等离子体非均匀性检测制造技术

一种检测射频等离子体处理系统中的等离子体的非均匀性的方法，该方法包括：在所述射频等离子体处理系统的反应室内生成等离子体；以及用关于所述射频等离子体处理系统的室对称轴以方位角部署的多个传感器，检测来自等离子体的在从维持等离子体的射频功率的频率到大约十倍频率的倍数的频率范围内的电信号。该方法还包括将由所述多个传感器从等离子体拾取的电信号的波形进行比较；以及基于比较由所述多个传感器中的每一个检测到的等离子体的电性质来确定何时发生等离子体非均匀性。电性质来确定何时发生等离子体非均匀性。电性质来确定何时发生等离子体非均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体非均匀性检测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年1月10日提交的美国临时申请No.62/959,644和2021年1月8日提交的美国非临时专利申请No.17/145,202的优先权，这两个申请的内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]射频(RF)等离子体增强处理广泛用于半导体制造中，以蚀刻不同类型的膜，在低到中等的处理温度处沉积薄膜，以及进行表面处理和清洁。这种处理的特性是采用等离子体，即部分电离的气体，用来从反应室内部的前体生成中性物质(neutral species)和离子，为离子轰击提供能量，和/或执行其它行动。在这种处理期间，控制等离子体密度存在挑战，并且反应室内等离子体的非均匀性影响晶圆处理均匀性和正在制备的集成电路或其它装置的产量。
[0004]反应室内的非均匀的等离子体密度可能导致跨越衬底的蚀刻率或某些特性不均匀。在某些系统中，用探针监测反应室内的等离子体密度的均匀性。这种探针可以依靠涂层暴露在等离子体环境中，并且可以使用有源电子器件来推断等离子体密度。这样的系统可能花费数毫秒或更长时间来响应等离子体的改变。发射光谱学也可以用于确定反应室内的等离子体密度轮廓，但这种系统可能需要通过等离子体的多条视线，并且使用复杂的分析来推断非均匀性。这些技术都不足够灵敏和快速以有效地解决非均匀性问题，而且实施起来可能会更加昂贵。
附图说明
[0005]当与附图一起阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据行业的标准做法，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论清楚，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。
[0006]图1是根据本公开的实施例的RF等离子体处理系统的侧视图示意图。
[0007]图2是根据本公开的实施例的等离子体室的示意性侧视图，其中高带宽传感器安装在电极上的各个位置处。
[0008]图3是根据本公开的实施例的双板电极组件的截面图，该双板电极组件具有通过具有到电气地的低分流电容的电连接器提供电压信号的传感器。
[0009]图4是根据本公开的实施例的具有嵌入的高带宽电压传感器的基座的截面图。
[0010]图5是根据本公开的实施例的基座的示意性侧视图。
[0011]图6是根据本公开的实施例的轴对称表面波跨越基座传播的顶视图，其中反应室中的等离子体是轴对称的。
[0012]图7是根据本公开的实施例的跨越电极的横向电磁表面波传播的顶视图。
[0013]图8是根据本公开的实施例的反应室上以方位角(关于室对称轴)安装的传感器的顶部截面图。
[0014]图9是根据本公开的实施例的在反应室的电极、电极基部、顶部电介质板、观察口和电介质壁上以方位角安装的传感器的侧面截面图。
[0015]图10是根据本公开的实施例的具有一些传感器阵列位置的电容耦合等离子体反应器室的侧面截面图。
[0016]图11是根据本公开的实施例的模型电感等离子体反应器室的侧面截面图。
[0017]图12是根据本公开的实施例的具有一些可能传感器位置的RF等离子体处理系统的示意性侧面部分截面图。
[0018]图13是根据本公开的实施例的包括RF等离子体处理系统的电介质壁的示意性部分截面图，其中传感器安装在接近电感耦合天线的电介质表面上。
具体实施方式
[0019]现在将公开以下要求的主题的说明性示例。为了清楚起见，本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。可以理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实施方式的决策，以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束将因不同的实施方式而不同。此外，可以理解的是，这样的开发工作，即使是复杂和耗时的，对于那些拥有本公开利益的本领域普通技术人员来说，也是一项常规工作。
[0020]此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。在此，术语“大约”当应用于一个值时，一般意指在用于产生该值的装备的公差范围内，或者在一些示例中，意指加减10％，或加减5％，或加减1％，除非另有明确规定。此外，这里在本文所使用的术语“基本上”例如意指大部分、或几乎全部、或全部、或大约51％至大约100％范围的量。此外，这里的示例仅用于说明性的，并为讨论目的而不是以限制的方式呈现。
[0021]转向图1，示出了根据本公开的实施例的RF等离子体处理系统100的侧视示意图。RF等离子体处理系统100包括第一RF发生器105和第二RF发生器110、第一阻抗匹配网络115、第二阻抗匹配网络120、护套125、等离子体供电装置以及基座135，等离子体供电装置诸如是喷淋头130或诸如电极之类的等效供电元件。如本文所使用的，等离子体供电装置可以指的是任何引入功率以生成等离子体的装置，并且可以包括例如喷淋头130和/或其它类型的电极以及天线等。
[0022]RF等离子体处理系统100可以包括通过一个或多个阻抗匹配网络115、120向反应室140输送功率的一个或多个RF发生器105、110。RF功率从第一RF发生器105通过阻抗匹配网络115流入反应室140中的等离子体中到喷淋头130或侧壁，到喷淋头130以外的电极，或到以电磁方式向等离子体提供功率的感应天线(未示出)，此后，功率从等离子体流到地和/或到基座135和/或到第二阻抗匹配网络120。一般来说，第一阻抗匹配网络115通过调整第一阻抗匹配网络115内的无功部件，例如可变电容器，来补偿反应室140内部的负载阻抗的变化，使喷淋头130和第一阻抗匹配网络115的组合阻抗等于第一RF发生器105的输出阻抗，例如50欧姆。此外，在RF功率的大约加减百分之十的范围内调整频率可以修改反射功率。这里使用的术语“大约”是承认在实践中，相对于范围或值的一些不精确性可能会发生，但仍获得令人满意的结果。这种不精确可能是由于例如操作期间校准的损失或退化或漂移造成的。然而，在这些情况下，所表达的范围或值是使用时操作条件的标称目标。
[0023]在某些示例中，第一RF发生器105可以在大约400KHz与150MHz之间的RF频率处提供功率，而连接到基座135的第二RF发生器110可以在比第一RF发生器105的RF频率低的RF频率处供应功率，然而，在某些实施方式中，第二RF发生器110可以不在比第一RF发生器105的RF频率低的RF频率处供应功率。通常，第一和第二RF发生器105、110的频率使得第一RF发生器105的RF频率不是第二RF发生器110的频率的整数倍也不是整数分数。第一和第二RF发生器105、110中的一个或多个也可以调整频率，以便修改反射功率。
[0024]阻抗匹配网络115、120被设计为对其内部无功元件进行调整，从而使负载阻抗与源阻抗匹配。一般来说，低反射功率被认为是积极的，然而，本公开的实施例确保在反应室140中维持输送的功率以及朝向第一和第二RF发生器105、110反射回来的功率，并且即使反射功率相对高时，相关联的阻抗匹配网络11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】1.一种用于检测射频等离子体处理系统中的等离子体的改变的系统，该系统包括：反应室，具有室对称轴；一个或多个等离子体供电装置，用于向所述反应室中的等离子体提供射频功率；多个宽带射频传感器，关于所述室对称轴以方位角部署，以感测与所述反应室中的等离子体相关联的电磁信号；至少一个检测器，作为连接到所述多个宽带射频传感器中的至少一个的傅里叶变换处理器；以及计算处理器，连接到所述至少一个检测器。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个宽带射频传感器在与所述室对称轴近似等距处并关于所述室对称轴在三个或更多个间隔开的方位角处关于射频等离子体供电装置部署。3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括连接到所述计算处理器的一个或多个射频发生器，其中所述射频发生器中的至少一个响应于从所述计算处理器接收到的信号是能够调整的。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个射频检测器，所述至少一个射频检测器连接到所述多个宽带射频传感器中的至少一个并且被配置为向连接到计算处理器的端口提供数字输出。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个射频检测器连接到能够移除的存储介质。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述存储介质包括指令、算法和数据中的至少一种以产生作为电磁波的至少一个频率分量的偏心率的输出。7.一种检测射频等离子体处理系统中的等离子体的非均匀性的方法，该方法包括：在所述射频等离子体处理系统的反应室内生成等离子体；用关于所述射频等离子体处理系统的室对称轴以方位角部署的多个传感器，检测来自等离子体的在从维持等离子体的射频功率的频率到大约十倍频率的倍数的频率范围内的电信号；将由所述多个传感器从等离子体拾取的电信号的波形进行比较；以及基于比较由所述多个传感器中的每一个检测到的等离子体的电性质来确定何时发生等离子体非均匀性。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述比较包括将由至少两个不同的传感器拾取的至少一个射频谐波的振幅进行比较。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述比较包括将至少一个射频谐波的相位进行比较，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：科米特技术美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：