TW202333190A

TW202333190A - 在電感耦合電漿中提高離子能量及縮減離子能量展開度的方法和設備

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Publication number: TW202333190A
Application number: TW111137476A
Authority: TW
Inventors: 朱莉蘇柏; 崔明烈; 亞歷山大米勒派特森; 王雨后
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2022-10-03
Publication date: 2023-08-16
Also published as: WO2023059990A1; CN118043936A

Abstract

描述一種用於在蝕刻操作期間操作電漿腔室以提高離子能量及縮減離子能量展開度之方法。方法包括將一基板放置在該電漿腔室內的一靜電卡盤上，其中該靜點卡盤電耦合到一節點。方法更包括在該電漿腔室中形成一電漿，其中該電漿產生具有第一鞘電壓的一鞘。該方法更包括藉由在該靜電卡盤處施加一非正弦電壓及藉由在該靜電卡盤處施加一正弦電壓而將該第一鞘電壓增加至第二鞘電壓，其中該非正弦電壓及該正弦電壓的總和在該靜電卡盤上產生一電壓響應，該電壓響應致使在晶圓處的該離子能量中之展開度的變化。

Description

在電感耦合電漿中提高離子能量及縮減離子能量展開度的方法和設備

本揭露關於在電感耦合電漿中提高離子能量及縮減離子能量展開度的方法和設備。 [相關申請案的交互參照]

本申請案主張2021年10月4日提交的美國申請案第63/252,040號的優先權之利益，標題「METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCING ION ENERGY AND REDUCING ION ENERGY SPREAD IN AN INDUCTIVELY COUPLED PLASMA」，且該申請案藉由參照方式於本文納入其整體。

用於蝕刻和沉積的基板處理形成半導體產業的支柱。雖然可使用各種不同電漿處理技術，但電感耦合電漿提供了有利的特徵，例如控制離子能量和離子角度分佈的多種方式。控制離子能量和離子角度分佈可為蝕刻和沉積提供大量優勢。離子表現可透過改變影響主體電漿特性的參數以及透過改變靜電卡盤上的電參數(例如偏壓)而控制。在此二控制旋鈕中，正在不斷開發改變靜電卡盤上的電參數之方法以控制離子能量和離子角度分佈。【圖式簡單內容】

圖1繪示根據本揭露的實施例之設備的示意圖，該設備包括在公共節點處與濾波器和射頻匹配網路耦合的靜電卡盤。

圖2繪示根據本揭露的實施例之設備的示意圖，該設備包括在公共節點處與連續波電壓產生器系統和射頻電壓產生系統耦合的靜電卡盤。

圖3繪示根據本揭露的實施例之包括電漿處理工具的系統之示意圖，該電漿處理工具包括在公共節點處與連續波電壓產生器系統和射頻電壓產生系統耦合的靜電卡盤。

圖4繪示根據本揭露的實施例之離子溫度、供應至離子的電壓、和電漿的鞘區中之角度展開度之間的關係。

圖5繪示根據本揭露的實施例之提高離子能量和縮減離子角度展開度的方法。

圖6A繪示根據本揭露的實施例之由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓的圖表。

圖6B繪示根據本揭露的實施例之由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓與由射頻電壓產生系統產生的施加電壓之總和的圖表。

圖7A繪示根據本揭露的實施例之與由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓疊加之在基板表面上產生的感應電壓之圖表。

圖7B繪示根據本揭露的實施例之與由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓以及由射頻電壓產生系統產生的施加電壓疊加之在基板表面上產生的感應電壓之圖表。

圖8繪示根據本揭露的實施例之包括電漿鞘中的離子能量分布函數之圖表，該等函數由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓所產生、由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生、以及由連續波電壓產生系統產生的施加電壓和由射頻電壓產生系統的施加電壓之組合所產生。

圖9A繪示由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的離子能量角度展開度之圖表。

圖9B繪示由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓所產生的電漿鞘中的離子能量角度展開度之圖表。

圖9C繪示根據本揭露的實施例，由連續波電壓產生器系統和由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的電漿鞘中的離子能量角度展開度之圖表。

圖9D繪示根據本揭露的實施例，由連續波電壓產生器系統和由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的電漿鞘中的離子能量角度展開度之圖表。

圖10A繪示由於由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的離子能量角度展開度而在矽基板中形成的溝槽之蝕刻輪廓的圖形表現。

圖10B繪示由於由連續波電壓產生器系統產生的施加電壓所產生的離子能量角度展開度而在矽基板中形成的溝槽之蝕刻輪廓的圖形表現。

圖10C繪示根據本揭露的實施例，由於由連續波電壓產生器系統和由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的離子能量角度展開度而在矽基板中形成的溝槽之蝕刻輪廓的圖形表現。

圖10D繪示根據本揭露的實施例，由於由連續波電壓產生器系統和由射頻電壓產生系統產生的施加電壓所產生的離子能量角度展開度而在矽基板中形成的溝槽之蝕刻輪廓的圖形表現。

圖11繪示根據本揭露的實施例之具有機器可讀儲存媒體的處理器系統，該機器可讀儲存媒體具有當被執行時使處理器控制離子能量中的展開度之指令。

描述用於在電感耦合電漿中提高離子能量及縮減離子能量展開度的方法與設備。電感耦合電漿提供優於其他形式的電漿系統之明顯優勢，因為基板處的離子能量可獨立於電漿中增加的離子溫度來控制。離子能量通常由主體電漿電位控制，但也可藉由對靜電卡盤施加偏壓來控制。放置在靜電卡盤上的晶圓在電漿邊界的邊緣處與電漿鞘(鞘區域)接觸。改變鞘區域內的有效電壓可有利地提供路徑以縮減離開電漿的離子之角度展開度。通常，離子以特徵離子能量和離子角度分布離開鞘區域。縮減離子角度展開度的常用方法是提高靜電卡盤上的偏壓功率。透過混合RF和類DC訊號可為一種可行的方式來縮減離子角度展開度、提高蝕刻速率、及改善晶圓中特徵步的關鍵尺寸之變異。

本文描述的材料藉由例示而非藉由限制而在附圖中示出。為了簡單和清楚地描述，圖中描述的元件不一定按比例繪製。例如，為了清楚之目的，若干元件的尺寸可能相對於其他元件被放大。此外，為了清楚地討論，諸多物理特徵可以其簡化的「理想」形式和幾何形狀來表示，但應當理解，實際實施例可能僅接近所示的理想。例如，可繪製光滑表面和正方交叉點而忽略由奈米製造技術形成的結構之有限粗糙度、圓角、和不完美的角度交叉點特性。此外，在認為合適之情況下，在附圖中重複參考標記以指示對應或類似之元件。

描述一種用於在電感耦合電漿中提高離子能量及縮減離子能量展開度的方法與設備。在下文的描述中，闡述了許多具體細節，例如結構方案，以提供對本揭露之實施例的透徹理解。對本領域技術人員而言顯而易見的是，可在沒有此些具體細節的情況下實踐本揭露的實施例。在其他情況下，不詳盡地描述諸如射頻源之眾所皆知的特徵，以免不必要地模糊本揭露的實施例。此外，應理解，圖中所示的各種實施例是說明性表示，不一定按比例繪製。

在若干情況下，在下文描述中，以方塊圖形式而非詳細地示出眾所皆知的方法和設備，以避免模糊本揭露。貫穿本說明書的「一實施例」或「一個實施例」或「若干實施例」之參照表示結合該實施例描述的特定特徵、結構、功能、或特性被包括在本揭露的至少一實施例中。因此，貫穿本說明書各處出現的短語「在一實施例中」或「在一個實施例中」或「若干實施例」不一定指的是本揭露的相同實施例。此外，可在一或更多實施例中以任何合適的方式組合特定特徵、結構、功能、或特性。例如，第一實施例可與第二實施例組合，只要與此二實施例相關聯的特定特徵、結構、功能、或特性不相互排斥。

術語「耦合」與「連接」連同它們的衍生詞在本文中可用於描述構件之間的功能或結構關係。此些術語不意在作為彼此的同義詞。相反，在特定實施例中，「連接」可用於指示二或更多元件彼此直接物理、光學、或電接觸。「耦合」可用於指示二或更多元件彼此直接或間接(與它們之間的其他中間元件)物理、電、或磁接觸，及/或二或更多元件彼此合作或互動(例如，在因果關係中)。

本文使用的術語「上方」、「下方」、「之間」、和「之上」是指一構件或材料相對於其他構件或材料的相對位置，其中特別註明此種物理關係。除非此些術語用「直接」或「直接地」修飾，否則可能存在一或更多中間構件或材料。在構件組件的上下文中將進行類似的區分。如貫穿本說明書和申請專利範圍所使用的，由術語「至少一」或「一或更多」連接的項目之列表可表示所列術語的任何組合。

此處的術語「相鄰」一般是指一事物相鄰(例如，直接相鄰或靠近它們之間的一或更多事物)或鄰接另一事物(例如，鄰接它)的位置。

除非在其使用的明確上下文中具體明文，否則術語「基本上相等」、「大致相等」、「大約相等」意指所描述的二事物之間僅存在非顯著變異。在本領域中，此種差異通常不超過參考值的+/- 10%。

電感耦合電漿提供優於其他形式的電漿系統之明顯優勢，因為基板處的離子能量可獨立於電漿中增加的離子溫度而控制。離子溫度可透過在蝕刻腔室內感應電場的變壓器耦合而控制。蝕刻腔室限制電漿。感應電場有助於維持電漿並控制全域參數，例如電子和離子溫度、密度等。基於電感耦合電漿的電漿蝕刻和沉積系統包括靜電卡盤，其支撐用於處理的晶圓或基板。晶圓在電漿邊界的邊緣處與電漿鞘(鞘區域)接觸。通常，離子以特徵離子能量和離子角度分佈離開鞘。離子能量通常由主體電漿電位控制，但也可透過對靜電卡盤施加偏壓來控制。

靜電卡盤包括導電電極和導電電極上的絕緣體層，其中基板通常擱置在絕緣體層上。靜電卡盤通常藉由射頻(RF)電壓波形進行電壓偏置，以在基板上引起RF偏壓。在基板上引起的RF偏壓克服絕緣體的電容效應，以及基板上的離子電流。RF偏壓可幫助改變鞘區域內的有效電壓。

改變鞘區域內的有效電壓可有利地提供一路徑以縮減離開電漿之離子中的角度展開度。縮減離子角度展開度對於在半導體裝置製造期間蝕刻高深寬比的特徵部尺寸可能為非常重要的。大於20:1的深寬比可被認為是高深寬比。離子角度展開度與離子溫度的平方根成正比，並與鞘電壓V _S的平方根成反比。縮減離子角度展開度的常用方法是提高靜電卡盤上的偏壓功率。增加偏壓功率使鞘電壓V _S增加並使離子角度展開度縮減。然而，如果RF電壓波形顯著增加，則它可能產生電漿，並且還可能導致離子溫度Ti也增加。在如此的情況下，有效地縮減離子角度展開度變得具有挑戰性。然而，當RF和類DC訊號混合時，鞘電壓V _S增加。然而，由於類DC訊號不像RF訊號產生那麼多的電漿，離子溫度Ti便不再提高。以此方式，混合RF和類DC訊號可能是一可行的方法來縮減離子角度展開度，從而更快地蝕刻特徵部並改善特徵部CD。

類DC訊號可與高頻RF訊號疊加以提供組合的電壓脈衝。在諸多實施例中，類DC電壓訊號包括具有頻率範圍在400 kHz和4000 kHz之間的非正弦電壓波形。低頻電壓波形確保電壓不被靜電卡盤上的絕緣體層之電容阻擋。亦可控制類DC電壓訊號之電壓振幅以提供有效電壓，以克服操作期間晶圓上離子電流的增加。為了將RF與類DC的RF進行對比，RF電壓在本文中被稱為正弦連續波電壓，而類DC的RF被稱為非正弦連續波電壓。

圖1繪示設備100的示意圖。設備100包括濾波器102、在節點106處與濾波器102耦合的射頻(RF)匹配網路104。設備100更包括在節點106處與濾波器102和RF匹配網路104耦合的靜電卡盤108。在若干實施例中，RF匹配網路104促進在13.56 MHz和100 MHz之間的範圍內的功率輸送。RF匹配網路104可於節點110處耦合到RF產生器(圖未示出)。

在若干實施例中，濾波器102為凹口濾波器。在若干實施例中，凹口濾波器具有在12 MHz和100 MHz之間的阻帶頻率。在其他實施例中，濾波器102是截止頻率為5 MHz的低通濾波器。濾波器102可防止來自RF匹配網路104的訊號損壞耦合在節點112處的任何構件。例如，濾波器102可於節點112處耦合到RF產生器(圖未示出)。

在最簡單的實施例中，靜電卡盤108包括與節點106耦合的電極板108A，和在電極板108A的材料上之絕緣體108B。絕緣體108B可包括介電材料，包括合金和陶瓷，例如氧化鋁(Al ₂O ₃)、二氧化矽(SiO ₂)、氮化矽(Si ₃N ₄)、和藍寶石。

圖2繪示設備200的示意圖。除了設備100的元件(例如濾波器102、RF匹配網路104、靜電卡盤108)之外，裝置200更包括非正弦連續波電壓產生器202在節點112處與濾波器102串聯耦合。如圖所示，濾波器102串聯在非正弦連續波電壓產生器202與節點106之間。非正弦連續波電壓產生器202可配置為在靜電卡盤108處產生電壓波形206。如示意圖中所示，電壓波形206可為脈衝的。在若干實施例中，非正弦連續波電壓產生器202可產生高達100 kV的峰值電壓。在其他實施例中，非正弦連續波電壓產生器202配置為產生2 kV至10 kV範圍內的電壓。非正弦連續波電壓產生器202可產生50 kHz和500 kHz範圍內的電壓脈衝。根據本揭露的實施例，濾波器102和非正弦連續波電壓產生器202可為非正弦連續波電壓產生器系統210的元件。

設備200更包括在節點110處與RF匹配網路104串聯耦合的正弦連續波電壓波形產生器204。如圖所示，RF匹配網路104串聯在正弦連續波電壓波形產生器204和節點106之間。正弦連續波電壓波形產生器204配置為在靜電卡盤108處產生電壓波形208。如示意圖中所示，電壓波形208可為脈衝的。在若干實施例中，正弦連續波電壓波形產生器204可輸出高達100 kW的峰值功率。正弦連續波電壓波形產生器204可產生13 MHz- 100 MHz範圍內的電壓脈衝。根據本揭露的實施例，RF匹配網路104和正弦連續波電壓波形產生器204可為正弦連續波形產生器系統212的元件。

圖3繪示包括電漿處理工具302的系統300之示意圖，其包括設備200(圖2)的一或更多特徵。在說明性實施例中，電漿處理工具302為電感耦合蝕刻工具302，其包括處理腔室304內的靜電卡盤108和與處理腔室304上方的線圈耦合的RF產生器310。在操作期間，電漿306在處理腔室304內產生。離子從電漿鞘中噴射出來。電漿鞘在電漿306的最外部分，其在絕緣體108B附近。電漿鞘是在電漿邊界處形成的非中性區域以平衡電子和離子損失而保持準中性。離開電漿鞘的離子撞擊放置在靜電卡盤108上的基板305並對基板305內的一或更多材料進行蝕刻(例如，化學、機械等)。

如上所述，電漿306的鞘區域內的離子特性(速度和角度分布)取決於(a)電漿電位和(b)基板305的表面305A處之電位，此可由施加到靜電卡盤108的電壓來控制。特別是，離子的速度直接受(a)和(b)影響，因為(a)和(b)的增加使得將離子趨向靜電卡盤108的電場增加。

在諸多實施例中，當正弦連續波電壓波形產生器204將正弦連續波電壓施加到靜電卡盤108時，電漿鞘響應施加的正弦連續波電壓而震盪。施加正弦連續波電壓改變鞘的寬度(和電位)。鞘寬度或鞘邊界的變化由電子在該邊界處響應施加的正弦連續波電壓之快速震盪來界定。因為離子的移動性明顯低於電子，所以在針對所施加的正弦連續波電壓之頻率取平均之時間期間，離子響應緩慢。較慢的響應引起離子能量分布的擴展。應理解，鞘中的震盪是由於由驅動電漿震盪的感應電場所引起的震盪，及施加到靜電卡盤108的脈衝電壓波形208所引起的震盪。然而，為了影響電感耦合電漿系統中的離子分布之目的，脈衝電壓波形208可在震盪中發揮更大的作用。

圖4中的圖表400中繪示離子的溫度、供應給離子的電壓、及離子的角度展開度之間的關係。在說明性實施例中，電漿306包括鞘306A及與鞘306A相鄰的預鞘306B。在鞘306A與預鞘306B之間的邊界401處供應給離子的電壓與鞘306A中的電場和鞘306A的厚度Ds相關。由於電子在邊界401處的快速移動，故電場Es在鞘區域中出現，並且在邊界401處與相對於靜電卡盤108處之電位的鞘電壓V _S直接相關。為了清楚之目的，未示出基板。電場Es是耦合到維持電漿306之蝕刻腔室的功率之函數。在說明性實施例中，電場Es導向靜電卡盤108。在一實施例中，離子速度(起因於離子溫度Ti)的橫向分量由電漿中離子的隨機運動引起。離子速度的向量和與鞘電壓V _S提供最大離子角度展開度σ _θ(sigma theta)。

在圖4中繪示之離子的溫度、供應到在鞘內的離子之電壓、及離子速度的角度展開度之間的關係以等式1.1表示：

Sigma theta = Tan ^-1[Square root (T _i/eV _S)], (1.1) 其中sigma theta是角度展開度，Ti是離子的溫度，而V _S是處理腔室304(在圖3中)內(電漿306的)電漿鞘的鞘電壓。

朝向靜電卡盤108加速的離子之角度展開度θ直接受離子溫度Ti和鞘電壓V _S之間的比率影響。因此，非常需要在不增加電漿電位的情況下增加鞘電壓V _S的方法。

圖5繪示根據本揭露的實施例之增加離子能量及縮減離子角度展開度的方法500。方法500的若干或所有操作可由硬體、軟體、或其組合來執行或控制。方法500由操作510開始，將基板放置在電漿腔室內的靜電卡盤上，其中靜電卡盤電耦合到節點。方法500透過在電漿腔室內形成電漿而在操作520繼續，其中電漿產生具有第一鞘電壓的鞘。方法500在操作530結束，透過在靜電卡盤處施加包括第一周期函數的非正弦電壓波形並在靜電卡盤處施加包括第二周期函數的連續波電壓，來將第一鞘電壓增加到第二鞘電壓，其中非正弦電壓和正弦電壓的總和導致晶圓上的離子能量展開度之變化。

圖6A繪示根據本揭露的實施例，由非正弦波形產生器系統產生的電壓波形602之圖表600。在一實施例中，非正弦連續波電壓產生器系統210(結合圖2和圖3進行描述)可用於產生電壓波形602。在一實施例中，電壓波形602包括一或更多諧波。在若干實施例中，每一諧波是例如400 kHz的基頻之整數倍。在若干實施例中，電壓波形602包括高達並包括第十諧波(例如4000 kHz)。

在敘述性實施例中，電壓波形602包括高於零位準606的正脈衝部分604和包含斜坡階段的負脈衝部分607。在從負參考電壓位準V _R1斜升之後，正脈衝部分被施加持續時間608。持續時間608可持續至少20毫微秒(nanosecond)。

電壓波形602更包含準瞬時斜降到負電壓位準V ₁，隨後斜降到第二電壓位準V ₂，其中V ₂的量值大於V ₁的量值。在若干實施例中，V ₂比V ₁大至少10%。在說明性實施例中，V ₂亦為參考電壓位準V _R1。從V ₁到V ₂斜降的持續時間610取決於所需的脈衝寬度。在說明性實施例中，由於上述不同諧波之間的疊加，從V ₁到V ₂的斜降包括從400 kHz-4000 kHz的低頻震盪。

在若干實施例中，脈衝寬度在0-2微秒之間。斜降到V ₂完成電壓波形602的單個週期。在說明性實施例中，電壓波形602包括循環的重複，其中繪示了4個脈衝。在一實施例中，電壓波形602的工作週期在0和100之間。

圖6B繪示根據本揭露的實施例，由非正弦波形產生器系統產生的施加電壓及由非正弦連續波電壓波形產生器產生的施加電壓相加所產生之電壓波形621之圖表620。在一實施例中，非正弦連續波電壓產生器202和正弦連續波形產生器系統212(結合圖2和圖3進行描述)可用於產生電壓波形621。在若干實施例中，電壓波形621包括電壓波形602的一或更多特徵和由正弦連續波電壓波形產生器204(圖2)產生的正弦電壓脈衝之疊加。在若干實施例中，所使用的正弦連續波電壓波形產生器204可輸出高達100 kW的峰值功率並產生在10MHz- 100MHz範圍內的電壓波形。在該說明性實施例中，峰值正弦連續波電壓小於基板(或晶圓)表面上的負非正弦連續波電壓。在非正弦波電壓訊號的負電壓週期期間，瞬時電壓不變為正，亦即，|Vsinusoidal| ＜ |Vnon-sinusoidal|。

在說明性實施例中，電壓波形621包含高於零位準606(虛線)的正脈衝部分622和負脈衝部分623，其中負脈衝部分623包含斜坡階段。在從負參考電壓位準V _R2斜升之後，正脈衝部分622被施加持續時間624。持續時間624可持續至少100 ns但少於1 ms。相對於電壓波形602，電壓波形621包括由RF產生器(如圖2中的正弦連續波電壓波形產生器204)產生的正弦連續電壓波形的震盪。震盪和有限功率增加到電壓波形602的電壓位準。

電壓波形621更包含準瞬時斜降到負電壓位準V ₃，隨後斜降到第二電壓位準V ₄，其中V ₄的量值大於V ₃的量值。在一實施例中，V ₄的量值比V ₃的量值大至少10%。在說明性實施例中，V ₄也是參考電壓位準V _R2。從V ₃斜降到V ₄的持續時間626取決於期望的脈衝寬度。在說明性實施例中，從V ₃斜降到V ₄包括由RF產生器(例如圖2中的正弦連續波電壓波形產生器204)產生的正弦連續電壓波形的震盪。震盪放大在正脈衝階段(持續時間624)和斜降階段(持續時間626)期間的所得電壓。持續時間626可持續至少100 ns但少於1 ms。在一實施例中，電壓波形621的工作週期在0和100之間。

圖7A繪示在基板(如圖3中的基板305)之表面上感應的電壓波形702之圖表700。電壓波形702是電壓波形602與由離開鞘並撞擊在基板305(圖4)之表面上的離子所感應之電壓疊加的結果。電壓波形702中的震盪包括低頻震盪704。由於上述不同諧波之間的疊加，低頻震盪704的範圍可從400kHz到4000kHz。將由非正弦連續波電壓產生器系統產生的電壓波形602疊加以用於比較。

圖7B繪示在基板(如圖3中的基板305)之表面上的感應電壓波形722之圖表720。感應電壓波形722是電壓波形621(圖6B)和由離開鞘(圖4)的離子撞擊在基板之表面上所感應的電壓疊加的結果。震盪包括如上所述的低頻震盪和高頻RF震盪724的總和。將由正弦連續波電壓產生系統產生的施加電壓波形602和由正弦連續波電壓產生系統產生的施加電壓疊加以用於比較。

如上所述，關於圖4和等式1.1，V _S的增加可透過增加施加到靜電卡盤的電壓來實現。透過改變晶圓表面處的電位，將非正弦連續波形施加到正弦連續波形(例如圖6B中所示)為鞘電壓V _S提供額外的電壓偏置。電漿鞘電壓V _S從第一電壓到更高的第二電壓之增加使等式(1.1)中的分母增加並且可減小σ _θ。σ _θ的減小可能縮減離子能量的角度展開度。

圖8繪示根據本揭露的實施例之圖表800，包括由施加的非正弦連續電壓波形和施加的正弦連續電壓波形的組合所產生的鞘(例如圖4中的鞘 306A)中的離子能量分佈函數(IEDF)。

IEDF802代表對應於一實施例的電漿中的離子能量分布，其中非正弦連續電壓波形被施加到靜電卡盤。在說明性實施例中，以620 eV為中心的離子能量分布在靜電卡盤(例如圖4中的靜電卡盤108)處產生。

IEDF804代表對應於一實施例的電漿中的離子能量分布，其中正弦連續電壓波形被施加到靜電卡盤(例如圖4中的靜電卡盤108)。在說明性實施例中，以280 eV為中心的離子能量分布在靜電卡盤(例如圖4中的靜電卡盤108)處產生。離子能量分布具有雙峰表現，因為鞘電壓從低電壓擺動到高電壓。雙峰的能量分布代表離子對鞘電壓擺動中的最大值和最小值的敏感性以及與最大值和最小值電壓位準相關聯的相應能量位準。

IEDF806代表對應於一實施例的電漿中的離子能量分布，其中同時施加非正弦連續電壓波形(用於產生IEDF802)和正弦連續電壓波形(用於產生IEDF804)的組合。在說明性實施例中，在靜電卡盤處產生以760 eV為中心的離子能量分布。IEDF806代表基本上非雙峰分布，因為RF訊號不再是純RF，而是在參考DC訊號上擺動的正弦訊號。窄的IEDF可顯著改善蝕刻選擇性，例如在蝕刻介電質(諸如氧化矽或碳化矽與碳氟化合物氣體混合物中的矽)之間。在一實施例中，總離子能量可基本上等於IEDF802和IEDF804中的離子能量之總和。離子能量的提高和離子能量角度分配角的縮減可增加蝕刻速率、改善CD、並提供更好的負載。

圖9A-9D是對應於特定的施加電壓值之峰值的能量角度展開度的說明性實施例。

圖9A繪示由產生550 eV峰值能量的正弦電壓產生器(例如圖2中的正弦連續波電壓波形產生器204)產生的330V之施加電壓所導致的離子能量角度展開度之圖表900。在說明性實施例中，對於550 eV的峰值離子能量，離子能量角度展開度大約為3.32度。通常，正弦偏置電壓Vb產生1.6-1.8*Vb eV峰值能量。

圖9B繪示由非正弦連續波電壓產生器(例如圖2中的非正弦連續波電壓產生器202)產生的360V之施加電壓所導致的離子能量角度展開度之圖表910。在說明性實施例中，對於360V的峰值施加電壓，離子能量角度展開度約為8.1度。通常，非正弦偏置電壓V _b _-ns會產生大約1 V _b _-nseV峰值能量。

圖9C繪示根據本揭露之實施例，由非正弦連續波電壓產生器和正弦連續波電壓產生器產生的施加電壓之總和所產生的電漿鞘中的離子能量角度展開度之圖表920。在說明性實施例中，離子能量角度展開度是產生550 eV峰值能量的330V之施加電壓(例如由圖2中的正弦連續波電壓波形產生器204產生)和360V施加電壓(例如由圖2中的非正弦連續波電壓產生器202產生)之總和的結果。在說明性實施例中，對於910V的峰值施加電壓，離子的角度展開度約為2.34度。在說明性實施例中，與圖表900(圖9A)中的離子角度展開度相比，離子能量展開度導致離子角度展開度縮減近30%，並且與圖表910(圖9B)中的離子角度展開度相比，導致離子角度展開度縮減近70百分比。

圖9D繪示根據本揭露的實施例，由非正弦連續波電壓產生器和正弦連續波電壓產生器產生的施加電壓之總和所產生的電漿鞘中的離子能量角度展開度之圖表930。在說明性實施例中，離子能量角度展開度是產生550 eV峰值能量的330V之施加電壓(例如由圖2中的正弦連續波電壓波形產生器204產生)和1080V之施加電壓(例如由圖2中的非正弦連續波電壓產生器202產生)之總和的結果。在說明性實施例中，對於1630V的峰值施加電壓，離子角度展開度約為1.66度。在說明性實施例中，離子能量角度展開度導致離子角度展開度與圖表900(圖9A)中的離子角度展開度相比縮減近50%，並且與圖表910(圖9B)中的離子角度展開度相比，導致離子角度展開度縮減近80百分比。

圖10A繪示由於結合圖9A描述的離子能量角度展開度而在矽基板1004中形成的溝槽1002之蝕刻輪廓的圖形表現1000。在一實施例中，溝槽1002具有10 nm的初始遮罩開口。溝槽1002具有由3.32度的峰值離子能量分布所產生的22 nm之最大寬度。

圖10B繪示由於結合圖9B描述的離子能量角度展開度而在矽基板1004中形成的溝槽1012之蝕刻輪廓的圖形表現1010。在一實施例中，溝槽1012具有10 nm的初始遮罩開口。溝槽1012具有由8.1度的峰值離子能量分布所產生的22.2 nm之最大寬度。圖案化溝槽1012的蝕刻時間比圖案化溝槽1002(圖10A)所需的蝕刻時間多約5%。

圖10C繪示由於結合圖9C描述的離子能量角度展開度而在矽基板1004中形成的溝槽1022之蝕刻輪廓的圖形表現1020。在一實施例中，溝槽1022具有10 nm的初始遮罩開口。溝槽1022具有由2.34度的峰值離子能量分布所產生的22.0 nm之最大寬度。圖案化溝槽1022的蝕刻時間比圖案化溝槽1002 (圖10A)所需的蝕刻時間少25%以上，亦即蝕刻速率增加34%以上。

圖10D為由於(結合圖9D描述的)離子能量角度展開度而在矽基板1004中形成的溝槽1032之蝕刻輪廓的圖形表現1030。在一實施例中，溝槽1032具有10 nm的初始遮罩開口。溝槽1032具有由1.66度的峰值離子能量分布所產生的20.2 nm之最大寬度。圖案化溝槽1032的蝕刻時間比圖案化溝槽1002 (圖10A)所需的蝕刻時間少約50%，亦即蝕刻速率增加90%以上。

圖11繪示根據諸多實施例的具有機器可讀儲存媒體之處理系統1100，該儲存媒體具有當被執行時使處理器提高離子能量並縮減電感耦合電漿中的離子能量展開度的指令。在本揭露的諸多實施例中描述的處理可作為電腦可執行指令儲存在機器可讀媒體(例如1103)中。在若干實施例中，處理器系統1100包括記憶體1101、處理器1102、機器可讀儲存媒體1103(也稱為實體機器可讀儲存媒體)、通訊界面1104(例如，無線或有線介面)和如圖所示耦合在一起的網路匯流排1105。

在若干實施例中，處理器1102是數位訊號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、通用中央處理單元(CPU)、或實施簡單有限狀態機器的低功率邏輯以執行本文描述的諸多處理。

在若干實施例中，處理器系統1100的諸多邏輯塊經由網路匯流排1105耦合在一起。可使用任何合適的協定來實施網路匯流排1105。在若干實施例中，機器可讀儲存媒體1103包括用於在電感耦合電漿中提高離子能量和縮減離子能量角度展開度的指令(也稱為程序軟體編碼/指令)，如上文參考諸多實施例所述。

在一範例中，機器可讀媒體1103是具有用於在電感耦合電漿中提高離子能量和縮減離子能量角度展開度的指令之可讀儲存媒體。機器可讀媒體1103具有機器可讀指令，其在被執行時使處理器1102執行如參考諸多實施例所討論的測量及/或報告的方法。

與諸多實施例相關聯的程式軟體編碼/指令可實施為操作系統或特定應用應用程式、構件、程式、目標、模組、排程、或其他指令之序列或指令之序列組織的一部分，其稱為「程式軟體編碼/指令」、「操作系統程式軟體編碼/指令」、「應用程式軟體編碼/指令」、或簡稱為「軟體」或處理器中嵌入的韌體。在若干實施例中，與諸多實施例的處理相關聯的程式軟體編碼/指令由處理器系統1100執行。

在若干實施例中，與各種實施例相關聯的程式軟體編碼/指令儲存在機器可讀儲存媒體1103中並由處理器1102執行。此處，電腦可執行機器可讀儲存媒體1103是實體的機器可讀介質，其可用於儲存程式軟體編碼/指令和數據，當由電腦裝置執行時，這些編碼/指令和數據使一或更多處理器(例如，處理器1102)執行一處理。在若干實施例中，該處理可以包括控制脈衝電壓。在若干實施例中，該處理可包括控制週期性電壓。在若干實施例中，該處理可包括透過結合脈衝電壓和週期電壓來調節電漿的鞘區內的離子能量的散佈。在諸多實施例中，鞘區域與靜電卡盤上的基板相鄰。在若干實施例中，脈衝電壓的頻率低於週期電壓的頻率。

實體的機器可讀儲存媒體1103可包括可執行軟體程式編碼/指令和數據在諸多實體位置的儲存，包括例如ROM、易失性RAM、非易失性記憶體和/或高速緩存和/或其他本揭露中引用的記憶體之實體位置。該程式軟體編碼/指令和/或數據的部分可能儲存在這些儲存和記憶裝置中的任何一者中。在若干實施例中，程式軟體編碼/指令可以從其他儲存裝置獲得，包括例如透過集中式服務器或對等網絡等，包括網際網路。軟體程式編碼/指令和數據的不同部分可以在不同時間、不同通訊會話或同一通訊會話中獲得。

與軟體程式編碼/指示相關聯的程式軟體編碼/指令可以在執行相應的軟件程序或應用程序之前完整地獲得。或者，程式軟體編碼/指令和數據的部分可以動態地獲得，例如，在需要執行時及時地獲得。或者，可以出現這些獲得程式軟體編碼/指令和數據的方式的某種組合，例如，對於不同的應用程式、構件、程式、目標、模組、排程或其他指令序列或指令序列的組織，舉例而言。因此，不要求數據和指令在特定時間完整地存在於實體的機器可讀介質上。

實體的機器可讀儲存媒體1103包括但不限於可記錄和不可記錄類型的媒體，例如易失性和非易失性記憶裝置、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶裝置、軟磁碟和其他可移動磁碟、磁儲存裝置、光學儲存媒體(例如唯讀記憶光碟(CD-ROM)、數位多功能光碟(DVD)等)等。軟體程式編碼/指令可暫時儲存在數位實體通訊連結中，同時透過此種實體通訊連結實現電、光、聲音或其他形式的傳播訊號，例如載波、紅外訊號、數字訊號等連結。

範例1：一種設備，其包含：一濾波器；一RF匹配網路，該RF匹配網路與該濾波器在一節點處耦合；及一靜電卡盤，該靜電卡盤在該節點處與該濾波器和該RF匹配網路耦合。

範例2：如請求項1之設備，其中該濾波器是一凹口濾波器，且其中該凹口濾波器耦合至一非正弦電壓波形源。

範例3：如請求項2之設備，其中該凹口濾波器包含在12 MHz和100 MHz之間的一阻帶頻率。

範例4：如請求項1之設備，其中該濾波器是一低通濾波器，其中該低通濾波器耦合至一DC源。

範例5：如請求項4之設備，其中該低通濾波器包含小於5 MHz的一截止頻率。

範例6：如請求項2之設備，其中該非正弦電壓波形源輸出一電壓訊號，該電壓訊號在400 kHz及4000 kHz之間的一範圍內。

範例7：如請求項1之設備，其中該RF匹配網路耦合至一正弦電壓波形產生器。

範例8：如請求項7之設備，其中該RF匹配網路促進高達100 kV之功率輸送。

範例9：如請求項1之設備，其中該RF匹配網路促進在13.56 MHz和100 MHz之間的一範圍內之功率輸送。

範例10：如請求項1之設備，其中該靜電卡盤包含一導電板和在該導電板上的一絕緣層。

範例11：一種設備，其包含：一濾波器；一RF匹配網路，該RF匹配網路與該濾波器在一節點處耦合；一靜電卡盤，該一靜電卡盤在該節點處與該濾波器和該RF匹配網路耦合；一非正弦電壓波形產生器，該非正弦電壓波形產生器配置為在該靜電卡盤處產生第一脈衝電壓波形，其中該濾波器串聯在該非正弦電壓波形產生器與該節點之間；及一正弦電壓波形產生器，該正弦電壓波形產生器配置為在該靜電卡盤處產生第二脈衝電壓波形，其中該RF匹配網路串聯在該正弦電壓波形產生器與該節點之間。

範例12：如請求項11之設備，其中該正弦電壓波形產生器在0- 100 kW之間的功率範圍產生13.56 MHz至100 MHz的功率。

範例13：如請求項11之設備，其中該非正弦電壓波形產生器配置為在400 kHz- 4000 kHz之間操作且電壓輸出在5- 10 kV之間。

範例14：如請求項11之設備，其中該靜電卡盤包含一導電板和在該導電板上的一絕緣層。

範例15：一種系統，其包含：一電漿蝕刻腔室，該電漿蝕刻腔室配置為產生和限制一電漿；一RF產生器，該RF產生器與該電漿蝕刻腔室耦合；一靜電卡盤，該靜電卡盤位於該電漿蝕刻腔室的底部處，該靜電卡盤電耦合至一節點，其中該靜電卡盤配置為機械地支撐一基板；一非正弦電壓波形產生系統，該非正弦電壓波形產生系統電耦合至該節點，其中該非正弦電壓波形產生系統配置為在該靜電卡盤處產生第一脈衝電壓波形；及一正弦電壓波形產生系統，該正弦電壓波形產生系統電耦合至該節點，其中該RF產生器配置為在該靜電卡盤處產生第二脈衝電壓波形。

範例16：如請求項15之系統，其中該非正弦電壓波形產生系統更包含串聯的一非正弦電壓波形產生器及一濾波器，該非正弦電壓波形產生器配置為在400 kHz- 4000 kHz之間操作且電壓輸出在5- 10 kV之間。

範例17：如請求項15之系統，其中該正弦電壓波形產生系統更包含一正弦電壓波形產生器及一RF匹配網路，該正弦電壓波形產生器配置為在0- 100 kW之間的功率範圍產生13.56 MHz至100 MHz的功率。

範例18：一種用於操作電漿腔室的方法，用以在一蝕刻操作期間提高導向一基板之表面的離子之離子能量及縮減該等離子之角度展開度，該方法包含：將一基板放置在該電漿腔室內的一靜電卡盤上，其中該靜電卡盤電耦合至一節點；在該電漿腔室中形成一電漿，其中該電漿產生帶有第一鞘電壓的一鞘；及藉由在該靜電卡盤處施加包含第一週期函數之一非正弦電壓波形及藉由在該靜電卡盤處施加包含第二週期函數之一正弦電壓波形而將該第一鞘電壓增加至第二鞘電壓，其中該非正弦電壓波形及該正弦電壓波形的總和在該靜電卡盤上產生一電壓響應，該電壓響應致使在基板處的該離子能量中之展開度的變化。

範例19：如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形包含產生包含複數諧波的該非正弦電壓波形。

範例20：如請求項19之方法，其中該複數諧波包括400 kHz的一基諧波並包括高達至第10諧波。

範例21：如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形更包含：一正週期、一負週期、在0- 100之間的工作週期。

範例22：如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形更包含：第一負電壓和到第二負電壓的一斜坡，其中該第二負電壓比該第一負電壓大至少10%。

範例23：如請求項18之方法，其中施加該第二週期函數更包含產生一高頻脈衝，該高頻脈衝在13.56 MHz和100 MHz之間的一範圍。

範例24：如請求項18之方法，其中施加該第二週期函數更包含產生具有小於100 kV的最大振幅之該正弦電壓波形。

範例25：如請求項18之方法，包含透過阻擋在12 MHz和100 MHz之間的頻率來防止一高頻訊號到達該節點。

除了本文所描述的之外，在不脫離其範圍的情況下，可對所揭露的實施例及其實施方式進行諸多修改。因此，本文之實施例敘述應被解釋為僅是範例而非限制本揭露的範圍。本揭露的範圍應僅透過參考隨附申請權利範圍來衡量。

100:設備 102:濾波器 104:RF匹配網路 106:節點 108:靜電卡盤 108A:電極板 108B:絕緣體 110:節點 112:節點 200:設備 202:非正弦連續波電壓產生器 204:正弦連續波電壓波形產生器 206:電壓波形 208:電壓波形 210:非正弦連續波電壓產生器系統 212:正弦連續波形產生器系統 300:系統 302:電漿處理工具 304:處理腔室 305:基板 305A:表面 306:電漿 306A:鞘 306B:預鞘 310:RF產生器 400:圖表 401:邊界 500:方法 510-530:操作 600:圖表 602:電壓波形 604:正脈衝部分 606:位準 607:負脈衝部分 608:持續時間 610:持續時間 620:圖表 621:電壓波形 622:正脈衝部分 623:負脈衝部分 624:持續時間 626:持續時間 700:圖表 702:電壓波形 704:低頻震盪 720:圖表 722:感應電壓波形 724:高頻RF震盪 800:圖表 802:IEDF 804:IEDF 806:IEDF 900:圖表 910:圖表 920:圖表 930:圖表 1000:圖形表現 1002:溝槽 1004:矽基板 1010:圖形表現 1012:溝槽 1020:圖形表現 1022:溝槽 1030:圖形表現 1032:溝槽 1100:處理器系統 1101:記憶體 1102:處理器 1103:機器可讀媒體 1104:通訊介面 1105:網路匯流排

102:濾波器

104:RF匹配網路

106:節點

108:靜電卡盤

108A:電極板

108B:絕緣體

110:節點

112:節點

202:非正弦連續波電壓產生器

204:正弦連續波電壓波形產生器

206:電壓波形

208:電壓波形

210:非正弦連續波電壓產生器系統

212:正弦連續波形產生器系統

300:系統

302:電漿處理工具

304:處理腔室

305:基板

305A:表面

306:電漿

310:RF產生器

Claims

一種用於基板處理之設備，其包含：一濾波器；一RF匹配網路，該RF匹配網路與該濾波器在一節點處耦合；及一靜電卡盤，該靜電卡盤在該節點處與該濾波器和該RF匹配網路耦合。
如請求項1之設備，其中該濾波器是一凹口濾波器，且其中該凹口濾波器耦合至一非正弦電壓波形源。
如請求項2之設備，其中該凹口濾波器包含在12 MHz和100 MHz之間的一阻帶頻率。
如請求項1之設備，其中該濾波器是一低通濾波器，其中該低通濾波器耦合至一DC源。
如請求項4之設備，其中該低通濾波器包含小於5 MHz的一截止頻率。
如請求項2之設備，其中該非正弦電壓波形源輸出一電壓訊號，該電壓訊號在400 kHz及4000 kHz之間的一範圍內。
如請求項1之設備，其中該RF匹配網路耦合至一正弦電壓波形產生器。
如請求項7之設備，其中該RF匹配網路促進高達100 kV之功率輸送。
如請求項1之設備，其中該RF匹配網路促進在13.56 MHz和100 MHz之間的一範圍內之功率輸送。
如請求項1之設備，其中該靜電卡盤包含一導電板和在該導電板上的一絕緣層。
一種用於基板處理之設備，其包含：一濾波器；一RF匹配網路，該RF匹配網路與該濾波器在一節點處耦合；一靜電卡盤，該一靜電卡盤在該節點處與該濾波器和該RF匹配網路耦合；一非正弦電壓波形產生器，該非正弦電壓波形產生器配置為在該靜電卡盤處產生第一脈衝電壓波形，其中該濾波器串聯在該非正弦電壓波形產生器與該節點之間；及一正弦電壓波形產生器，該正弦電壓波形產生器配置為在該靜電卡盤處產生第二脈衝電壓波形，其中該RF匹配網路串聯在該正弦電壓波形產生器與該節點之間。
如請求項11之設備，其中該正弦電壓波形產生器在0- 100 kW之間的功率範圍產生13.56 MHz至100 MHz的功率。
如請求項11之設備，其中該非正弦電壓波形產生器配置為在400 kHz- 4000 kHz之間操作且電壓輸出在5- 10 kV之間。
如請求項11之設備，其中該靜電卡盤包含一導電板和在該導電板上的一絕緣層。
一種用於基板處理之系統，其包含：一電漿蝕刻腔室，該電漿蝕刻腔室配置為產生和限制一電漿；一RF產生器，該RF產生器與該電漿蝕刻腔室耦合；一靜電卡盤，該靜電卡盤位於該電漿蝕刻腔室的底部處，該靜電卡盤電耦合至一節點，其中該靜電卡盤配置為機械地支撐一基板；一非正弦電壓波形產生系統，該非正弦電壓波形產生系統電耦合至該節點，其中該非正弦電壓波形產生系統配置為在該靜電卡盤處產生第一脈衝電壓波形；及一正弦電壓波形產生系統，該正弦電壓波形產生系統電耦合至該節點，其中該RF產生器配置為在該靜電卡盤處產生第二脈衝電壓波形。
如請求項15之系統，其中該非正弦電壓波形產生系統更包含串聯的一非正弦電壓波形產生器及一濾波器，該非正弦電壓波形產生器配置為在400 kHz- 4000 kHz之間操作且電壓輸出在5- 10 kV之間。
如請求項15之系統，其中該正弦電壓波形產生系統更包含一正弦電壓波形產生器及一RF匹配網路，該正弦電壓波形產生器配置為在0- 100 kW之間的功率範圍產生13.56 MHz至100 MHz的功率。
一種用於操作電漿腔室的方法，用以在一蝕刻操作期間提高導向一基板之表面的離子之離子能量及縮減該等離子之角度展開度，該方法包含：將一基板放置在該電漿腔室內的一靜電卡盤上，其中該靜電卡盤電耦合至一節點；在該電漿腔室中形成一電漿，其中該電漿產生帶有第一鞘電壓的一鞘；及藉由在該靜電卡盤處施加包含第一週期函數之一非正弦電壓波形及藉由在該靜電卡盤處施加包含第二週期函數之一正弦電壓波形而將該第一鞘電壓增加至第二鞘電壓，其中該非正弦電壓波形及該正弦電壓波形的總和在該靜電卡盤上產生一電壓響應，該電壓響應致使在基板處的該離子能量中之展開度的變化。
如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形包含產生包含複數諧波的該非正弦電壓波形。
如請求項19之方法，其中該複數諧波包括400 kHz的一基諧波並包括高達第10諧波。
如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形更包含：一正週期、一負週期、在0- 100之間的工作週期。
如請求項18之方法，其中施加該非正弦電壓波形更包含：第一負電壓和到第二負電壓的一斜坡，其中該第二負電壓比該第一負電壓大至少10%。
如請求項18之方法，其中施加該第二週期函數更包含產生一高頻脈衝，該高頻脈衝在13.56 MHz和100 MHz之間的一範圍。
如請求項18之方法，其中施加該第二週期函數更包含產生具有小於100 kV的最大振幅之該正弦電壓波形。
如請求項18之方法，包含透過阻擋在12 MHz和100 MHz之間的頻率來防止一高頻訊號到達該節點。