TW202329193A - 射頻電漿處理腔室中的失真電流減緩 - Google Patents
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Abstract
本文提供的實施例通常包括用於減緩失真電流的裝置、電漿處理系統及方法。示例性電漿處理系統包括耦合到輸入節點的電壓源,此輸入節點耦合到佈置在處理腔室內的電極,其中此電壓源經配置為在輸入節點處產生脈衝電壓信號;具有輸出的信號產生器,其中此RF信號產生器經配置為將第一RF頻率的第一RF信號傳送到此輸入節點;耦合在此信號產生器的此輸出與此輸入節點之間的帶通濾波器,其中此帶通濾波器經配置為使在包括此第一RF信號之此第一RF頻率的頻率範圍之外的第二RF信號衰減;及耦合在此帶通濾波器與此輸入節點之間的阻抗匹配電路。
Description
本揭示案的實施例大體上係關於一種在半導體元件製造中使用的系統。更特定言之,本揭示案的實施例係關於一種用於處理基板的電漿處理系統。
可靠地生產高深寬比特徵為下一代半導體元件的關鍵技術挑戰之一。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且來自電漿的離子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,基板經定位在安置於處理腔室中的基板支撐件上,在基板上方形成電漿,且離子自電漿加速穿過在電漿與基板表面之間形成的電漿鞘即電子耗盡區朝向基板。
在某些情況下,電漿處理可使用具有不同頻率之輸入功率的組合,例如,低頻脈衝電壓信號(例如,在100 kHz至5 MHz下)及高頻射頻(radio frequency, RF)信號(例如,在10 MHz至200 MHz下)。電漿及振盪鞘可構成非線性負載,其可根據輸入功率產生失真電流。失真電流可包括RF信號的邊帶,例如高於或低於RF信號頻率的頻帶。例如,若使用由第一源提供的高RF頻率f1及由第二源提供的低脈衝電壓信號頻率f2,則失真電流可能包括f1及f2的和及/或差,從而導致邊帶頻率f1-f2及f1+f2接近頻率f1。在某些情況下,失真電流可能包括諧波失真。例如,若使用方脈衝波形及定製波形,則與波形相關聯的諧波頻率的總和會影響邊帶。失真電流可能會返回電源(例如,RF信號產生器),表現為反射功率。信號濾波器可佈置在RF信號產生器的輸出端,以保護RF信號產生器免受低頻源產生的脈衝電壓信號中提供的低頻偏壓功率的影響。信號濾波器可能無法阻止自電漿負載返回的所有反射失真電流。RF反射功率可被監測且觸發系統安全聯鎖迴路以防止處理腔室中的突然異常變化。這種安全措施可能會中斷基板處理操作。在某些情況下,反射功率可損壞電源及/或其他電氣部件。在某些情況下,反射功率亦可影響基板處理的結果。
因此,本領域需要能夠減緩失真電流對電漿輔助蝕刻製程結果及電漿輔助蝕刻硬體之影響的電漿處理及偏壓方法。
本文提供的實施例大體上包括用於在處理腔室中產生用於基板之電漿處理之波形的設備、電漿處理系統及方法。
本揭示案的一個實施例係針對一種電漿處理系統。此電漿處理系統通常包括耦合到輸入節點的電壓源,此輸入節點耦合到佈置在處理腔室內的電極,其中此電壓源經配置為在此輸入節點處產生脈衝電壓信號;具有輸出的射頻(RF)信號產生器,其中此RF信號產生器經配置為將第一RF頻率的第一RF信號傳送到此輸入節點;耦合在此RF信號產生器的此輸出與此輸入節點之間的帶通濾波器,其中此帶通濾波器經配置為使在包括此第一RF信號之此第一RF頻率的頻率範圍之外的第二RF信號衰減;及耦合在此帶通濾波器與此輸入節點之間的阻抗匹配電路。
本揭示案的一個實施例係針對一種電漿處理系統。此電漿處理系統通常包括耦合到輸入節點的電壓源,此輸入節點耦合到佈置在處理腔室內的電極,其中此電壓源經配置為在此輸入節點處產生脈衝電壓信號;具有輸出的RF信號產生器,其中此RF信號產生器經配置為在此輸入節點處產生覆蓋在此脈衝電壓信號上的此RF信號;及耦合在此RF信號產生器的此輸出與此輸入節點之間的RF循環器。電漿處理系統進一步包括記憶體及耦合到此記憶體的處理器。此製程及此記憶體經配置為在此RF循環器處監控自此處理腔室反射之信號的功率,及若此監控到的功率在一定持續時間內大於或等於臨限值,則停止在此RF信號產生器處產生此RF信號。
本揭示案的一個實施例係針對一種處理基板的方法。此方法通常包括由電壓源在輸入節點處產生脈衝電壓信號,此輸入節點耦合到設置在處理腔室內的電極;及由信號產生器經由至少一帶通濾波器將第一RF信號傳送到此輸入節點,其中:此第一RF信號包括第一RF頻率,此帶通濾波器設置在此RF信號產生器與此輸入節點之間,阻抗匹配電路設置在此帶通濾波器與此輸入節點之間,且此帶通濾波器經配置為使在包括此第一RF信號的此第一RF頻率的頻率範圍之外的第二RF信號衰減。
隨著技術節點向2 nm推進,具有較大深寬比之較小特徵的製造涉及電漿處理的原子精度。對於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提出了挑戰。傳統上,RF偏壓技術使用正弦波來激發電漿且加速離子。
本揭示案的一些實施例大體上係針對用於減緩自複合電漿負載反射回信號源之失真電流的技術及裝置。例如,帶通濾波器可佈置在射頻(RF)信號產生器的輸出與電漿負載之間。在某些態樣中,RF信號產生器及/或帶通濾波器的調諧可用於增加電漿負載的輸入功率及/或使來自電漿負載的失真電流衰減。對於某些態樣,RF循環器可佈置在RF信號產生器的輸出與電漿負載之間以將RF信號產生器與失真電流隔離。在一些態樣中,帶通濾波器、RF匹配器及信號濾波器可按順序佈置在RF信號產生器的輸出與電漿負載之間。
在此描述之用於失真電流減緩的技術及設備可保護某些電氣設備(例如,信號源)免受電氣損壞,使得基板處理操作不會因反射功率而中斷,及/或促進更高能量的基板處理操作。
電漿處理系統實例
第1圖為配置為進行本文所述之一或多種電漿處理方法之電漿處理系統10的示意性橫截面圖。在一些實施例中,處理系統10經配置用於電漿輔助蝕刻製程,諸如反應離子蝕刻(reactive ion etch, RIE)電漿處理。然而,應當注意,本文描述的實施例亦可與經配置用於其他電漿輔助製程(例如電漿增強沈積製程,例如電漿增強化學氣相沈積(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)製程、電漿增強物理氣相沈積(plasma-enhanced physical vapor deposition, PEPVD)製程、電漿增強原子層沈積(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)的處理系統一起使用。
如圖所示,處理系統10經配置為形成電容耦合電漿(capacitively coupled plasma, CCP),其中處理腔室100包括上電極(例如,腔室蓋123),該上電極設置在處理容積129中面向亦設置在處理容積129中之下電極(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)源電耦合到上電極或下電極中的一者,傳送配置為點燃及維持電漿(例如電漿101)的RF信號,其電容耦合到上電極及下電極中的每一者且設置處理區域中介於其之間。通常,上電極或下電極中的相對一者耦合到地或耦合到第二RF電源以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通常包括腔室主體113,此腔室主體包括腔室蓋123、一或多個側壁122及腔室底座124,上述各者共同界定處理容積129。一或多個側壁122及腔室底座124通常包括尺寸及形狀設計成形成處理腔室100之元件的結構支撐,且配置成在處理期間在保持於處理腔室100之處理容積129中的真空環境中產生電漿101時承受施加到其的壓力及附加能量的材料。在一個實例中,一或多個側壁122及腔室底座124由金屬形成,諸如鋁、鋁合金或不銹鋼合金。
穿過腔室蓋123設置的氣體入口128用於將一或多種處理氣體自與其流體連通的處理氣體源119輸送到處理容積129。基板103經由一或多個側壁122之一者中的開口(未示出)裝載到處理容積129中及自處理容積129中移除,在基板103的電漿處理期間用狹縫閥(未示出)密封此開口。
在一些實施例中,透過形成在基板支撐組件136中的開口可移動地設置的複數個升舉銷(未示出)用於促進基板轉移到基板支撐表面105A及自基板支撐表面105A轉移。在一些實施例中,複數個升舉銷132設置在處理容積129中的升舉銷環(未顯示)上方,且與升舉銷環(未顯示)耦合及/或可與之接合。升舉銷環可耦合到軸(未示出),此軸密封地延伸穿過腔室底座124。軸可耦合到用於升高及降低升舉銷環的致動器(未示出)。當升舉銷環處於升起位置時,其與複數個升舉銷132接合以將升舉銷的上表面抬高到基板支撐表面105A上方,從而將基板103自其提升且使機器人處理機(未示出)能夠接近基板103的非活動(背側)表面。當升舉銷環處於降低位置時,複數個升舉銷132與基板支撐表面105A齊平或凹進基板支撐表面105A下方,且基板103擱置在基板支撐表面上。
系統控制器126,在本文中亦稱為處理腔室控制器,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用於控制用於處理基板103的處理序列,包括進行如本文進一步描述之失真電流減緩的某些態樣。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、軟式磁碟或硬式磁碟驅動器或其他合適形式的本端或遠端數位儲存器。支援電路135通常耦合到CPU 133且包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源等,及其組合。軟體指令(程式)及資料可經編碼且儲存在記憶體134內,用於指示CPU 133內的處理器。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中的部件執行。
通常,可由系統控制器126中的CPU 133讀取的程式包括在由處理器(CPU 133)執行時執行與本文所述之電漿處理方案相關之任務的代碼。此程式可包括用於控制處理系統10內的各種硬體及電子部件以執行各種處理任務及用於實現本文描述之方法之各種處理序列的指令。在一個實施例中,此程式包括用於執行以下關於第6圖及/或第8圖描述之操作中之一或多者的指令。
電漿控制系統通常包括第一源組件196,用於在偏壓電極104(在第4圖中描繪的複合負載上)處建立至少第一脈衝電壓(PV)波形,以及第二源組件197,用於在邊緣控制電極115處建立至少第二PV波形。第一PV波形或第二PV波形可使用波形產生器組件150內的一或多個部件(例如,PV源)產生,其可對應於如本文中關於第4圖更詳細描述的電壓源及/或電流源。在一些實施例中,波形產生器組件150經配置為產生脈衝電壓(pulsed voltage, PV)波形,其中PV波形為非正弦電壓脈衝。第2A圖及第2B圖分別示出了在電極及基板處產生之典型PV波形的實例,且可與本文提供之本揭示案的一或多個實施例結合使用。在一個實例中,波形產生器組件150經配置為以約100 kHz與400 kHz之間的頻率及約100伏與10,000伏之間的電壓傳送PV脈衝。
在一些實施例中,如第1圖所示,第三源組件198內的單獨波形產生器組件160至少包括RF信號產生器,該RF信號產生器經配置為將RF信號傳送到支撐底座107(例如,電源電極或陰極)及/或偏壓電極104。在一些實施例中,波形產生器組件160將RF信號傳送到支撐底座107(例如,功率電極或陰極)及/或偏壓電極104,且因此可用於在設置在基板支撐組件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,第三源組件198可替代地耦合到腔室蓋123,例如代替第1圖中所示的接地。
對於某些態樣,失真電流管理器152、阻抗匹配電路153及/或信號濾波器154可佈置在第三源組件198內的波形產生器組件160與支撐底座107(例如,電源電極或陰極)及/或偏壓電極104之間。在波形產生器組件160經配置為產生RF信號且波形產生器組件150經配置為產生低頻信號的一些實施例中,信號濾波器154為高通濾波器,其經配置為允許自波形發生器組件160提供的信號經由信號濾波器154傳送到支撐底座107及/或偏壓電極104。支撐底座107、偏壓電極104及/或邊緣控制電極115可共同地及/或單獨地稱為處理腔室100的輸入節點。在此實例中,阻抗匹配電路153可佈置在失真電流管理器152與信號濾波器154之間。
失真電流管理器152可經配置為阻止及/或衰減自電漿負載反射回波形產生器組件160的失真電流。例如,失真電流管理器152可包括如本文進一步描述的帶通濾波器及/或RF循環器。
阻抗匹配電路153可經配置為匹配輸入節點的輸入阻抗。例如,波形產生器組件150的輸出阻抗可經由阻抗匹配電路153匹配到輸入節點的輸入阻抗。阻抗匹配電路153可實現功率自波形產生器組件160到輸入節點的有效傳輸。
信號濾波器154可經配置為允許由波形產生器組件160產生的RF信號行進到輸入節點。在某些態樣中,信號濾波器154可包括高通濾波器。信號濾波器154可將第三源組件198的波形產生器組件160與由第一源組件196及/或第二源組件197的其他波形產生器組件150產生的低頻信號隔離開。
自第一源組件196、第二源組件197及/或第三源組件198提供的施加波形可經配置為在設置在基板支撐組件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,自波形產生器組件160提供的RF信號用於使用設置在處理容積129中的處理氣體及由傳送到支撐底座107及/或偏壓電極104的RF功率(RF信號)產生的場來點燃及維持處理電漿101。在一些態樣,RF信號可由設置在波形產生器組件160內的RF信號產生器(未示出)產生。在一些實施例中,波形產生器組件160的RF信號產生器可經配置為傳送具有大於1 MHz及/或在2 MHz與200 MHz之間的頻率的RF信號,諸如13.56 MHz、40 MHz、60 MHz、120 MHz或162 MHz。
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合,此真空泵將處理容積129保持在低於大氣壓的壓力條件下且從中抽出處理氣體及/或其他氣體。在一些實施例中,安置在處理容積129中的基板支撐組件136設置在支撐軸138上,此支撐軸接地且延伸穿過腔室底座124。
如上文簡要討論的,基板支撐組件136通常包括基板支撐件105(例如,靜電卡盤(electrostatic chuck, ESC)基板支撐件)及支撐底座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,如下文進一步討論的。支撐底座107由絕緣板111與腔室底座124電隔離,且接地板112介於絕緣板111與腔室底座124之間。基板支撐件105熱耦合到支撐座107且設置在支撐座107上。在一些實施例中,支撐底座107經配置為在基板處理期間調節基板支撐件105及設置在基板支撐件105上之基板103的溫度。在一些實施例中,支撐底座107包括設置在其中的一或多個冷卻通道(未示出),此冷卻通道與冷卻劑源(未示出)流體耦合且流體連通,該冷卻劑源諸如具有較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(未示出),諸如嵌入其介電材料中的電阻加熱元件。在此,支撐底座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,且由黏合劑或由機械手段耦合到基板支撐件。
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)、其混合物或其組合。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。
在一種配置中,偏壓電極104為一種夾持極,該夾持極用於將基板103固定(即,夾持)到基板支撐件105的基板支撐表面105A且使用本文所描述之脈衝電壓偏壓方案中的一或多種相對於處理電漿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、板或其組合。
在一些實施例中,偏壓電極104電耦合到夾緊網路或高壓DC電源312(第3圖),該夾緊網路或高壓DC電源312向其提供夾持電壓,諸如約-5000 V與約5000 V之間的靜態DC電壓V,使用諸如同軸電力輸送線106(例如,同軸電纜)的電導體。夾緊網路包括直流電源155(例如高壓直流(high voltage DC, 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,此邊緣控制電極位於邊緣環114下方且圍繞偏壓電極104及/或設置在距偏壓電極104的中心一定距離處。通常,對於經配置為處理圓形基板的處理腔室100,邊緣控制電極115為環形的,由導電材料製成,且經配置為圍繞偏壓電極104的至少一部分。在一些實施例中,例如第1圖所示,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圖所示,邊緣控制電極115包括導電網、箔及/或板,其設置為距基板支撐件105的基板支撐表面105A相似的距離(即Z方向)作為偏壓電極104。
邊緣控制電極115可藉由使用與波形產生器組件150不同的波形產生器組件來偏壓,此波形產生器組件用於偏壓偏壓電極104。在一些實施例中,可藉由使用波形產生器組件150來偏壓邊緣控制電極115,此波形產生器組件亦用於藉由將部分功率分配給邊緣控制電極115來偏壓偏壓電極104。在一種配置中,第一源組件196的第一波形產生器組件150經配置為偏壓偏壓電極104,且第二源組件197的第二波形產生器組件150經配置為偏壓邊緣控制電極115。
在一個實施例中,電力輸送線157將第一源組件196的波形產生器組件150的輸出電連接到偏壓電極104。雖然下文的討論主要討論了用於將波形產生器組件150耦合到偏壓電極104之第一源組件196的電力輸送線157,但將波形產生器組件150耦合到邊緣控制電極115之第二源組件197的電力輸送線158,和/或將波形產生器160耦合到支撐件底座107之第三源組件198的電力輸送線159將包括相同或相似的部件。電力輸送線157之各個部分內的電導體可包括:(a)一或多根同軸電纜,例如與剛性同軸電纜串聯的柔性同軸電纜,(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)中的任何電氣元件組合。
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/或支撐底座107與腐蝕性處理氣體或電漿、清潔氣體或電漿或其副產品接觸。通常,石英管110、絕緣板111及接地板112由襯墊108(例如,陰極襯墊)包圍。在一些實施例中,電漿屏109定位在陰極襯墊108與側壁122之間,以防止在襯墊108與一或多個側壁122之間的電漿屏109下方的體積中形成電漿。
第2A圖示出可在處理腔室的電極或輸入節點(例如,偏壓電極104及/或支撐底座107)處建立的示例性電壓波形。第2B圖示出由於不同電壓波形而在基板處建立之不同類型之電壓波形225及230的實例,類似於第2A圖中所示的電壓波形,其分別建立在處理腔室內的電極處。波形包括兩個階段:離子電流階段及鞘塌陷階段,如圖所示。如第2A圖中所示,示例性電壓波形可包括覆蓋有RF信號(例如,頻率大於10 MHz的正弦高頻信號)的脈衝電壓信號(例如,100 kHz至5 MHz的脈衝信號,工作週期範圍為5%至95%)。對於電流補償(例如,在離子電流階段),第2A圖中所示的示例性電壓波形亦可包括與RF信號重疊之具有負斜率的電壓斜坡。在離子電流階段的開始,基板電壓的下降在基板上方產生高壓鞘,從而將正離子加速到基板。
在離子電流階段期間轟擊基板表面的正離子在基板表面上沈積正電荷,若不補償,正電荷在離子電流階段期間導致逐漸增加的基板電壓,如第2B圖中的電壓波形225所示。然而,如電壓波形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及卡盤電容器放電,緩慢降低鞘電壓降且使基板電勢更接近於零。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圖所示,在離子電流階段期間在具有負斜率的電極處建立的電壓波形可理想地產生,以便為已建立的基板電壓波形建立方形區域(例如,接近零斜率),如第2B圖中標記為230的曲線所示。在離子電流階段(第2A圖)期間在電極處建立的波形中實現斜率可稱為離子電流補償。離子電流階段的開始及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,這在大多數當前高精度電漿製程中為非期望的。為了實現單能離子及更窄的IEDF寬度,執行操作以使用離子電流補償使離子電流階段中的基板電壓波形變平。
用於基板處理的失真電流減緩
本揭示案的某些實施例大體上係針對用於減緩自電漿負載反射到電漿處理系統之信號源之失真電流的技術及裝置。
在某些態樣,失真電流管理器可採用帶通濾波器來使失真電流衰減。第3圖為示出根據本揭示案之某些態樣之採用帶通濾波器306用於失真電流減緩之示例性電漿處理系統300的圖。電漿處理系統300可描繪處理系統10的實例。如圖所示,電漿處理系統300可包括電壓源302(例如,第一及第二源組件196、197的波形產生器組件150))、RF產生器304(例如,第三源組件198的波形產生器組件160)、帶通濾波器306(例如,失真電流管理器152)及阻抗匹配電路308(例如,阻抗匹配電路153)。
電壓源302可包括可產生脈衝電壓信號的波形產生器310及可為電壓波形提供DC偏壓的HVDC電源312。電壓源302可耦合到輸入節點314,此輸入節點可耦合到設置在處理腔室318(例如,處理腔室100)內的電極316(例如,支撐底座107及/或偏壓電極104)。電壓源302可經配置為在輸入節點314處產生脈衝電壓信號(例如,100 kHz到5 MHz的脈衝信號,工作週期範圍為5%至95%)。
RF產生器304可具有經由至少帶通濾波器306及阻抗匹配電路308耦合到輸入節點314的輸出320。RF產生器304可產生覆蓋在輸入節點314處之脈衝電壓信號上的第一RF信號,例如,如本文關於第1圖及第2A圖所描述的。第一RF信號可具有至少一個第一RF頻率,諸如大於1MHz及/或在1 MHz與200 MHz之間的頻率,諸如13.56 MHz、40 MHz、60 MHz、120 MHz或162 MHz。RF產生器304可被稱為RF電漿產生器或RF信號產生器。
帶通濾波器306可耦合在RF產生器304的輸出320與輸入節點314之間。帶通濾波器306可防止或衰減有害的反射功率信號損壞RF產生器304。例如,帶通濾波器306可經配置為使自處理腔室318中的電漿負載反射回RF產生器304的失真電流衰減。帶通濾波器306可具有高品質因數(例如,大於或等於50的品質因數)及低插入損耗。帶通濾波器306可具有自帶通濾波器306的中心頻率起±0.1%到±0.5%的窄頻寬(例如,在半功率點或截止頻率處量測)。距中心頻率±0.1%到±0.5%的頻寬可代表中心頻率的0.2%到1%的頻寬,其中例如較低的截止頻率為距中心頻率的-0.1%到-0.5%,且較高的截止頻率為距中心頻率的0.1%到0.5%。例如,帶通濾波器306的頻寬可自100 kHz到800 kHz。帶通濾波器306可經配置為使包括第一RF信號的第一RF頻率的頻率範圍(例如,距帶通濾波器306之中心頻率的±0.1%到±0.5%的頻寬)之外的第二RF信號(例如,本文描述的失真電流)衰減。
阻抗匹配電路308可耦合在帶通濾波器306與輸入節點314之間。RF產生器304及/或帶通濾波器306的輸出阻抗可經由阻抗匹配電路308匹配到輸入節點314的輸入阻抗。
在某些態樣,信號濾波器322(例如,信號濾波器154)可設置在阻抗匹配電路308與輸入節點314之間。信號濾波器322可將RF產生器304與電壓源302產生的脈衝信號隔離開。低通濾波器324(例如,濾波器151)可耦合在電壓源302與輸入節點314之間。低通濾波器324可將電壓源302與RF產生器304產生的RF信號隔離開。
處理腔室318可包括基板支撐件,此基板支撐件包含設置在電極316上方的介電層,例如,如本文關於第1圖所述。電漿處理系統300亦可包括系統控制器126,其可執行本文關於第6圖及/或第8圖描述之操作中的一或多者。
第4A圖至第4C圖為示出用於減緩失真電流之帶通濾波器之實例的圖。第3A-3C圖中描繪的帶通濾波器可為第3圖中描繪之帶通濾波器306的實例。在某些情況下,第4A-4C圖中描繪的帶通濾波器可包括集總電子部件。帶通濾波器可經配置為允許頻率大於1 MHz,諸如大於10 MHz,或大於60 MHz,或甚至大於100 MHz的RF信號通過。
參考第4A圖,帶通濾波器400A可包括沿著可代表電力輸送線159的信號線406並聯耦合的電容器402及電感器404。例如,電感器404可具有0.1 μH到5 μH的電感,且電容器可具有3 pF到100 pF的電容。帶通濾波器400A可提供各種優點及/或益處,諸如成本低及具有小的佔地面積。
對於某些態樣,帶通濾波器可包括分散式元件濾波器。參考第4B圖,帶通濾波器400B可包括與傳輸線電感器410並聯耦合到金屬外殼412之內表面的真空電容器408。金屬外殼412可耦合到RF同軸電纜(例如,電力輸送線159)的屏蔽,這可提供RF返迴路徑。分散式電感器410的電感可隨著導體長度而變化,例如,其可短於RF信號的四分之一波長。在某些實施例中,真空電容器408可包括電動真空電容器以調節帶通濾波器400B的中心頻率。換言之,帶通濾波器400B可包括可調諧元件,例如可調諧電容器。可調諧帶通濾波器400B可被調諧,使得帶通濾波器400B的中心頻率與RF信號產生器(例如,第3圖中描繪的RF產生器304)使用的輸出頻率相匹配。帶通濾波器400B可提供各種優點及/或益處,諸如提供更少的濾波器到濾波器的變化及改進對中心頻率及/或截止頻率之頻率精度的控制。
對於某些態樣,帶通濾波器可採用多個電抗部件,這可促進窄頻寬及高質量因數。參考第4C圖,帶通濾波器400C可包括沿著信號線422與電感器420串聯耦合的第一並聯電容器414、第二並聯電容器416及第三電容器418,此信號線可代表電力輸送線159。第三電容器418及電感器420可耦合在第一並聯電容器414與第二並聯電容器416之間。並聯電容器414、416可分別沿著與信號線422分離的並聯支路424、426耦合。作為實例,電感器420可具有0.1 μH到5 μH的電感。第一及第二並聯電容器414、416可各自具有200 pF到1000 pF的電容,且第三電容器418可具有3 pF到100 pF的電容。第一、第二、第三電容器414、416、418可具有固定的或可調諧的電容,諸如電動真空電容器。作為可調諧濾波器,可調諧帶通濾波器400C的中心頻率以匹配RF信號產生器(例如,第3圖中描繪的RF產生器304)的輸出頻率。帶通濾波器400C可提供各種優點及/或益處,諸如提供具有窄頻寬及高品質因數的合乎需要的濾波器效能。
第5圖為根據本揭示案之某些態樣的用於失真電流減緩之帶通濾波器之示例性頻率響應500的曲線圖。頻率響應500示出帶通濾波器的輸出功率與頻率的關係。在此實例中,頻率響應可具有可與信號產生器的輸出頻率匹配的中心頻率502,以及可為中心頻率502之±0.1%到±0.5%的頻寬504。在各態樣中,頻寬504可在距中心頻率502之功率的半功率點處確定。
第6圖為示出用於使用帶通濾波器用於失真電流減緩之方法600的過程流程圖。方法600可由電漿處理系統執行,例如處理系統10。
在活動602,電壓源(例如,電壓源302)可在耦合到設置在處理腔室(例如,處理腔室100、318)內之電極(例如,支撐底座107及/或偏壓電極104)的輸入節點(例如,輸入節點314)處產生脈衝電壓信號。例如,電壓源可產生如本文關於第2A圖所描述的脈衝電壓信號。脈衝電壓信號可以100 kHz到5 MHz的頻率以範圍5%到95%的工作週期被脈衝化。
在活動604,RF信號產生器(例如,RF產生器304)可將第一RF頻率(及/或其他RF頻率)的第一RF信號傳送到輸入節點。RF信號產生可經由至少一帶通濾波器(例如,帶通濾波器306)產生覆蓋在脈衝電壓信號上的第一RF信號。例如,RF信號可疊加在脈衝電壓信號上,如本文關於第2A圖所述。帶通濾波器可設置在RF信號產生器與輸入節點之間。阻抗匹配電路(例如,阻抗匹配電路308)可設置在帶通濾波器與輸入節點之間。帶通濾波器可經配置為使包括第一RF信號的第一RF頻率的頻率範圍(例如,RF信號產生器之輸出頻率的±0.1%到±0.5%)之外的第二RF信號(例如,來自電漿負載的失真電流)衰減。
在某些態樣,可調諧RF信號產生器的輸出頻率以改進傳送到電漿負載的功率及/或改進失真電流的衰減。在活動608,RF信號產生器可掃描RF信號的輸出頻率範圍,其中RF信號產生器經配置為掃描輸出頻率範圍。在活動610,處理器及記憶體(例如,系統控制器126)可自輸出頻率範圍中選擇經由帶通濾波器為RF信號提供峰值功率的頻率。在活動612,RF信號產生器可產生選定頻率的RF信號。在一些實施例中,頻率調諧可在脈衝電壓波形或客製化電壓波形被施加到電漿室之後開始。在其他實施例中,頻率調諧可在脈衝電壓波形或客製化電壓波形被施加到電漿室之前開始。頻率調諧可繼續直到實現最小反射功率及/或最大傳遞功率。頻率掃描範圍可為初始輸出頻率的0.1%到1%。頻率調諧可使失真電流減緩能夠補償帶通濾波器性能變化,例如,由於帶通濾波器之部件中的阻抗變化。由於部件阻抗的變化,帶通濾波器的中心頻率可能會偏離設計值,然後射頻信號產生器會調整其輸出頻率以匹配帶通濾波器的中心頻率。頻率調諧掃描可藉由將射頻信號產生器的輸出頻率改變為實際中心頻率來補償中心頻率偏移。
在某些態樣,可調諧帶通濾波器以改進傳送到電漿負載的功率及/或改進失真電流的衰減。在活動606,可調諧帶通濾波器。
在活動614,可調諧帶通濾波器的中心頻率(例如,中心頻率502)。例如,可調整帶通濾波器的中心頻率,直到中心頻率與RF信號產生器的輸出頻率匹配。在某些情況下,可調整中心頻率,直到觀察到電漿負載處的最大輸送功率。可用帶通濾波器的至少一個電容器(例如,第三電容器418)調諧帶通濾波器的中心頻率以匹配第一RF信號的輸出頻率,從而允許第一RF信號在輸出頻率處的峰值功率。例如,可為帶通濾波器設置中心頻率的範圍,且可將提供所傳送之最大功率的中心頻率視為RF信號的峰值功率。在活動614的一些實施例中,調整可變電容器(例如,電動真空電容器)的電容以改變帶通濾波器的中心頻率。第4A-C圖示出帶通濾波器的各種配置,可調諧此帶通濾波器以理想地匹配RF產生器的頻率設定點。作為實例,參考第4C圖,可調整第三電容器418的電容以調諧帶通濾波器400C的中心頻率。
在活動616,可調諧帶通濾波器的頻寬(例如,頻寬504)。可調諧帶通濾波器的頻寬以使自處理腔室反射的第二RF信號衰減。例如,可調整頻寬直到觀察到來自電漿負載的最小反射功率。例如,在調諧中心頻率之後,可將頻寬調整到第一RF信號之輸出頻率的±5%以內。在某些態樣,調諧帶通濾波器可包括調整電容器中之至少一者的電容,諸如第4A-4C圖中描繪的電容器。可在帶通濾波器之調諧範圍的5%內調諧帶通濾波器,直到獲得最小反射功率及/或最大傳遞功率。作為實例,參考第4C圖,可調整第一電容器414及/或第二電容器416的電容以調諧帶通濾波器400C的頻寬。
對於某些態樣,覆蓋在脈衝電壓信號上的RF信號可用於電漿蝕刻應用。例如,可在設置在處理腔室中之基板支撐件的基板支撐表面上方產生電漿,如本文關於第1圖所述。基板支撐件可包括電極及設置在電極與基板支撐表面之間的介電層。
在某些態樣,失真電流管理器可採用RF循環器來將RF信號產生器與自電漿負載反射的失真電流隔離。第7圖為示出根據本揭示案之某些態樣之示例性電漿處理系統700的圖。電漿處理系統700可描繪處理系統10的實例。如圖所示,電漿處理系統700可包括電壓源302、RF產生器304、RF循環器730及系統控制器126。
RF循環器730可設置在RF產生器304的輸出320與輸入節點314之間。RF循環器730可經配置為將RF產生器304與自電漿負載反射回來的失真電流隔離。RF循環器730可包括第一埠732、第二埠734及第三埠736。第一埠732可耦合到RF產生器304的輸出320,第二埠734可至少耦合到輸入節點314,且第三埠736可至少耦合到虛擬負載738。RF循環器730可允許來自RF產生器304的RF信號自第一埠732行進到第二埠734,而非第三埠736。RF循環器可允許向RF循環器730行進的失真電流自第二埠734行進到第三埠736,而非第一埠732。
系統控制器126可監測穿過虛擬負載738在RF循環器730處自處理腔室318反射之信號的功率。例如,功率計740可耦合在虛擬負載738與RF循環器730的第三埠736之間。系統控制器126可與功率計740通信以在RF循環器730的第三埠736接收量測的功率。RF循環器730可將反射的失真電流導引到虛擬負載738,此虛擬負載可包括高功率電阻負載(例如,50歐姆)。若監測到的功率在特定持續時間(例如,5秒)內大於或等於臨限值,則系統控制器126可停止在RF產生器304處產生RF信號。換言之,若反射的失真電流超過某個臨限值功率,則可關閉RF產生器304。觸發RF產生器304的關閉可防止失真電流損壞信號產生器304、RF循環器730及/或電漿處理系統700中的其他電氣部件。
第8圖為示出用於使用RF循環器用於失真電流減緩之方法800的過程流程圖。方法800可由電漿處理系統執行,例如處理系統10。
在活動802,電壓源(例如,電壓源302)可在耦合到設置在處理腔室(例如,處理腔室100、318)內之電極(例如,支撐底座107及/或偏壓電極104)的輸入節點(例如,輸入節點314)處產生脈衝電壓信號。例如,電壓源可產生如本文關於第2A圖所描述的脈衝電壓信號。
在活動804處,RF信號產生器(例如,RF產生器304)可將RF信號傳送到輸入節點。RF信號產生器可經由至少一RF循環器(例如,RF循環器730)產生覆蓋在脈衝電壓信號上的RF信號(例如,如本文關於第2A圖所描述的)。例如,RF信號產生器可在脈衝電壓信號上產生RF信號過載,如本文關於第2A圖所描述的。
在活動806處,處理器及記憶體(例如,系統控制器126)可監測在RF循環器處自處理腔室反射之信號的功率,例如,如本文關於第7圖所描述的。
在活動808處,若監測到的功率在特定持續時間(例如,5秒)內大於或等於臨限值,則處理器及記憶體可停止在RF信號產生器處產生RF信號,例如,如本文關於第7圖所描述的。
在某些態樣中,失真電流管理器可採用RF循環器及帶通濾波器。第9圖為示出電漿處理系統90之實例的圖,此電漿處理系統包括帶通濾波器306、RF循環器730、虛擬負載738及功率計740,如本文關於第3圖及第7圖所描述的。在一個實施例中,如上文結合第7圖所討論的,由系統控制器126及系統控制器126內的各種控制元件監測的信號用於調整中心頻率及/或調諧帶通濾波器,如上文結合方法600的活動614及616所討論的,以最大化傳遞的功率及/或使自處理腔室反射的RF信號衰減。因此,在電漿處理期間,若系統控制器126偵測到非期望的反射功率量使其穿過帶通濾波器且到達功率計740,則系統控制器126將提供信號,此信號將導致帶通濾波器內的部件被調整或調諧(例如,調整帶通濾波器400A、400B或400C中的電容)以調整中心頻率及/或調整帶通濾波器,以最小化提供給虛擬負載738之能量的量。
應當理解,本文描述的技術及裝置可保護某些電氣設備(例如,RF信號產生器)免受電氣損壞,使得基板處理操作不會由於反射功率而中斷,及/或促進更高能量的基板處理操作。
術語「耦合」在本文中用於代表兩個對象之間的直接或間接耦合。例如,若對象A與對象B實體接觸,對象B與對象C接觸,則對象A及C仍可被視為彼此耦合——即使對象A及C彼此不直接實體接觸。例如,即使第一對象從未與第二對象直接實體接觸,第一對象亦可耦合到第二對象。
雖然前述內容係針對本揭示案的實施例,但可設計本揭示案的其他及進一步的實施例而不背離其基本範疇,且本揭示案的範疇由所附發明申請專利範圍確定。
10:電漿處理系統
90:電漿處理系統
100:處理腔室
101:電漿
103:基板
103A:基板
103B: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
108:襯墊
109:電漿屏
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:腔室底座
126:系統控制器
128:氣體入口
129:處理容積
129A:處理容積
132:升舉銷
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
152:失真電流管理器
153:阻抗匹配電路
154:信號濾波器
155:直流電源
157:電力輸送線
158:電力輸送線
159:電力輸送線
160:波形產生器組件
196:第一源組件
197:第二源組件
198:第三源組件
225:電壓波形
230:電壓波形
300:電漿處理系統
302:電壓源
304:RF產生器
306:帶通濾波器
308:阻抗匹配電路
310:波形產生器
312:高壓DC電源
314:輸入節點
316:電極
318:處理腔室
320:輸出
322:信號濾波器
324:低通濾波器
400A:帶通濾波器
400B:帶通濾波器
400C:帶通濾波器
402:電容器
404:電感器
406:信號線
408:真空電容器
410:傳輸線電感器
412:金屬外殼
414:第一並聯電容器
416:第二並聯電容器
418:第三並聯電容器
420:電感器
422:信號線
424:並聯支路
426:並聯支路
500:頻率響應
502:中心頻率
504:頻寬
600:方法
602:活動
604:活動
606:活動
608:活動
610:活動
612:活動
614:活動
616:活動
700:電漿處理系統
730:RF循環器
732:第一埠
734:第二埠
736:第三埠
738:虛擬負載
740:功率計
800:方法
802:活動
804:活動
806:活動
808:活動
X:方向
Y:方向
Z:方向
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵,可藉由參考實施例來獲得上文簡要概括之本揭示案的更特定描述,實施例中的一些在隨附圖式中示出。然而,應當注意,隨附圖式僅說明示例性實施例,且因此不應被視為限制其範疇,且可允許其他等效的實施例。
第1圖為根據一或多個實施例之處理系統的示意性橫截面圖,此處理系統經配置為實施本文所述的方法。
第2A圖示出根據一或多個實施例之可施加到處理腔室之電極的電壓波形。
第2B圖示出由於施加到處理腔室之電極的電壓波形而在基板上建立的電壓波形。
第3圖為示出採用帶通濾波器用於失真電流減緩之示例性電漿處理系統的圖。
第4A圖至第4C圖為示例性帶通濾波器的示圖。
第5圖為示例性帶通濾波器的頻率響應圖。
第6圖為示出使用帶通濾波器用於失真電流減緩之方法的程序流程圖。
第7圖為示出採用RF循環器用於失真電流減緩之示例性電漿處理系統的圖。
第8圖為示出使用RF循環器用於失真電流減緩之方法的程序流程圖。
第9圖為採用帶通濾波器及RF循環器用於失真電流減緩的示例性電漿處理系統。
為了便於理解,在可能的情況下,使用了相同的元件符號來表示附圖共有的相同元件。預期在一個態樣中揭示的元件可有益地用於其他態樣而無需具體敘述。
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
126:系統控制器
133:中央處理單元
134:記憶體
135:支援電路
300:電漿處理系統
302:電壓源
304:RF產生器
306:帶通濾波器
308:阻抗匹配電路
310:波形產生器
312:高壓DC電源
314:輸入節點
316:電極
318:處理腔室
320:輸出
322:信號濾波器
324:低通濾波器
Claims (20)
- 一種處理一基板的方法,包含以下步驟: 由一電壓源在耦合到佈置在一處理腔室內之一電極的一輸入節點處產生一脈衝電壓信號;及 由一射頻(RF)電漿產生器經由至少一帶通濾波器將一第一RF信號傳送到該輸入節點,其中: 該第一RF信號包含一第一RF頻率, 該帶通濾波器設置在該RF電漿產生器與該輸入節點之間, 一阻抗匹配電路設置在該帶通濾波器與該輸入節點之間,及 該帶通濾波器經配置為使在包括該第一RF信號之該第一RF頻率的一頻率範圍之外的第二RF信號衰減。
- 如請求項1所述之方法,其中在該阻抗匹配電路與該輸入節點之間設置一信號濾波器。
- 如請求項1所述之方法,其中該帶通濾波器包括並聯耦合的一電容器及一電感器。
- 如請求項1所述之方法,其中該帶通濾波器包括一分散式元件濾波器。
- 如請求項1所述之方法,其中該帶通濾波器包括一第一並聯電容器、一第二並聯電容器及與一電感器串聯耦合的一電容器,其中該電容器及該電感器耦合在該第一並聯電容器與該第二並聯電容器之間。
- 如請求項1所述之方法,其中該帶通濾波器具有大於或等於50的一品質因數。
- 如請求項1所述之方法,進一步包含以下步驟:用至少一個電容器調諧該帶通濾波器的一中心頻率以匹配該RF信號的該第一RF頻率,從而允許該第一RF信號在該第一RF頻率處的一峰值功率。
- 如請求項1所述之方法,進一步包含以下步驟:調諧該帶通濾波器的一頻寬以使自該處理腔室反射的該第二RF信號衰減,其中調諧該帶通濾波器的該頻寬之步驟包含以下步驟:將該頻寬調整為與該第一RF信號的該第一RF頻率相差±5%以內。
- 如請求項1所述之方法,其中產生該RF信號之步驟包含以下步驟: 掃描該RF信號的一輸出頻率範圍; 自該輸出頻率範圍中選擇經由該帶通濾波器為該RF信號提供一峰值功率的一頻率;以及 產生該選定頻率的該RF信號。
- 如請求項1所述之方法,其中產生該RF信號之步驟包含以下步驟:經由至少一RF循環器及該帶通濾波器產生該RF信號。
- 如請求項10所述之方法,進一步包含以下步驟: 在該RF循環器處監測自該處理腔室反射之信號的一功率;及 若該監測到的功率在一定持續時間內大於或等於一臨限值,則停止產生該RF信號。
- 一種電漿處理系統,包含: 耦合到一輸入節點的一電壓源,該輸入節點耦合到設置在一處理腔室內的一電極,其中該電壓源經配置為在該輸入節點處產生一脈衝電壓信號; 具有一輸出的一射頻(RF)信號產生器,其中該RF信號產生器經配置為將一第一RF頻率的一第一RF信號傳送到該輸入節點; 耦合在該RF信號產生器的該輸出與該輸入節點之間的一帶通濾波器,其中該帶通濾波器經配置為使在包括該第一RF信號之該第一RF頻率的一頻率範圍之外的第二RF信號衰減;及 耦合在該帶通濾波器與該輸入節點之間的一阻抗匹配電路。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,進一步包含設置在該阻抗匹配電路與該輸入節點之間的一信號濾波器。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,其中該帶通濾波器包括並聯耦合的一電容器及一電感器。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,其中該帶通濾波器包括一分散式元件濾波器。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,其中該帶通濾波器包括一第一並聯電容器、一第二並聯電容器及與一電感器串聯耦合的一電容器,其中該電容器及該電感器耦合在該第一並聯電容器與該第二並聯電容器之間。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,其中該帶通濾波器具有大於或等於50的一品質因數。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,其中: 該RF信號產生器經配置為掃描該RF信號的一輸出頻率範圍; 該電漿處理系統進一步包含: 一記憶體;及 耦合到該記憶體的一處理器,該處理器及該記憶體經配置為自該輸出頻率範圍中選擇經由該帶通濾波器為該RF信號提供一峰值功率的一頻率;且 其中該RF信號產生器經配置為產生該選定頻率的該RF信號。
- 如請求項12所述之電漿處理系統,進一步包含: 一記憶體;及 耦合到該記憶體的一處理器,該記憶體包括指令,該等指令在由該處理器執行時經配置為: 在該RF循環器處監測自該處理腔室反射之信號的一功率,及 若該監測到的功率在一定持續時間內大於或等於一臨限值,則停止在該RF信號產生器處產生該RF信號。
- 一種電漿處理系統,包含: 耦合到一輸入節點的一電壓源,該輸入節點耦合到設置在一處理腔室內的一電極,其中該電壓源經配置為在該輸入節點處產生一脈衝電壓信號; 具有一輸出的一射頻(RF)信號產生器,其中該RF信號產生器經配置為在該輸入節點處產生覆蓋在該脈衝電壓信號上的該RF信號; 耦合在該RF信號產生器的該輸出與該輸入節點之間的一RF循環器; 一記憶體;以及 耦合到該記憶體的一處理器,該處理器及該記憶體經配置為: 在該RF循環器處監測自該處理腔室反射之信號的一功率,及 若該監測到的功率在一定持續時間內大於或等於一臨限值,則停止在該RF信號產生器處產生該RF信號。
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