CN1812048A - 增强过程和轮廓模拟器的算法 - Google Patents

Abstract

一种增强过程和轮廓模拟器算法的方法，其可预测一个特定等离子过程将生成的表面轮廓。首先，高能粒子被跟踪，然后，这种高能粒子产生的离子通量被记录下来。根据同时求解的中性通量、表面化学覆盖和表面材料类型便可计算出局部刻蚀速率和局部堆积速率。

Description

增强过程和轮廓模拟器的算法

技术领域

本发明涉及半导体器件的等离子加工，更具体地说，本发明提供一种增强过程和轮廓模拟器算法用以预测一个特定等离子过程将产生的表面轮廓的方法。

技术背景

运用诸如等离子刻蚀和活性离子刻蚀进行加工的各种方法的重要性正在不断地增加，特别是在半导体器件生产领域，人们对用于刻蚀过程的装置具有特殊的兴趣。图1举例说明一个可用来加工和生产半导体器件的常规电感耦合等离子刻蚀系统100。电感耦合等离子刻蚀系统100包括一个拥有等离子室104的等离子反应器102。变压器耦合电源(TCP)控制器106和偏压电源控制器108分别控制影响等离子室104内产生等离子的TCP电源110和偏压电源112。

TCP电源控制器106可为TCP电源110设置调整点，后者配置用来当TCP匹配网络114调谐到位于等离子室104附近的TCP线圈116时提供射频(RF)信号。另外还特地配置了一个射频透明窗118，用来将TCP线圈116与等离子室104分隔开来，可同时又允许能量通过TCP线圈116到达等离子室104。

偏压电源控制器108可为偏压电源112设置一个调整点，后者配置用来当偏压匹配网络120调谐到位于等离子反应器102内的电极122时提供射频(RF)信号。等离子反应器104可产生一个高于直流偏压的电极122，该电极适合于接收基底124，例如正在加工的半导体片。

供气装置126，例如摆式控制阀，特地为等离子反应器102的内部供应生产过程所需的适当化学作用，排气装置128清除等离子室104中的粒子并使等离子室104保持一个特殊的压力。压力控制器130既控制供气装置126也控制排气装置128。

温度控制器134利用诸如等离子室104四周加热盒的加热器136将等离子室104的温度控制到选定的温度调整点。

在等离子室104中，在真空下将基底104暴露于离子化气体化合物(等离子体)可进行基底刻蚀。当气体输送到等离子室104时刻蚀过程开始，TCP线圈116输出和TCP匹配网络114调谐的射频电源使气体离子化。由电极122输出和由偏压匹配网络120调谐的射频电源在电极124上感应生成一个直流偏压用来控制基底124离子轰击的方向和能量。在刻蚀过程中，等离子体与基底124表面发生化学反应，清除未被光敏掩摸覆盖的物质。

输入参数，例如等离子反应器的设定，在等离子加工中具有十分重要的意义。实际的TCP电源、偏压电源、气体压力、气体温度和等离子室104内的气流大小都会严重地影响过程的状态。输送到等离子室104的实际电源的明显差异可能会对其它过程变量参数，如中性和电离的粒子密度、温度和刻蚀速度的预期值产生意想不到的变化。

确定一套适合建立一组已知器件特征的输入参数的传统做法是采用试错法。运用这种经验方法开发一个单一过程价格昂贵、花费时间，需要对多种图样的晶片进行处理以及随后使用扫描电镜对所得的轮廓进行研究。由于是采用不可预测的方式，一个输入参数的些许改变都会影响到轮廓，对布图的任何修改，例如不同应用采用的器件尺寸、晶片上图案的密度或总空间的变化常常都需要对过程进行重新开发，随之花费财力物力。

器件制造技术的最新进展使得这种方法更是不堪重负，减少特征的尺寸对特征的尺寸和结构提出了更加严格的公差。这样，对一个特定过程进行优化所需要的试验次数就会增加。涉及直径增量变化的晶片直径生长加速和整个过程的重新设计均会使这种传统的经验方法重覆的次数更多，当前为特定应用定制器件的趋势的增长也使所需的开发和优化活动工作量增加。

使用另一种可选的计算方法，可从完整地物理描述等离子加工，包括描述宏观输入参数与等离子体中不同种类的宏观通量、浓度和能量分布的耦合的等离子模型，以及从宏观通量原子测定晶片表面获得的刻蚀或堆积速率和计算晶片表面上轮廓演化的轮廓模拟器得到这些输入参数。更加理想地，这种对等离子刻蚀和堆积过程的物理描述能从一开始选择适合于在基底上生成理想轮廓的宏观输入参数，消除昂贵而又费时的试验次数。

这一领域的大量研究工作业已阐明用于等离子加工过程的机制，从而发明了能构建物理描述的比例定律。不过，根据已知的比例定律，虽然可用强有力的计算方法进行必要的计算，但使用这种起始于源头的方法却受到缺乏数据的限制。例如，比例定律中某些系数的值依赖特定过程的细节目前还不得而知。在某些调查中，与一组特定输入参数定义的等离子过程保持一致的这种比例系数值的确定是通过比较应用该过程产生得到的轮廓与包括一个或多个这种系数为参数的模拟轮廓而得到的。这种事后诸葛亮的评价可以有助于理解一个特定系数在比例定律中的作用，但它绝对没有预测不同于实验过程中使用的、用来得到该系数值的一组输入参数定义的任何过程的轮廓演化的能力。

因此，有需要创建一种方法，用来增强过程和轮廓模拟器算法而准确地预测特定等离子过程产生的表面轮廓。

发明内容

本发明是一种增强过程和轮廓模拟器算法预测特定等离子过程产生的表面轮廓的方法。该方法首先跟踪高能粒子并记录该高能粒子产生的离子通量。局部刻蚀速率和局部堆积速率可从同时求得解的中性通量、表面化学覆盖和材料类型计算出来。

中性通量、表面化学覆盖和材料类型可用第一次计算的中性通量同时求解，部位平衡方程式可用中性通量首先自相容地求解，然后堆积膜的刻蚀速率可用解部位平衡方程式计算出来。表面材料类型可根据堆积膜的刻蚀速率相应地调整到堆积膜或下面材料的类型。使用该方法重复为中性通量、表面化学覆盖和表面材料类型求解直至它们互相自相容。

中性通量可通过分析计算得到。通过计算每种中性的直接通量、再发射通量和透射矩阵可提高精度和改善计算效率。所有中性品种都必须重复前面的计算。

运用笛卡尔坐标和粒子速度3个自由度到粒子速度3个空间自由度和3个自由度的方位角对称柱面坐标外推特征轮廓的描述也可增强等离子刻蚀或堆积过程的模拟。

附图说明

包含在本说明并组成本说明一部分的附图举例说明一个或多个本发明的实施例。与具体实施方式一起，这些附图用来说明本发明的原理和实现。

图1是举例说明常规等离子刻蚀系统的方框图；

图2是基于本发明一个实施例举例说明等离子刻蚀系统的方框图；

图3是基于本发明一个实施例举例说明计算机应用的系统方框图；

图4是举例说明计算材料类型、化学覆盖和注入到特征轮廓中表面部分的中性和离子通量的方法，以便根据本发明的一个实施例计算沿特征轮廓的刻蚀速率的流程图；

图5是基于本发明一个实施例举例说明沿特征轮廓的每个部分包括表面化学覆盖、入射中性通量和表面材料类型在内的耦合量同时求解的方法的流程图；

图6是基于本发明一个实施例举例说明计算注入到表面部分中性通量的方法的流程图；

图7是根据朗缪尔模型描述等离子过程中表面动力学的正视截面图。

具体实施方式

本发明的实施例是基于轮廓模拟器算法加以说明的。本领域的普通技术人员将发现，下面对本发明的详细描述仅仅只是一些举例说明，而绝无仅限于此之意，本次公开而颇受裨益的技术人员将会随时因本发明的其它实施例而证实这一点。实现本发明的引用将详细地记录在附图中，整个图中使用相同的引用标记，以下的详细描述涉及相同或类似的部件。

为了简洁起见，在本次说明中没有将应用的所有常规特征加以显示和描述。因此，必须认识到在开发任何这样的实际应用时，还必须做出大量应用特异的决定，以便实现开发者的具体目标，例如要符合与应用和经营有关的制约，具体目标还会因应用不同而异，因不同开发人员而不同。此外，还必须清楚地认识到这种开发工作可能极度复杂，耗费时间。但是，对于该领域中从本次公开而获得裨益的普通技术人员来说，它也不过只是工程上的一种常规认识。

根据本发明的一个实施例，实现其元器件、过程步骤和/或数据结构可能需要使用各式操作系统、计算平台、固件、计算机软件、计算机语言和/或通用的机器。该方法可作为一个编程过程运行在加工电路系统中而实现，加工电路系统可采取处理机与操作系统多种组合的形式，也可以是一个独立的装置。过程可用这些硬件，或仅仅只是这些硬件，或它们的任意组合执行的指令来实现，软件可存储在机器可读的程序储存装置中。

此外，本领域的普通技术人员都会知道，不是十分通用的装置，例如硬连线装置，现场可编程逻辑装置(FPLDs)，包括现场可编程门阵列(FPGAs)和复编程逻辑装置(CPLDs)，专用集成电路(ASICs)，或类似装置，也可使用而不会违背本发明公开观点的范围和精神。

根据本发明的一个实施例，该方法可在数据加工计算机上实现，例如个人计算机、工作站计算机、主计算机或运行OS操作系统的高性能服务器，如加州Palo Alto Sun Microsystems，Inc.销售的Solaris，华盛顿RedmondMicrosoft Corporation销售的Microsoft Windows XP和Windows 2000，或Unix操作系统的各种版本，如许多代理商销售的Linux。该方法也可在多处理机系统上或包括诸如输入设备、输出设备、显示器、指示装置、存储设备、存储器、处理机之间传输数据使用的媒体界面等外设的计算环境中实现。另外，这种计算机系统或计算环境还可以局部区域联网或通过Internet联网。

一种半经验的过程和轮廓模拟器方法则不局限于特别地对表面轮廓或基础等离子模型的宏观物理描述，数学模型可能包含有源于基础等离子体物理和化学、数值模拟或实验的比例定律。一般而言，一个等离子模型是根据与反应器功能相关的宏观参数构建起来用以返回感兴趣品种的通量、能量和到达基底表面的角度分布。等离子模型应该是一个气相化学和等离子体表面相互作用在所有已知截面的完整等离子模拟工具，或仅仅只是一个实验检测的通量和观察到的趋势的查检表。

为了精确和通用性起见，较好的轮廓模拟器应能计算离散化轮廓表面每一部分的运动，从而模拟出正在加工的特征的演化。一个适当的轮廓模拟器包括计算到达基底表面每一点的局部通量的局部运输模型，计算表面化学覆盖(基底表面每一点活性、抑制和堆积品种的浓度)的部位平衡模型，计算获得的局部刻蚀和堆积速率的速率模型，以及将这些作用机制转换成净表面运动的表面进展算法。在一个较好的实施例中，轮廓模拟器可从使用蒙特卡洛法和/或分析方法由等离子模型提供的宏观参数得到局部通量，其速率模型和部位平衡模型是较好地基于粒子-表面相互作用动力学的朗缪尔型模型，不过它可能经过扩充而能描述粒子与多个单分子层厚度的表面混合层的相互作用。该模型能鉴别出从基底上作为刻蚀剂清除的物质品种，作为堆积剂堆积在基底表面的品种，和作为抑制剂抑制表面反应的品种。

表面进展算法包含有激震前沿跟踪方法。总体而言，这4个部分中的每一个都可以为以加工介质与基底表面行为间相耦合为特征的轮廓模拟器提供未知值系数，从而集中起来描述基底的演化。

根据一个实施例的做法，等离子模型只是将感兴趣的品种区分为属于普通大类的作用物，例如要么是带电粒子，因此被外加偏压而吸引到基底上，要么是诸如气体分子和激发基团的中性品种。在影响诸如粒子通量、能量和角度分布的等离子描述符的实验输入参数方面，揭示其功能依赖性的物理模型，例如麦克斯韦方程和玻尔兹曼方程，已在本领域被人们所熟知。(见：例如Liebernman和Lichtenberg撰写的“等离子放电与材料加工”，John Wiley出版发行，1994年)依据基础物理模型和实验数据，这些描述符与输入参数的变化规律在本领域也已非常清楚。然而，对于一个特定过程来说，这些通量或分布的绝对值还未经由因及果的推算，不得而知。

因此，如图2所示，本发明试图提供能准确地预测等离子刻蚀系统动态的算法，更具体地说，轰击诸如晶片的半导体基底的高能粒子的相互作用。该方法使用，并将模型(局部运输模型，部位平衡模型，速率模型，表面进展算法)组合成几个能同时并始终如一地得到解决答案的计算过程。

根据本发明的一个实施例，图2举例说明一个电感耦合的等离子刻蚀系统200。电感耦合的等离子加工系统200包括一个位于其中的等离子室204的等离子反应器202。变压器耦合电源(TCP)控制器206和偏压电源控制器208分别控制影响等离子室204内产生的等离子体的TCP电源210和偏压电源212。

TCP电源控制器206可为TCP电源210设置调整点，后者配置用来当TCP匹配网络214调谐到位于等离子室204附近的TCP线圈216时提供射频(RF)信号。另外还特地配置了一个射频透明窗218，用来将TCP线圈216与等离子室204分隔开来，可同时又允许能量通过TCP线圈216到达等离子室204。

偏压电源控制器208可为偏压电源212设置调整点，后者配置用来当偏压匹配网络220调谐到位于等离子反应器204内的电极222时提供射频(RF)信号。等离子反应器204可产生一个高于直流偏压的电极222，该电极适合于接收基底224，例如正在加工的半导体片。

供气装置226，例如摆式控制阀，特地为等离子反应器204的内部供应生产过程所需的适当化学作用，排气装置228清除等离子室204中的粒子并使等离子室204保持一个特殊的压力。压力控制器230既控制供气装置226也控制排气装置228。

温度控制器234利用诸如等离子室204四周加热盒的加热器236将等离子室204的温度控制到选定的温度调整点。

在等离子室204中，在真空下将基底204暴露于离子化气体化合物(等离子体)可实现对基底刻蚀。当气体输送到等离子室204时刻蚀过程开始，TCP线圈216输出和TCP匹配网络210调谐的射频电源使气体离子化。由电极222输出和由偏压匹配网络220调谐的射频电源在电极224上感应生成一个直流偏压用来控制基底224离子轰击的方向和能量。在刻蚀过程中，等离子体与基底224表面发生化学反应，清除未被光敏掩摸覆盖的物质。

计算机系统238与TCP电源控制器206、偏压电源控制器208、压力控制器230和温度控制器234耦联。计算机系统238的硬件元器件在图3中有更加详细的介绍，常驻计算机系统238的轮廓模拟器算法在图4中有更加详细的说明。计算机系统238根据TCP电源控制器206、偏压电源控制器208、压力控制器230和温度控制器234的设定预测性地计算等离子室204内正在加工的基底222的轮廓。这样，根据算法的预测性输出控制TCP电源控制器206、偏压电源控制器208、压力控制器230和温度控制器234，从而获得由计算机系统238预测的半导体片222的理想轮廓。

现在来看图3，它以方框图的形式举例说明包含在本发明一个实施例中的硬件系统。如图所示，该系统包括系统所有元件在上面进行通信的系统总线300，大容量存储装置(例如硬盘或光存储元件)302和系统主存储器304。

这个举例说明的系统接受中央处理机(“CPU”)306的指令进行工作。用户使用键盘308和位置传感设备(如鼠标)310与系统交互，这2个装置的输出可用来指定信息或选择显示屏312的特殊位置对系统所要执行的功能下达指令。

主存储器304含有一组控制CPU 306的运行以及其与其它硬件元件相互作用的模块，操作系统314指挥下层的、基本的系统功能，例如存储分配、文档管理和大容量存储装置302的运行。在上层作为一组存储指令的分析模块316指挥完成下面介绍的本发明的主要功能。定义用户界面318的指令允许与显示屏312直接交互，用户界面318可在显示屏312上生成文字或图形，提示用户的作业和接收键盘308和/或位置传感设备310的用户指令。主存储器304还包括一个或多个数据库320，这些数据库一般都包含包括等离子模型和轮廓模拟器中输入变量、期望的轮廓、测试的表面轮廓和大约的初期测试值的输入参数的测试值或过程值。

必须知道，尽管主存储器304的模块被分开介绍，这只是为了表达清楚的缘故。只要系统执行所有的必要功能，它们在系统中以及系统的编程结构中是如何分布的则是无关紧要的问题。

试验的表面轮廓可由实验产生，只要将一个或多个试验基底在等离子反应器中经历试验过程并用诸如扫描电镜测试所得到的表面轮廓方可，这是本领域人人皆知的事情。期望的和试验的表面轮廓可以以电子格式或图形硬拷贝提供到硬件系统，在那儿图像在与粗略的预测进行数字比较之前被数字化仪322加工，数字化轮廓以二进制信息流在总线300上传输到主存储器304的数据库320，测试的表面轮廓将存储在大容量存储装置302和数据库320中。

正如前面所看到的，与本发明有关的主要任务的执行是由分析模块316指挥的。分析模块316管理CPU 306的运行，控制其与主存储器304相互作用执行提供包括初期表面轮廓模型中校准的最佳测试值在内的最终数学表面轮廓模型所必需的程序块，以及根据最终表面轮廓模型和期望的表面轮廓通过进一步加工确定管理适合在过程基底产生期望的轮廓的等离子过程顺序的一个或多个输入变量的过程值，或者通过向最终数学模型插入输入变量的过程值而预测性地计算由过程值定义的等离子过程顺序将在过程基底上生成的过程表面轮廓。

根据另一个实施例，图3所述的硬件系统可用来实现下述校准程序：将输入变量试验值、任何固定的输入参数的试验值和试验表面轮廓，如有必要，还有期望的表面轮廓和/或感兴趣的过程值提供到数据库320中，以便分析模块416可以使用它们。或者采用另一种方式，模块316可从大容量存储装置302或用户界面318检索任何一个试验值、粗略的初期值和试验表面轮廓数据以应答用户的指令，或者模块316可按照预先确定的算法，根据输入变量的试验值确定粗略的初期值。

通过分别执行等离子模拟和轮廓模拟，模块316可确立预测试验过程产生的轮廓的初期数学表面模型。模块316存取试验表面轮廓，将其与初期数学表面轮廓模型比较，并根据某些预先确定的标准评价残差。如果该残差并不是十分小，分析模块316将利用比较的结果来调整等离子模型和轮廓模拟器的试验值。新的试验值将保留在数据库320中供再次重复模拟和比较程序块。当试验表面轮廓与粗略的预测十分相似时，这个最后一次重复所使用的试验值将存储到数据库320中作为最佳值。

分析模块使用这种输入变量的最佳值计算过程值，将得到的过程值载入等离子反应器生产包括期望轮廓在内的器件或上述的轮廓预测。

如果将计算工作分布到并列计算机或工作站网络上，可使确定试验轮廓与模拟轮廓最佳拟合的自由参数的回归分析的速度和效率得到提高。

因此，人们可以看到前面所述的方法代表一种极易扩充的、有益的半导体器件等离子加工的方法。在此所使用的术语和表达只是描述术语，但决不局限于此，也绝无使用这些术语和表达而排除所显示或描述的同类特征或其部分的意图。可以发现，在本发明的权利要求范围之内，可能会有多种改进，例如本发明的许多模块可在使用适当的计算机指令的通用计算机上，或计算机网络上，或用作硬件线路或硬件-软件混合组合的多处理器计算机(在这方面，例如等离子模拟和轮廓模拟是由专用的硬件元件执行的)上实现。

图4举例说明计算材料类型、表面化学覆盖、注入到特征轮廓表面部分的中性通量和离子通量的过程和方法，以便计算沿基底特征轮廓的刻蚀和堆积速率。该方法开始于400，在402，高能粒子轨道，如离子轨道，一直被跟踪直至它们离开模拟域。等离子反应器中的离子向放置在电极上的基底移动，当离子遭遇基底表面时，它们不是被反射便是被吸收。通过集成高能粒子的运动方程式和使用经验的或发表的离子-壁相互作用的理论模型，轨道跟踪便可建立起来。在404，将每种材料类型，例如硅，聚合物或堆积膜的每个表面部分的堆积能量项记录下来供部位平衡模型和速率模型使用。通常离子通量是由等离子模型决定的。404的计算工作在图5中有更加详细的说明。

在406，沿特征表面每一部分的中性通量、表面化学覆盖和表面材料类型的耦合量可同时和自相容地得到解决答案，因为每一种数量都是与其它数量相互依存的，计算工作包括用每个方程式求解的耦合量的完整性和一致性的同时计算和多次核实。同时计算在图5和6中有举例说明。

在408，运用标准的表面进展算法对局部刻蚀和堆积速率以及新生部分类型进行计算。确实，优选的办法是采用分析的方法来计算表面进展，这样细微的特征便可更加精确地分辨出来。在本领域所熟知的并能模拟细微特征细节，如尖角的一种这样的方法是特征线法，也称作激震前沿跟踪算法。(参见：例如S.Hamaguchi撰写的“微电子应用膜堆积的模拟”，薄膜，第22卷，81页，S.Rossnagel(编者)，学术出版社，圣地亚哥，1996年；S.Hamaguchi，“Modeling of Film Deposition for Microelectronic Applications”，Thin Films，vol.22，p.81，S.Rossnagel，ed，Academic Press，San Diego，1996)。另一种方法是水平集法。(参见：例如J.A.Sethian，水平集法：几何学，流体力学，计算机视觉和材料科学中的进化界面，剑桥大学出版社，1996年；J.A.Sethian，Level Set Methods：Evolving Interfaces in Geometry，Fluid Mechanics，ComputerVision，and Materials Science，Cambridge University Press 1996)。激震前沿跟踪法模拟表面(如真空与固体间的界面层)为分段连续的线部分集，其中每一个的运动速率都可计算出来。每一部分沿其独立的、其它部分运动的正常位置向前或后退的可能性为生成的表面提供了多种潜在的解决答案。为了避免多种解决达案，这些分析方法模拟线部分之间的点为冲击(例如斜坡上的不连续性)，并恰当地跟踪这些冲击的运动。在410，该过程反复进行直至过程在112完成。

图5举例说明包括中性通量、表面化学覆盖和表面材料类型在内的耦合量的计算。入射中性通量首先在500计算。图6详细说明入射中性通量的计算。

在502模块，假定表面材料类型与该表面部分的材料和该堆积膜的材料类型相同，运用前面计算的通量和部位平衡方程式就可求解每个表面部分上的表面化学覆盖。在504，计算机检查表面部分上的表面化学覆盖是否收敛。注入到表面部分的入射中性通量的计算假定某个同样依赖于表面材料类型的表面化学覆盖。解部位平衡方程式可得到一个新的计算得到的表面化学覆盖，然后用它来重新计算入射中性通量。再用新得到的入射中性通量再次解部位平衡方程式，将这种重复计算一直继续下去直至中性通量和表面化学覆盖在整个部位平衡模型中相互保持一致。这样，对中性通量和部位平衡方程式不断地进行计算和求解直至每个表面部分上的表面化学覆盖收敛。

定义特征轮廓的每个表面部分上的堆积膜的刻蚀速率在506可以进行计算，刻蚀/堆积速率的代表式可用下列方程式表示：

刻蚀速率＝R^chemθ_etchant+Y_ionθ_etchant/ρ_{depositedfilm}-S_depositorΓ_depositor  (方程式1)其中：R^chem是反应速率，θ_etchant是中性品种的化学覆盖，Y_ion是离子产额项，ρ_{deposited film}是堆积膜的密度，S_depositor是堆积中性品种的黏附概率，Γ_depositor是堆积中性品种的入射中性通量。

在508，计算机确定计算得到的刻蚀速率是否为负值，例如堆积。如果过程确定堆积业已发生，表面部分的材料类型在512设定为堆积膜。如果过程确定刻蚀速率为正值，例如刻蚀，表面部分的材料类型在510设定为下层材料类型。

在514检查沿特征轮廓的每个表面部分的材料类型是否收敛。由于堆积膜的刻蚀速率在506的计算依赖于表面材料类型与该表面部分下层材料和堆积膜的材料的类型相同的假定，表面化学覆盖也同样依赖于该表面材料类型和中性通量。通过要么设定材料类型为在510的下层材料类型，要么为在512的堆积膜，材料类型便会发生改变，而过程则需要与前面确定的、同样依赖于表面材料类型的中性通量和表面化学覆盖保持一致的解决答案。决策块514的作用是通过检查材料类型是否收敛而保持这样的一致性。一旦耦合量收敛，计算工作开始在508计算局部刻蚀和堆积速率。

图6举例说明中性通量的分析计算。该计算包括解下列方程式：

${\mathrm{\Γ}}_i={\mathrm{\Γ}}_i^{\mathrm{direct}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{M}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Γ}}_j^{\mathrm{reemission}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Γ}}_j$

其中：∑Γ_i是入射到i部分的总通量，Γ_i ^direct是从等离子室直接到达i部分的通量，Г_j ^reemission是因中性品种释出或产生而导致的离开i部分的通量，M是定义为从影响i部分的j部分中发射的中性部分的矩阵，T是定义为入射到能反射和影响i部分的j部分的中性部分的透射矩阵。矩阵Γ^direct，M和T都依赖于从每个离散的表面部分到等离子室和到其它离散表面部分的观察角。

在600，选择中性品种。在602，为每个中性品种计算其直接的通量。直接通量定义为直接从等离子室到达的、在特征表面上未在任何地方受到反射而入射到表面的通量。

在604，到达i部分的再发射的通量可定义从j部分再发射的通量用下式计算：

${\mathrm{\Γ}}_j^{\mathrm{reemission}}={\mathrm{\Γ}}_j^{\mathrm{reemission\; from\; original\; material}}+{\mathrm{\Θ}}_{\mathrm{depositor\; on\; original}}{\mathrm{\Γ}}_j^{\mathrm{reemission\; from\; film\; material}}$

其中：Θ_{depositor on original}是堆积剂覆盖的下层原始表面的部分。一个表面的再发射通量是依赖于表面覆盖、表面材料类型和入射中性和离子通量分布的函数，影响再发射的参数可能在校准轮廓模拟器期间已知或确定。膜材料定义为堆积剂品种聚集在表面而生成的物质。

在606计算透射矩阵T。一个离子的反射概率等于1减去原始表面上的吸收概率减去原始表面上的堆积剂覆盖乘以膜上的吸收概率。入射到表面的离子的吸收概率是依赖于表面覆盖、表面材料类型和入射中性和离子通量分布的函数，影响吸收概率的参数可能在校准轮廓模拟器期间已知或确定。膜材料定义为堆积剂品种聚集在表面而生成的物质。

运用上述方程式1可在608求解整个特征期间的入射中性通量。假约在610的所有中性通量还未计算出来，可在600选择另一个中性品种，过程则从602重新开始。否则，过程将继续到在502解部位平衡方程式。

图7举例说明通量与特征表面的相互作用，从而导致求出表面上化学覆盖和/或相关中性品种的浓度以及计算的刻蚀和堆积速率的解。关于图7，Γ_i ^incident是表面部分第i个品种的总入射通量，Γ_i ^reflected是从表面反射的第i个品种的部分入射通量，Γ_i ^reemitted是化学反应和/或被诸如离子的加速品种高能轰击期间再发射的第i个品种的通量。总起来说，Γ_i ^reflected和Γ_i ^reemitted是依赖于表面上的化学覆盖或浓度，依赖于中性和离子的入射通量分布，还依赖于表面材料类型、表面温度和反应速率常数。下层基底表面与N个活性中性品种反应生成的下层基底表面部位的总占有可用θ₀，θ₁，θ₂...θ_N部分来表示。与N个活性中性品种反应生成的、负责部分表面上膜材料宏观生长的、由堆积品种覆盖的部分表面上的表面部位总占有可用η₀，η₁，η₂...η_N部分表示。用来计算这些表面收敛值的方程式可能依赖于覆盖本身、中性和高能离子品种的入射通量分布、晶片的温度和反应速率。

计算暴露材料的刻蚀速率和膜材料的刻蚀或堆积速率的方程式可用图7显示的适当材料上的化学覆盖、中性和高能离子品种的入射通量分布、晶片的温度和反应速率常数表达。这些速率可用来反复地最后改进特征表面，从而预测特征轮廓的演化。

在每个部分被每种中性类型的覆盖都要计算二次。第一组覆盖θ可根据该部分的材料类型是原始/下层材料的假定计算出来，第二组η则是依据堆积膜下层部分的类型的假定而得。这些覆盖用来计算刻蚀/堆积速率、发射速率以及下层和膜材料类型的各自吸收概率。在计算中性通量运输时，一个部分则被视为这两种材料类型的线性组成物，其中假定为膜类型的部分表面是由堆积剂覆盖在下层/原始材料上形成的。

运用笛卡尔坐标和粒子速度3个自由度到粒子速度3个空间自由度和3个自由度的方位角对称柱面坐标外推特征轮廓的描述也可增强等离子反应器过程的模拟。

虽然本发明的实施例和应用业已显示和介绍，在本领域中从本次公开而获得裨益的技术人员应该清楚，除了上面提及的改进之外，可能还有其它许多改进也不违背本发明所拥有的观点。因此，除了附加的权利要求精神之外，本发明是不受限制的。

Claims (10)

1.一种等离子室，特征在于，其包括：

一个室；

一个第一电源；

一个第二电源；

一个供气排气装置；

一个置于所述室顶部的电感器，该电感器与所述的第一电源耦联；

一个位于所述室内部的电极，该电极与所述的第二电源耦联；

一个与所述第一电源耦联的第一电源控制器；

一个与所述第二电源耦联的第二电源控制器；

一个与所述供气排气装置耦联的压力控制器；和

一个与所述第一电源控制器、所述第二电源控制器和所述压力控制器耦联的计算机；

其中，所述计算机预测性地计算出等离子过程顺序将在基底上生成的表面轮廓；

所述计算机跟踪高能粒子；

所述计算机记录所述高能离子的离子通量多重性；

所述计算机同时为中性通量、表面化学覆盖和表面材料类型的多重性求解，和

所述计算机根据所述离子通量多重性、所述中性通量多重性、所述表面化学覆盖和所述表面材料类型计算出局部刻蚀速率和局部堆积速率。

2.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述的同时为所述的中性通量多重性、所述的表面化学覆盖和所述的表面材料类型的求解进一步包括：

计算中性通量的多重性；

为部位平衡方程式的自相容多重性求解；

计算堆积膜的刻蚀速率；

调整所述表面材料类型到所述堆积膜或一个下层材料类型；和

重复所述的计算、求解、调整直至所述的中性通量多重性、所述表面化学覆盖和所述表面材料类型相互自相容。

3.根据权利要求2所述的等离子室，其特征在于，所述计算中性通量多重性进一步包括：

选择中性品种；

计算所述中性品种的直接通量分布；

计算所述中性品种的再发射通量；

计算所述中性品种的透射矩阵；

为所述中性品种的中性通量求解；和

重复所述的选择、所述计算直接通量分布、所述计算再发射矩阵、所述计算、所述求解另一个中性品种直至所有的中性品种均被选择到。

4.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，还进一步包括一个与所述计算机耦联的并行计算机或工作站网络，供分发回归分析的计算作业使用。

5.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述计算机利用三维坐标系跟踪所述的高能粒子。

6.一种操作等离子室的方法，特征在于，其包括：

计算一个等离子过程顺序将在基底上生成的过程表面轮廓；和

根据所述等离子过程顺序加工所述的基底；

其中，所述的计算包括：

跟踪高能粒子；

记录所述高能粒子的离子通量的多重性；

同时为中性通量多重性、表面化学覆盖和表面材料类型求解；和

根据所述离子通量的多重性、所述中性通量多重性、所述表面化学覆盖和所述表面材料类型计算局部刻蚀速率和局部堆积速率。

7.根据权利要求6所述的操作等离子室的方法，其特征在于，所述的同时为所述的中性通量多重性、所述的表面化学覆盖和所述的表面材料类型求解包括：

计算中性通量的多重性；

为所述部位平衡方程式的自相容多重性求解；

计算堆积膜的刻蚀速率；

调整所述的表面材料类型到所述的堆积膜或下层材料类型；和

重复所述的计算、求解、调整直至所述的中性通量多重性、所述的表面化学覆盖和所述的表面材料类型相互自相容。

8.根据权利要求7所述的操作等离子室的方法，其特征在于，所述计算所述中性通量的多重性进一步包括：

选择一个中性品种；

计算所述中性品种的直接通量分布；

计算所述中性品种的再发射通量；

计算所述中性品种的透射矩阵；

为所述中性品种的中性通量求解；和

重复所述的选择、所述计算直接通量分布、所述计算再发射矩阵、所述计算、所述为另一个中性品种求解直至所有中性品种均被选择到。

9.根据权利要求6所述的操作等离子室的方法还进一步包括：

将所述的求解和计算分发到并行计算机或工作站网络上。

10.根据权利要求6所述的操作等离子室的方法还进一步包括：

运用三维坐标系跟踪所述的高能粒子。

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