一类型的离子和第二类型的离子，该第一类型的离子具有第一质量并且该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田祐介，谢尔盖·沃罗宁，阿洛科·兰詹，大卫·库穆，斯科特·怀特，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP