TWI838387B

TWI838387B - 功率供應系統、基板處理系統、及供應功率的方法

Info

Publication number: TWI838387B
Application number: TW108123884A
Authority: TW
Inventors: 依萊Ｙ賈可; 卡爾費德瑞克李瑟; 邱華檀
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2024-04-11

Abstract

多信號射頻(RF)源包含：RF源；以及交換器，該交換器包含與該RF源的輸出連通的輸入、第一輸出及第二輸出。該交換器係設置以將輸入選擇性連接至該第一輸出及該第二輸出的其中一者。與該多信號射頻RF源之該第一輸出連接的RF產生器係設置以在處理腔室中產生電漿。與該多信號RF源之該第二輸出連接的遠端電漿產生器係設置以供應遠端電漿至處理腔室。

Description

功率供應系統、基板處理系統、及供應功率的方法

相關申請案的交互參照：本申請案主張以下申請案的優先權：於2018年7月9日提交之美國臨時申請案第62/695,693號，上述引用之全部揭示內容通過引用於此納入。

本揭露相關於基板處理系統，且更特別是，相關於供應RF電漿產生器及遠端電漿產生器的RF信號源。

此處所提供之先前技術章節係為了一般性呈現本揭露之內容的目的。本案列名發明人的工作成果，在此先前技術段落中所述範圍以及不適格為申請時先前技術的說明實施態樣，不明示或暗示承認為對抗本揭露內容的先前技術。

基板處理系統可用以執行蝕刻、沉積、以及/或者諸如半導體晶圓之基板的其他處理。可在基板上執行的範例製程包含但不限於：化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、原子層蝕刻(ALE)、電漿輔助原子層沉積(PEALD)、以及/或者其他蝕刻、沉積及清潔製程。

在處理期間，將基板置於在基板處理系統之處理腔室中的諸如底座、靜電夾頭(ESC)等等之基板支撐物上。將製程氣體混合物引入處理腔室以處理該基板。在某些例子中，可擊發電漿以增強處理腔室內的化學反應。

在一個預定間隔或是處理預定數量的基板之後，可清潔處理腔室。某些處理腔室包含遠端電漿產生器，該遠端電漿產生器在外部產生電漿並將電漿供至處理腔室，以將在處理腔室內部表面上的膜或其他物質的積聚加以移除。

一種多信號射頻(RF)源，包含：一RF源；以及一交換器，包含與該RF源的輸出連通的輸入、第一輸出及第二輸出。該交換器係設置以將輸入選擇性連接至該第一輸出及該第二輸出的其中一者。一RF產生器，與該多信號RF源之該第一輸出連通，且設置以產生電漿。一遠端電漿產生器，與該多信號RF源之該第二輸出連通，且設置以供應遠端電漿。

在其他特徵中，該多信號RF源更包含一濾波器，該濾波器與該第一輸出連接且並不與該第二輸出連接。該RF產生器係連接至該濾波器。

在其他特徵中，該RF源供應一週期信號。該濾波器包含一低通濾波器以使該RF源之該輸出的一基頻通過。該濾波器包含一帶通濾波器以通過該RF源之該輸出的至少一個諧波並遮蔽該RF源之該輸出的另一諧波。

在其他特徵中，一控制器係設置以控制該RF產生器、該遠端電漿產生器以及該交換器。該控制器係設置以：將該交換器的一狀態設定為一第一狀態及一第二狀態的其中一者；當該交換器在該第一狀態時，使該交換器連接該RF源至該第一輸出且不將該RF源連接至該第二輸出；以及當該交換器在該第二狀態時，使該交換器切換該RF源連接至該第二輸出且不將該RF源連接至該第一輸出。

一種在用於處理基板之基板處理系統中供應RF功率的方法，該方法包含：提供一RF源及一交換器，該交換器包含與該RF源的一輸出連通一的輸入、一第一輸出及一第二輸出；將設置以在處理腔室中產生電漿的一RF產生器連接至該多信號RF源之該第一輸出；將設置以供應遠端電漿以清潔該處理腔室的一遠端電漿產生器連接至該多信號RF源之該第二輸出；以及使用該交換器將該輸入選擇性連接至該第一輸出及該第二輸出的其中一者。

在其他特徵中，該方法包含供應一第一氣體混合物至該處理腔室；以及供應一第二氣體混合物至該遠端電漿產生器。該方法包含將一濾波器設置於該交換器之該第一輸出及該RF產生器之間。

該方法包含使用該RF源供應一週期信號。該方法包含使用該濾波器，使該RF源之該輸出的一基頻通過。該方法包含使用該濾波器，使該RF源之該輸出的至少一個諧波通過以及遮蔽該RF源之該輸出的另一諧波。

在其他特徵中，該方法包含：將該交換器的一狀態設定為一第一狀態及一第二狀態的其中一者；當該交換器在該第一狀態時，將該RF源連接至該第一輸出且不將該RF源連接至該第二輸出；以及當該交換器在該第二狀態時，將該RF源連接至該第二輸出且不將該RF源連接至該第一輸出。

一種供應RF功率的方法，在用於處理基板之基板處理系統中供應RF功率，該方法包含：提供一RF源；將功率從該RF源選擇性供應至一RF產生器，同時不將功率從該RF源供應至一遠端電漿產生器，其中，該RF產生器係設置以供應RF功率到該處理腔室中的一元件；以及將功率從該RF源選擇性供應至該遠端電漿產生器，同時不將功率從該RF源供應至該RF產生器，同時，該遠端電漿產生器係設置以供應遠端電漿至該處理腔室。

在其他特徵中，該方法包含供應一第一氣體混合物至該處理腔室；以及供應一第二氣體混合物至該遠端電漿產生器。該方法包含使用該RF源供應一週期信號。該方法包含將該RF源之一輸出的一基頻傳送至該RF產生器。該方法包含將該RF源之一輸出的至少一個諧波傳送至該RF產生器而同時阻擋往該RF產生器之該RF源之該輸出的另一諧波。

通過細節描述、請求項以及圖示，本揭露的更多應用領域將變得顯而易見。細節描述及特定範例旨在僅為說明性的目的而非意圖限制本揭露之範疇。

100:基板處理系統

102:處理腔室

104:上部電極

106:基板支撐物

108:基板

109:噴淋頭

110:底座

112:加熱板

114:熱阻層

116:冷卻劑通道

120:RF產生器

122:RF源

124:匹配及分配網路

135:氣體輸送系統

137:歧管

138:遠端電漿產生器

139:RF源

141:氣體輸送系統

142:溫度控制器

144:熱控制部件(TCE)

146:冷卻劑組件

150:閥

152:泵

160:系統控制器

200:基板處理系統

210:多信號RF源

220:可變RF源

224:交換器

228:濾波器

300:方法

310:步驟

314:步驟

318:步驟

322:步驟

326:步驟

330:步驟

332:步驟

336:步驟

340:步驟

通過細節說明及隨附圖示將可變得更完整了解本揭露內容，其中：圖1為包含RF產生器及遠端電漿產生器之基板處理系統範例的功能框圖；圖2為根據本揭露之包含共享RF源的RF產生器及遠端電漿產生器之基板處理系統範例的功能框圖；以及圖3為運作圖2之RF源的方法範例的流程圖。

在圖式中，可重複使用索引號碼以指示相似以及/或者相同的部件。

基板處理系統的不同元件可能需要RF信號源以供應RF信號。有時候，在基板處理系統運作期間並不會同時操作該等元件。舉例而言，在基板處理期間產生電漿的RF產生器以及供應遠端電漿用以腔室清潔的遠端電漿產生器一般並不會同時運作。

為了降低系統成本，根據本揭露的RF源在第一時段期間將第一RF信號供至基板處理系統的第一元件；而在第二時段期間將第二RF信號供至基板處理系統的第二元件(其中第一及第二時段沒有重疊)。換句話說，RF源係時間多工化的。因此，只需要一個RF源來供應基板處理系統的二或多個元件，且可以消除關於至少一個RF源的成本。

在某些例子中，第一RF信號及第二RF信號具有相同頻率但是不同類型的波形。在其他例子中，第一RF信號與第二RF信號相同。在另外其他的例子中，第一RF信號及第二RF信號具有不同頻率且不同類型的波形。

在某些例子中，基板處理系統的第一元件包含遠端電漿產生器(亦稱為遠端電漿源)而基板處理系統的第二元件包含RF產生器。在某些例子中，第一RF信號係週期信號而第二RF信號為正弦信號。週期信號的非限制性例子包含：方波信號、鋸齒信號、三角信號、正弦信號等等。

當供應第一RF信號時，RF源的交換器將週期信號供至遠端電漿產生器。當供應第二RF信號時，RF源的交換器將週期信號供至濾波器。在某些例子中，濾波器包含低通濾波器以將週期信號的基頻過濾，以產生正弦信號。替代地，可使用帶通濾波器以過濾週期信號的另一諧波(諸如第三、第五、或其他諧波)以產生頻率不同於週期信號的正弦信號。由濾波器輸出的正弦信號供應至RF產生器。

在其他範例中，省略濾波器且可進行其他信號處理。舉例而言，可進行諸如倒置、整流等等的後處理。

現參見圖1，顯示了用於進行諸如蝕刻、沉積或使用RF電漿的其他處理之基板處理的範例基板處理系統100。基板處理系統100包含處理腔室102，處理腔室102圍起基板處理系統100的其他元件並包容RF電漿。基板處理系統100包含上部電極104及諸如靜電夾頭(ESC)的基板支撐物106。在操作期間，基板108係放置在基板支撐物106上。

僅為範例，上部電極104可包含引入並分布製程及清潔氣體的噴淋頭109。噴淋頭109可包含一桿部分，其包含連接到處理腔室之頂部表面的一端。一基座部分一般是圓柱狀的且在與處理腔室頂部表面相隔開之位置處從桿部分的相對端向外徑向延伸。噴淋頭的基座部分的面板或面對基板表面包含製程氣體或吹掃氣體流動通過的複數個通孔。替代地，上部電極104可包含導板，且製程氣體可以另一種方式引入。

底座110支撐加熱板112，加熱板112可對應到陶瓷多區加熱板。基板支撐物106包含作為下部電極的底座110。可將熱阻層114設置在加熱板112及底座110之間。底座110可包含用於使冷卻劑流經過底座110的一或多個冷卻劑通道116。

RF產生器120產生並輸出RF功率至上部電極104與下部電極(例如基板支撐物106的底座110)的其中一者。上部電極與下部電極中的另外一者可為DC接地、AC接地或浮接。僅為舉例，RF產生器120包含供應RF功率的RF 源122以及用於與上部電極104或底座110之阻抗匹配的匹配及分配網路124。在某些範例中，RF源122以第一預定頻率供應正弦信號。

第一氣體輸送系統135包含一或多個氣源，該一或多個氣源供應一或多種反應氣體、惰性氣體、或其他類型的氣體。在某些例子中，反應氣體包含鹵素氣體物質。第一氣體輸送系統135包含一或多個氣源，該一或多個氣源由一或多個主閥、質量流量控制器(MFC)、以及/或者副閥(全部未顯示)連接至混合歧管137，混合歧管137與遠端電漿產生器138呈液體連通。在某些例子中，遠端電漿產生器138包含基於微波的遠端電漿產生器、電漿管或其他類型的遠端電漿產生器。

RF源139將RF信號供至遠端電漿產生器138。在某些範例中，RF源139以第二預定頻率供應週期信號，其可與第一預定頻率相同或不同。遠端電漿產生器138產生選擇性供至處理腔室102的遠端電漿。

第二氣體輸送系統141可包含用於輸送諸如載氣、氣體前驅物以及/或者用於在基板處理期間(例如在腔室清理之前)使用以及/或者用於吹掃處理腔室之吹掃氣體的氣體混合物或其他氣體的一或多個主閥、質量流量控制器(MFC)以及/或者副閥(未顯示)。在某些例子中，將分別為第一及第二氣體輸送系統135及141結合。

溫度控制器142可連接至設置於加熱板112中的複數個熱控制部件(TCEs)144。溫度控制器142可用以控制複數個TCE 144以調整基板支撐物106及基板108的溫度。

溫度控制器142可與冷卻劑組件146通訊以控制流經過冷卻劑通道116的冷卻劑流。舉例而言，冷卻劑組件146可包含冷卻劑泵以及儲槽。溫度控制器142操作冷卻劑組件146以選擇性使冷卻劑流經冷卻劑通道116以控制基板支撐物106的溫度。

閥150及泵152可用以控制壓力以及/或者將反應物從處理腔室102抽空。系統控制器160可用以控制基板處理系統100的元件。儘管顯示為個別控制器，溫度控制器142可在系統控制器160內實行。

現參見圖2，根據本揭露之基板處理系統200包含多信號RF源210，多信號RF源210以二或多個模式運作。多信號RF源210在第一模式運作以供應第一RF信號至基板處理系統的第一元件。多信號RF源210在第二模式運作以供應第二RF信號至基板處理系統的第二元件。舉例而言，多信號RF源210在第一模式將RF功率供應至遠端電漿產生器以產生遠端電漿，該遠端電漿在腔室清潔的期間(一般在基板不存在的時候)輸送到處理腔室。在第二模式，多信號RF源210將RF功率供應至RF產生器以在基板處理期間在處理腔室中產生電漿。

在某些範例中，儘管可使用其他功率層級，多信號RF源210以範圍在50瓦到20千瓦的RF功率供應週期信號。在某些範例中，儘管可使用其他的頻率範圍，由多信號RF源210所輸出的週期係在360千赫茲到440千赫茲的頻率範圍。在某些範例中，多信號RF源210以相似的功率層級及頻率範圍供應正弦信號。

在某些例子中，多信號RF源210包含可變RF源220，可變RF源220以預定頻率及預定振幅供應週期信號。可變RF源220將週期信號輸出至交換器224，當在第一模式運作時交換器224係設定在第一狀態。當在第二模式運作時可將交換器224設於第二狀態。當交換器224在第一狀態時，經由交換器224的第一輸出將週期信號輸出至遠端電漿產生器138。當在第二狀態運作時，將交換器的第二輸出加以輸入至濾波器228，濾波器228具有與匹配及分配網路124通訊的輸出。

在某些例子中，濾波器228係低通濾波器，其通過對應於正弦信號期望頻率的基頻。在其他範例中，濾波器228包含帶通濾波器以將週期的一或多個諧波過濾(同時遮蔽其他諧波)。換句話說，濾波器228拒絕在期望頻帶之外的頻率的信號功率。濾波器228產生過濾的輸出信號，該過濾的輸出信號為正弦信號。將正弦信號輸出至匹配及分配網路124。

現參見圖3，顯示操作RF源的方法300。在步驟310，該方法確定是否有供應RF功率以在處理腔室中產生電漿的需求。若步驟310為真(true)，在步驟314將交換器224設置在第二狀態。在步驟318，RF源產生在所欲之頻率及功率位準的週期信號。在某些範例中，儘管可使用諸如鋸齒波、正弦波、三角波等等的其他週期信號，該週期信號為方波。在某些範例中，在正及負半週期的期間週期信號可具有相同形狀，或者在正及負半週期的期間週期信號可具有不同形狀。

在步驟322，可使用濾波器以消除寄生信號以及/或者一或多個諧波。在某些範例中，低通濾波器係用以通過對應於正弦信號之期望頻率的基頻(或另一諧波)同時將在較高頻率的其他信號成分遮蔽。在其他範例中，使用帶通濾波器。在步驟326，將過濾的信號輸出至RF產生器以在處理腔室中產生RF電漿。在某些範例中，將方波信號過濾且過濾的信號係正弦波。

若是步驟310為偽(false)，該方法繼續到步驟330且確定是否供應遠端電漿。若步驟330為真，該方法在步驟322將交換器設置在第一狀態。在步驟336，RF源產生在所欲之頻率及功率位準的週期信號。在步驟340，將週期信號輸出至遠端電漿產生器。在另外其他範例中，對於遠端電漿以及RF電漿兩者，在週期信號上執行過濾步驟。

儘管上方呈現特定範例，本揭露可在其他狀況使用。更特別是，在互斥條件下，一或多個電源供應器(正常係連接至處理電漿源)替代地連接到一或多個交替電漿源。電源供應器可為直流電(DC)、交流電(AC)、RF、或更高頻率。連接至交替源的信號可在裝置輸出的上游受拓樸地攫取或是可在連接至交替電漿源之前受後處理(以產生替代波形)。

前述本質僅是用以說明性描述，而非意欲限制此揭露內容、其應用或用途。此揭露之廣泛教示可以各種形式實行。因此，儘管此揭露包含特定例子，然而由於經由研讀圖示、說明書以及後續專利申請範圍，其他調整將變得顯而易見，因此此揭露之真實範疇不應僅限於此。應了解的是在不改變本揭露的原理之下，一個方法中的一或多個步驟可以不同順序(或同時)執行。再者，儘管每個實施例在上方所描述為具有特定特徵，然而相關於本揭露之任何實施例的一或多個這些所描述的特徵中的任何者可在任何其他實施例的特徵中實施以及/或者與其結合實施，就算該結合沒有明確描述。換句話說，所述之實施例並非互斥的，且一或多個實施例與另一者置換仍在本揭露的範疇內。

使用各種用語描述之部件之間(例如，在模組、電路元件、半導體層等等之間)的空間及功能關係，包含「連接」、「契合」、「耦合」、「毗連」、「相鄰」、「在頂部」、「上方」、「下方」、以及「設置」。除非明確的描述為「直接」，當在上述揭露中描述第一與第二部件之間的關係時，該關係可以是在該第一與第二部件之間沒有其他中介部件存在的直接關係，也可以是在該第一與第二部件之間(空間上或功能上)存在一或多個中介部件的間接關係。在此處所使用，用語至少為A、B及C其中一者應被解釋為使用非排他性的「或者」表示邏輯(A或B或C)，並且不應解釋為「至少A其中之一、至少B其中之一以及至少C其中之一」。

在某些實施方式中，控制器是系統的一部分，其可能是上述例子中的一的部分。這樣的系統可包括半導體處理設備，包含：一或多個處理工具、一或多個腔室、一或多個處理平台、以及/或者特定處理部件(晶圓底座、氣流系統等等)。這些系統可能與電子產品整合以控制半導體晶圓或基板之製程的前、中、後的作業。該電子產品可稱為「控制器」，可控制一或多個系統的各種部件或子部件。取決於處理需求以及/或者系統類型，該控制器可能被設計用以控制任何此處所揭示的製程，包含：製程氣體輸送、溫度設定(例如加熱以及/或者冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、晶圓輸送進出工具與其他輸送工具以及/或者連接到特定系統或與之整合的負載鎖。

廣泛地說，控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體以及/或者軟體，可接受指令、發送指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等等的電子產品。該積體電路可能包含韌體形式儲存程式指令的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊用途積體電路(ASICs)的晶片以及/或者執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可能以各種單獨設定(或程式文件)的形式傳達至控制器的指令，定義在半導體晶圓或系統上執行的特定製程之操作參數。在某些實施例中，該操作參數可能是在由製程工程師定義於製造晶圓的一或多層結構、金屬層、氧化層、矽晶層、二氧化矽層、表面、電路以及/或者晶粒的過程中，用以完成一或多個製程步驟的程式庫的一部分。

在某些實施方式中，該控制器可能為與系統整合、與系統耦合要不然就是與系統聯網或者結合以上方式的電腦的一部分或是與之耦合。舉例而言，該控制器可能在「雲端」或是工廠主機電腦的一部分或全部，可允許遠端存取晶圓處理。該電腦可能可以遠端連接至系統以監控現行製造作業進程、查看過去製造作業之歷史紀錄、查看多個製造作業的趨勢與性能矩陣、改變現行製程參數、設定製程步驟以接續現行製程，或是開始新製程。在某些例子中，遠端電腦(例如伺服器)可透過可能包含區域網路或網際網路的聯網提供製程程式庫至系統。該遠端電腦可能包含可以進入或設計參數以及/或者設定的使用者介面，這些設定會從遠端電腦連接至系統。在某些例子中，控制器收到資料形式的指令，該資料指定在一或多個操作過程中待執行之每個處理步驟的參數。應了解的是，參數可以特定針對待執行之製程類型以及控制器設置以控制或與之介面的工具類型。因此如上所述，控制器可能是分散的，例如經由組合一或多個個別控制器透過聯網合作並朝一個共同目的工作，正如此處描述的製程與控制。一個用於此目的的分散式控制器例子可以是在一個腔室上一或多個積體電路連接一或多個位於遠端的積體電路(例如在平台階層或是遠端電腦的一部分)兩者結合以控制該腔室的製程。

不受限地，範例系統可能包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子佈植腔室或模組、徑跡腔室或模組，或任何其他可能相關聯或用於生產以及/或者製造半導體晶圓的半導體處理系統。

如上所述，控制器可聯絡一或多個其他工具電路或模組、其他工具部件、群組工具、其他工具介面、毗連工具、相鄰工具、遍布工廠的工具、主電腦、其他控制器，或用以將晶圓容器傳送出或傳送至半導體製造工廠中工具位置以及/或者裝載端口的材料輸送工具，視工具執行的製程步驟而定。