用于控制脉冲电压波形的反馈回路制造技术

本公开的实施例描述一种反馈回路，所述反馈回路可以用于维持几乎恒定的壳层电压，并且由此在基板的表面处产生单能IEDF。因此，本文描述的系统使得能够对IEDF的形状以及在基板表面中形成的特征的轮廓进行精确控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制脉冲电压波形的反馈回路
技术介绍

本文描述的实施例总体上涉及在半导体制造中使用的等离子体处理腔室，并且更具体地涉及控制向在等离子体处理腔室中形成的等离子体输送功率的设备和方法。相关技术说明可靠地生产高深宽比特征是对于下一代超大规模集成电路(VLSI)和极大规模集成电路(ULSI)半导体器件的关键技术挑战之一。形成高深宽比特征的一种方法使用等离子体辅助蚀刻工艺(诸如反应离子蚀刻(RIE)等离子体工艺)以在基板的材料层(诸如介电层)中形成高深宽比开口。在典型的RIE等离子体工艺中，在RIE处理腔室中形成等离子体，并且来自等离子体的离子朝向基板的表面加速以在设置在掩模层下方的材料层中形成开口，掩模层形成在基板表面上。典型的反应离子蚀刻(RIE)等离子体处理腔室包括射频(RF)偏压发生器，所述射频(RF)偏压发生器将RF电压提供给“功率电极”(例如，偏压电极)，诸如嵌入到“静电吸盘”(ESC)组件中的金属底板，更通常地被称为“阴极”。功率电极通过介电材料(例如，陶瓷材料)的厚层电容耦接到处理系统的等离子体，所述介电材料(例如，陶瓷材料)的厚层是ESC组件的一部分。向功率电极施加RF电压导致电子排斥(electron-repelling)等离子体壳层(sheath)(也称为“阴极壳层”)形成在在处理期间定位在ESC组件的基板支撑表面上的基板的处理表面之上。等离子体壳层的非线性、类似于二极管的性质导致对所施加的RF场整流，使得在基板与等离子体之间出现直流(DC)压降或“自偏压”，从而使得基板电势相对于等离子体电势为负。此压降确定朝着基板加速的等离子体离子的平均能量，并且因此确定蚀刻各向异性。更具体地，离子方向性、特征轮廓以及对掩模和停止层的蚀刻选择性是由离子能量分布函数(IEDF)控制。在具有RF偏压的等离子体中，IEDF通常具有两个峰值以及在两个峰值之间的一些离子群(ionpopulation)，一个峰值在低能量处并且一个峰值在高能量处。IEDF的两个峰值之间的离子群的存在反映了以下事实：基板与等离子体之间的压降以RF偏压频率振荡。当使用较低频率(例如，2MHz)的RF偏压发生器来实现较高的自偏压电压时，这两个峰值之间的能量差可能是显著的；并且因为由于低能量峰值处的离子引起的蚀刻轮廓更加各向同性，所以这可能潜在地导致蚀刻的特征壁的弯曲。与高能离子相比，低能离子在到达蚀刻特征的底部的拐角处的不太有效(例如，由于充电效应)，但是使掩模材料的溅射较少。这在诸如硬掩模开口或介电模蚀刻(dielectricmoldetch)之类的高深宽比蚀刻应用中是重要的。随着特征尺寸的持续减小和深宽比的增加，而特征轮廓控制的要求变得更加严格，对于在处理期间在基板表面处具有良好控制的IEDF变得更加期望。脉冲电压波形发生器(PVWG)可以用于在半导体等离子体腔室中的静电吸盘(ESC)组件中嵌入的电极处产生脉冲电压波形，以便维持特定的基板电压波形，并且因此在等离子体处理期间控制基板处的壳层电压与IEDF。在使用半导体等离子体腔室作为负载(load)的情况下，控制所产生的波形的困难可能由负载中的实时变化(诸如等离子体密度、腔室壁条件、基板温度、化学分解程度和化学分解状态中的漂移)引起。因此，关于波形的实时信息可能非常有帮助，以便对PVWG控制参数(例如，直流电源的充电电压或由任意波形发生器控制的脉冲宽度)执行实时调整，并且因此即使负载发生变化，仍可维持预定的电压波形。与实时控制一起执行的此类实时测量和分析通常被称为“闭合反馈回路操作”。然而，由于脉冲电压波形的非常高的幅度(例如，如在等离子体处理中常见的数千至数万伏特)以及由于负载(诸如半导体等离子体腔室)的复杂性质，在脉冲电压波形的测量和分析中出现了某些困难。当PVWG连接到复合负载时，所产生的波形可能具有比理论上预测的(预期的)波形复杂得多的结构并且可能包括高频振荡，这可能影响可重复地控制等离子体工艺的能力，所述复合负载可包括离散电容、电感、电阻和非线性元件(例如，处理腔室中的基板表面处的等离子体壳层)以及分布式元件(例如，传输线的一部分)的串联和/或并联组合。因此，在本领域中需要新颖的偏压方法，所述新颖的偏压方法能够维持几乎恒定的壳层电压，并且因此在基板表面处产生期望的且可重复的单能IEDF，以使得能够精确控制IEDF的形状以及在基板表面中形成的特征的轮廓。附图说明为了能够详细理解本公开的上述特征的方式，可参考实施例来获得以上简要概述的本公开的更具体的描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不视为对其范围的限制，并且可允许其他等效的实施例。图1A是根据一个实施例的配置为附接到等离子体处理腔室的反馈回路的示意图。图1B是示出根据一个实施例的图1A中所示的反馈回路的示例的示意图。图1C是示出根据一个实施例的图1A中所示的反馈回路的示例的示意图。图1D是示出根据一个实施例的图1A中所示的反馈回路的示例的示意图。图2是根据一个或多个实施例的可以设置在反馈回路内的分压器的示意图。图3是根据一个或多个实施例的可以设置在反馈回路内的低通滤波器的示意图。图4示出根据一个实施例的图3所示的低通滤波器的频率响应曲线。图5A、图5B、图5C和图5D示出根据一个或多个实施例的由反馈回路内的部件生成的经调节的电压波形的示例。图6A和图6B示出根据一个实施例的不同类型的测量电压波形的示例。图7A示出根据一个或多个实施例的一系列测量的电压波形的示例。图7B示出根据一个或多个实施例的一系列测量的电压波形脉冲串(burst)的示例。图8A是根据一个实施例的配置为实践本文描述的方法的处理腔室的示意性截面图。图8B是根据一个实施例的可以与图8A所示的处理腔室一起使用的脉冲电压偏压方案的功能等效的近似电路图。图9A示出根据一个实施例的在偏压电极处建立的脉冲电压波形的示例。图9B示出根据一个实施例的在基板处建立的脉冲电压波形的示例。图9C示出根据一个实施例的单峰IEDF的示例。图10是根据一个实施例的使用本文所述的脉冲偏压方案来处理基板的方法的流程图。图11是根据一个实施例的使用本文描述的脉冲偏压方案来处理基板的方法的流程图。为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表附图中相同的元件。可以预期的是，一个实施例中的元件与特征可有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
技术实现思路
本文所提供的本公开的实施例可包括用于控制脉冲电压波形的反馈回路，所述反馈回路包括数据采集系统，所述数据采集系统包括第一输入信道和快速数据采集模块，第一输入信道包括第一调节电路，所述第一调节电路配置为从第一输入电压波形生成第一经调节的电压波形。快速数据采集模块可包括第一采集信道和数据采集控制器，第一采集信道电耦接到第一输入信道的第一调节电路，并且第一采集信道配置为从第一经调节的电压波形生成第一数字化电压波形，数据采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制脉冲电压波形的反馈回路，所述反馈回路包括数据采集系统，所述数据采集系统包括：/n第一输入信道，所述第一输入信道包括第一调节电路，所述第一调节电路配置为从第一输入电压波形生成第一经调节的电压波形；以及/n快速数据采集模块，所述快速数据采集模块包括：/n第一采集信道，所述第一采集信道电耦接到所述第一输入信道的所述第一调节电路，并且所述第一采集信道配置为从所述第一经调节的电压波形生成第一数字化电压波形；以及/n数据采集控制器，所述数据采集控制器配置为通过分析所述第一数字化电压波形来确定所述第一经调节的电压波形的一个或多个波形特性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190122 US 62/795,5451.一种用于控制脉冲电压波形的反馈回路，所述反馈回路包括数据采集系统，所述数据采集系统包括：
第一输入信道，所述第一输入信道包括第一调节电路，所述第一调节电路配置为从第一输入电压波形生成第一经调节的电压波形；以及
快速数据采集模块，所述快速数据采集模块包括：
第一采集信道，所述第一采集信道电耦接到所述第一输入信道的所述第一调节电路，并且所述第一采集信道配置为从所述第一经调节的电压波形生成第一数字化电压波形；以及
数据采集控制器，所述数据采集控制器配置为通过分析所述第一数字化电压波形来确定所述第一经调节的电压波形的一个或多个波形特性。


2.如权利要求1所述的反馈回路，进一步包括反馈处理器，所述反馈处理器配置为处理与由所述快速数据采集模块处理的所述第一经调节的电压波形有关的信息。


3.如权利要求2所述的反馈回路，其中所述反馈处理器是以下各项中的一项：经由数据通信接口连接到所述快速数据采集模块的外部处理器；集成在所述快速数据采集模块内的内部处理器；或用于经由所述数据通信接口连接到所述快速数据采集模块的基板处理腔室的控制器。


4.如权利要求1所述的反馈回路，其中由脉冲电压波形发生器建立所述脉冲电压波形，所述脉冲电压波形发生器电耦接至设置在基板支撑组件内的偏压电极，所述基板支撑组件设置在等离子体处理腔室内。


5.如权利要求4所述的反馈回路，其中使用发生器耦接组件将所述脉冲电压波形发生器通过电导体电耦接至所述偏压电极，并且其中所述第一输入信道的输入端电耦接至所述发生器耦接组件的一端。


6.如权利要求1所述的反馈回路，进一步包括存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述快速数据采集模块执行时使所述快速数据采集模块处理所述第一经调节的电压波形，以确定所述第一经调节的电压波形的所述一个或多个波形特性。


7.如权利要求6所述的反馈回路，进一步包括反馈处理器，所述反馈处理器包括存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述反馈处理器执行时使所述反馈处理器使用所述第一经调节的电压波形的所确定的所述一个或多个波形特性来生成一个或多个控制参数。


8.如权利要求7所述的反馈回路，其中由所述反馈处理器执行的所述指令进一步配置为使所述反馈处理器将与所生成的所述一个或多个控制参数有关的信息传输至脉冲电压波形发生器。


9.如权利要求8所述的反馈回路，其中所述脉冲电压波形发生器进一步包括存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述脉冲电压波形发生器执行时使所述脉冲电压波形发生器基于所生成的所述一个或多个控制参数来建立调整后的脉冲电压波形。


10.如权利要求9所述的反馈回路，其中所述第一输入电压波形是调整后的第一输入电压波形，并且由所述反馈处理器执行的所述指令进一步配置为使所述反馈处理器生成所述一个或多个控制参数，直到发生以下各项中的至少一项：
所述第一经调节的电压波形的所确定的所述一个或多个波形特性已经达到其目标值或限制；
达到DC充电电压的最大限制；
达到最大功率限制；
达到算法收敛的最大时间限制；
达到脉冲宽度的最大限制；以及
达到脉冲宽度的最小限制。


11.如权利要求6所述的反馈回路，其中由所述快速数据采集模块执行的所述指令进一步配置为使所述快速数据采集模块进行以下各项中的至少一项：
将与所述第一经调节的电压波形的所确定的所述一个或多个波形特性有关的信息传输到第一控制器；以及
将与所述第一数字化电压波形有关的信息传输到第二控制器。


12.如权利要求11所述的反馈回路，其中所述第一控制器是用于基板处理腔室的控制器，并且所述第一控制器进一步配置为基于与所述第一经调节的电压波形的所确定的所述一个或多个波形特性有关的所述信息来调整用于所述基板处理腔室的吸附电源的设定点。


13.如权利要求1所述的反馈回路，其中所述第一输入信道的所述第一调节电路包括第一分压器。


14.如权利要求13所述的反馈回路，其中所述第一分压器包括第一分压器级联和第二分压器级联。


15.如权利要求14所述的反馈回路，其中所述第一分压器级联的分压比在约10比1至约100比1的范围内，并且所述第二分压器级联的分压比在约20比1至约120比1的范围内。


16.如权利要求1所述的反馈回路，其中所述第一输入信道的所述第一调节电路包括第一低通滤波器。


17.如权利要求16所述的反馈回路，其中所述第一低通滤波器包括第一滤波器级联和第二滤波器级联，并且其中所述第一低通滤波器具有包括平稳段(plateau)和截止频率的频率响应曲线。


18.如权利要求17所述的反馈回路，其中所述平稳段在1MHz与约7MHz之间，并且所述截止频率在约5MHz至约10MHz的范围内。


19.一种用于控制脉冲电压波形的反馈回...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·多尔夫，E·卡米内茨基，J·罗杰斯，O·卢艾莱，R·丁德萨，V·普罗特尼科夫，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US