CN101542712B - 控制等离子密度分布的设备和方法 - Google Patents

控制等离子密度分布的设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101542712B
CN101542712B CN2006800475076A CN200680047507A CN101542712B CN 101542712 B CN101542712 B CN 101542712B CN 2006800475076 A CN2006800475076 A CN 2006800475076A CN 200680047507 A CN200680047507 A CN 200680047507A CN 101542712 B CN101542712 B CN 101542712B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
power
plasma density
substrate
power transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2006800475076A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101542712A (zh
Inventor
拉金德尔·德辛德萨
费利克斯·科扎克维奇
路民·李
戴夫·特拉赛尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lam Research Corp filed Critical Lam Research Corp
Publication of CN101542712A publication Critical patent/CN101542712A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101542712B publication Critical patent/CN101542712B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0081—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature by electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

多个RF功率传输路径限定为从RF功率源经过匹配网络、传输电极和该等离子延伸到多个回路电极。多个调谐元件分别设置在该多个RF功率传输路径内。每个调谐元件限定为调节将经过设有该调谐元件的该RF功率传输路径传输的RF功率的量。特定RF功率传输路径附近内的等离子密度与经过该特定RF功率传输路径传输的RF功率成正比。所以，对经过该RF功率传输路径传输的RF功率的调节，如该调谐元件所做的，能够控制整个基片的等离子密度分布。

Description

控制等离子密度分布的设备和方法
背景技术
半导体晶片(″晶片″)制造往往包括将晶片暴露于等离子以允许等离子的反应性成分修改该晶片的表面，例如，从该晶片表面的未保护的区域去除材料。从该等离子制造工艺产生的晶片特性依赖于工艺条件，包括纵贯该晶片表面的等离子密度分布。应当理解的是不同晶片处理过程中等离子密度分布的差异将导致不同的晶片表面特性。因此，不同晶片之间处理结果的漂移可能由等离子密度分布的变化导致。另外，因为该等离子和该晶片表面特定部分之间的反应的量与该晶片表面特定部分之上的等离子密度成正比，等离子密度分布的变化会导致从中间至边缘的晶片均一性问题。这种中间至边缘的晶片均一性问题会对每个晶片的模片产量产生不利影响。
晶片制造的一些目标包括优化每个晶片的模片产量以及以尽可能相同的方式将每个晶片制造为共同的类型晶片。为了满足这些目标，期望能够控制纵贯单个晶片以及在共同类型的不同晶片之间的特征的均一性。先前的等离子处理技术试图通过补偿该晶片表面之上不受控制的等离子密度分布而以直接的方式控制晶片均一性。通过控制各种工艺参数来提供这样的补偿，如反应气体流量和晶片温度，这些参数影响该等离子和该晶片之间的反应，而不是直接控制该晶片表面之上的等离子密度分布。需要一种解决方案以能够更直接的控制该晶片表面之上的等离子密度分布，从而可以更直接的方式控制晶片均一性。
发明内容
在一个实施方式中，公开一种用于半导体晶片处理的等离子处理系统。该系统包括射频(RF)功率源和连接到该RF功率源的匹配网络。传输电极连接到该匹配网络并且限定为将RF功率传输到在容积内将要生成的等离子。多个RF功率传输路径从该RF功率源经过匹配网络、传输电极、该等离子延伸到多个回路电极。该系统还包括多个调谐元件，分别设置在该多个RF功率传输路径内。该多个调谐元件的每个限定为调节将要通过设有该调谐元件的RF功率传输路径传输的RF功率的量。在该等离子处理系统运行过程中，在特定RF功率传输路径附近的等离子密度与通过该特定RF功率传输路径传输的RF功率的量成正比。
在另一个实施方式中，公开一种用于相对基片控制等离子密度分布的方法。该方法包括将RF功率施加到反应气体以在该基片的顶部表面上生成等离子。该方法还包括控制经过多个RF功率传输路径的每个传输的RF功率的量。该RF功率传输路径贯穿相对于该基片顶部表面的该等离子在空间上分散。控制经过该特定RF功率传输路径传输的RF功率的量使得在该特定RF功率传输路径附近的等离子密度能够成比例地控制。
在另一个实施方式中，公开一种用于相对基片控制等离子密度分布的系统。该系统包括等离子处理室，在该室中将RF功率施加到反应气体以在该基片的顶部表面生成等离子。该系统还包括用于产生RF功率的RF功率源。还提供匹配网络，用于匹配将要提供到该等离子处理室的RF功率的阻抗。在该系统中，多个RF功率传输路径从该RF功率源经过该匹配网络、该传输电极和该等离子延伸到多个回路电极。沿特定RF功率传输路径传输的RF功率的量与该特定RF功率传输路径附近内的等离子密度成正比。该系统进一步包括多个RF功率调谐元件，其分别设置于该多个RF功率传输路径内。每个RF功率调谐元件能够调节沿设有该调谐元件的RF功率传输路径传输的RF功率的量。另外，该系统包括计算系统，限定为接受来自该等离子室的等离子密度分布监测信号。该计算系统进一步限定为生成控制信号并且传输给该RF功率调谐元件以调节每个RF功率传输路径附近内的等离子密度。该计算系统控制该RF功率调谐元件，从而使在该基片顶部表面之上的等离子密度分布保持为与目标等离子密度分布一致。
从下面结合附图、作为本发明示例说明的描述中，本发明的其他方面和优点将更加显而易见。
附图说明图1A是示出依照本发明一个实施方式的用于半导体晶片处理的等离子处理系统的图解；图1B是示出依照本发明一个实施方式的等离子处理系统的RF功率发生和传输元件的图解；图2A是示出依照本发明一个示例性实施方式的RF功率传输路径的图解，这个路径受到控制以提供放射状增加的等离子密度分布；图2B是示出依照本发明一个示例性实施方式的RF功率传输路径的图解，这个路径受到控制以提供放射状增加的等离子密度分布；图3是示出依照本发明一个实施方式的用于控制相对基片的等离子密度分布的系统的图解；图4是示出作为可调电容元件C1设定值的函数的示例等离子工艺的结果的图解；以及图5是示出依照本发明一个实施方式的用于控制与基片有关的等离子密度分布的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说，显然，本发明可不利用这些具体细节的一些或全部来实施。在有的情况中，公知的工艺操作没有详细描述以避免不必要的混淆本发明。
图1A是示出依照本发明一个实施方式的用于半导体晶片处理的等离子处理系统100。该系统100包括等离子处理室(″室″)101，其中可生成暴露于基片104的等离子109。应当理解，该基片104可代表半导体晶片或者任何其他类型的在其中形成电子元件的基片。该室101包括下部电极103和上部电极105。在运行过程中，由RF功率源117产生射频(RF)功率并且通过匹配网络115经由连接件118和127传输至该下部电极103。应当理解，该匹配网络115限定为提供恰当的阻抗匹配以确保功率恰当地从源117传输至负载。该在下部电极103接受的RF功率经过该室101容积传输到该上部电极105，该上部电极接地，并且传输到位于该下部电极103周边的外侧的接地扩展部107。
在运行过程中，反应气体以可控的方式提供到该室101容积。该RF功率从该下部电极103经过该室101容积，即经过该反应气体，传输到该上部电极105，而且接地扩展部107用来将该反应气体转换为等离子109。该等离子109在室101特定位置的密度与传输通过该室101内该特定位置的RF功率的量成正比。所以，经过该室101内特定部分位置的RF功率的增加会导致在室101内该特定位置的等离子109密度增加，反之亦然。一组限制环111设置在该室101内以围绕该基片104之上的、在该下部和上部电极103/105的容积。该限制环111用来将等离子109限制在该基片104之上的容积内。另外，一些实施方式允许该限制环111在运行过程中可控地移动，从而以朝向或者离开该基片104之上的容积的方向，调节不同限制环111之间的反应气体流。
应当理解的是该等离子处理室101和系统100包括许多其它特征和部件，在这里面没有描述以避免不必要地混淆本发明。本发明主要涉及通过控制经过该室101的RF功率传输路径来控制该室101内的等离子109密度的空间变化。通过控制该室101内等离子109密度的空间变化，可以控制该等离子109与该基片104之间反应量的空间变化。更具体地，通过控制等离子109密度在该基片104的特定区域之上增加，该等离子109和该基片104特定区域之间的反应量将增加，反之亦然。此外，因为整个基片104上所限定的特征的均一性，即整个基片104等离子处理结果的均一性，依赖于等离子与基片的反应量，这个反应量是该基片104表面上的位置的函数，所以，整个基片104上所限定的特征的均一性可通过控制该基片104之上等离子109密度的空间变化来直接控制。所以，通过控制经过该室101的RF功率传输路径，可以直接控制整个基片104上所限定的特征的均一性。
图1B是示出依照本发明一个实施方式的等离子处理系统100的RF功率发生和传输部件。如关于图1A所描述的，该等离子处理系统100包括该室101、该下部电极103、该上部电极105、该接地扩展部107和该限制环111。为了便于说明，该基片104未在图1B中示出。然而，关于图1B以及这里提供的余下的描述，应当理解的是该基片104支撑在该下部电极103上，在该等离子处理过程中暴露于该等离子109。
在图1B的实施方式中，该RF功率源117有三个独立的RF功率源117A-117C表示，形成这些功率源以分别产生频率在60MHz、27MHz以及2MHz的RF功率。应当理解，在其它实施方式中，该RF功率源117可限定为产生与图1B的示例性实施方式中所表示的频率数量或者频率值不同的RF功率。并且，应当理解在运行过程中，根据所必需满足的工艺要求，不同的RF功率源117A-117C可以不同的组合来运行。另外，该RF功率源117A-117C的每个可在特定的等离子处理过程中关闭。
由该RF功率源117A-117C产生的RF功率通过该匹配网络115经由连接件127传输至该下部电极103。该匹配网络115包括许多电阻元件125A-125E和电容元件123A-123D，其每个可调节以为传输特定RF功率源而提供所要求的阻抗匹配。从该RF功率源117A延伸到该连接件127的RF传输路径还包括可调节电容元件C1。从该RF功率源117B延伸到该连接件127的RF传输路径还包括可调节电容元件C2。从该RF功率源117C延伸到连接件127的RF传输路径还包括可调节电容元件C3。另外，从该匹配网络115延伸到该下部电极103的RF传输路径，即，沿该连接件127的路径，包括可调节电感元件L2和L3。可调节电容元件C4和C5也连接在从该匹配网络115延伸到该下部电极103的RF传输路径和接地电位之间。
将从该RF功率源117A-117C到达该下部电极103的RF功率再从该下部电极103经过该室容积传输到该室内一个或多个接地部件，如该上部电极105或者该接地扩展部107。因此，该下部电极103限定为传输电极，而接地部件，即，上部电极105和接地扩展部107限定为回路电极。当RF功率传输经过反应气体时，生成等离子109。该等离子109电容分别耦合于该下部电极103、该上部电极105和该接地扩展部，如由电容113A-113C所示。在运行中，接地回路限定为从该室101壁至基准接地电位。在一个实施方式中，在从该室101延伸到该基准接地电位的接地回路中提供可调节电感L1。而且，在一个实施方式中，在该下部电极103和上面提到的该接地回路之间建立可调节的电容C6。应当理解因为传输RF功率，各种可调节电感元件L1、L2、L3以及各种可调节电容元件C1、C2、C3、C4、C5、C6由多个部件限定，这些部件在RF范围内提供相应的电感或电容效果。
在运行过程中，各种可调节电感元件L1、L2、L3和多个可调节电容元件C1、C2、C3、C4、C5、C6可设置为控制经过该室101内部容积的RF传输路径。多个可调节电感元件L1、L2、L3和多个可调节电容元件C1、C2、C3、C4、C5、C6总称为调谐元件。在运行过程中，可控制每个调谐元件以控制经过设有该调谐元件的RF功率传输路径传输的RF功率的量。所以，因为局部等离子密度正比于传输的局部RF功率，各种调谐元件可用来相对于基片操纵等离子密度分布。更特别地，各种调谐元件可用来局部增加或者减少该基片之上沿该基片中间延伸到该基片边缘的方向不同位置的等离子密度。对该等离子密度分布这样的操纵也影响在该基片之上的等离子的形状。此外，对该等离子密度分布这样的操纵直接影响在从该基片中间延伸到该基片边缘的各种径向位置的等离子与基片反应，并因此影响所产生的基片的均一性。
图2A是示出根据本发明的示例性实施方式的被控制以提供径向增加的等离子密度分布的RF功率传输路径的图解。在图2A的示例实施方式中，控制从该下部电极103(传输电极)衍生到该接地扩展部107(回路电极)的RF功率传输路径(RP1)以传输比其他从下部电极103延伸到该上部电极105的RF传输路径所传输的更多的RF功率。所以，沿该RF功率传输路径(RP1)传输的增加的RF功率导致在该下部电极103之上并且朝向其外围的等离子密度大于在该下部电极103之上并且朝向其中间的等离子密度。所以，相对于该基片的内部区域，在该基片的外部区域发生更多的等离子与基片的反应。
图2B是示出根据本发明一个示例性实施方式的被控制以提供径向增加的等离子密度分布的RF功率传输路径。在图2B的实施方式中，控制从该下部电极103(传输电极)延伸至该上部电极105(回路电极)的RF功率传输路径(RP2)以传输比从下部电极103延伸至该接地扩展部107的RF传输路径所传输的更多的RF功率。所以，沿该RF功率传输路径(RP2)传输的增加的RF功率在该下部电极103之上并且朝向其中间的等离子密度大于在该下部电极103之上并且朝向其外围的等离子密度。所以，相对于该基片的外部区域，在该基片的内部区域发生更多的等离子与基片的反应。
应当理解在图2A和2B中描述的RF功率传输路径控制描绘了如何通过本发明操纵该等离子密度分布的简化的极端例子。此外，应当理解，可控制在不同RF传输路径内的调谐元件，如本发明所提供的，以相对于该基片以实质上任何可以接受的方式操纵该等离子密度分布。为了增强操纵该等离子密度分布的灵活性，相对于传输电极在该容积(在该容积内将生成等离子)周围设置不同回路电极，，从而不同RF功率传输路径相对该传输电极并因此相对由该传输电极支撑的该基片而在空间上分布。
如下面关于图3更详细描述的，图1A-2B的等离子处理系统100可进一步包括控制系统，限定为控制这些不同的调谐元件，因此能够控制经过这些空间分布的RF功率传输路径传输的RF功率。在一个实施方式中，可以控制该RF功率传输路径从而目相对于该传输电极建立目标等离子密度分布。另外，指示存在的等离子密度分布的一个或多个控制信号可用来确定维持该室内目标等离子密度分布所必需的调谐元件的调节量。在一个实施方式中，通过恰当限定的计量元件(metrology)获取和传输这些控制信号，该计量元件在容积(在其中生成等离子)的许多空间上分散设置。
图3是示出根据本发明一个实施方式的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统300的图解。该系统300包括该等离子室101、该匹配网络115和该RF功率源117，如分别关于图1A-2B所描述的。如先前描述的，许多RF功率传输路径从该RF功率源117经过该匹配网络115、经过该室101内的传输电极、经过该室101内的等离子延伸到该室101内许多空间上分散的回路电极。沿特定RF功率传输路径传输的RF功率的量直接影响该特定RF功率传输路径附近内的等离子密度。并且，许多RF功率调谐元件分别设置在该多个RF功率传输路径内。能够操纵每个调谐元件以调节沿设有该调谐元件的RF功率传输路径传输的RF功率的量。
另外，该系统300包括计算系统301，限定为接受来自该等离子室101的等离子密度监测信号，如箭头303所示。该计算系统限定为生成控制信号并传输至沿不同RF功率传输路径的各个调谐元件。这些控制信号用来控制这些不同的调谐元件，从而调节在对应的RF功率传输路径附近的等离子密度以将在该基片上的等离子密度分布保持为符合存储在计算系统301的目标等离子密度分布。
在一个实施方式中，提供计量元件用于直接测量在该基片顶部表面上各个空间上分散的位置的等离子密度。这些直接测量得到的等离子密度表示从该室101提供到该计算系统301的监测信号。在另一个实施方式中，提供计量元件以测量纵贯该基片顶部表面各个空间上分散的位置的偏置电压。这些测得的偏置电压表示从该室101提供到该计算系统301的监测信号。该计算系统301包括所测得的该基片上的偏置电压和该基片之上的等离子密度之间的相互关系。该计算系统301限定为使用接收到的偏置电压和相互关系来确定在该基片顶部表面上存在的等离子密度分布。例如，在一个实施方式中，提供对应目标等离子密度分布所需的纵贯该基片的偏置电压分布作为该计算系统301的输入。该计算系统301监测该基片上的偏置电压以确定所需要的偏置电压分布是否存在于该基片上。该计算系统301传输适当的调谐元件控制信号来按需调节该RF功率传输路径，以将测得的该基片上的偏置电压分布与所需偏置分布匹配。如果在整个基片上保持所需的偏置电压分布，在该基片上的等离子密度分布将对应于该目标等离子密度分布。
如先前所提到的，该RF功率传输路径内不同的调谐元件既可以是可调节电容元件也可以是可调节电感元件。本领域的技术人员可以理解可以通过该RF传输通道内的物理结构来提供RF功率传输中的电容和电感效应。因此，操纵该RF传输通道内的物理结构可用来操纵由这些物理结构提供的对应的电容或电感效应。在一个实施方式中，由该计算系统301产生和传输的该调谐元件控制信号发送到伺服机构，这些伺服机构限定为视情况以机械方式调节在不同的RF传输路径内的可调节电容元件或可调节电感元件的物理结构。
为了说明本发明的可操作性，执行示例的等离子工艺，其中图1B的该可调节电容元件C1是变化的，而其他的调谐元件基本保持为恒定值。应当理解，在这个示例等离子工艺中使用的特定的工艺和调谐元件设置是仅仅为了说明的目的而选择的。在实际的实施中，本发明可以用在实质上不受限制的工艺窗口中，其中各种处理参数，例如压力、气体混合物、气体流率、偏置、调谐元件设置等，可以设为任何适于所执行的特定等离子工艺的值。并且，还应当理解在实际的实施中，作为不同调谐元件函数的等离子工艺的结果，例如蚀刻率、均一性等，将依赖于其他处理参数设置的整体效果。
表1表示在该示例的等离子工艺过程中应用的各种工艺参数和调谐元件设置。在表1中，不同的调谐元件由它们各自先前在图1B中表示的参考标号来标识。在该示例等离子工艺过程中，该阻抗匹配电容123A-123D和电阻125A-125E设置为提供合适的阻抗匹配，从而所产生的RF功率能够顺利地通过该等离子传输而没有反向的反射和干扰。图4是示出作为该可调节电容元件C1设定值的函数的该示例等离子工艺的结果的图解。在图4中，整个测试晶片上的平均蚀刻率由曲线401表示。纵贯该测试晶片的3-西格玛(three-sigma)均一性由曲线403表示。该测试晶片中间的蚀刻率由曲线405表示。根据作为该调谐元件(C1)电容的函数的平均蚀刻率、均一性和中间蚀刻率的变化，应当理解可以调节该调谐元件(C1)以影响整个晶片的蚀刻率结果。所以，该示例等离子工艺说明如何通过调节特定调谐元件而控制该等离子密度分布，从而控制通过对应RF功率传输路径传输的RF功率的量。表1.示例等离子处理设置
  工艺参数/调谐元件   设置值
  压力   80mT
气体混合物   300scc/min Ar，120scc/min CF4，40scc/min CHF3，15scc/min O2
  偏置电压   220V
  调谐元件(C1)   可变
  调谐元件(C2)   120pF
  调谐元件(C3)   350pF
  调谐元件(C4+C5)   56pF
  调谐元件(C6)   220pF
图5是示出依照本发明一个实施方式的用于相对于基片控制等离子密度分布的方法的流程图的图解。该方法包括向反应气体提供RF功率的操作501，以在该基片的顶部表面之上产生等离子。在一个实施方式中，向该反应气体提供多个频率的RF功率。例如，施加高频RF功率以产生等离子密度，以及可施加低频RF功率以在整个基片上产生偏置。
该方法还包括用于控制通过多个RF功率传输路径的每个传输的RF功率的量的操作503，其中该RF功率传输路径相对于该基片的顶部表面在整个等离子中在空间上分布。控制经过特定的RF功率传输路径传输的RF功率的量使得在该特定RF功率传输路径附近内的等离子密度可成比例地控制。在向该反应气体施加多频率RF功率的实施方式中，该多频率的RF功率的每个可通过该RF功率传输路径的每个独立地控制。在一个实施方式中，对通过不同的RF功率传输路径的RF功率的量的控制通过控制在不同的RF功率传输路径的每个内的一个或多个调谐元件来执行。如先前所描述的，每个调谐元件可以是设在RF功率传输路径内的可调节电容元件或者可调节电感元件。
该方法进一步包括在该基片顶部表面之上在不同的空间上分散的位置测量等离子密度的操作505。在一个实施方式中，直接测量该等离子密度。在另一个实施方式中，在纵贯该基片的不同的分散的位置测量偏置电压。将该测得的偏置电压与在基片的顶部表面之上的各自的等离子密度相关联。在操作507中，该测得的等离子密度与相对该基片顶部表面限定的目标等离子密度分布对比。然后执行操作509以根据要求确定对所控制的经过每个RF功率传输路径传输的RF功率的量的调节量，从而使得由测得的等离子密度表示的等离子密度分布基本上与该目标等离子密度分布匹配。应当理解控制经过每个RF功率传输路径传输的RF功率是自动执行的，以保持该实际的等离子密度分布和该目标等离子密度分布之间基本匹配。
本发明的该RF功率传输调谐元件使得能够控制许多工艺中的基片的均一性，这些工艺随着工艺参数(如功率、压力和处理气体)的变化而变化。更特别地，本发明在经过该等离子的RF功率传输路径内提供多个调谐元件以影响在该基片之上等离子密度分布的变化，并因此影响整个基片的均一性的变化。并且，由本发明提供的该等离子密度控制能力为工艺发展提供了比以别的方式受到均一性约束的方法更宽的窗口。另外，通过正确的等离子监测和对不同的调谐元件的控制，可以控制晶片与晶片间的工艺均一性并且更容易进行工具匹配。
尽管这个发明已经根据多个实施方式来说明，但是可以理解的是本领域的技术人员在阅读前面的说明并研究附图之后将会认识到其各种改变、增加、替换和等同方式。所以，本发明应当包括所有这些改变、增加、替换和等同物，因为它们落入本发明的主旨和范围之内。

Claims (12)

1.一种用于半导体晶片处理的等离子处理系统，包括：
由封闭处理容积的壁所形成的处理室，其中接地回路限定为从处理室的壁至基准接地电位；
射频(RF)功率源；
匹配网络，连接到该RF功率源；
设置在该处理室内的传输电极，该传输电极连接到该匹配网络，其中该传输电极限定为将RF功率传输到将在容积内产生的等离子；
多个回路电极，设在该处理室内并连接到该基准接地电位；
多个RF功率传输路径，其从该RF功率源经过该匹配网络、该传输电极和该等离子延伸到该多个回路电极；以及
多个调谐元件，分别设置在该多个RF功率传输路径内，该多个调谐元件的每个限定为调节经过设有该调谐元件的RF功率传输路径传输的RF功率的量，在该等离子处理系统运行过程中，特定RF功率传输路径附近内的等离子密度与经过该特定RF功率传输路径传输的RF功率的量呈正比；
其中该多个调谐元件包括限定在该传输电极和从该处理室的壁延伸到该基准接地电位的该接地回路之间的可调节电容元件；
其中该多个调谐元件包括限定在从该处理室的壁延伸到该基准接地电位的该接地回路内的可调节电感元件；
其中该多个调谐元件包括限定在RF功率传输路径从该匹配网络到该传输电极的区段内的多个可调节电感元件；以及
其中该多个调谐元件包括限定在RF功率传输路径从该匹配网络到该传输电极的区段和该基准接地电位之间的多个可调节电感元件。
2.根据权利要求1所述的用于半导体晶片处理的等离子处理系统，其中该传输电极是下部电极，其上将支撑暴露于等离子的半导体晶片。
3.根据权利要求1所述的用于半导体晶片处理的等离子处理系统，其中该RF功率源限定为产生多个固定频率的RF功率。
4.根据权利要求1所述的用于半导体晶片处理的等离子处理系统，其中该多个回路电极相对于该传输电极设置在将在其中产生等离子的该处理容积周围，从而该多个RF功率传输路径相对于该传输电极空间分布。
5.根据权利要求4所述的用于半导体晶片处理的等离子处理系统，进一步包括：
控制系统，限定为控制该多个调谐元件以能够控制经过空间分布的RF功率传输路径传输的RF功率，从而在该等离子处理系统运行过程中相对于该传输电极建立特定的等离子密度分布。
6.根据权利要求5所述的用于半导体晶片处理的等离子处理系统，进一步包括：
计量元件，定义为获取指示相对于该传输电极的既存等离子密度分布的控制信号，其中该控制系统限定为处理该控制信号以确定该多个调谐元件所需的调节量，从而在该等离子处理系统运行过程中，相对该传输电极保持该特定等离子密度分布。
7.一种用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，包括：
由封闭处理容积的壁形成的等离子处理室，其中将射频(RF)功率施加到反应气体以在基片的顶部表面之上产生等离子，其中接地回路限定为从该处理室的壁延伸到基准接地电位；
设在该处理室内的传输电极；
设在该处理室内该处理容积周围的多个回路电极；
RF功率源，用于产生该RF功率；
匹配网络，用于匹配将提供给该等离子处理室的RF功率的阻抗；
多个RF功率传输路径，从该RF功率源经过该匹配网络、该传输电极和该等离子延伸至该多个回路电极，沿特定RF功率传输路径传输的RF功率的量直接影响该特定RF功率传输路径附近内的等离子密度；
多个RF功率调谐元件，分别设置在该多个RF功率传输路径内，该多个RF功率调谐元件的每个能够调节沿该多个RF功率传输路径的对应一个传输的RF功率的量；以及
计算系统，限定为接受来自该等离子室的等离子密度分布监测信号，该计算系统进一步限定为生成控制信号并且传输至该多个RF功率调谐元件以调节该多个RF功率传输路径每个附近内的等离子密度，以便在该基片顶部表面之上的等离子密度分布保持为与目标等离子密度分布一致；
其中该多个调谐元件包括限定在该传输电极和从该处理室的壁延伸到该基准接地电位的该接地回路之间的可调节电容元件；
其中该多个调谐元件包括限定在从该处理室的壁延伸到该基准接地电位的该接地回路内的可调节电感元件；
其中该多个调谐元件包括限定在RF功率传输路径从该匹配网络到该传输电极的区段内的多个可调节电感元件；以及
其中该多个调谐元件包括限定在RF功率传输路径从该匹配网络到该传输电极的区段和该基准接地电位之间的多个可调节电感元件。
8.根据权利要求7所述的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，进一步包括：计量元件，限定为在该基片顶部表面之上的多个空间上散开的位置直接测量存在的等离子密度，该测得的等离子密度代表该等离子密度分布监测信号。
9.根据权利要求7所述的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，进一步包括：
计量元件，限定为在纵贯该基片顶部表面的多个散开的位置测量偏置电压，该测得的偏置电压代表该等离子密度分布监测信号，该计算系统包括该基片上测得的偏置电压与关于该基片的等离子密度之间的关系，该计算系统限定为使用接受到的测得的偏置电压和相互关系来确定关于该基片的等离子密度分布。
10.根据权利要求7所述的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，其中由该计算系统生成并传输的多个控制信号传送到伺服机构，该伺服机构限定为以机械方式相应地调节该多个RF功率调谐元件。
11.根据权利要求7所述的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，其中该传输电极是下部电极，其上将支撑暴露于该等离子的该基片，并且每个回路电极连接到接地电位。
12.根据权利要求7所述的用于相对于基片控制等离子密度分布的系统，其中该多个回路电极相对于该传输电极设置在该将在其中产生等离子的该处理容积周围，从而该多个RF功率传输路径相对于该传输电极空间分布。
CN2006800475076A 2005-12-16 2006-12-08 控制等离子密度分布的设备和方法 Active CN101542712B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/303,729 2005-12-16
US11/303,729 US7683289B2 (en) 2005-12-16 2005-12-16 Apparatus and method for controlling plasma density profile
PCT/US2006/046780 WO2007078572A2 (en) 2005-12-16 2006-12-08 Apparatus and method for controlling plasma density profile

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010106099224A Division CN102097273A (zh) 2005-12-16 2006-12-08 控制等离子密度分布的设备和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101542712A CN101542712A (zh) 2009-09-23
CN101542712B true CN101542712B (zh) 2011-02-09

Family

ID=38174144

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800475076A Active CN101542712B (zh) 2005-12-16 2006-12-08 控制等离子密度分布的设备和方法
CN2010106099224A Pending CN102097273A (zh) 2005-12-16 2006-12-08 控制等离子密度分布的设备和方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010106099224A Pending CN102097273A (zh) 2005-12-16 2006-12-08 控制等离子密度分布的设备和方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7683289B2 (zh)
KR (1) KR101433386B1 (zh)
CN (2) CN101542712B (zh)
TW (1) TWI348734B (zh)
WO (1) WO2007078572A2 (zh)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7683289B2 (en) * 2005-12-16 2010-03-23 Lam Research Corporation Apparatus and method for controlling plasma density profile
US8012306B2 (en) * 2006-02-15 2011-09-06 Lam Research Corporation Plasma processing reactor with multiple capacitive and inductive power sources
US8222156B2 (en) * 2006-12-29 2012-07-17 Lam Research Corporation Method and apparatus for processing a substrate using plasma
US20090236214A1 (en) 2008-03-20 2009-09-24 Karthik Janakiraman Tunable ground planes in plasma chambers
US8206552B2 (en) * 2008-06-25 2012-06-26 Applied Materials, Inc. RF power delivery system in a semiconductor apparatus
GB0823565D0 (en) * 2008-12-24 2009-01-28 Oxford Instr Plasma Technology Signal generating system
EP2769703B1 (en) 2009-04-30 2022-04-06 Zeltiq Aesthetics, Inc. Device for removing heat from subcutaneous lipid-rich cells
US8507855B2 (en) * 2011-07-28 2013-08-13 Applied Materials Israel, Ltd. Inductive modulation of focusing voltage in charged beam system
US9083182B2 (en) 2011-11-21 2015-07-14 Lam Research Corporation Bypass capacitors for high voltage bias power in the mid frequency RF range
US9508530B2 (en) 2011-11-21 2016-11-29 Lam Research Corporation Plasma processing chamber with flexible symmetric RF return strap
US10586686B2 (en) 2011-11-22 2020-03-10 Law Research Corporation Peripheral RF feed and symmetric RF return for symmetric RF delivery
US9396908B2 (en) 2011-11-22 2016-07-19 Lam Research Corporation Systems and methods for controlling a plasma edge region
US9263240B2 (en) * 2011-11-22 2016-02-16 Lam Research Corporation Dual zone temperature control of upper electrodes
CN104024477B (zh) * 2011-11-23 2016-05-18 朗姆研究公司 多区域气体注入上电极系统
US9114666B2 (en) * 2012-02-22 2015-08-25 Lam Research Corporation Methods and apparatus for controlling plasma in a plasma processing system
WO2013130191A1 (en) 2012-02-29 2013-09-06 Applied Materials, Inc. Abatement and strip process chamber in a load lock configuration
TWI599272B (zh) * 2012-09-14 2017-09-11 蘭姆研究公司 根據三個或更多狀態之功率及頻率調整
WO2014052228A1 (en) 2012-09-26 2014-04-03 Applied Materials, Inc. Bottom and side plasma tuning having closed loop control
US9157730B2 (en) 2012-10-26 2015-10-13 Applied Materials, Inc. PECVD process
US9053908B2 (en) * 2013-09-19 2015-06-09 Lam Research Corporation Method and apparatus for controlling substrate DC-bias and ion energy and angular distribution during substrate etching
CN105097603B (zh) * 2014-04-30 2019-03-12 北京北方华创微电子装备有限公司 工艺腔室检测装置及检测工艺腔室中工艺环境的方法
KR102662705B1 (ko) * 2016-01-24 2024-04-30 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 파이 형상 처리를 발생시키기 위한 대칭적인 플라즈마 소스
JP2017134950A (ja) 2016-01-26 2017-08-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置および制御方法
KR102487342B1 (ko) 2016-06-14 2023-01-13 삼성전자주식회사 정전척 어셈블리 및 이를 구비하는 플라즈마 처리장치
JP6869034B2 (ja) * 2017-01-17 2021-05-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2018129224A (ja) 2017-02-09 2018-08-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
CN110249416B (zh) 2017-04-07 2023-09-12 应用材料公司 在基板边缘上的等离子体密度控制
US11289355B2 (en) 2017-06-02 2022-03-29 Lam Research Corporation Electrostatic chuck for use in semiconductor processing
KR102475069B1 (ko) 2017-06-30 2022-12-06 삼성전자주식회사 반도체 제조 장치, 이의 동작 방법
JP7374103B2 (ja) 2018-01-31 2023-11-06 ラム リサーチ コーポレーション 静電チャック（ｅｓｃ）ペデスタル電圧分離
US10892142B2 (en) 2018-03-16 2021-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. System for fabricating a semiconductor device
US11086233B2 (en) 2018-03-20 2021-08-10 Lam Research Corporation Protective coating for electrostatic chucks
US11183368B2 (en) * 2018-08-02 2021-11-23 Lam Research Corporation RF tuning systems including tuning circuits having impedances for setting and adjusting parameters of electrodes in electrostatic chucks
CN114730688A (zh) * 2019-11-15 2022-07-08 朗姆研究公司 调谐电路中基于频率的阻抗调整
CN112530773B (zh) * 2020-11-27 2023-11-14 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202275A (zh) * 1995-09-29 1998-12-16 兰姆研究有限公司 在真空处理装置中静电夹持绝缘工作的方法和装置
CN1608317A (zh) * 2001-03-30 2005-04-20 拉姆研究有限公司 真空等离子体处理器及其操作方法
US6962664B2 (en) * 2000-01-10 2005-11-08 Tokyo Electron Limited Controlled method for segmented electrode apparatus and method for plasma processing

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5998932A (en) * 1998-06-26 1999-12-07 Lam Research Corporation Focus ring arrangement for substantially eliminating unconfined plasma in a plasma processing chamber
US6259334B1 (en) * 1998-12-22 2001-07-10 Lam Research Corporation Methods for controlling an RF matching network
TW506234B (en) * 2000-09-18 2002-10-11 Tokyo Electron Ltd Tunable focus ring for plasma processing
WO2002097855A1 (en) * 2001-05-29 2002-12-05 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and method
US6770166B1 (en) * 2001-06-29 2004-08-03 Lam Research Corp. Apparatus and method for radio frequency de-coupling and bias voltage control in a plasma reactor
US6887340B2 (en) * 2001-11-13 2005-05-03 Lam Research Corporation Etch rate uniformity
KR100486712B1 (ko) 2002-09-04 2005-05-03 삼성전자주식회사 복층 코일 안테나를 구비한 유도결합 플라즈마 발생장치
US7144521B2 (en) * 2003-08-22 2006-12-05 Lam Research Corporation High aspect ratio etch using modulation of RF powers of various frequencies
US7405521B2 (en) * 2003-08-22 2008-07-29 Lam Research Corporation Multiple frequency plasma processor method and apparatus
US7767055B2 (en) * 2004-12-03 2010-08-03 Tokyo Electron Limited Capacitive coupling plasma processing apparatus
US7683289B2 (en) * 2005-12-16 2010-03-23 Lam Research Corporation Apparatus and method for controlling plasma density profile

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202275A (zh) * 1995-09-29 1998-12-16 兰姆研究有限公司 在真空处理装置中静电夹持绝缘工作的方法和装置
US6962664B2 (en) * 2000-01-10 2005-11-08 Tokyo Electron Limited Controlled method for segmented electrode apparatus and method for plasma processing
CN1608317A (zh) * 2001-03-30 2005-04-20 拉姆研究有限公司 真空等离子体处理器及其操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20070141729A1 (en) 2007-06-21
US7683289B2 (en) 2010-03-23
KR101433386B1 (ko) 2014-08-26
KR20080077202A (ko) 2008-08-21
US8299390B2 (en) 2012-10-30
WO2007078572A3 (en) 2009-02-05
CN101542712A (zh) 2009-09-23
TW200733231A (en) 2007-09-01
US20100126847A1 (en) 2010-05-27
WO2007078572A2 (en) 2007-07-12
TWI348734B (en) 2011-09-11
CN102097273A (zh) 2011-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101542712B (zh) 控制等离子密度分布的设备和方法
US7164236B2 (en) Method and apparatus for improved plasma processing uniformity
JP4718093B2 (ja) 複合セグメント電極に供給される電力を制御するための方法並びにシステム
CN101978461B (zh) 在射频等离子体中控制离子能量的方法
CN108122724B (zh) 通用非侵入式室阻抗测量系统及相关方法
US6174450B1 (en) Methods and apparatus for controlling ion energy and plasma density in a plasma processing system
US7049751B2 (en) Termination of secondary frequencies in RF power delivery
CN109216144B (zh) 一种具有低频射频功率分布调节功能的等离子反应器
US20190108976A1 (en) Matched source impedance driving system and method of operating the same
KR20080111801A (ko) 플라즈마 공정장치 및 그 방법
US6642661B2 (en) Method to affect spatial distribution of harmonic generation in a capacitive discharge reactor
CN107086168A (zh) 用于蚀刻均匀性控制的可变深度边缘环
US20030201069A1 (en) Tunable focus ring for plasma processing
US20140003086A1 (en) Front-lit reflective display device
WO2001052302A1 (en) Segmented electrode assembly and method for plasma processing
CN101641764B (zh) 多阶等离子体掺杂基板的方法
WO2010102125A2 (en) Inductively coupled plasma reactor having rf phase control and methods of use thereof
CN110416049A (zh) 可调节边缘射频等离子体分布的ccp刻蚀装置及其方法
SG182969A1 (en) Distributed power arrangements for localizing power delivery
KR20140134711A (ko) 플라즈마 프로세싱 시스템에서 불균일성을 보정하기 위한 방법들 및 장치
CN112640077A (zh) 用于提供站对站的均匀性的方法和设备
Zhang et al. Impedance matching in semiconductor plasma processing chamber
CN107305830A (zh) 电容耦合等离子体处理装置与等离子体处理方法
KR20240084465A (ko) 기판 처리 장치, 플라스마 측정 방법 및 플라스마 조절 방법
CN115458382A (zh) 等离子体处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant