[發明專利]通過使用耦合環內的電極來控制邊緣區域中的離子的方向性的系統和方法

有效

• 申請號: 201710482522.3
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107527785B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 邁克爾·C·凱洛格;阿列克謝·馬拉霍塔諾夫;約翰·帕特里克·霍蘭德;陳志剛;菲力克斯·科扎克維奇;肯尼思·盧凱西
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 樊英如;張靜

本發明涉及通過使用耦合環內的電極來控制邊緣區域中的離子的方向性的系統和方法。描述了用于控制等離子體室內的邊緣區域處的離子通量的方向性的系統和方法。系統中的一種包括：被配置為產生RF信號的射頻(RF)發生器、耦合到RF發生器的用于接收RF信號以產生經修改的RF信號的阻抗匹配電路、以及等離子體室。等離子體室包括邊緣環和耦合環，耦合環位于邊緣環下方并且耦合到第一阻抗匹配電路以接收經修改的RF信號。耦合環包括電極，電極在電極和邊緣環之間產生電容，以在接收到經修改的RF信號時控制離子通量的方向性。

技術領域

本實施方式涉及通過使用耦合環內的電極來控制等離子體室的邊緣區域中的離子的方向性的系統和方法。

背景技術

等離子體系統用于控制等離子體工藝。等離子體系統包括多個射頻(RF)源、阻抗匹配和等離子體反應器。將工件放置在等離子體室內部，并且等離子體在等離子體室內產生以處理該工件。

重要的是以類似或均勻的方式處理工件。為了以類似或均勻的方式處理工件，控制與等離子體反應器相關聯的各種參數。例如，重要的是在工件的處理過程中控制離子通量的方向性。方向性的控制有助于提高蝕刻速率并達到工件特征的一定高寬比。

對于以均勻的方式處理工件，重要的是同時維持等離子體室的各種部件的壽命。通過將RF功率應用于某些組件，組件磨損更快，并且不會撐過其壽命。此外，由于這種磨損，這些部件不利地影響離子通量的方向性，這對工件的處理的均勻性產生不利影響。

正是在這種背景下，出現了在本公開中描述的實施方式。

發明內容

本公開的實施方式提供了用于通過使用耦合環內的電極來控制等離子體室的邊緣區域中離子的方向性的裝置、方法和計算機程序。應當理解，本實施方式可以以許多方式來實現，例如，工藝、裝置、系統、硬件或計算機可讀介質上的方法。下面描述幾個實施方式。

由于蝕刻晶片處的輪廓角或傾斜與蝕刻速率之間的折衷，難以在晶片的邊緣處滿足工藝規范。蝕刻速率取決于晶片邊緣處的離子通量和用于處理晶片的一種或多種工藝氣體的化學性質，例如混合物、類型等。到達晶片的邊緣處的離子通量是進入等離子體鞘(plasma sheath)的離子通量和等離子體鞘在邊緣處的形狀的函數。離子聚焦效應是晶片上方的晶片等離子體鞘厚度和邊緣環上方的邊緣環等離子體鞘厚度的差異的函數，該函數控制超過晶片邊緣的等離子體鞘。重要的是，保持超過晶片邊緣的均勻等離子體密度，并且最小化晶片等離子體鞘和邊緣環等離子體鞘之間的差異，以提高蝕刻速率并保持輪廓角度為約90度(例如，介于89.5度和90.5度之間、介于89度和91度之間等)。另外，期望控制邊緣環的磨損，使得邊緣環持續其壽命(例如大于500小時等)使用。

在一些實施方式中，提供了用于獨立控制與邊緣環相關聯的等離子體參數的旋鈕(knob)。通過將電動電極嵌入耦合環中并且向電極提供射頻(RF)功率或者通過經由可變阻抗RF濾波器將電極耦合到地來提供該旋鈕。RF功率的提供有時被稱為向電極提供有源功率(active power)，并且在經由可變阻抗將電極耦合到地有時被稱為向電極提供無源功率(passive power)。上電極步進位置、邊緣環高度和形狀、邊緣環耦合材料等都沒有被優化以控制等離子體參數。然而，在一些實施方式中，除了向電極提供有源或無源功率以控制等離子體參數之外，還控制上電極步進位置、邊緣環高度和形狀和/或邊緣環材料。

在各種實施方式中，描述了用于改善晶片邊緣的性能的電容耦合的RF供電的邊緣環。通過改變耦合到邊緣環的有源或無源功率的量，控制等離子體在邊緣區域處的等離子體密度、邊緣區域處的等離子體的鞘均勻性、邊緣區域處的等離子體的蝕刻速率均勻性、以及晶片在邊緣區域中被蝕刻的傾斜。沒有直接向邊緣環提供RF或直流(DC)功率。功率到邊緣環的電容耦合降低(例如消除，等等)邊緣環的材料和用于將功率直接傳遞到邊緣環的RF饋送部分之間形成任何電弧的機會。