CN112424904A 控制等离子体加工的系统和方法 （东京毅力科创株式会社）

PCT/US2019/0457562019WO2020/036806EN2020.02.被进一步配置为将源功率脉冲耦合到该等离子2第一耦合电极，该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功该第一耦合电极电容耦合到该等离子体，其该第一耦合电极电感耦合到该等离子体，其第一脉冲调制电路，该第一脉冲调制电路包括耦合到第二函数发生器，该第二函数发生器耦合到该在第一频率下生成的交流(AC)信号对从该第一脉冲调制电路接收的SP脉冲信号进行调制第二脉冲调制电路，该第二脉冲调制电路耦合到该定时第二函数发生器，该第二函数发生器耦合到该第二脉冲3耦合电极，该耦合电极耦合到源功率(SP)供应节点并且衬底固持器，该衬底固持器耦合到偏置功率(BP)供通过触发相对于该第一SP脉冲的延迟来生成偏置功对布置在该真空室中的衬底执行等离子体沉积或刻蚀工艺使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该B使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该B4使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该第一SP脉5日提交的美国临时申请号62/724,879以及于2018年12月13日提交的美国非临时申请号16/耦合到源功率供应节点并且被配置为使用第一源功率脉冲序列在该真空室内生成等离子6[0011]图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的示例等离子[0012]图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示[0013]图3展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有正前侧偏移(leading[0014]图4展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有负后侧偏移(trailing[0015]图5展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有动态偏移的偏置脉冲的[0016]图6展示了根据本发明的实施例的包括偏置功率脉冲串的示例等离子体加工方法[0017]图7展示了根据本发明的实施例的包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲[0018]图8展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例电容耦[0019]图9展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例电感耦[0020]图10展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例表面[0021]图11展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例远程[0022]图12展示了根据本发明的实施例的包括非谐振源功率耦合电极的示例等离子体[0023]图13展示了根据本发明的实施例的包括谐振源功率耦合电极的示例等离子体加7[0029]如本文描述的，各种技术涉及使用精密等离子体加工技术(包括刻蚀工艺和沉积工艺)的设备制作。在半导体制造中，从前段制程(FEOL，例如晶体管制作)到后段制程等离子体加工装置和方法可能缺乏对等离子体特性的控制(包括对自由基群体和组成的控纵横比接触(HARC)型刻蚀和图案化应用以及其他刻蚀/沉积工艺可能有[0032]本文描述的各种实施例提供了用于控制等离子体特性以传送离子用于比如反应[0033]下文提供的实施例描述了操作等离子体加工系统的各种系统和方法，并且具体81描述包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的实施例方法的示例示意性时序图和定性曲线图。使用图2描述包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的实施例等离子体加工系统。使用图3描述包括相对于源脉冲具有正前侧偏移和负前侧偏移的偏置脉冲的两种等离子体加工实施例方法。使用图4描述包括相对于源脉冲具有负后侧偏移和正后侧偏移的偏置脉冲的两种等离子体加工实施例方法。使用图5描述包括具有动态偏移的偏置脉冲的等离子体加工实施例方法。使用图6描述包括偏置功率脉冲串的等离子体加工实施例方法。使用图7描述包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲定时的等离子体加[0034]图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子[0035]参考图1，时序图100包括脉冲化以生成离子并且将这些离子传送到微电子工件BP脉冲)时，此电流降可以允许跨等离子体鞘的大的电压差Vp和余置电压)。增加的电压差Vp和时间平均下降dc电压降VDC以及较低的离子温度可以改善离子9SP脉冲11包括SP脉冲宽度3和SP脉冲振幅4，而每个BP脉冲12包括BP脉冲宽度7和BP脉冲振用单独的脉冲调制周期操作。在各种实施例中，SP脉冲11和BP脉冲12中任一个的占空比[0042]本文描述的脉冲宽度中的任何脉冲宽度的持续时间可以具有如基于给定等离子[0045]本文描述的偏移中的任何偏移的持续时间可以具有如基于给定等离子体工艺的度曲线和该密度曲线都可以指示与脉冲序列对比如Te、Ti和ne等等离子体参数的影响相关e和离子温度Ti已经在曲线图102中表示为单个[0048]图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示例等离子体加工系统的框图。图2的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实[0051]可以使用包括SP脉冲调制电路51的SP控制路径201将源功率耦合到等离子体加工室210。SP脉冲调制电路51可以在SP高振幅状态14与SP低振幅状态13之间调制源信号。例[0052]可以使用如本领域技术人员已知的任何函数发生器(比如在一个特定示例中的2235AHP函数发生器)实施的SP函数发生器20还可以可选地包括被配置为增加经调制源信[0055]SP控制路径201可以包括可选的SP阻抗匹配网络25。如本领域技术人员可以认识频率调谐(即调整驱动频率以匹配天线-等离子体谐振)是另一种匹配方式。脉冲化模式下的频率调谐可以利用反馈控制来利用与等离子体阻[0056]由SP函数发生器20生成的SP脉冲可以在由SP耦合电极15耦合到等离子体加工室对于通过SP控制路径201生成的SP脉冲的定时来确定BP脉冲的定时。脉冲调制定时电路5252可以相对于通过BP控制路径202生成的BP脉冲将波形叠加到经调制偏置信号上。该波形可以与叠加在经调制源信号上的波形类似或不[0061]在可选的BP函数发生器30与BP耦合电极19之间的BP控制路径202中还包括BP阻抗[0062]SP函数发生器20和可选的SP阻抗匹配网络25可以包括在SP发生器电路240中，该器30和BP阻抗匹配网络35可以包括在BP发生器电路245中，该BP发生器电路接收偏置功率脉冲调制电路51、脉冲调制定时电路52和可选的BP脉冲调制电路53可以包括在控制器250括的元件中的一个或多个元件交换数据。阻抗匹配网络中的每一个可以由控制器250控制[0065]图3展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有正前侧偏移和负前侧偏[0066]参考图3，时序图300包括SP脉冲11的高振幅状态与非重叠BP脉冲312的高振幅状态与-LEBP脉冲322的高振幅状态之间的负前沿(-LE)偏置偏移326，这些-LEBP脉冲在时偏置偏移306和-LE偏置偏移326。因此，比如-LE偏置偏移326等负偏移产生-LEBP脉冲[0068]图4展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有负后侧偏移和正后侧偏400中的-TE偏置偏移409所展示的，负偏移导致脉冲的后沿与下一个脉冲的前沿之间的重BP脉冲宽度的持续时间大于SP脉冲11的每个SP脉[0071]图5展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有动态偏移的偏置脉冲的[0072]参考图5，时序图500包括具有脉冲调制周期5的SP脉冲11和具有可以动态变化的而第二和第三BP脉冲12被分别展示为具有零值可变偏移519和负可变偏移529。应当注意，尽管偏移可以每脉冲调制周期5发生变化，但是这些偏移也可以一次在多个脉冲调制周期[0073]图6展示了根据本发明的实施例的包括偏置功率脉冲串的示例等离子体加工方法冲串612可以是如先前描述的BP脉冲12的特定实施例。BP脉冲串612包括BP子脉冲622以及对应的BP子脉冲宽度617和BP子脉冲间隔619。BP子脉冲622中的每一个可以类似于BP脉冲[0075]图7展示了根据本发明的实施例的包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲定时的示例等离子体加工方法的示意性时序图。图7的时序图可以合并其他实施例时序图G1气体流持续时间735的第一气体(G1)流731和具有G2气体流持续时间765的第二气体(G2)在将特定气体提供给等离子体加工室时专门为特定[0078]如时序图700所展示的，与G1气体流731相关联的G1脉冲序列71包括具有G1SP脉冲宽度703的G1SP脉冲711以及具有G1BP脉冲宽度707和G1BP脉冲振幅708的G1BP脉冲712。通过G1LE偏置偏移706和G1TE偏置偏移709相对于G1SP脉冲711在时间上定义了G1冲宽度743的G2SP脉冲751以及具有G2BP脉冲宽度747和G2BP脉冲振幅758的G2BP脉冲752。通过G2LE偏置偏移746和G2TE偏置偏移749相对于G2SP脉冲751在时间上定义了G2[0080]本文描述的SP脉冲和BP脉冲耦合到等离子体的实施例可以由各种装置(如图8至源电源881和耦合到BP发生器电路245的AC偏置电源882，该SP发生器电路耦合到上板电极等离子体加工室810靠近UEL815与LEL819之间的衬底16形成。LEL819还可以用作静电吸形成等离子体。耦合到UEL815的AC功率可以具有与耦合到LEL819的AC功率不同的RF频源电源881和耦合到BP发生器电路245的AC偏置电源882，该SP发生器电路耦合到感应电极1、图3至图7中先前描述的实施例分别生成源功率和偏置功率。ICP960靠近感应电极915电源881和AC偏置电源882可以根据比如图1和图3至图7中先前描述的实施例分别生成源功加工室810的隔离部分中)形成远程等离子体1160。远程等离子体1160通过粒子隔离结构[0085]图12展示了根据本发明的实施例的包括非谐振源功率耦合电极的示例等离子体的BP控制路径1202耦合到BP耦合电极19，该BP控制器控制BPRF函数发生器和放大器1230[0087]由于非谐振等离子体加工系统1200使用非谐振结构耦合源功率1，因此包括SP阻率fS和SP脉冲宽度tp,S。然后SP脉冲调制电路在一个实施例中，SP脉冲信号V(fS,tp,S)包括约5V的高振幅状态和约0V的低振幅状态。然S可以在约1kHz到约5kHz的范围内。向耦合器1237之间实施类似的反馈机制，使得可以基于正向偏置功率Pf,B与反向偏置功率电极)传输的功率的大小并且该反向偏置功率可以是对在反向方向上(即，远离BP耦合电发生器电路1245可以是图2的BP发生器发。BP脉冲调制电路1253使用输入(例如，BP脉冲频率fB和BP脉冲宽度tp,B)生成BP脉冲信[0095]由BPRF函数发生器和放大器1230生成的函数可以包括AC信号。AC信号可以在偏[0096]图13展示了根据本发明的实施例的包括谐振源功率耦合电极的示例等离子体加谐振SP耦合电极1315。谐振等离子体加工系统1300类似于非谐振等离子体加工系统1200，高效源功率耦合到等离子体60而无需阻抗匹配的优点。因此，SPRF函数发生器和放大器[0099]图14展示了根据本发明的实施例的示例螺旋谐振器等离子体加工系统的示作为示例，螺旋谐振器等离子体加工系统可以是比如图2的等离子体加工系统200、图9的ICP加工系统900和/或图13的谐振等离子体加工系统1300等其他等离子体加工系统的特定骤的顺序和/或时序的变化处于所描述的方法的范围内，这对于本领域技术人员而言是显[0103]等离子体加工方法1500的步骤1501包括使用脉冲调制电路将信号输出到函数发SP脉冲的延迟来生成BP脉冲。步骤1505包括在等离子体加工室的BP耦合电极处提供BP脉合到该第一函数发生器的输入端的第一输出端和耦合到该定被配置为通过利用在第一频率下生成的交流(AC)信号对从该第一脉冲调制电路接收的SP二脉冲调制电路耦合到该定时电路并且被配置为生成BP脉冲信号；以及第二函数发生器，该第二函数发生器耦合到该第二脉冲调制电路并且被配置为通过利用在第二频率