ES2253773T3

ES2253773T3 - Dispositivos para controlar la diferencia de fase en sistemas de procesamiento de plasma.

Info

Publication number: ES2253773T3
Application number: ES97916806T
Authority: ES
Inventors: Robert D. Dible; Stephen G. Bradley; Seyed Jafar Jafarian-Tehrani
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: IL126393A; DE69734706D1; EP0890296B1; JP2000507739A; US5824606A; AU2532797A; IL126393A0; ATE311091T1; WO1997037518A1; DE69734706T2; EP0890296A1

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA UN SISTEMA DE PROCESAMIENTO DE PLASMA, PARA MODIFICAR UNA DIFERENCIA DE FASE ENTRE UNA PRIMERA FRECUENCIA DE RADIO (RF) Y UNA SEGUNDA SEÑAL RF. UNA PRIMERA FUENTE DE ENERGIA RF PROPORCIONA LA PRIMERA SEÑAL RF AL PRIMER ELECTRODO, Y UNA SEGUNDA FUENTE DE ENERGIA RF PROPORCIONA UNA SEGUNDA SEÑAL RF A UN SEGUNDO ELECTRODO DE UN SISTEMA DE PROCESAMIENTO DE PLASMA. LA SEGUNDA FUENTE DE ENERGIA RF ESTA ACOPLADA A LA PRIMERA FUENTE DE ENERGIA RF COMO ESCLAVA EN UNA CONFIGURACION AMA-ESCLAVA. EL METODO INCLUYE UN PASO DE DETERMINACION DE UNA DIFERENCIA DE FASE ENTRE LA FASE DE LA PRIMERA SEÑAL RF Y LA DE LA SEGUNDA SEÑAL RF. EL METODO INCLUYE ADEMAS EL PASO DE COMPARAR LA DIFERENCIA DE FASE CON UNA SEÑAL DE PUNTO DE CONTROL DE FASE PARA PRODUCIR COMO SALIDA UNA SEÑAL DE CONTROL DIRIGIDA A LA SEGUNDA FUENTE DE ENERGIA RF, DONDE LA SEGUNDA FUENTE DE ENERGIA RF, EN RESPUESTA A LA SEÑAL DE CONTROL, MODIFICA LA FASE DE LA SEGUNDA SEÑAL RF PARA HACER QUELA DIFERENCIA DE FASE SE APROXIME A UN VALOR REPRESENTADO POR LA SEÑAL DE PUNTO DE CONTROL DE FASE.

Description

Dispositivos para controlar la diferencia de fase en sistemas de procesamiento de plasma.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a dispositivos para inducir el plasma en sistemas de procesamiento mejorado de plasma, que se emplean típicamente en la fabricación de semiconductores. Más específicamente, la invención se refiere a dispositivos para controlar el desplazamiento de fase entre los generadores en los sistemas de procesamiento de plasma a fin de lograr los resultados deseados del procedimiento.

Son conocidos los procedimientos de semiconductores mejorados por plasma para la grabación, oxidación, anodización, deposición de vapor químico (CVD), o similares. Con fines de ilustración, la Fig. 1 muestra un reactor 100 de grabación química, que representa un sistema de generación de plasma que utiliza una bobina inductiva para la generación de plasma. El reactor 100 incluye el sistema de bobina 102 y la cámara 124. El sistema de bobina 102 incluye un elemento de bobina 106, que es excitado por un generador 110 de radiofrecuencia. El elemento de bobina 106 está acoplado con un circuito de apareo 108 para aparear la impedancia del elemento de bobina 106 con la del generador 110 de radiofrecuencia. El apareo de las impedancias permite al generador 110 de radiofrecuencia suministrar energía eficientemente al elemento de bobina 106. A fin de proporcionar una descarga a tierra, la pared de la cámara 124 está usualmente conectada a tierra. Alternativamente, la descarga a tierra puede proporcionarse a través del electrodo inferior, p. ej., un mandril 128 de la Fig. 1, cuando el plasma está confinado.

Dentro de la cámara 124, existe típicamente una cabeza de regadera 126. La cabeza de regadera 126 se muestra dispuesta sobre un mandril 128 y una oblea 134, que está sostenida por el mandril 128. El mandril 128 actúa como un segundo electrodo y está preferiblemente polarizado por su circuito 120 independiente de radiofrecuencia por medio de una red de apareo 122. Debería tenerse en mente que los componentes de la Fig. 1, así como los de otras figuras en la presente, se muestran sólo representativamente por comodidad de ilustración y para facilitar la exposición. En verdad, el elemento de bobina 106 y el circuito de apareo 108, típicamente, se disponen próximos a la cámara 124, mientras que el generador 110 de radiofrecuencia (RF) puede colocarse en cualquier ubicación razonable.

La cabeza de regadera 126 representa al dispositivo para dispensar materiales grabadores o de deposición sobre la oblea 134. La cabeza de regadera 126 incluye preferiblemente una pluralidad de agujeros para liberar materiales de origen gaseoso (típicamente, alrededor del borde periférico de la cabeza de regadera 126) en la región del plasma inducido por RF, entre la misma y la oblea 134 durante la operación. En una realización, la cabeza de regadera 126 está hecha de cuarzo, aunque también puede estar hecha de otros materiales adecuados, y puede dejarse en estado eléctricamente flotante o conectado a tierra.

A fin de suministrar energía al sistema 100 de grabación de plasma, los generadores 110 y 220 se gobiernan a una frecuencia dada de RF. Para garantizar que ambos generadores suministran energía a la misma frecuencia, sus frecuencias pueden encadenarse en una configuración de maestro y esclavo. Por ejemplo, el generador 120 (de polarización) inferior puede designarse como maestro, y la frecuencia del generador 110 (de bobina) superior puede hacerse esclava de la del generador maestro 120 (o viceversa). El encadenamiento de frecuencias puede lograrse por medio de cualquier técnica convencional, incluyendo, p. ej., la desactivación del cristal generador de frecuencia en el generador esclavo y el empleo del cristal generador de frecuencia en el generador maestro para gobernar tanto el generador maestro como el esclavo.

Si bien la configuración de los dos generadores en una configuración de maestro y esclavo permite que ambos generadores suministren energía a la misma frecuencia de RF, tal configuración no garantiza que la energía será suministrada por los dos generadores en la misma fase. Puede surgir una diferencia de fase, debido a factores internos a los mismos generadores, o debido a parámetros del sistema tales como la diferencia entre las longitudes de los cables que acoplan los generadores con sus respectivos electrodos. Se ha descubierto que la diferencia de fase puede dar origen a características indeseables o inesperadas, de proceso y eléctricas, lo que puede llevar a consecuencias inciertas en los resultados del procedimiento.

A la vista de lo precedente, lo que se desea son dispositivos para controlar la diferencia de fase entre generadores de RF configurados como maestro y esclavo, que se emplean para suministrar energía a sistemas de procesamiento de plasma.

El documento US 5116482 describe un sistema de formación de películas que utiliza la generación condensadora de plasma para el bombardeo de electrones sobre películas delgadas. El sistema incluye una primera fuente maestra de alimentación de RF, conectada con un electrodo condensador superior por una caja de apareo. Una segunda fuente esclava de alimentación de RF está conectada con un electrodo condensador inferior por una segunda caja de apareo. Un primer sensor monitor detecta el voltaje del electrodo superior y un segundo sensor monitor detecta el voltaje del electrodo inferior. Las salidas de los sensores monitores se pasan a un dispositivo de ajuste de fase al que también se suministra una señal fijada externamente. El dispositivo de ajuste de fase genera una señal de desplazamiento de fase para controlar la fuente esclava de alimentación de RF, a fin de tener una diferencia de fase con respecto a la fuente maestra de alimentación, correspondiente a la diferencia de fase establecida por la señal fijada externamente.

Según la presente invención, se proporciona un sistema de procesamiento de plasma, a fin de generar plasma para su empleo en la fabricación de semiconductores, teniendo dicho sistema de procesamiento de plasma una primera fuente de alimentación por radiofrecuencia (RF) para emitir una primera señal de RF a un primer electrodo, y una segunda fuente de alimentación por RF para emitir una segunda señal de RF a un segundo electrodo, estando acoplada dicha segunda fuente de alimentación de RF con dicha primera fuente de alimentación de RF como una fuente esclava de alimentación de RF, en una configuración de maestro y esclavo, comprendiendo dicho sistema de procesamiento de plasma un circuito de control, que incluye: un primer circuito sensor acoplado con dicho primer electrodo para detectar una fase de dicha primera señal de RF; un primer circuito de apareo, conectado entre la primera fuente de alimentación de RF y el primer electrodo; un segundo circuito sensor acoplado con dicho segundo electrodo para detectar una fase de dicha segunda señal de RF; un segundo circuito de apareo conectado entre la segunda fuente de alimentación de RF y el segundo electrodo; un circuito mezclador acoplado con dicho primer circuito sensor y con dicho segundo circuito sensor para detectar una diferencia de fase entre dicha primera señal de RF y dicha segunda señal de RF, y para emitir una primera señal que representa dicha diferencia de fase; un servocircuito de fase acoplado con dicha segunda fuente de alimentación de RF y con dicho circuito mezclador, emitiendo dicho servocircuito de fase, en respuesta a dicha primera señal y a una señal de determinación puntual de control de fase, una señal de control a dicha segunda fuente de alimentación de RF, a fin de modificar una fase de dicha segunda señal de RF, causando por ello que dicha diferencia de fase se aproxime a un valor de diferencia de fase representado por dicha señal de determinación puntual de control de fase; y caracterizado porque: el primer circuito sensor está conectado entre el primer circuito de apareo y el primer electrodo; el segundo circuito sensor (414) está conectado entre el segundo circuito de apareo y el segundo electrodo; y en el cual el primer o segundo electrodo representa un electrodo superior de dicho sistema de procesamiento de plasma para la generación inductiva de plasma en una cámara de procesamiento de plasma.

Estas y otras ventajas de la presente invención se tornarán evidentes al leer la siguiente descripción detallada y al estudiar las diversas figuras de los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 muestra un típico sistema generador de plasma.

La Fig. 2A es un esquema que ilustra, en una realización de la presente invención, el circuito de control general para controlar la diferencia de fase entre dos generadores de RF de frecuencias encadenadas, de un sistema de procesamiento de plasma.

La Fig. 2B muestra una implementación del circuito superior de apareo TCP del circuito de control de la Fig. 2A.

La Fig. 2C ilustra una implementación del circuito inferior de apareo TCP del circuito de control de la Fig. 2A.

La Fig. 2D ilustra una implementación del circuito de medición de la polarización de corriente CC del circuito de control de la Fig. 2A.

La Fig. 3 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la amplitud óptica de la emisión de plasma de 261 nm, que se emplea para determinar el punto final de la grabación de aluminio.

La Fig. 4 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre el voltaje entre picos de RF del electrodo (de polarización) inferior.

La Fig. 5 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre el voltaje de polarización de corriente CC de la oblea.

La Fig. 6A es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la velocidad de grabación del óxido.

La Fig. 6B es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre el espesor del óxido restante.

La Fig. 7 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la selectividad de aluminio a óxido.

La Fig. 8 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la velocidad de grabación de fotorresistencia.

La Fig. 9 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la selectividad de aluminio a fotorresistencia.

Las Figs. 10 y 11 son gráficos que ilustran, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre el espesor de la fotorresistencia restante en el centro de la oblea (Fig. 10), y en el borde de la oblea (Fig. 11).

Las Figs. 12 y 13 son gráficos que ilustran, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la dimensión crítica (DC) en el centro de la oblea y en el borde de la oblea, respectivamente.

La Fig. 14 muestra las etapas involucradas en un procedimiento de grabado en el cual la diferencia de fase entre las fuentes de alimentación de RF está controlada, bien activa o pasivamente, a fin de lograr los resultados deseados del procedimiento.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Se describe una invención para mejorar los resultados del procedimiento, controlando la diferencia de fase de las fases de las señales de RF suministradas por las fuentes de alimentación de RF de un sistema de procesamiento de plasma. En la siguiente descripción se estipulan numerosos detalles específicos a fin de brindar una comprensión exhaustiva de la presente invención. Será obvio, sin embargo, a alguien versado en la técnica, que la presente invención puede ponerse en práctica sin alguno, o ninguno, de todos estos detalles específicos. En otros ejemplos, no se han descrito en detalle etapas bien conocidas del procedimiento, a fin de no oscurecer innecesariamente la presente invención.

La Fig. 2A es un esquema que ilustra, según la presente invención, el circuito de control general para controlar la diferencia de fase entre dos generadores de frecuencia encadenada de un sistema de procesamiento de plasma. En la Fig. 2A, los generadores de RF 402 y 404 se disponen en una configuración de maestro y esclavo, con el generador de RF 402 actuando como el generador de referencia. La energía al plasma, en una cámara 406 de procesamiento de plasma, se suministra por medio de estos dos generadores de RF 402 y 404, a través de los circuitos de apareo 408 y 410, respectivamente. Debería observarse que, aunque el generador de RF del mandril, p. ej., el generador de RF 402, está designado como el generador maestro en la Fig. 2A, la invención se aplica igualmente bien cuando el generador de RF asociado con el electrodo superior, p. ej., el generador 404, es designado como maestro. Además, aunque se muestra que el electrodo superior 412 tiene una bobina espiral Archimedes en la Fig. 2A, bien pueden emplearse otros electrodos adecuados a fin de generar plasma dentro de la cámara de procesamiento de plasma. Un extremo de la bobina puede aislarse de tierra, p. ej., a través de un transformador, o bien conectarse a tierra.

Para comprobar la fase de la señal de RF suministrada a la bobina 412, se acopla un sensor 414 con un extremo de la bobina 412. El sensor 414 se dispone entre la bobina 412 y una red de apareo 410, a fin de evitar los efectos de las redes de sintonización que se utilizan para el apareo de impedancias. Análogamente, un sensor 416 se acopla entre el electrodo del mandril 418 y el circuito de apareo 408, para comprobar la fase de la señal de RF suministrada al electrodo del mandril 418.

Las salidas de los sensores 414 y 416 ingresan a un circuito mezclador 420, que puede implementarse por medio de uno cualquiera de los diseños de circuitos mezcladores convencionales. La salida del circuito mezclador 420, que representa la señal de respuesta que es proporcional a la diferencia de fase entre las fases de las señales de RF detectadas por los sensores 414 y 416, ingresa luego a un servocircuito 422 de fase. Cuando la señal 423 de control de selección Fase/Polarización se fija para controlar la fase, el servocircuito 422 de fase, que puede implementarse por medio de un amplificador de errores o por cualquier número de diseños conocidos de servocircuitos de fase, compara la señal de respuesta del circuito mezclador 420 con una señal 424 de determinación puntual de control de fase, a fin de emitir una señal de control 430 al generador esclavo, p. ej., el generador de RF 404 en la Fig. 2A. En respuesta a la señal de control 430, el generador esclavo modifica luego su fase, causando por ello que la diferencia de fase entre las fases de las señales de RF detectadas por los sensores 414 y 416 coincida sustancialmente con el valor especificado por la señal 424 de determinación puntual de control de fase.

En una realización, el valor 424 de determinación puntual de control de fase puede representar un valor predefinido, para facilitar el apareo de sistemas, es decir, para garantizar que la diferencia entre las fases de las señales de RF suministradas al electrodo superior y al electrodo inferior es esencialmente la misma entre una máquina y otra. La técnica de la invención, de control de respuesta para garantizar que la diferencia de fase concuerda con un valor predefinido, se menciona en la presente como control pasivo de la diferencia de fase. Cuando la diferencia de fase se controla pasivamente, es posible garantizar que la diferencia de fase entre las fases de las señales de RF se mantendrá esencialmente constante entre distintos sistemas, independientemente de los parámetros del sistema, p. ej., de la colocación de los generadores de RF con respecto a la cámara de procesamiento de plasma.

En otra realización, el valor 424 de determinación puntual de control de fase puede representar un valor de una variable del usuario para controlar activamente la diferencia de fase entre las fases de las señales de RF a fin de lograr los resultados deseados del procedimiento. La técnica de la invención, de modificar activamente la diferencia de fase a fin de lograr los específicos resultados deseados del procedimiento, se menciona en la presente como control activo de la diferencia de fase. A modo de ejemplo, un usuario puede especificar que la señal de RF suministrada al electrodo superior supere a la señal de RF suministrada al electrodo inferior en 180, a fin de maximizar la selectividad de aluminio a fotorresistencia durante una etapa de grabación de aluminio (el efecto de la diferencia de fase sobre la selectividad de aluminio a fotorresistencia se ilustra en una Fig. 9 posterior en la presente). Como un ejemplo adicional, el usuario puede especificar que las fuentes de alimentación de RF suministren su energía en fase, para maximizar la velocidad de grabación durante una etapa de grabación de óxido (Fig. 6A). Otros ejemplos son inmediatamente evidentes para aquellos versados en la técnica al revisar las figuras y la revelación de la presente.

En otra realización, bien el voltaje CA entre picos de la RF del mandril o bien el voltaje CC de la oblea puede utilizarse como una señal de respuesta para facilitar el control de cualquiera de esos dos valores, cambiando la diferencia de fase. Con referencia a la Fig. 2A, un circuito 440 de medición de polarización CA/CC representa, para facilitar la ilustración, al circuito para la medición del voltaje CA entre picos de la RF del mandril, o bien del voltaje CC de la oblea (según la realización). A modo de ejemplo, si el mandril emplea sujeción mecánica, el circuito 440 de medición de polarización CA/CC puede representar un circuito de medición de polarización CC. Por otra parte, si el mandril es un mandril electrostático, el circuito 440 de medición de polarización CA/CC puede representar un circuito de medición de polarización CC, o bien uno que mida el voltaje CA entre picos de la RF del mandril.

El voltaje CA entre picos de la RF del mandril puede medirse utilizando una sonda de voltaje o cualquier otra técnica convencional. El voltaje CC de la oblea puede detectarse, por ejemplo, empleando una sonda dentro de la cámara 406, para detectar el estado del plasma dentro de la cámara 406, o bien deduciéndolo del mismo voltaje CA entre picos de la RF del mandril. Para más información con respecto a un procedimiento para inferir la polarización CC de la oblea a partir del voltaje CA entre picos de la RF del mandril, puede mencionarse la referencia a las solicitudes, de patente pendiente, transferidas y en tramitación junto a la presente, tituladas "Dynamic Feedback Electrostatic Chuck" ["Mandril Electrostático de Respuesta Dinámica"] (patente estadounidense nº 5.812.361) y "Voltaje Controller for Electrostatic Chuck of Vacuum Plasma Processors" ["Controlador de Voltaje para Mandril Electrostático de Procesadores de Plasma al Vacío"] por Neil Benjamin, Seyed Jafar Jafarian-Tehrani y Max Artussi (patente estadounidense nº 5.708.250), ambas presentadas en igual fecha.

La señal emitida por el circuito 440 de medición de polarización CA/CC ingresa luego a un circuito 442 de control de polarización máxima. El circuito 442 de control de polarización máxima representa el circuito para comparar la señal emitida por el circuito 440 de medición de polarización CA/CC con una señal 444 de determinación puntual de polarización ingresada por el usuario, y para emitir una señal de error 446. En respuesta a esta señal de error, el servocircuito 442 de fase modifica entonces la señal de control 430, modificando por ello la diferencia de fase entre las señales de RF suministradas por los dos generadores de RF, y modificando indirectamente ya sea el voltaje CA entre picos de la RF del mandril o bien el voltaje de polarización CC de la oblea (según la implementación del circuito 440 de medición de polarización CA/CC), hasta que coincida con la señal 444 de determinación puntual de polarización.

Se contempla que la señal emitida por el circuito 440 de medición de polarización CA/CC pueda ser monitorizada por un circuito de lógica adecuado para permitir al usuario, por ejemplo, determinar la diferencia de fase que resulta en un valor específico del voltaje CA entre picos de la RF del mandril (o del voltaje CC de la oblea). A modo de ejemplo, la fase del generador esclavo puede modificarse al monitorizar el valor emitido por el circuito 440 de medición de polarización CA/CC, a fin de comprobar el valor de la diferencia de fase que resulta en, p. ej., el más alto o el más bajo voltaje CA entre picos de la RF del mandril (o el voltaje de polarización CC de la oblea). Dado que estos valores específicos del voltaje CA entre picos de la RF del mandril (o del voltaje de polarización CC de la oblea) están directamente vinculados con las características específicas del procedimiento, el usuario puede emplear luego la diferencia de fase comprobada como una entrada para el servocircuito 422 de fase a fin de garantizar que pueden obtenerse los resultados deseados del procedimiento de manera más fiable y consistente.

Será evidente para aquellos versados en la técnica que el circuito de control de la invención no tiene que incluir todos los componentes mostrados en la Fig. 2A. Incluye, esencialmente, los sensores 414 y 416, el circuito mezclador 420, los dos electrodos 412, 418, los circuitos de apareo 408, 410, y el servocircuito de fase 422. Con estos bloques de circuitos, se facilita la detección de la diferencia de fase entre las señales de RF suministradas por las fuentes de alimentación de RF y la modificación de esa diferencia de fase. Si se desea también modificar la diferencia de fase a fin de lograr una específica determinación puntual del voltaje CA entre picos de la RF, o una específica determinación puntual del voltaje CC de la oblea, el circuito de control puede incluir el circuito 440 de medición de polarización CA/CC y el circuito 442 de control de polarización máxima de la Fig. 2A. Los circuitos de apareo 408 y 410 pueden implementarse por medio de cualquier número de circuitos de apareo convencionales. La Fig. 2B muestra una implementación del circuito superior 410 de apareo TCP que se ha encontrado adecuada. En la Fig. 2B, el condensador Cs resuena la inductancia de la bobina TCP. El condensador Cp transforma la impedancia de carga para que coincida con la impedancia original de la fuente de alimentación de RF, que, típicamente, es de alrededor de 50 \Omega. Los inductores Lp y Ls son las inductancias primaria y secundaria del transformador de apareo. Los valores de estas inductancias Lp y Ls dependen del tamaño de la bobina y del factor de acoplamiento entre la bobina y el plasma. Una versión del circuito de apareo 410, conocido por su número de pieza 853-031685-001, está disponible en la precitada Lam Research Corp.

La Fig. 2C ilustra una implementación del circuito 408 de apareo TCP superior. En la Fig. 2C, el inductor variable Ls' se emplea para resonar la carga. El factor variable K de acoplamiento transforma la carga en la impedancia adecuada para maximizar el suministro de energía por parte del generador de RF. Una versión del circuito de apareo 408, conocido por su número de pieza 853-015130-002, está disponible en la precitada Lam Research Corp.

La Fig. 2D ilustra un circuito de medición de polarización CC que es adecuado para implementar un circuito 440 de medición de polarización CA/CC. En la Fig. 2D, la señal de RF del mandril se detecta a través de una pluralidad de resistores 460, que proporcionan una alta impedancia a tierra, para limitar la magnitud de corriente de RF extraída. En una realización, hay cinco resistores 460 en serie para reducir el efecto de división condensadora del circuito de medición de polarización CC. Los resistores 470 y 472 forman una red de resistores para reducir a escala la señal recibida a través de la pluralidad de resistores 460. El condensador 474 se acopla en paralelo con los resistores 470 y 472 a fin de suministrar una señal CC en el conductor 476, que está acoplado con el circuito de control de polarización máxima, p. ej, el circuito 442 de control de polarización máxima de la Fig. 2. Una versión del circuito de medición de polarización CC, conocido por su número de pieza 810-017029-001, está disponible en la precitada Lam Research Corp.

Según un aspecto de la presente invención, los efectos del desplazamiento de fase sobre las características del procedimiento se investigan para determinar si los cambios en el desplazamiento de fase tienen algún impacto sobre ciertos parámetros críticos del procedimiento, tales como el voltaje entre picos de la RF sobre el electrodo superior, la polarización CC de la oblea, las velocidades de grabación, la selectividad de aluminio a fotorresistencia, y otros. Como se muestra en los gráficos de las Figs. 3 a 13 más adelante, se determina que los cambios en el desplazamiento de fase entre las señales de RF suministradas por los generadores de RF tienen impacto, en efecto, sobre ciertos parámetros críticos del procedimiento. Estos descubrimientos refuerzan la conclusión de que la capacidad de lograr resultados fiables y consistentes del procedimiento puede mejorarse cuando se controla el desplazamiento de fase, ya sea pasiva o activamente.

En la revelación que sigue, debería tenerse en mente que la invención revelada puede ponerse en práctica en cualesquiera sistemas de grabación de plasma para grabar, entre otros, la capa de metalización, la capa de óxido o la capa de polisilicona. La invención también puede ponerse en práctica, como puede ser apreciado por aquellos versados en la técnica, en sistemas CVD de plasma para controlar características de la película, tales como la densidad y/o la tensión, o en cualesquiera sistemas de procesamiento de plasma, que puedan emplearse para la anodización, la oxidación, o similares. Para mejor ilustrar la invención y para proporcionar un ejemplo específico, sin embargo, se revelan detalles pertenecientes a sistemas y materiales específicos. Para lograr los resultados ilustrados en las siguientes Figs. 3-13, se configuran dos generadores de RF de 13,56 MHz y 1.250 Vatios de Advanced Energy, con frecuencias encadenadas, en una configuración de maestro y esclavo, a fin de suministrar energía a un sistema de grabación TCP 9600™, que está disponible en la Lam Research Corporation de Fremont, California. En esta configuración, el generador inferior (de polarización) se emplea como maestro del generador esclavo (TCP) superior (aunque la invención se aplica igualmente bien cuando el generador superior actúa como maestro).

Para generar el desplazamiento de fase requerido para los experimentos correspondientes a las Figs. 3-13, se acopló un controlador de desplazamiento de fase ENI VL400, de ENI, que es una división de Astec América Inc. de Rochester, Nueva York, con ambos generadores, a fin de mantener fijo al generador inferior (de polarización) y desplazar la fase del generador superior (TCP) con respecto al generador inferior. A fin de determinar las velocidades de grabación y las selectividades, una oblea formateada de SEMATECH, de Agustín, Texas, fue sometida a una grabación parcial. Esta oblea de SEMATECH comprende las siguientes capas: capa fotorresistente, capa (antirreflectante) de arco de TiN, capa de metalización que incluye aluminio-silicona-cobre, capa de barrera que incluye titanio, y capa de óxido. Para determinar las velocidades de grabación del óxido, se emplea una oblea que tiene un patrón de óxido térmico sobre la misma.

En el sistema de procesamiento de plasma TCP 9600™, los valores configurados del procedimiento para los experimentos correspondientes a las Figs. 3-13 son aproximadamente los siguientes:

TABLA 1

Energía al electrodo superior (vatios)	400
Energía al electrodo inferior (vatios)	100
Presión de cámara de reactor (Pa)	0,67 (5 m Torr)
Velocidad de flujo de Cl_{2} (m^{3}s^{-1})	1 x 10^{-6} (62 sccm)
Velocidad de flujo de BCl_{3} (m^{3}s^{-1})	3x10^{-7} (18 sscm)
Temperatura de la oblea (ºC)	50
Gas refrigerante de helio (Pa)	1.600 (12 Torr)

Para determinar el impacto del desplazamiento de fase entre las señales de RF suministradas por los generadores de RF configurados como maestro y esclavo, se emplearon cuatro valores distintos del desplazamiento de fase: -90º (es decir, el generador superior se rezaga en 90º con respecto al generador inferior), 0º (es decir, están en fase), 90º (es decir, el generador superior supera al generador inferior en 90º) y 180º (es decir, están opuestos en fase).

La Fig. 3 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la amplitud óptica de la emisión de plasma de 261 nm, que se emplea para determinar el punto final de la grabación del aluminio. A través de los filtros ópticos adecuados, se observó que el valor medio de la señal de 261 nm, cuando los generadores están funcionando en fase, era bajo con respecto al valor medio de la misma señal cuando los generadores estaban funcionando desfasados en -90º, 90º y 180º, respectivamente. El valor medio inferior de la señal óptica sugiere que un plasma relativamente menos intenso está presente cuando la energía es suministrada por los dos generadores en fase.

La Fig. 4 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre el voltaje entre picos de la RF del electrodo (de polarización) inferior. La Fig. 3 indica que los cambios en el desplazamiento de fase redundan, efectivamente, en cambios en el voltaje entre picos de la RF del electrodo inferior, en la gama entre unos 34 y unos 41 voltios, alcanzando su máximo el voltaje entre picos de la RF del electrodo inferior cuando los generadores están en fase, según se muestra en la Fig. 4. Controlando el desplazamiento de fase, p. ej., utilizando el circuito de la Fig. 2A u otro circuito de control adecuado, puede controlarse el voltaje entre picos de la RF del electrodo inferior, lo que conduce a mejores resultados del procedimiento.

La polarización de la corriente CC de la Fig. 5 rastrea el voltaje entre picos del electrodo inferior y varía entre unos -39 voltios y unos 26 voltios, según la diferencia de fase se desplaza desde 0º a 180º, según se muestra en la Fig. 5. Los cambios en el voltaje de polarización CC indican que las características del plasma sufren un impacto significativo por parte del desplazamiento de fase. El voltaje de polarización CC está directamente vinculado con el proceso que tiene lugar sobre la oblea, ya que, cuando la polarización CC es mayor, los iones grabadores, probablemente, harán impacto sobre la oblea con una mayor energía, lo que resultará en una mayor velocidad de grabación y en una grabación más anisotrópica. Como la grabación para los dispositivos semiconductores es un equilibrio preciso de procedimientos químicos y físicos, y la grabación física está directamente ligada a la diferencia entre el potencial del plasma y el potencial de la corriente CC en la oblea, la polarización requiere estar bajo estricto control, no sólo para garantizar que puedan lograrse resultados de procedimientos repetibles, sino también para gobernar el desplazamiento de fase a fin de mejorar los resultados del procedimiento, p. ej., maximizar o minimizar las velocidades de grabación o la calidad anisotrópica de la grabación. Nuevamente, los resultados de la grabación sugieren que pueden lograrse características deseables de los procedimientos controlando, ya sea pasiva o activamente, la diferencia de fase entre las señales de RF suministradas por las fuentes de alimentación de RF.

Además, dado que hay una correspondencia entre la polarización de corriente CC de la oblea, o el voltaje entre picos de RF del electrodo inferior, y el desplazamiento de fase, es posible, como se ha mencionado anteriormente en relación con la Fig. 2A, emplear bien la polarización de corriente CC de la oblea o bien el voltaje entre picos del electrodo inferior como una señal de respuesta a un circuito de control de fase, a fin de controlar, pasiva o activamente, la diferencia de fase, es decir, bien mantener un valor deseado de diferencia de fase entre los distintos sistemas de procesamiento de plasma o bien controlar activamente la diferencia de fase para mejorar los resultados del procedimiento.

La Fig. 6A es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la velocidad de grabación de óxido. Como se muestra en la Fig. 6A, cuando el suministro de energía de RF a la bobina TCP superior se rezaga con respecto al suministro de energía de RF al electrodo inferior en 90º (-90º en la Fig. 6A), la velocidad de grabación del óxido es de aproximadamente 1.600 angstroms por minuto. Por el contrario, cuando estas dos fuentes de alimentación de RF están en fase, la velocidad de grabación del óxido se eleva hasta unos 1.750 angstroms por minuto. La velocidad de grabación del óxido cuando la fuente de alimentación superior supera a la fuente de alimentación inferior en 90º y 180º es significativamente inferior, de unos 1.400 y 1.500 angstroms (10^{-10} m) por minuto, respectivamente. Como se ha visto, pueden obtenerse cambios significativos en las velocidades de grabación del óxido cambiando el desplazamiento de fase. Con referencia a la Fig. 6A, por ejemplo, puede obtenerse una diferencia de velocidad de grabación de hasta unos 300 angstroms por minuto cuando el desplazamiento de fase cambia de 0º a 90º.

La Fig. 6B es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase en el espesor del óxido restante. El espesor del óxido está en su valor más bajo cuando la diferencia de fase es de alrededor de 90º, y en el alto cuando la diferencia de fase es bien 0º o bien 180º. En consecuencia, los cambios en la diferencia de fase efectivamente tienen impacto sobre el espesor del óxido restante, e indican adicionalmente las ventajas que pueden lograrse cuando se controla la diferencia de fase.

La Fig. 7 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la selectividad de aluminio a óxido. Como se muestra en la Fig. 7, la selectividad varía significativamente en respuesta al desplazamiento de fase, con valores de alrededor de 5,6, 5,0, 5,5 y 6,0 para un valor de desplazamiento de fase de -90º, 0º, 90º y 180º, respectivamente. Además, parece haber una tendencia de correlación entre una alta polarización de corriente CC de la oblea (como se ve en la Fig. 5) y una baja selectividad. Por ejemplo, cuando las fuentes de alimentación están en fase, la polarización de corriente CC de la oblea está en su valor más alto (en la Fig. 5), mientras que la selectividad de aluminio a óxido está en su valor más bajo (en la Fig. 7). Una posible explicación es que cuando las fuentes de alimentación están suministrando energía al plasma en fase, una alta polarización de corriente CC puede aumentar la energía de los iones que causan impacto, disminuyendo por ello la selectividad de aluminio a óxido.

La Fig. 8 es un gráfico que ilustra, según un aspecto de la presente invención, el efecto del desplazamiento de fase sobre la velocidad de grabación de fotorresistencia. Nuevamente, los cambios en el desplazamiento de fase parecen tener un impacto significativo sobre la velocidad de grabación de la fotorresistencia, con una velocidad de grabación tan alta como por encima de 3.000 angstroms por minuto cuando las fuentes de alimentación están en fase, y de unos 2.600 angstroms por minuto cuando las fuentes de alimentación están desfasadas en unos 180º.

En la Fig. 9, se muestra el efecto del desplazamiento de fase sobre la selectividad de aluminio a fotorresistencia. La Fig. 9 ilustra, según un aspecto de la presente invención, que el cambio del desplazamiento de fase también tiene un significativo impacto sobre la selectividad de aluminio a fotorresistencia. Por ejemplo, se obtiene la más baja selectividad de aluminio a fotorresistencia cuando las fuentes de alimentación están suministrando energía al plasma en fase (desplazamiento de fase de 0º). La máxima selectividad, como se ilustra en la Fig. 9, se alcanza cuando las fuentes de alimentación están suministrando energía desfasadas en unos 180º. Esto tiene varias implicaciones importantes. Según los fabricantes avanzan hacia dispositivos más pequeños, es valiosa una alta selectividad de aluminio a fotorresistencia. Esto es porque, según las líneas se hacen más delgadas, la capa fotorresistente debe ser más delgada. Una capa fotorresistente más delgada requiere una mayor selectividad de aluminio a fotorresistencia, para que la capa protectora fotorresistente no sea desprendida inadvertidamente, con el resultado de daños para las características subyacentes. La Fig. 9 sugiere que puede lograrse una mayor selectividad de aluminio a fotorresistencia cambiando el desplazamiento de fase entre las fuentes de alimentación de RF.

Además, según sugiere la tendencia de las Figs. 6A, 7 y 8, se obtienen las más altas velocidades de grabación y las más bajas selectividades cuando las fuentes de alimentación están en fase. Tal parece que la selectividad de aluminio a fotorresistencia puede mejorarse cuando las fuentes de alimentación están suministrando energía al plasma desfasadas. Por ejemplo, la más alta selectividad de aluminio a óxido tiene lugar cuando las fuentes de alimentación están desfasadas en unos 90º (Fig. 7), y la más alta selectividad de aluminio a fotorresistencia tiene lugar cuando las fuentes de alimentación están desfasadas en unos 180º (Fig. 9).

Las Figs. 8 y 9 también sugieren que se obtienen la más lenta velocidad de grabación de fotorresistencia y la más alta selectividad de aluminio a fotorresistencia cuando las fuentes de alimentación están suministrando energía al plasma desfasadas en unos 180º. En unos 180º, puede esperarse que quedará más fotorresistencia, es decir, se desprenderá menos capa fotorresistente, lo que redundará en una mejor protección de las características subyacentes. La capacidad de ajustar el hardware para mejorar la capacidad de una capa fotorresistente dada, a fin de proteger las características subyacentes, es particularmente valiosa según los dispositivos se reducen más y más.

En las Figs. 10 y 11, se mide la fotorresistencia restante sobre la característica de 0,8 \mum, después de grabar con una receta comúnmente utilizada para grabar a través de la capa de aluminio en la fabricación de semiconductores, en el centro de la oblea (Fig. 10) y en el borde de la oblea (Fig. 11). Como se muestra en las Figs. 10 y 11, las máximas mediciones del espesor de la fotorresistencia restante tienen lugar cuando las fuentes de alimentación suministran su energía con un desplazamiento de fase de unos 180º. Observe que las mediciones del espesor de la fotorresistencia restante se maximizan y minimizan en los mismos desplazamientos de fase, es decir, en un desplazamiento de fase de 180º y de 90º, respectivamente, tanto en la Fig. 10 como en la Fig. 11. En consecuencia, parece que los cambios en el desplazamiento de fase dan como resultado efectos brutos del plasma, es decir, no localizados ni en el borde de la oblea ni en el centro de la oblea. Por lo tanto, se espera, según un aspecto de la presente invención, que los cambios en la diferencia de fase afecten la calidad protectora de la capa fotorresistente por toda la oblea.

Las Figs. 12 y 13 ilustran el efecto del desplazamiento de fase sobre la dimensión crítica (DC) en el centro de la oblea y en el borde de la oblea, respectivamente. La dimensión crítica (DC) representa la medición, posterior a la grabación, del ancho de línea. Las máximas mediciones de la dimensión crítica se obtuvieron cuando los generadores estaban en la condición de alta polarización y en fase, y cuando la erosión de la fotorresistencia estaba en un valor máximo. Una alta magnitud de erosión de la fotorresistencia quita poder de reacción a la pared lateral en un mayor grado, para proteger el aluminio de la erosión, lo que da como resultado más protección para las líneas y una mayor medición de la DC. Las mediciones mínimas de la dimensión crítica tienen lugar, tanto en el centro de la oblea como en el borde de la oblea, cuando los generadores están funcionando con un desplazamiento de fase de unos 180º y, como se muestra en la Fig. 8, la velocidad de grabación de la fotorresistencia está en su valor mínimo. Como hay menos erosión de fotorresistencia, tiene lugar una menor privación de poder de reacción de la pared lateral. Como se muestra en las Figs. 12 y 13, los cambios en el desplazamiento de fase entre los generadores dan como resultado cambios en la dimensión crítica. Estas figuras sugieren que puede minimizarse la socavación de la pared lateral de aluminio, según un aspecto de la presente invención, cambiando sencillamente el desplazamiento de fase entre los generadores.

La Fig. 14 muestra las etapas involucradas en un procedimiento de grabación, en el cual la diferencia de fase entre las señales de RF suministradas por las fuentes de alimentación de RF está controlada, ya sea activa o pasivamente, para lograr los resultados deseados del procedimiento. En la etapa 500, la oblea está preparada para la grabación en una etapa de pregrabación convencional. Las etapas de pregrabación pueden incluir, por ejemplo, etapas de fotolitografía convencional, la sujeción de la oblea sobre el mandril, la estabilización de la presión dentro de la cámara de procesamiento de plasma y la introducción de gas refrigerante de helio en el lado opuesto de la oblea para facilitar la transferencia térmica entre la oblea y el mandril, entre otras.

En la etapa 502, la diferencia de fase entre las señales de RF proporcionadas por las fuentes de alimentación de RF se controla, p. ej., utilizando el circuito de la Fig. 2A. Como se ha mencionado anteriormente, el control puede ser pasivo (es decir, garantizar que la diferencia de fase no varía con respecto a un valor predefinido) o activo (es decir, controlar activamente la diferencia de fase para que coincida con un valor de diferencia de fase especificado por el usuario). En la etapa 504, se graba al menos una porción de una capa de la pila de capas de la oblea mientras se controla la diferencia de fase. Observe que, aunque esta etapa 504 tiene lugar después de la etapa 502, el control de la diferencia de fase continúa preferiblemente durante la grabación. Además, la etapa 504 puede iniciarse antes de, simultáneamente con, o después de la iniciación de la etapa 502.

En la etapa 506, la oblea puede someterse a etapas adicionales de procesamiento a fin de fabricar los componentes deseados, así como a etapas de procesamiento tras la grabación, que son convencionales por naturaleza. Después de ello, la oblea acabada puede cortarse en discos, que pueden convertirse luego en chips de circuitos integrados. Los chips de circuitos integrados resultantes, p. ej., los chips de circuitos integrados 140 de la Fig. 1, pueden incorporarse luego a un dispositivo electrónico, p. ej., cualquiera de los bien conocidos dispositivos comerciales o de electrónica de consumo, incluyendo los ordenadores digitales.

Claims

1. Un sistema de procesamiento de plasma, a fin de generar plasma para su empleo en la fabricación de semiconductores, teniendo dicho sistema de procesamiento de plasma una primera fuente de alimentación (404) de radiofrecuencia (RF) para emitir una primera señal de RF a un primer electrodo (412) y una segunda fuente de alimentación (402) de RF para emitir una segunda señal de RF a un segundo electrodo (418), estando acoplada dicha segunda fuente de alimentación de RF con dicha primera fuente de alimentación de RF como una fuente esclava de alimentación de RF, en una configuración de maestro y esclavo, comprendiendo dicho sistema de procesamiento de plasma un circuito de control, que incluye:

un primer circuito sensor (414) acoplado con dicho primer electrodo para detectar una fase de dicha primera señal de RF;

un primer circuito de apareo (410) conectado entre la primera fuente de alimentación de RF y el primer electrodo;

un segundo circuito sensor (416) acoplado con dicho segundo electrodo para detectar una fase de dicha segunda señal de RF;

un segundo circuito de apareo (408) conectado entre la segunda fuente de alimentación de RF y el segundo electrodo;

un circuito mezclador (420) acoplado con dicho primer circuito sensor y con dicho segundo circuito sensor, para detectar una diferencia de fase entre dicha primera señal de RF y dicha segunda señal de RF, y para emitir una primera señal que representa dicha diferencia de fase;

un servocircuito de fase (422) acoplado con dicha segunda fuente de alimentación de RF y con dicho circuito mezclador, emitiendo dicho servocircuito de fase, en respuesta a dicha primera señal y a una señal (424) de determinación puntual de control de fase, una señal de control a dicha segunda fuente de alimentación de RF para modificar una fase de dicha segunda señal de RF, causando por ello que dicha diferencia de fase se aproxime a un valor de diferencia de fase representado por dicha señal de determinación puntual de control de fase,

y caracterizado porque:

el primer circuito sensor (414) está conectado entre el primer circuito de apareo (410) y el primer electrodo (412);

el segundo circuito sensor (414) está conectado entre el segundo circuito de apareo (408) y el segundo electrodo (418),

y en donde el primer o segundo electrodo representa a un electrodo superior de dicho sistema de procesamiento de plasma para la generación inductiva de plasma en una cámara (406) de procesamiento de plasma.

2. El sistema de procesamiento de plasma de la reivindicación 1, en el cual dicha señal de determinación puntual de control de fase es una señal predefinida.

3. El sistema de procesamiento de plasma de la reivindicación 1, en el cual dicha señal de determinación puntual de control de fase es una señal variable por el usuario para controlar activamente dicha diferencia de fase.

4. El sistema de procesamiento de plasma de cualquier reivindicación precedente, en el cual dicho circuito de control comprende adicionalmente:

un circuito (440) de medición de polarización para medir un voltaje CA entre picos de RF del mandril;

un circuito (442) de control de polarización máxima acoplado con dicho circuito de medición de polarización y una señal de determinación puntual de polarización, emitiendo dicho circuito de control de polarización máxima una señal de error a dicho servocircuito de fase, para causar que dicha segunda fuente de alimentación de RF, en respuesta a dicha señal de control desde dicho servocircuito de fase, modifique dicha fase de dicha segunda señal de RF, causando por ello que dicho voltaje CA entre picos de RF del mandril se aproxime a un voltaje entre picos de RF, representado por dicha señal de determinación puntual de polarización.

5. El sistema de procesamiento de plasma de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho circuito de control comprende adicionalmente:

un circuito (440) de medición de polarización para medir un voltaje CC sobre una oblea que está siendo procesada en dicho sistema de procesamiento de plasma;

un circuito (442) de control de polarización máxima acoplado con dicho circuito de medición de polarización y una señal de determinación puntual de polarización, emitiendo dicho circuito de control de polarización máxima una señal de error a dicho servocircuito de fase para causar que dicha segunda fuente de alimentación de RF, en respuesta a dicha señal de control desde dicho servocircuito de fase, modifique dicha fase de dicha segunda señal de RF, causando por ello que dicho voltaje CC en dicha oblea se aproxime a un voltaje CC ingresado por el usuario, representado por dicha señal de determinación puntual de polarización.