用于多级RF功率脉冲的射频(RF)信号发生器的自动频率调谐的方法和系统技术方案

二维频率搜索网格由表示RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一坐标轴和表示所述RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二坐标轴定义。所述RF信号发生器具有在第一操作状态下的第一输出功率电平和在第二操作状态下的第二输出功率电平。所述RF信号发生器通过在第一操作状态和第二操作状态之间循环交替而以多级RF功率脉冲模式操作。自动搜索过程在二维频率搜索网格内执行，以同时确定所述RF信号发生器在第一操作状态下的的操作频率设定点的最佳值和所述RF信号发生器在第二操作状态下的的操作频率设定点的最佳值。定点的最佳值。定点的最佳值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多级RF功率脉冲的射频(RF)信号发生器的自动频率调谐的方法和系统


[0001]本公开涉及半导体器件制造。

技术介绍

[0002]在诸如集成电路、存储单元等的半导体器件的制造中，执行一系列制造操作以在半导体晶片(下文称为
″
晶片
″
)上限定特征。晶片包括呈限定于硅衬底上的多层结构形式的集成电路器件。在衬底层级，形成具有扩散区的晶体管器件。在后续层级中，互连金属化线被图案化并电连接到晶体管器件以限定期望的集成电路器件。此外，图案化的导电层通过介电材料与其他导电层绝缘。
[0003]许多现代半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，从所述等离子体导出离子和/或自由基组分以用于直接或间接影响暴露于等离子体的衬底表面的变化。例如，各种基于等离子体的工艺可用于从衬底表面蚀刻材料、将材料沉积到衬底表面上或将已经存在于衬底表面上的材料改性。等离子体通常通过在受控环境中向工艺气体施加射频(RF)功率，使得工艺气体被激发并转变成期望的等离子体来产生。等离子体的特性受许多工艺参数的影响，包括但不限于工艺气体的材料组分、工艺气体的流速、等离子体产生区域和周围结构的几何特征、工艺气体和周围材料的温度、施加的RF功率的频率、施加的RF功率的大小以及施加RF功率的时间方式等。因此，理解、监测和/或控制可能影响所产生的等离子体特性的一些工艺参数是有意义的，特别是关于向等离子体产生区域输送RF功率。本公开在这种背景下产生。

技术实现思路

[0004]在一个示例性实施方案中，公开了一种用于在多级RF功率脉冲模式下操作的RF信号发生器的自动频率调谐的方法。该方法包括定义二维频率搜索网格，该网格具有表示RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一坐标轴和表示RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二坐标轴。RF信号发生器在第一操作状态下具有第一输出功率电平和在第二操作状态下具有第二输出功率电平，其中第一和第二输出功率电平彼此不同。RF信号发生器被编程为通过在第一操作状态和第二操作状态之间循环交替而在多级RF功率脉冲模式下操作。该方法还包括在二维频率搜索网格内执行自动搜索过程，以同时确定RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一最佳值和RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二最佳值。该方法还包括将RF信号发生器设置为使用RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一最佳值和RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二最佳值进行操作。
[0005]在示例性实施方案中，公开了一种用于在多级RF功率脉冲模式下操作的RF信号发生器的自动频率调谐的系统。该系统包括等离子体处理室，该等离子体处理室包括衬底支撑结构和电极。该系统还包括RF信号发生器，该RF信号发生器被构造成产生RF信号并且通
过RF信号发生器的输出发送RF信号。RF信号发生器被设置为具有在第一操作状态下的第一输出功率电平以及在第二操作状态下的第二输出功率电平，其中第一和第二输出功率电平彼此不同。RF信号发生器被编程为通过在第一操作状态和第二操作状态之间循环交替而以多级RF功率脉冲模式进行操作。该系统还包括阻抗匹配系统，其输入端连接到RF信号发生器的输出端。阻抗匹配系统具有连接到电极的输出。阻抗匹配系统被构造成控制RF信号发生器的输出处的阻抗，以使得RF信号能够通过电极传输到等离子体处理室内产生的等离子体。该系统还包括控制系统，该控制系统被编程为定义二维频率搜索网格，该网格具有表示RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一坐标轴和表示RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二坐标轴。控制系统被编程为在二维频率搜索网格内执行自动搜索过程，以同时确定RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一最佳值和RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二最佳值。
[0006]本专利技术的其他方面和优点将由以下结合附图进行的详细描述变得更加显而易见，附图以示例的方式示出了本专利技术。
附图说明
[0007]图1A示出了根据一些实施方案的用于制造半导体晶片的等离子体处理系统的垂直截面图。
[0008]图1B示出了根据一些实施方案的图1A的等离子体处理系统的俯视图。
[0009]图1C示出了根据一些实施方案的控制模块的图。
[0010]图2示出了根据一些实施方案的包括初级RF信号发生器和偏置RF信号发生器的RF信号发生器系统。
[0011]图3示出了根据一些实施方案的多级RF功率脉冲过程的操作图，其中偏置RF功率被脉冲化同时保持基本恒定的初级RF功率。
[0012]图4A示出了根据一些实施方案，在由第一操作频率设定点(f
B1S1
)和第二操作频率预设定设定点(f
B1S2
)定义的2D频率设定点网格中，偏置RF信号发生器在第一操作状态(S1)期间(例如图3的多级偏置RF功率脉冲过程)的输出处的反射系数(Γ
B1S1
)。
[0013]图4B示出了根据一些实施方案，在由第一操作频率设定点(f
B1S1
)和第二操作频率预设定设定点(f
B1S2
)定义的2D频率设定点网格中，偏置RF信号发生器在第二操作状态(S2)期间(例如图3的多级偏置RF功率脉冲过程)的输出处的反射系数(Γ
B1S2
)。
[0014]图5A示出了根据一些实施方案，在由第一操作频率设定点(f
B1S1
)和第二操作频率预设定设定点(f
B1S2
)定义的2D频率设定点网格中，偏置RF信号发生器在第一操作状态(S1)期间(例如图3的多级偏置RF功率脉冲过程)的电压(V
B1S1
)，其中第一操作状态(S1)的电压设定点为1000V。
[0015]图5B示出了根据一些实施方案，在由第一操作频率设定点(f
B1S1
)和第二操作频率预设定设定点(f
B1S2
)定义的2D频率设定点网格中，偏置RF信号发生器在第二操作状态(S2)期间(例如图3的多级偏置RF功率脉冲过程)的电压(V
B1S2
)，其中第二操作状态(S2)的电压设定点为200V。
[0016]图6A示出了根据一些实施方案的2D频率搜索网格，其具有由置于该2D频率搜索网格的右下象限中的顶点V1、V2和V3定义的初始等边三角形。
[0017]图6B示出了根据一些实施方案的2D频率搜索网格，其中移动顶点V3移动穿过当前等边三角形的质心以形成新等边三角形的新顶点V4。
[0018]图6C示出了根据一些实施方案的2D频率搜索网格，其中移动顶点V2移动穿过当前等边三角形的质心以形成新等边三角形的新顶点V5。
[0019]图6D示出了根据一些实施方案的三角测量搜索算法的进程，其从图6C直至移动顶点V10移回其对应于顶点V8的先前位置的点。
[0020]图6E示出了根据一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于自动频率调谐射频(RF)信号发生器从而以多级RF功率脉冲模式进行操作的方法，所述方法包括：定义二维频率搜索网格，所述二维频率搜索网格具有表示所述RF信号发生器在第一操作状态下的操作频率设定点的第一坐标轴，并且具有表示所述RF信号发生器在第二操作状态下的操作频率设定点的第二坐标轴，所述RF信号发生器在所述第一操作状态下具有第一输出功率电平，并且在所述第二操作状态下具有第二输出功率电平，所述第一输出功率电平和所述第二输出功率电平彼此不同，所述RF信号发生器被编程为通过在所述第一操作状态和所述第二操作状态之间循环交替而以所述多级RF功率脉冲模式进行操作；在所述二维频率搜索网格内执行自动搜索过程，以同时确定所述RF信号发生器在所述第一操作状态下的所述操作频率设定点的第一最佳值和所述RF信号发生器在所述第二操作状态下的所述操作频率设定点的第二最佳值；以及设置所述RF信号发生器以使用所述第一最佳值和所述第二最佳值进行操作。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述自动搜索过程由包括所述RF信号发生器的等离子体处理系统的控制系统指导。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述自动搜索过程包括多次迭代，其中每次迭代包括使用在二维频率搜索网格内的一组不同操作频率设定点坐标，以多级RF功率脉冲模式操作RF信号发生器从而在所述等离子体处理系统中生成等离子体。4.根据权利要求3所述的方法，其中每次迭代包括对从所述RF信号发生器到所述等离子体的RF功率输送进行经验评估。5.根据权利要求3所述方法，其中所述等离子体在每次迭代中暴露于衬底产生，所述衬底具有存在于暴露于所述等离子体的所述衬底的顶表面上的目标材料膜。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述RF信号发生器为偏置RF信号发生器，并且其中所述等离子体处理系统包括与所述偏置RF信号发生器分离的初级RF信号发生器，并且其中每次迭代包括所述初级RF信号发生器的操作以在所述等离子体处理系统中生成附加的等离子体。7.根据权利要求3所述的方法，其中所述RF信号发生器为初级RF信号发生器。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述等离子体处理系统包括偏置RF信号发生器，所述偏置RF信号发生器与所述初级RF信号发生器分离，并且其中每次迭代在所述偏置RF信号发生器关闭的情况下进行。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述自动搜索过程为用于确定所述二维频率搜索网格内的一组最佳频率坐标而在所述二维频率搜索网格内执行的三角测量搜索过程，该组最佳频率坐标对应于成本函数的最小值，所述本函数的最小值被定义为表征从所述RF信号发生器到等离子体负载的RF功率输送，该组最佳频率坐标包括第一最佳值和第二最佳值。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述三角测量搜索过程包括在二维频率搜索网格内顺序形成的等边三角形的顶点处评估成本函数。11.根据权利要求10所述的方法，其中通过使用所述二维频率搜索网格内的给定顶点的频率坐标作为所述RF信号发生器在所述第一操作状态和所述第二操作状态下的操作频率设定点，以所述多级RF功率脉冲模式操作所述RF信号发生器并持续一个时间段，来执行对所述二维频率搜索网格内的给定等边三角形的给定顶点的所述成本函数的评估。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述时间段小于或等于约5秒。13.根据权利要求11所述的方法，其中对所述二维频率搜索网格内的给定等边三角形的给定顶点进行所述成本函数的评估包括计算下列的总和：在所述时间段内由所述RF信号发生器在所述第一操作状态下生成的RF信号的反射系数的平均值，在所述时间段内由所述RF信号发生器在所述第二操作状态下生成的RF信号的反射系数的平均值，在所述时间段内由所述RF信号发生器在所述第一操作状态下生成的电压的相对误差的平均值，以及在所述时间段内由所述RF信号发生器在所述第二操作状态下生成的电压的相对误差的平均值。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述三角测量搜索过程还包括通过以下方法在所述二维频率搜索网格内顺序形成等边三角形的过程：识别当前等边三角形在所述当前等边三角形的三个顶点中具有最大成本函数值的特定顶点，穿过所述当前等边三角形的质心沿直线移动所述当前等边三角形的所述特定顶点，同时保持所述当前等边三角形的两个其他顶点的位置，直到所述特定顶点到达所述二维频率搜索网格内的新顶点位置，其对应于由所述新顶点位置和保持位置的所述两个其他顶点的位置所限定的新等边三角形的形成。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述三角测量搜索过程继续在所述二维频率搜索网格内顺序形成等边三角形的过程，直到新等边三角形是先前等边三角形的重复为止，此时三角测量搜索过程减小新等边三角形的尺寸，并且重新开始在二维频率搜索网格内顺序形成等边三角形的过程。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述三角测量搜索过程继续在所述二维频率搜寻网格内顺序形成等边三角形的过程，并在其重复先前等边三角形时，减小新等边三角形的尺寸，直到满足收敛标准为止。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述收敛标准包括针对所述二维频率搜索网格内的移动顶点的连续位置所评估的成本函数值的变化小于或等于约5％，并且其中所述收敛标准包括所述二维频率搜索网格内的新等边三角形具有的边长小于或等于约5千赫兹，并且其中所述收敛标准包括所述二维频率搜索网格的每个频率坐标维度中的所述移动顶点的位置变化小于或等于约1千赫兹。18.一种用于自动频率调谐射频(RF)信号发生器从而以多级RF功率脉冲模式进行操作的系统，所述系统包括：等离子处理室，所述等离子处理室包括衬底支撑结构和电极；RF信号发生器，其被构造成生成RF信号并通过所述RF信号发生器的输出传输该RF信号，所述RF信号发生器被设置成具有在第一操作状态下的第一输出功率电平和在第二操作状态下的第二输出功率电平，所述第一输出功率电平和第二输出功率电平彼此不同，所述R...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：