TW202312218A - 具有離子能量控制的電漿激發 - Google Patents
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Abstract
本文提供的實施例通常包括用於在處理腔室中產生用於基板的電漿處理的波形的設備、電漿處理系統及方法。一個實施例包括一種波形產生器，該波形產生器具有選擇性地耦合至輸出節點的電壓源，其中該輸出節點經配置以耦合至安置在處理腔室內的電極，並且其中該輸出節點經選擇性地耦合至接地節點。波形產生器亦可包括射頻(RF)信號產生器，以及耦合在RF信號產生器與輸出節點之間的第一濾波器。
Description
本案之實施例通常係關於用於半導體裝置製造的系統。更特定言之，本案之實施例係關於用於處理基板的電漿處理系統。
可靠地生產高深寬比特征為對於下一代半導體裝置的關鍵技術挑戰之一者。一種形成高深寬比特徵的方法使用電漿輔助蝕刻製程，其中電漿在處理腔室中形成並且來自電漿的離子經朝向基板表面加速以在材料層中形成開口，該材料層安置在形成於基板表面上的遮罩層下方。
在典型的電漿輔助蝕刻製程中，基板位於安置在處理腔室中的基板支撐件上，電漿形成在基板上，並且離子從電漿橫跨電漿鞘（亦即，在電漿與基板表面之間形成的電子耗盡區）朝向基板加速。
已經發現，傳統的射頻(radio frequency; RF)電漿輔助蝕刻製程僅將包含射頻信號的正弦波形傳遞至電漿處理腔室中的電極之一或多者，該製程無法充分或理想地控制鞘特性及經產生的離子能量，如此導致不期望的電漿處理結果。該不期望的處理結果可包括遮罩層的過渡濺射及在高深寬比特徵中的側壁缺陷的產生。
因此，在本技術中需要能夠提供期望的電漿輔助蝕刻製程結果的電漿處理及偏壓方法。
本文提供的實施例通常包括用於在處理腔室中產生用於基板的電漿處理的波形的設備、電漿處理系統及方法。
本案之一個實施例係針對用於電漿處理的波形產生器。波形產生器通常包括選擇性地耦合到輸出節點的電壓源，其中該輸出節點經配置以耦合至安置在處理腔室內的電極，並且其中該輸出節點選擇性地耦合至接地節點、射頻(RF)信號產生器，以及耦合在RF信號產生器與輸出節點之間的第一濾波器。
本案之一個實施例係針對一種用於波形產生的方法。該方法通常包括在波形的第一階段期間將電壓源耦接至輸出節點，其中該輸出節點耦接至安置在處理腔室之內的電極；並且在波形的第二階段期間將接地節點耦接至輸出節點，其中射頻信號產生器經由濾波器耦接至輸出節點。
本案之一個實施例係針對一種用於波形產生的設備。該設備通常包括記憶體，及耦接至該記憶體的一或多個處理器。該記憶體及該一或多個處理器經配置以：在波形的第一階段期間將電壓源耦接至輸出節點，其中該輸出節點耦接至安置在處理腔室之內的電極；並且在波形的第二階段期間將接地節點耦接至輸出節點，其中射頻信號產生器經由濾波器耦接至輸出節點。
隨著技術節點朝著2 nm前進，製造具有較大深寬比的較小特徵涉及電漿處理的原子精度。對於其中電漿離子發揮重要作用的蝕刻製程，離子能量控制對半導體設備行業產生挑戰。傳統的射頻偏壓技術使用正弦波來激發電漿並且加速離子。
本案之一些實施例通常係針對用於產生用於控制離子能量分佈(ion energy distribution; IED)的波形的技術。例如，脈衝電壓波形及射頻(RF)波形可施加於電漿腔室中的相同節點以在IED功能中實施低能量峰值及高能量峰值，在低能量峰值與高能量峰值之間幾乎沒有中間能量，如在本文中更詳細描述的。與高能量峰值相關聯的離子具有能量及方向性，以到達經蝕刻的高深寬比特徵的底部並且實現蝕刻反應。儘管具有低能量的離子無法在蝕刻期間到達特徵的底部，但是低能量離子對於蝕刻製程仍然重要。具有中間能量的離子對蝕刻製程並無益處，因為該等離子不具有所需的方向性，並且會撞擊正經蝕刻的特徵的側壁，經常導致經蝕刻特徵中的側壁出現不期望的彎曲。一些實施例係針對用於產生具有高能量和低能量峰值的波形的技術，其中幾乎沒有或無中間能量離子。
電漿處理系統實例
第1圖為經配置以執行本文所述的電漿處理方法的一或多者的處理系統10的示意橫截面圖。在一些實施例中，處理系統10經配置以用於電漿輔助蝕刻製程，諸如反應性離子蝕刻(reactive ion etch; RIE)電漿處理。然而，應該注意的是，本文描述的實施例亦可與經配置用於其他電漿輔助製程的處理系統一起使用，諸如電漿增強沉積製程，例如電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)製程、電漿增強物理氣相沉積(plasma-enhanced physical vapor deposition; PEPVD)製程、電漿增強原子層沉積(plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD)製程、電漿處理製程或基於電漿的離子注入製程，例如電漿摻雜(plasma doping; PLAD)製程。
如圖所示，處理系統10經配置以形成電容耦合電漿(capacitively coupled plasma; CCP)，其中處理腔室100包括安置在處理容積129中的上電極（例如，腔室蓋），該上電極面向亦安置在處理容積129中的下電極（例如，基板支撐組件136）。在典型的電容耦合電漿(CCP)處理系統中，射頻(RF)源經電耦合至上電極或下電極之一者，該電極傳遞經配置以點燃且維持電漿（例如，電漿101）的射頻信號，該電漿經電容耦合至上電極及下電極之一者並且安置在該上電極與下電極之間的處理區域中。典型地，上電極或下電極中的相對一者經耦接至地或耦接至第二射頻電源用於額外的電漿激發。如圖所示，處理系統10包括處理腔室100、支撐組件136，及系統控制器126。
處理腔室100典型地包括腔室主體113，該腔室主體包括腔室蓋123、一或多個側壁122，及腔室基座124，上述各者共同地界定處理容積129。一個或多個側壁122和腔室底座124通常包括各種材料，該等材料經尺寸及形狀設計以形成處理腔室100的元件的結構支撐並且經配置以承受施加到該等結構支撐的壓力和附加能量，同時在處理期間，電漿101在保持於處理腔室100的處理容積129中的真空環境中產生。在一個實例中，一或多個側壁122及腔室基座124係由金屬形成，諸如鋁、鋁合金或不銹鋼合金。
穿過腔室蓋123安置的氣體入口128用於從與其流體連通的處理氣體源119向處理容積129輸送一或多種處理氣體。基板103經由一或多個側壁122中的一者中之開口（未圖示）裝載至處理容積129中，或從該處理容積129移除，該開口在基板103的電漿處理期間用狹縫閥（未圖示）密封。
在一些實施例中，穿過在基板支撐組件136中形成的開口可移動安置的複數個升舉銷206用於促進基板往返於支撐表面105A的移送。在一些實施例中，複數個升舉銷20經安置在升舉銷箍（未圖示）上方並且與其耦接及/或接合，該升舉銷箍安置在處理容積129中。升舉銷箍可經耦接至穿過腔室基座124密封地延伸的軸（未圖示）。該軸可經耦接至用於升高或降低升舉銷箍的致動器（未圖示）。當升舉銷箍處於升高位置時，其與複數個升舉銷20接合以將升舉銷的上表面升高到基板支撐表面105A上方，從而將基板103從其提升並且使得能夠經由機器人處理機（未圖示）能夠接近基板103的非活動（背側）表面。當升舉銷箍處於降低位置時，複數個升舉銷20與基板支撐表面105A齊平或凹陷在基板支撐表面105A下方，並且基板103擱置在該基板支撐表面上。
亦在本文中稱為處理腔室控制器的系統控制器126包括中央處理單元(central processing unit; CPU) 133、記憶體134，及支援電路135。系統控制器126用以控制用於處理基板103的製程序列，包括本文所述的基板偏置方法。CPU 133為經配置用於工業環境中的通用電腦處理器，用於控制處理腔室及與其相關的子處理器。本文所述的記憶體134（其通常為非揮發性記憶體）可包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟驅動器，或其他適當形式的本端或遠端的數位儲存器。支援電路135習知地耦接至CPU 133並且包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源等等，及上述各者的組合。軟體指令（程式）及資料可經編碼及儲存在用於指示CPU 133內的處理器的記憶體134之內。系統控制器126中的CPU 133可讀的軟體程式（或電腦指令）確定何任務可由處理系統10中的元件執行。
典型地，可由系統控制器126中的CPU 133讀取的程式包括代碼，當由處理器(CPU 133)執行時，該代碼進行與本文所述的電漿處理方案相關的任務。該程式可包括用於控制處理系統10內的各種硬體及電子元件的指令，以執行用於實施本文所述的方法的各種製程任務及各種製程序列。在一個實施例中，該程式包括用於執行下文關於第8圖描述的一或多個操作的指令。
電漿控制系統通常包括用於在偏壓電極104處建立至少第一脈衝電壓(pulsed voltage; PV)波形的第一源組件196，以及用於在邊緣控制電極115處建立至少第二PV波形的第二源組件197。第一PV波形或第二PV波形可使用波形產生器組件150內的一或多個元件產生，波形產生器組件150可對應於如本文中關於第4圖及第5圖更詳細描述的波形產生器。在一些實施例中，波形產生器將射頻信號傳送至支撐基座107（例如，電源電極或陰極）或偏壓電極104，偏壓電極104可用於在設置於基板支撐組件136與腔室蓋123之間的處理區域中產生（維持及/或點燃）電漿101。
在一些實施例中，射頻信號用於使用安置在處理容積129中的處理氣體及由傳送至支撐基座107及/或偏壓電極104的射頻功率（射頻信號）產生的場來點燃和維持處理電漿101。在一些態樣中，射頻信號可由波形產生器組件150產生。處理容積129經由真空出口120與一或多個專用真空泵流體耦接，該一或多個專用真空泵將處理容積129保持在低於大氣壓的壓力條件下並從中排空處理及/或其他氣體。在一些實施例中，設置在處理容積129中的基板支撐組件136經安置在支撐軸138上，支撐軸138接地並延伸穿過腔室基座124。波形產生器組件150可包括射頻產生器506，如第5圖中所示。如第5圖中所示，在一些實施例中，射頻產生器506可使用射頻信號源580和射頻匹配網路582來實施。在一些實施例中，如下文進一步論述的，射頻產生器506經配置以傳送具有大於40 MHz，諸如在大約40 Mhz與大約200 MHz之間的頻率的射頻信號。
如上簡要論述，基板支撐組件136通常包括基板支撐件105（例如，ESC基板支撐件）及支撐基座107。在一些實施例中，基板支撐組件136可另外包括絕緣板111及接地板112，如下文進一步論述的。支撐基座107經由絕緣板111與腔室基座124電隔離，且接地板112介於絕緣板111與腔室基座124之間。基板支撐件105熱耦接至並安置在支撐基座107上。在一些實施例中，支撐基座107經配置以在基板處理期間調節基板支撐件105及安置在基板支撐件105上的基板103的溫度。在一些實施例中，支撐基座107包括安置在其中的一或多個冷卻通道（未圖示），該一或多個冷卻通道與冷卻劑源（未圖示）流體耦接且流體連通，該冷卻劑源諸如具有相對高電阻的致冷劑源或水源。在一些實施例中，基板支撐件105包括加熱器（未圖示），諸如嵌入其介電材料中的電阻加熱元件。在此，支撐基座107由耐腐蝕導熱材料形成，諸如耐腐蝕金屬，例如鋁、鋁合金或不銹鋼，並且經由黏合劑或藉由機械方式耦接至基板支撐件。
通常，基板支撐件105由介電材料形成，諸如塊狀燒結陶瓷材料，諸如耐腐蝕金屬氧化物或金屬氮化物材料，例如氧化鋁(Al
2O
3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、氧化釔(Y
2O
3)、上述材料的混合物或上述材料的組合。在本文的實施例中，基板支撐件105進一步包括嵌入其介電材料中的偏壓電極104。
在一製冷配置中，偏壓電極104是一種夾持電桿，該夾持電桿用於將基板103固定（亦即，夾持）至基板支撐件105的基板支撐表面105A，並且使用本文所述的一或多種脈衝電壓偏壓方案相對於處理電漿101偏壓基板103。通常，偏壓電極104由一或多個導電部分形成，諸如一或多個金屬網、箔、板或上述各者的組合。
在一些實施例中，偏壓電極104電耦接至夾持網路，該夾持網路使用電導體，諸如同軸電力輸送線106（例如，同軸電纜），向偏壓電極104提供夾持電壓，諸如約-5000 V與約5000 V之間的靜態直流電壓。如下文將進一步討論的，夾持網路包括直流電源155（諸如，高壓直流(High Voltage Direct Current; HVDC)電源）及濾波器151（例如，低通濾波器）。
基板支撐組件136可進一步包括邊緣控制電極115，邊緣控制電極115位於邊緣環114下方並圍繞偏壓電極104，及/或安置為距偏壓電極104的中心一定距離處。通常，對於經配置以處理圓形基板的處理腔室100，邊緣控制電極115為環形，且由導電材料製成，並且經配置以圍繞偏壓電極104的至少一部分。在一些實施例中，諸如第1圖中所示，邊緣控制電極115位於基板支撐件105的區域內。在一些實施例中，如第1圖中所示，邊緣控制電極115包括導電網、箔及/或板，其經安置為距基板支撐件105的基板支撐表面105A與偏壓電極104相似的距離（亦即，Z方向）。
邊緣控制電極115可經由使用一波形產生器組件來偏壓，該波形產生器組件不同於用以將偏壓電極104偏壓的波形產生器組件150。在一些實施例中，邊緣控制電極115可經由使用波形產生器組件150來偏壓，該波形產生器組件150亦用於藉由將部分功率分配給邊緣控制電極115來將偏壓電極104偏壓。在一種配置中，第一源組件196的第一波形產生器組件150經配置以將偏壓電極104偏壓，並且第二源組件197的第二波形產生器組件150經配置以將邊緣控制電極115偏壓。
電力輸送線157將第一源組件196的波形產生器組件150的輸出電連接至偏壓電極104。雖然下文的討論主要論述了用於將波形產生器組件150耦合至偏壓電極104的第一源組件196的電力輸送線157，但是將波形產生器組件150耦接至邊緣控制電極115的第二源組件197的電力輸送線158將包括相同或相似的元件。電力輸送線157的各個部分內的電導體可包括：(a)一根同軸電纜或同軸電纜的組合，諸如與剛性同軸電纜串列連接的撓性同軸電纜，(b)絕緣高壓耐電暈連接線，(c)裸線，(d)金屬棒，(e)電連接器，或(f) (a)-(e)中的電氣元件之任一組合。
在一些實施例中，處理腔室100進一步包括石英管110或套環，其至少部分地包圍基板支撐組件136的部分，以防止基板支撐件105及/或支撐基座107與腐蝕性處理氣體或電漿、清潔氣體或電漿或其副產物接觸。通常，石英管110、絕緣板111及接地板112由襯墊108包圍。在一些實施例中，電漿螢幕109位於陰極襯墊108與側壁122之間，以防止電漿在電漿螢幕109下方的襯墊108與一或多個側壁122之間的容積中形成。
第2A圖圖示可在處理腔室的電極處建立的電壓波形。第2B圖圖示歸因於不同的電壓波形而在基板處建立的不同類型的電壓波形225及230的實例，類似於分別在處理腔室內的電極處建立的第2A圖中所示的電壓波形。波形包括兩個階段：離子電流階段及鞘塌陷階段，如圖所示。在離子電流階段開始時，基板電壓的下降在基板上方產生高壓鞘，將正離子加速至基板。在離子電流階段期間轟擊基板表面的正離子在基板表面沉積正電荷，若不進行補償，則會導致在離子電流階段期間正向逐漸增加基板電壓，如由第2B圖中的電壓波形225所示。然而，如由電壓波形225所示，基板表面上正電荷的不受控制的積累不期望地逐漸使鞘和卡盤電容器放電，緩慢降低鞘電壓降並使基板電位更接近於零。正電荷的積累導致在基板上建立的電壓波形中的電壓下降（第2B圖）。然而，如第2A圖中所示，可產生在離子電流階段期間於具有負斜率的電極處建立的電壓波形，以便為經建立的基板電壓波形建立方形區域（例如，接近零斜率），如由第2B圖中的曲線230所示。在離子電流階段期間於電極處建立的波形中實現斜率可稱為電流補償。離子電流階段的開始與結束之間的電壓差決定了離子能量分佈函數(ion energy distribution function; IEDF)的寬度。電壓差越大，IEDF寬度越寬。為了達成單能離子及更窄的IEDF寬度，操作經執行以使用電流補償使離子電流階段中的基板電壓波形變平。在本案的一些實施例中，射頻信號疊加在第2A圖中所示的電壓波形上。
波形產生的產生技術
本發明的某些實施例通常係針對波形產生技術，該技術促進使用同時電漿產生和離子能量分佈(IED)控制對基板進行電漿處理，同時減少在經蝕刻高深寬比特徵中形成的不期望的IED彎曲輪廓。例如，脈衝電壓(PV)波形可用疊加在PV波形上的射頻信號產生。在一些實施例中，經產生的波形亦可包括斜坡信號以促進電流補償，如本文所述。
第3A圖圖示當使用單個射頻頻率激發波形時的典型IED。如圖所示，IED具有雙模態形狀，具有高能量峰值306、低能量峰值302及中等能量離子（例如，與中等能量區域304相關聯）。從電漿蝕刻製程的態樣來看，僅有處於或接近高能量峰值的離子才具有能量和方向性以克服在經蝕刻材料中產生的離子產生的充電效應，並到達特徵的底部且進行蝕刻反應。具有中間能量的離子對蝕刻製程並無益處，因為該等離子不具有方向性，並且將傾向於會撞擊特徵的側壁，經常導致不期望的IED彎曲輪廓。低能量離子對於蝕刻蝕刻很重要，因為該等離子可清潔遮罩表面並保持遮罩層的形狀，防止孔堵塞。本案的一些實施例係針對創建具有高能量峰值和低能量峰值的能量分佈，在高能量峰值與低能量峰值之間幾乎沒有或無中間能量。
第3B圖為圖示根據本案之某些實施例的IED函數(IED function; IEDF)的示圖。如圖所示，IEDF包括低能量峰值301及高能量峰值303。與低能量峰值相關的能量可小於幾百eV（例如，小於1K eV），並且與高能量峰值相關的能量可為幾百eV至數万eV，取決於待在基板中形成的特徵的深寬比。例如，在某些情況下，與高能量峰值相關的能量可在4k eV至10k eV之間。如圖所示，在低能量峰值301與高能量峰值303之間不存在離子（或至少少於傳統實施方式）。一些實施例係針對用於使用波形裁製技術實施第3B圖中所示的離子能量分佈的技術，如本文中更詳細地論述。
第4圖圖示根據本案的某些實施例的，使用波形產生器產生的波形400。如圖所示，波形400包括波形區域401及405。波形區域401包括疊加有射頻信號404的直流(DC)信號，並且波形區域405包括疊加有射頻信號404的電壓斜坡（例如，用於電流補償）。
射頻信號404維持腔室中的電漿並產生關於第3B圖描述的低能量峰值301。在一些實施例中，射頻信號404可具有40 Mhz到200 MHz之間的頻率。射頻信號404的頻率可高於離子鞘渡越頻率。在此情況下，穿過鞘層厚度的平均離子渡越時間長於射頻信號404的週期，導致離子經歷射頻信號404的多個週期並獲得與多個週期相關的平均能量以產生低能量峰值301。因此，離子由射頻信號404引起的平均鞘電位加速，以使得單個離子能量峰值得以達成。高頻射頻激發產生具有單能量峰值的離子。換言之，穿過鞘的離子經歷由射頻信號404驅動的平均鞘電位，產生單個離子能量峰值而非連續的能量分佈。
在脈衝波形週期的一部分期間，歸因於脈衝階躍的上升邊緣402，電漿體電子經吸引至基板（例如基板103）的表面。然而，電漿體電子可能無法建立負直流鞘電位以產生更高的能量峰值303。基板表面與電極（例如，支撐基座107）形成電容元件（例如，稱為靜電吸盤電容器（C
esc）），在一些實施例中，該電容元件包括安置在偏壓電極104與基板支撐表面105A之間的基板支撐件105的介電材料層，如第1圖中所示。電極上存在等量的正電荷（例如，與基板上的負電荷相比）以抵消由電漿體電子產生的場。在波形400的下降沿403，歸因於將波形施加至電極，離子被電子中和。因此，在基板表面上建立了負直流鞘電位。此為更高能量峰值303的起源。直流鞘電位
(V
dc)
或更高的離子能量可基於以下公式使用下降沿(
Δ V)的幅度及C
esc與鞘電容(
C
sheath )之間的比率來近似計算：
因此，波形區域401用於維持腔室中的電漿（例如，同時產生較低能量峰值301）並為較高能量峰值303建立直流鞘電位。
當進入的離子中和基板表面上的電子時，若無補償手段，則直流鞘電位會降低。因此，入射至基板上的離子將不是單能的。在一些實施例中，在波形區域405期間實施電壓斜坡以向電極供應增加量的電子以抵消由於進入離子而由正電荷引起的另外增加的電場，從而保持恆定的鞘電位（單能量峰值）。用於實現斜坡的直流電源電流可經控制以均衡和補償在離子電流階段期間提供的離子電流。離子電流(
I
ion )可藉由使用離子能量診斷來校準，或基於以下公式藉由對電極電壓(V0)（例如，計算V0的時間導數）和鞘電勢的值取樣來計算：
如圖所示，射頻信號404亦可在區域405期間疊加在斜坡信號上以繼續維持腔室中的電漿（例如，同時產生較低能量峰值301）並為較高能量峰值303建立直流鞘電位。
第5圖圖示根據本案之某些實施例的，用於偏壓基板以達成IED控制的波形產生器500的示例性實施。波形產生器500可用於實現波形產生器組件150，如關於第1圖所述。如圖所示，波形產生器500可產生關於第4圖所述的波形400。
波形產生器500包括用於在波形區域401期間實現正電壓的主電壓源502（例如，直流電壓源）、用於在波形區域405期間實現斜坡電壓的電流源505及用於提供射頻信號404的RF產生器506（亦稱為射頻信號產生器）。波形產生器500在輸出節點504處產生波形400。輸出節點504可經耦接至基板支撐件105（例如，陶瓷圓盤）或支撐基座107中的偏壓電極104。若輸出節點504耦接至支撐基底107，則輸出節點504與基板103之間的總電容(例如，1/C
總= 1/C
esc+ 1/C
SB，其中C
SB為安置在支撐基底107與偏壓電極104之間的介電層的電容）將大於輸出節點504耦接至偏壓電極104(例如，C
esc)時的總電容。較大的電容可導致跨C
esc的電壓降較低，而鞘套上的電壓降更大。
如圖所示，開關520（例如高壓固態繼電器）可耦接在主電壓源502與輸出節點504之間，並且開關522（例如高壓固態繼電器）可耦接在接地節點508與輸出節點504之間。如圖所示，RF濾波器540可在電壓源502與開關520之間的路徑中實現，RF濾波器542可在接地節點508與開關522之間的路徑中實現，並且RF濾波器544可在電流源505與輸出節點504之間實現。RF濾波器540、542、544可經實現為低通濾波器，該低通濾波器經配置以阻擋從RF產生器506提供的RF信號。電壓源502及電流源505係由各自的RF濾波器540、544保護而免受RF產生器506輸出的影響。換言之，RF濾波器540、544經配置以阻擋從RF產生器506提供的高頻RF信號。當開關522閉合時，接地節點508經由RF濾波器542（例如，低通濾波器）與RF產生器506隔離。在一些實施例中，RF濾波器540、542、544中的每一者可實現為並聯LC拓撲，如第6圖中所示。
第6圖圖示具有電容元件602及電感元件604的並聯LC濾波器拓撲600。如圖所示，電容元件602可並聯耦接至電感元件604並且耦接在節點610、612之間。RF濾波器540、542、544中的每一者可使用並聯LC濾波器拓撲600實施。例如，對於RF濾波器542，節點610可經耦接至接地節點508並且節點612可經耦接至開關522。作為一個實例，對於40 MHz的RF信號，電容元件602可為100皮法(pF)，而電感元件604可為158奈亨(nH)以阻擋40 MHz的RF信號。換言之，LC濾波器拓撲600為有效地充當40 Mhz信號的開路的諧振電路，將電壓源502、接地節點508或電流源505與40 MHz的RF信號隔離開。
第7圖為圖示根據本案的某些實施例的開關520（標記為「S1」）和開關522（標記為「S2」）的狀態的時序圖700。如圖所示，開關520、522沒有同時閉合以避免電壓源502與接地節點508電短路。在一些實施例中，在波形週期（例如，波形400的週期）的階段1期間，開關520可閉合以產生如第4圖中所示的上升沿402。開關520可閉合範圍從20 ns至2000 ns的時間段，以允許在基板表面收集足夠數目的電子。在與波形區域401相關的週期之後，可打開開關520並且可閉合開關522以在波形週期的階段2期間產生下降沿403。在斷開開關S1之後，開關S2可閉合10 ns至100 ns的時間段。
在一些實施例中，在階段1期間，當開關S1閉合時，正電荷積聚在第1圖中所示的基板103上。歸因於電容效應，基板103上的電壓無法瞬時改變。因此，在階段2期間，一旦開關S1打開並且開關S2閉合，輸出節點504（例如，第1圖所示的電極104處）的電壓從正電壓下降至負電壓，如第4圖中所示。據信從正電壓至負電壓的下降是由於在電極104上形成負電荷以抵消基板104上的正電荷。換言之，基板103上的正電荷將電子吸引至電極104，導致在開關S2閉合時於輸出節點504處下降至負電壓。
在波形週期的第三階段期間，開關520、522皆保持打開。如第5圖中所示，RF產生器506和電流源505可一直連接至輸出節點504（例如，連接至腔室）。在一些實施例中，高通濾波器546可耦接在RF產生器506與輸出節點504之間。高通濾波器546將RF產生器與輸出節點504處的DC分量（例如，當開關520閉合時由電流源505、電壓源502引起或當開關522閉合時由接地節點508引起）隔離。在一些實施例中，高通濾波器546可實現為交流(alternating current; AC)阻擋電容器。
在一些實施例中，阻抗570可經耦接在電流源505的輸出與接地節點之間，以在開關520閉合時分流來自電流源505的輸出電流。換言之，歸因於電壓源502與輸出節點504的耦接，可能發生突然的阻抗變化。一旦開關520閉合，阻抗570提供電流從電流源505至地面的流動路徑，允許在上升沿402之後來自電流源505的電流逐漸減小。如圖所示，阻抗570可使用具有電感元件574及電阻元件572的電感電阻器(RL)電路來實現。當使用40 MHz的RF信號時，電感元件的阻抗可為2微亨(mH)，且電阻元件572的電阻可為100歐姆。
本案的實施例提供了一種製程有利的雙峰值IED及一種在基板表面上實現該IED的方法，用於具有同時電漿激發及維持的電漿處理腔室。與傳統的離子能量控制技術相比，本案的實施例的一個優點是同時產生電漿及IED控制。在一個PV波形週期完成之後，複數個額外的PV波形週期將連續重複多次，如第4圖中重複的第二電壓波形週期的部分說明所示。在一些實施例中，在電極處建立的電壓波形具有導通時間，該導通時間經定義為離子電流時間週期（例如，波形區域405的長度）與波形週期T
p（例如，波形區域401的長度+波形區域405的長度）之比率，其大於50%，或大於70%，諸如在80%與95%之間。在一些實施例中，具有約2.5 μs的週期T
p的波形週期的PV波形在具有約100微秒(μs)與約10毫秒(ms)之間的叢發週期的PV波形叢發內連續重複。PV波形的叢發可具有約5%至100%之間，諸如約50%與約95%之間的叢發工作週期，其中該工作週期為叢發週期除以叢發週期加上分隔叢發週期的非叢發週期（亦即，不產生PV波形）的比率。
第8圖為圖示用於波形產生的方法800的製程流程圖。方法800可由波形產生系統來執行，該波形產生系統包括諸如波形產生器500的波形產生器及/或諸如系統控制器126的系統控制器。
在活動802處，波形產生系統在波形（例如，波形400）的第一階段（例如，第7圖中所示的階段1）期間將電壓源（例如，電壓源502）耦合至（例如，藉由閉合開關520）輸出節點（例如，輸出節點504）。輸出節點可經耦合至安置在處理腔室（例如，處理腔室100）內的電極。例如，輸出節點可經耦合至電極104或支撐基座107。
在活動804處，波形產生系統在波形的第二階段（例如，第7圖中所示的階段2）期間將接地節點（例如，接地節點508）耦合至（例如，藉由閉合開關522）輸出節點。在一些實施例中，RF信號產生器（例如，RF產生器506）在第一階段期間經由濾波器（例如濾波器546）耦合至輸出節點。RF信號產生器可在波形的第一階段、第二階段及第三階段（例如，第7圖中所示的階段3）期間耦合至輸出節點。在第三階段期間，電壓源和接地節點與輸出節點去耦合（例如，藉由斷開開關520、522）。在一些實施例中，電壓源經由濾波器（例如，濾波器540）耦合至輸出節點，並且接地節點經由濾波器（例如，濾波器542）耦合至輸出節點。
在一些實施例中，電流源（例如，電流源505）在波形的第三階段期間耦合至輸出節點，電壓源和接地節點在第三階段期間與輸出節點去耦合。電流源可經由濾波器（例如，濾波器544）耦合至輸出節點。
本文使用的術語「耦合」是指兩個物體之間的直接或間接耦合。例如，若物體A與物體B實體接觸，物體B與物體C接觸，則物體A和C仍可被視為彼此耦合——即使物體A和C不直接實體接觸彼此。例如，即使第一物體從未與第二物體直接實體接觸，第一物體也亦可耦合至第二物體。
雖然前述內容係針對本案的各個實施例，但是可在不背離本案的基本範疇的情況下設計本案之其他及進一步實施例，且本發明的範疇由以下的申請專利範圍確定。
10:處理系統
100:處理腔室
101:電漿
103:基板
104:偏壓電極
105:基板支撐件
105A:基板支撐表面
106:同軸電力輸送線
107:支撐基座
108:襯墊
109:電漿螢幕
110:石英管
111:絕緣板
112:接地板
113:腔室主體
114:邊緣環
115:邊緣控制電極
119:處理氣體源
120:真空出口
122:側壁
123:腔室蓋
124:腔室基座
126:系統控制器
128:氣體入口
129:處理容積
129:處理容積
133:中央處理單元
134:記憶體
135:支援電路
136:基板支撐組件
138:支撐軸
150:波形產生器組件
151:濾波器
155:直流電源
157:電力輸送線
158:電力輸送線
196:第一源組件
197:第二源組件
225:電壓波形
230:電壓波形
301:低能量峰值
302:低能量峰值
303:高能量峰值
304:中等能量區域
306:高能量峰值
400:波形
401:波形區域
402:上升沿
403:下降沿
404:射頻信號
405:波形區域
500:波形產生器
502:主電壓源
504:輸出節點
505:電流源
506:RF產生器
508:接地節點
520:開關
522:閉合開關
540:RF濾波器
542:RF濾波器
544:RF濾波器
546:高通濾波器
570:阻抗
572:電阻元件
574:電感元件
580:射頻信號源
582:射頻匹配網路
600:並聯LC濾波器拓撲
602:電容元件
604:電感元件
610:節點
612:節點
700:時序圖
800:方法
802:活動
804:活動
S1:開關
S2:開關
T
P:週期
以能夠詳細理解本案之上述特徵的方式，可經由參考實施例獲得簡要概述於上文的本案之更特定描述，該等實施例之一些實施例圖示於附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示示例性實施例並且因此不被視為限制本案之範疇，並且可允許其他同等有效的實施例。
第1圖為根據一或多個實施例，經配置以實踐本文所述的方法的處理系統的示意橫截面圖。
第2A圖圖示根據一或多個實施例，可施加於處理腔室的電極的電壓波形。
第2B圖圖示歸因於施加於處理腔室的電極的電壓波形而在基板上建立的電壓波形。
第3A圖圖示當使用單頻激發波形時的典型離子能量分佈(ion energy distribution; IED)。
第3B圖為圖示根據本案之某些實施例的IED函數(IED function; IEDF)的示圖。
第4圖圖示根據本案的某些實施例的，使用波形產生器產生的波形。
第5圖圖示根據本案之某些態樣的，用於偏壓基板以達成IED控制的波形產生器的示例性實施。
第6圖圖示根據本案的某些實施例的示例性濾波器拓撲。
第7圖為圖示根據本案之某些態樣的，第5圖的波形產生器的切換狀態的時序圖。
第8圖為圖示用於波形產生的方法的製程流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:處理腔室
500:波形產生器
502:主電壓源
504:輸出節點
505:電流源
506:RF產生器
508:接地節點
520:開關
522:閉合開關
540:濾波器
542:濾波器
544:濾波器
546:高通濾波器
570:阻抗
572:電阻元件
574:電感元件
580:射頻信號源
582:射頻匹配網路
Claims (20)
- 一種用於電漿處理的波形產生器，包含： 一電壓源，選擇性地耦合至一輸出節點，其中 該輸出節點經配置以耦合至安置在一處理腔室之內的一電極，及 該輸出節點經選擇性地耦接至一接地節點； 一射頻(RF)信號產生器；以及 一第一濾波器，耦接在該RF信號產生器與該輸出節點之間。
- 如請求項1所述之波形產生器，其中該波形產生器經配置以藉由選擇性地將該電壓源和該接地節點耦合至該輸出節點來產生一脈衝電壓信號，並且其中該RF信號產生器經配置以產生疊加在該脈衝電壓信號上的一RF信號。
- 如請求項1所述之波形產生器，其中該第一濾波器包含一高通濾波器。
- 如請求項1所述之波形產生器，其中該電壓源經由一開關選擇性地耦接至該輸出節點。
- 如請求項1所述之波形產生器，其中該接地節點經由一開關選擇性地耦接至該輸出節點。
- 如請求項1所述之波形產生器，進一步包含耦接在該電壓源與該輸出節點之間的一第二濾波器。
- 如請求項1所述之波形產生器，進一步包含耦接在該接地節點與該輸出節點之間的一第二濾波器。
- 如請求項7所述之波形產生器，其中該第二濾波器包含一低通濾波器。
- 如請求項8所述之波形產生器，其中該低通濾波器包含與一電感元件並聯的一電容元件。
- 如請求項1所述之波形產生器，進一步包含： 一電流源，耦合至該輸出節點；以及 一第二濾波器，耦接在該電流源與該輸出節點之間。
- 如請求項10所述之波形產生器，進一步包含： 一第一開關，經配置以在一第一階段期間將該電壓源耦接至該輸出節點；以及 一第二開關，經配置以在一第二階段期間將該接地節點耦合至該輸出節點，其中該第一開關和該第二開關進一步經配置以在一第三階段期間將該電壓源及該接地節點與該輸出節點去耦合，該RF信號產生器在該第三階段期間經耦合至該輸出節點。
- 如請求項10所述之波形產生器，進一步包含耦接在該電流源與該接地節點之間的一阻抗。
- 如請求項12所述之波形產生器，其中該阻抗包含一電感元件及一電阻元件。
- 如請求項1所述之波形產生器，其中該電壓源包含一直流(DC)電壓源。
- 一種用於波形產生的方法，包含以下步驟： 在一波形的一第一階段期間將一電壓源耦接至一輸出節點，其中該輸出節點耦接至安置在一處理腔室之內的一電極；以及 在該波形的一第二階段期間將一接地節點耦接至該輸出節點，其中一射頻(RF)信號產生器在該第一階段期間經由一濾波器耦接至該輸出節點。
- 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由將該電壓源及該接地節點耦合至該輸出節點，在該輸出節點產生一脈衝電壓信號；以及 經由該RF信號產生器產生疊加在該脈衝電壓信號上的一RF信號。
- 如請求項16所述之方法，其中該RF信號產生器在該波形的該第一階段、該第二階段和該第三階段期間耦合至該輸出節點，該電壓源及該接地節點在該第三階段期間與該輸出節點去耦合。
- 如請求項17所述之方法，其中一電流源在該波形的一第三階段期間耦合至該輸出節點，該電壓源和該接地節點在該第三階段期間與該輸出節點去耦合。
- 一種用於波形產生的設備，包含： 一記憶體；以及 一或多個處理器，耦接至該記憶體，該記憶體及該一或多個處理器經配置以： 在一波形的一第一階段期間將一電壓源耦接至一輸出節點，其中該輸出節點耦接至安置在一處理腔室之內的一電極；以及 在該波形的一第二階段期間將一接地節點耦接至該輸出節點，其中一射頻(RF)信號產生器在該第一階段期間經由一濾波器耦接至該輸出節點。
- 如請求項19所述之設備，其中一電流源在該波形的一第三階段期間耦合至該輸出節點，該電壓源和該接地節點在該第三階段期間與該輸出節點去耦合。
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