有效減少等離子體處理室中氣體停留時(shí)間的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了用于控制等離子體處理室中的等離子體生成以減少副產(chǎn)物氣體的有效停留時(shí)間或者以實(shí)時(shí)方式控制等離子體處理室中的某些聚合物前體或反應(yīng)副產(chǎn)物的濃度的方法和裝置。通過(guò)減少等離子體反應(yīng)達(dá)到處理時(shí)間的至少一部分，而“有效地”減少氣體停留時(shí)間。可以提供閾值來(lái)控制何時(shí)允許等離子體反應(yīng)以全速率進(jìn)行及何時(shí)允許等離子體反應(yīng)以減小的速率進(jìn)行。通過(guò)降低等離子體副產(chǎn)物生成速率至少持續(xù)達(dá)處理時(shí)間的一部分，可有效地減少副產(chǎn)物氣體停留時(shí)間以改善處理結(jié)果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】有效減少等離子體處理室中氣體停留時(shí)間的方法和裝置

【背景技術(shù)】
[0001]等離子體已長(zhǎng)期被應(yīng)用于將襯底(例如，晶片、平板顯示器、液晶顯示器等)加工成用于并入多種電子產(chǎn)品(例如，智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)等)中的電子器件(例如，集成電路芯片)。
[0002]在等離子體處理中，可利用具有一個(gè)或多個(gè)等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)對(duì)一個(gè)或多個(gè)襯底進(jìn)行處理。在各處理室中，等離子體生成可采用電容耦合等離子體技術(shù)、電感耦合等離子體技術(shù)、電子回旋技術(shù)、微波技術(shù)等。
[0003]在晶片的處理期間，例如將反應(yīng)氣體(可使用一種或多種類(lèi)型的氣體)釋放到等離子體處理區(qū)并激發(fā)以形成等離子體。例如，如果將等離子體用于蝕刻襯底的平面部(而不是斜面部)，則將等離子體約束在等離子體處理區(qū)，該處理區(qū)居中于襯底上方并且通常是由襯底、上電極或上室壁/部件和/或約束環(huán)組件所限制。然后，將等離子體用于蝕刻、沉積、或者對(duì)晶片表面的暴露區(qū)域進(jìn)行其它處理。
[0004]在處理期間，等離子體與襯底上的暴露區(qū)發(fā)生相互作用，該相互作用對(duì)暴露區(qū)進(jìn)行處理并生成副產(chǎn)物。然后，當(dāng)繼續(xù)由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體時(shí)將副產(chǎn)物氣體抽走。等離子體中的其它組分(離子或自由基)可形成某些前體，這些前體對(duì)于被蝕刻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁保護(hù)從而確保各向異性蝕刻而言是重要的。舉例而言，這種前體可使聚合物沉積在特征側(cè)壁上從而改善蝕刻方向性。其它前體可有利地在不同材料的薄膜之間獲得某些蝕刻選擇性，否則將會(huì)難以實(shí)現(xiàn)這樣的蝕刻選擇性。
[0005]圖1示出了在等離子體處理系統(tǒng)(其具有一個(gè)或多個(gè)室)中的常規(guī)等離子體處理室102。圖1中顯示襯底104被布置在構(gòu)成下電極的靜電卡盤(pán)(ESC)106上。圖中顯示絕緣環(huán)108和接地環(huán)110包圍ESC 106。圖中顯示等離子體處理區(qū)120被室頂板122、下電極/ESC 106、和成組的約束環(huán)124所限制。例如，在電容耦合等離子體處理系統(tǒng)的情況下，室頂板122可代表上電極。在其它系統(tǒng)中，室頂板可簡(jiǎn)單地代表用于約束等離子體的室結(jié)構(gòu)。
[0006]從外部氣體供給源(常規(guī)的，未圖示)經(jīng)由氣體增壓室130提供反應(yīng)氣體，氣體增壓室130也可包括用于控制上電極122的溫度的加熱裝置。在圖1的實(shí)例中，等離子體處理室102是電容耦合等離子體室，因此室頂板122可代表上電極，該上電極例如可接地或者可向該上電極提供射頻(RF)能量。
[0007]等離子體生成功率源170，在圖1的實(shí)例中采用RF功率源的形式，向下電極/ESC106提供RF能量以點(diǎn)燃等離子體處理區(qū)120中的等離子體。在其它室設(shè)計(jì)中或者在采用不同等離子體生成技術(shù)的室中，等離子體生成功率源170可包括用于向室中的不同組件提供RF能量的多個(gè)功率源，或者可以是與RF不同的另一類(lèi)型的等離子體生成技術(shù)(例如微波)。
[0008]可經(jīng)過(guò)室側(cè)部或室底部或者兩者排出副產(chǎn)物氣體。等離子體處理室102的組件、以及使用電容耦合等離子體或使用由不同等離子體生成技術(shù)所生成的其它等離子體的其它現(xiàn)有等離子體生成室的組件是常規(guī)的，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，這里將不作詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]已觀察到在一些等離子體處理室中，從襯底104的中心區(qū)150到襯底104的邊緣區(qū)152存在某種程度的處理不均勻性(在處理速率或處理結(jié)果方面)。當(dāng)在窄間隙處理室(窄間隙處理室表示其中襯底上表面與上電極下表面之間的間隙可以小于襯底直徑的10%的處理室)中進(jìn)行蝕刻和/或?qū)^大襯底(例如450mm或450mm以上的晶片)進(jìn)行處理時(shí)，不均勻性問(wèn)題往往會(huì)更加嚴(yán)重。
[0010]在一些情況下，對(duì)高深寬比特征的蝕刻往往會(huì)遇到被稱(chēng)為ARDE(深寬比影響蝕亥IJ)的現(xiàn)象。一些證據(jù)表明導(dǎo)致ARDE的一個(gè)機(jī)制是將反應(yīng)副產(chǎn)物從諸如高深寬比的孔(或槽孔)之類(lèi)深結(jié)構(gòu)的下部向外擴(kuò)散到晶片表面會(huì)花費(fèi)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，其中可以將反應(yīng)副產(chǎn)物從該晶片表面抽走。蝕刻副產(chǎn)物在深特征底部的數(shù)量增加會(huì)減慢新蝕刻劑的再補(bǔ)給，由此減小它們的濃度。這導(dǎo)致當(dāng)前端進(jìn)入特征的更深位置時(shí)，與剛好在掩膜下方的速率相t匕，前端蝕刻減慢。
[0011]鑒于前述情況，期望有改進(jìn)的蝕刻技術(shù)和裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及一種具有至少一個(gè)等離子體處理室的用于處理襯底的等離子體處理系統(tǒng)。等離子體處理室包括:用于支撐襯底的下電極；和室頂板，其布置在下電極上方使得在處理期間在襯底上表面與室頂板之間存在等離子體處理區(qū)。等離子體處理系統(tǒng)還包括:用于提供能量以便在等離子體處理區(qū)中由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體的等離子體生成功率源、和用于將第一光發(fā)射到等離子體處理區(qū)內(nèi)的發(fā)光裝置。還包括用于接收第二光的光接收裝置，該第二光代表在第一光穿過(guò)等離子體處理區(qū)之后第一光的改變形式。另外，包括用于對(duì)第二光進(jìn)行分析以確定第二光的參數(shù)是否等于或超過(guò)第一閾值或者是否等于或低于第二閾值的邏輯器件(logic);其中，如果第二光的參數(shù)等于或超過(guò)第一閾值，那么該邏輯器件發(fā)送用于減少由等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量的第一信號(hào)，如果第二光的參數(shù)等于或低于第二閾值，那么該邏輯器件發(fā)送用于增加由等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量的第二信號(hào)。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式涉及一種在具有至少一個(gè)等離子體處理室的等離子體系統(tǒng)中處理襯底的方法，該處理室包括:至少一個(gè)用于支撐襯底的下電極；室頂板，其布置在下電極上方使得在處理期間在襯底上表面與室頂板之間存在等離子體處理區(qū)；和用于提供能量以便在等離子體處理區(qū)由所提供反應(yīng)氣體生成等離子體的等離子體生成功率源。該方法包括提供用于將第一光發(fā)射到等離子體處理區(qū)內(nèi)的發(fā)光裝置以及提供用于接收第二光的光接收裝置，該第二光代表第一光穿過(guò)等離子體處理區(qū)之后第一光的改變形式。還包括用于對(duì)第二光進(jìn)行分析以確定第二光的參數(shù)是否超過(guò)第一閾值或者是否低于第二閾值的邏輯器件。如果第二光的參數(shù)等于或超過(guò)第一閾值，則該方法減少由等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。如果第二光的參數(shù)等于或低于第二閾值，則該方法增加由等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]在附圖中的圖中通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并非用限制方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并且在附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件，并且其中:
[0015]為了便于描述，圖1示出了在等離子體處理系統(tǒng)(可具有一個(gè)或多個(gè)室)中的常規(guī)等離子體處理室。
[0016]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少有效氣體停留時(shí)間從而改善均勻性的本發(fā)明處理室的一部分的簡(jiǎn)化圖。
[0017]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少有效氣體停留時(shí)間從而改善均勻性的本發(fā)明處理室的一部分的簡(jiǎn)化圖。
[0018]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、作為時(shí)間的函數(shù)的熒光或吸收的信號(hào)強(qiáng)度的圖形。
[0019]圖5不出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、在從發(fā)光裝置中發(fā)射出激光束并被光接收裝置接收之后信號(hào)強(qiáng)度與發(fā)射的熒光波長(zhǎng)之間的關(guān)系圖。
[0020]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、在從發(fā)光裝置中發(fā)射出廣譜(白色)光束并被光接收裝置接收之后在光通過(guò)吸收介質(zhì)之后信號(hào)強(qiáng)度與透射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系圖。
[0021]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少氣體有效停留時(shí)間從而改善均勻性的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在將參考附圖中所示的本發(fā)明的一些實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。在下面的描述中陳述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的詳盡理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可在不提供部分或全部的這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，對(duì)眾所周知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)未作詳細(xì)描述以免不必要地使本發(fā)明難以理解。
[0023]在下文中描述了各種實(shí)施方式，包括方法和技術(shù)。應(yīng)理解的是本發(fā)明也可以包括制造物件，該制造物件包括存儲(chǔ)有用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)可讀指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括:例如，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀代碼的半導(dǎo)體的、磁性的、光學(xué)-磁性的、光學(xué)的、或者其它形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此外，本發(fā)明也可包括用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置。這種裝置可包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的任務(wù)專(zhuān)用的和/或可編程的電路。這種裝置的實(shí)例包括通用計(jì)算機(jī)和/或經(jīng)適當(dāng)?shù)鼐幊痰膶?zhuān)用計(jì)算裝置，并且可包括適合于執(zhí)行有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式的各種任務(wù)的計(jì)算機(jī)/計(jì)算裝置與專(zhuān)用/可編程電路的組合。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于控制等離子體處理室中的等離子體生成以減少等離子體處理室中副產(chǎn)物氣體的有效停留時(shí)間的方法和裝置。有效停留時(shí)間可定義為氣體/等離子體成分存在于襯底上方的平均時(shí)間，其中等離子體處于“蝕刻”狀態(tài)(例如根據(jù)正常的蝕刻方案)。本發(fā)明的實(shí)施方式試圖通過(guò)以下方法來(lái)減少有效停留時(shí)間:調(diào)整RF功率以便將蝕刻狀態(tài)等離子體持續(xù)時(shí)間減少到例如比將會(huì)使等離子體/氣體成分從在晶片上方位置完全地行進(jìn)到在晶片外側(cè)的區(qū)域所花時(shí)間短。例如，如果給定處理室的正常(現(xiàn)有技術(shù)方案)氣體停留時(shí)間為20毫秒并且根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的RF打開(kāi)時(shí)間僅為20毫秒中的5毫秒，那么有效停留時(shí)間可被認(rèn)為是大約5毫秒，該時(shí)間是20毫秒的約25%。
[0025]就非均勻性問(wèn)題而論，本發(fā)明人已在本文中推論出:相對(duì)于存在于襯底中心處的副產(chǎn)物氣體濃度，朝向襯底邊緣的副產(chǎn)物氣體濃度會(huì)增大。這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的處理室中，副產(chǎn)物氣體在經(jīng)過(guò)室側(cè)部或室底部或者兩者被排出之前從襯底中心向襯底邊緣行進(jìn)。在襯底不同區(qū)域上的副產(chǎn)物氣體濃度差異會(huì)是處理不均勻性中的一個(gè)起作用的因素。
[0026]減少氣體停留時(shí)間(即，氣體在被排出之前存在于室中的時(shí)間)可改善處理均勻性(該均勻性可指蝕刻均勻性、沉積均勻性、蝕刻速率均勻性、沉積速率均勻性、蝕刻深度均勻性、和/或沉積厚度均勻性，具體取決于相關(guān)處理的類(lèi)型)。正如眾所周知的，氣體停留時(shí)間取決于在襯底上方的等離子體體積、排氣泵裝置的抽排速度、和工藝氣體壓力。在可以減少多少氣體停留時(shí)間方面存在下限，因?yàn)槔缭谀硞€(gè)泵送速度和泵送壓力下等離子體體積不能無(wú)限地減小。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)減少等離子體反應(yīng)達(dá)到處理時(shí)間的至少一部分，而“有效地”減少氣體停留時(shí)間。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“處理時(shí)間”是指根據(jù)給定方案處理襯底所需的時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，在正常處理模式中根據(jù)所提供的處理方案使等離子體處理室運(yùn)行達(dá)到處理持續(xù)時(shí)間的一部分。就處理持續(xù)時(shí)間的另一部分而言，等離子體處理室是在“減少”模式中操作，由此減少等離子體生成能量(是RF或微波或者一些其它形式的等離子體生成能量)以便減少或停止與襯底暴露部分的反應(yīng)。
[0028]可替代地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)減少等離子體反應(yīng)達(dá)到“實(shí)際”氣體停留時(shí)間的至少一部分，從而“有效地”減少氣體停留時(shí)間。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“實(shí)際”氣體停留時(shí)間是指氣體在處理室中實(shí)際停留的時(shí)間，并且與容納氣體的處理室的容積除以從室中排出氣體的速率所得的比率有關(guān)(進(jìn)而與氣體壓力和體積有關(guān))。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，在正常的處理狀態(tài)中根據(jù)所提供的處理方案使等離子體處理室運(yùn)行達(dá)到實(shí)際氣體停留時(shí)間的一部分。就實(shí)際氣體停留時(shí)間的另一部分而言，等離子體處理室在“減少”模式中運(yùn)行，由此減少等離子體生成能量(它是RF或微波或者一些其它形式的等離子體生成能量)從而減少或停止與襯底暴露部分的反應(yīng)。
[0029]在“減少模式”期間，反應(yīng)副產(chǎn)物氣體在不顯著與襯底暴露部分進(jìn)行二次反應(yīng)的情況下朝向襯底邊緣行進(jìn)。一旦減少模式結(jié)束，則再次增加等離子體生成能量以便以充分能級(jí)(full level)對(duì)襯底進(jìn)行處理。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，在“減少模式”期間流入室中的反應(yīng)氣體保持不變。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，間隔長(zhǎng)度的范圍可以是在Imsec到蝕刻步驟的全長(zhǎng)之間。
[0030]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，主動(dòng)地監(jiān)測(cè)等離子體以控制減少模式的開(kāi)始和結(jié)束。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，利用發(fā)光裝置將光發(fā)射到等離子體處理區(qū)并且在穿越等離子體處理區(qū)之后監(jiān)測(cè)改變了的光。例如，可通過(guò)讓光的波長(zhǎng)的部分被吸收來(lái)改變光。例如，可通過(guò)發(fā)熒光來(lái)改變光。無(wú)論何種情況，對(duì)改變了的光進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與作為波長(zhǎng)的函數(shù)的兩個(gè)閾值進(jìn)行比較。
[0031]如果參數(shù)(例如吸收波長(zhǎng)的強(qiáng)度或者熒光波長(zhǎng)的強(qiáng)度)等于或超過(guò)第一閾值，則控制等離子體以進(jìn)入減少模式。一旦處在減少模式中，反應(yīng)減少或停止并且副產(chǎn)物氣體濃度隨時(shí)間推移而減小。如果該參數(shù)等于或低于第二閾值，則控制等離子體以退出減少模式。例如，在退出減少模式之后，反應(yīng)會(huì)增加到充分能級(jí)。在本發(fā)明實(shí)施方式的上下文中，減少模式是指與正常蝕刻模式相比較低的RF功率水平，并且可包括等離子體關(guān)閉狀態(tài)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在減少模式期間等離子體被大幅減少但不被完全熄滅，以避免與等離子體重新點(diǎn)燃和穩(wěn)定化有關(guān)的復(fù)雜化和延遲。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，作為另一個(gè)例子，在減少模式期間等離子體可以是關(guān)閉的。
[0032]參照附圖和下面的論述，可以更好地理解本發(fā)明的實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0033]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少有效氣體停留時(shí)間從而改善均勻性的本發(fā)明的處理室的一部分的簡(jiǎn)化圖。參照?qǐng)D2，具有至少一個(gè)等離子體處理室204的等離子體處理系統(tǒng)包括在處理期間支撐襯底208的下電極206。室頂板210 (其例如在電容耦合等離子體處理室的情況下代表上電極、或者在電感耦合等離子體處理室的情況下代表介質(zhì)窗)構(gòu)成等離子體處理區(qū)212的上界。采用例如帶準(zhǔn)直器的光源的形式的發(fā)光裝置214發(fā)射光使其穿過(guò)等離子體處理區(qū)212。所發(fā)射的光可以是單色的光(例如，激光)或者可以是寬頻帶的光。當(dāng)光穿越等離子體處理區(qū)212時(shí)，光穿越存在于等離子體處理區(qū)212中的等離子體和/或氣體和/或物質(zhì)并且被改變。改變了的光被光接收裝置220接收，該光接收裝置220在圖2的實(shí)例中代表光發(fā)射光譜(OES)計(jì)。可設(shè)置透鏡222以使改變了的光集中在OES傳感器上。
[0034]光接收裝置220可包括分析亞單元，該分析亞單元對(duì)改變了的光的參數(shù)(例如吸收波長(zhǎng)的強(qiáng)度或者熒光波長(zhǎng)的強(qiáng)度)與兩個(gè)閾值進(jìn)行比較并且響應(yīng)于分析結(jié)果而提供信號(hào)。如果參數(shù)(諸如吸收波長(zhǎng)的強(qiáng)度或者熒光波長(zhǎng)的強(qiáng)度)等于或超過(guò)第一閾值，控制器280 (與光接收裝置220通信并且可與光接收裝置220結(jié)合或者可以是單獨(dú)的部件)將信號(hào)發(fā)送至RF功率源240 (在圖2的實(shí)例中代表等離子體生成功率源)從而控制等離子體(例如減小RF功率)以進(jìn)入減少模式。一旦處在減少模式中，反應(yīng)減少或停止并且副產(chǎn)物氣體濃度隨時(shí)間推移而減少。如果該參數(shù)等于或低于第二閾值，控制器280將另一個(gè)信號(hào)發(fā)送至RF功率源240從而控制等離子體(例如增大RF功率)以退出減少模式。例如，在退出減少模式之后，反應(yīng)可增加到充分能級(jí)。
[0035]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少有效氣體停留時(shí)間從而改善均勻性的本發(fā)明處理室的一部分的簡(jiǎn)化圖。參照?qǐng)D3，具有至少一個(gè)等離子體處理室304的等離子體處理系統(tǒng)包括在處理期間支撐襯底308的下電極306。室頂板310(例如，其在電容耦合等離子體處理室的情況下代表上電極或者在電感耦合等離子體處理室的情況下代表介質(zhì)窗)構(gòu)成等離子體處理區(qū)312的上界。利用帶準(zhǔn)直器的光源的形式的發(fā)光裝置314發(fā)射光使其穿過(guò)等離子體處理區(qū)312。所發(fā)射的光可以是單色光(例如，激光)或者可以是寬頻帶光。
[0036]當(dāng)光穿越等離子體處理區(qū)312時(shí)，光穿越存在于等離子體處理區(qū)312中的等離子體和/或氣體和/或物質(zhì)并且被改變。該改變了的光被光接收裝置接收，該光接收裝置在圖3的實(shí)例中代表光電二極管328和干涉濾光片330。
[0037]光接收裝置320可包括分析亞單元，該分析亞單元對(duì)改變了的光的參數(shù)(諸如，吸收波長(zhǎng)的強(qiáng)度或者熒光波長(zhǎng)的強(qiáng)度)與兩個(gè)閾值進(jìn)行比較并且響應(yīng)于分析結(jié)果而提供信號(hào)。如果參數(shù)(例如吸收波長(zhǎng)的強(qiáng)度或者熒光波長(zhǎng)的強(qiáng)度)等于或超過(guò)第一閾值，則向RF功率源340 (代表圖3的實(shí)例中的等離子體生成功率源)發(fā)送信號(hào)(例如使用圖2中所示的控制器)從而控制等離子體(例如減小RF功率)以進(jìn)入減少模式。一旦處在減少模式中，反應(yīng)減少或停止并且副產(chǎn)物氣體濃度隨時(shí)間推移而減少。如果該參數(shù)等于或低于第二閾值，則向RF功率源340發(fā)送另一個(gè)信號(hào)從而控制等離子體(例如增大RF功率)以退出減少模式。例如，在退出減少模式之后，反應(yīng)可增加到充分能級(jí)。
[0038]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、作為時(shí)間的函數(shù)的熒光或吸收的信號(hào)強(qiáng)度的圖。在時(shí)間Tl期間，等離子體處理室在正常模式中運(yùn)行并且在充分能級(jí)下進(jìn)行處理。對(duì)信號(hào)強(qiáng)度402進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果信號(hào)強(qiáng)度402等于或超過(guò)閾值420，則通過(guò)改變RF功率來(lái)控制等離子體以進(jìn)入減少模式。圖中將減少模式持續(xù)時(shí)間顯示為時(shí)間T2。繼續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度402，如果信號(hào)強(qiáng)度402等于或低于閾值430，則通過(guò)改變RF功率來(lái)控制等離子體以退出減少模式。在圖4的實(shí)例中，在處理室退出減少模式之后，等離子體處理恢復(fù)到充分能級(jí)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，在時(shí)間Tl和T2期間，將反應(yīng)氣體進(jìn)入處理室的流率保持恒定。
[0039]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、在從發(fā)光裝置中發(fā)射出激光束并被光接收裝置接收之后發(fā)射熒光波長(zhǎng)與信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系圖。正如圖5中可見(jiàn)，具有波長(zhǎng)WL的激光導(dǎo)致在等離子體處理區(qū)中副產(chǎn)物氣體的部分氣體發(fā)出波長(zhǎng)為Wl的熒光。通過(guò)監(jiān)測(cè)熒光的強(qiáng)度，可以近似得到或計(jì)算出副產(chǎn)物氣體的濃度并且以前述方式將該濃度與兩個(gè)閾值進(jìn)行比較。
[0040]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、在從發(fā)光裝置中發(fā)射出廣譜(白色)光束并被光接收裝置接收之后所發(fā)射的吸收光波長(zhǎng)與信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系圖。正如圖6中可見(jiàn)，副產(chǎn)物氣體吸收白色光的光譜中波長(zhǎng)為WS的光的一部分。通過(guò)監(jiān)測(cè)有多少波長(zhǎng)為WS的光被吸收，可以近似得到或計(jì)算出副產(chǎn)物氣體的濃度并且以前述方式將該濃度與兩個(gè)閾值進(jìn)行比較。
[0041]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的、用于減少氣體的有效停留時(shí)間從而改善均勻性的方法。該方法是在具有至少一個(gè)等離子體處理室的等離子體系統(tǒng)中執(zhí)行。處理室包括至少一個(gè)用于支撐襯底的下電極、和布置在下電極上方的頂板，從而在處理期間在襯底上表面與室頂板之間存在等離子體處理區(qū)。
[0042]等離子體處理室還包括等離子體生成功率源，該功率源用于提供能量以便在等離子體處理區(qū)中由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體。在步驟702中，提供一種用于將第一光發(fā)射到所述等離子體處理區(qū)中的發(fā)光裝置。在步驟704中，提供用于接收第二光的光接收裝置，第二光代表在第一光穿過(guò)所述等離子體處理區(qū)之后第一光的改變形式。在步驟706中，提供邏輯器件，該邏輯器件是用于對(duì)第二光進(jìn)行分析以確定第二光電的參數(shù)是否超過(guò)第一閾值或者低于第二閾值。如果第二光的參數(shù)等于或超過(guò)第一閾值(712)，則步驟708包括減少由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。如果不是(步驟712)，則過(guò)程返回到步驟702繼續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)射的光。
[0043]如果第二光的參數(shù)等于或低于第二閾值(714)，則步驟710包括增加由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。如果不是(步驟714)，則過(guò)程返回到步驟702繼續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)射的光?？煞磸?fù)地執(zhí)行圖7的步驟(箭頭720)直到襯底處理完成。
[0044]正如從前面的描述中所能理解的，本發(fā)明實(shí)施方式通過(guò)有效地減少氣體停留時(shí)間而改善均勻性。如果調(diào)整RF功率源進(jìn)入和退出減少模式，那么在減少模式與充分處理模式之間的調(diào)整可以在毫秒范圍內(nèi)，該范圍往往太長(zhǎng)以致不能顯著地影響電子溫度。然而，以由于對(duì)減小室壓力、室容積的限制或者對(duì)增加泵送速率的限制因而以前是不可行的方式，減少有效氣體停留時(shí)間。由于有效氣體停留時(shí)間的減少，因而有利地改善均勻性。
[0045]盡管在減小由于襯底邊緣區(qū)與襯底中心區(qū)之間副產(chǎn)物濃度差所造成的不均勻性的內(nèi)容中論述了本發(fā)明的實(shí)例，但本發(fā)明的實(shí)施方式可適合于監(jiān)測(cè)反應(yīng)副產(chǎn)物濃度或前體濃度并且調(diào)整RF功率以便在正常模式與減少模式之間進(jìn)行調(diào)整從而減少它們的有效停留時(shí)間。
[0046]例如，可對(duì)聚合物前體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)以便控制正常模式和減少模式的參數(shù)(例如持續(xù)時(shí)間或者RF功率水平)從而影響聚合物沉積的量。正如已知的，一些蝕刻過(guò)程會(huì)涉及沉積與蝕刻機(jī)制/子步驟之間的平衡以便獲得期望的蝕刻結(jié)構(gòu)。在這些蝕刻應(yīng)用中，理想的是控制聚合物沉積，因?yàn)槔邕^(guò)多或過(guò)少的聚合物沉積會(huì)導(dǎo)致不良的結(jié)果，諸如降低的蝕刻速率、非均勻性、有缺陷的蝕刻輪廓等?？商娲鼗蛘吡硗?，上面描述的本發(fā)明實(shí)施方式可適合于監(jiān)測(cè)前體濃度并且調(diào)整正常操作時(shí)間和減少模式時(shí)間的持續(xù)時(shí)間和/或RF功率水平從而為蝕刻控制提供額外的控制手段。
[0047]而且，在蝕刻襯底時(shí)響應(yīng)于傳感器測(cè)量結(jié)果而快速控制聚合物前體或副產(chǎn)物濃度的能力，也可解決前述的深寬比決定蝕刻(ARDE)問(wèn)題。例如，通過(guò)在減少模式操作周期或脈沖期間給予蝕刻副產(chǎn)物更多的時(shí)間以從較高深寬比特征中擴(kuò)散出來(lái)，可以更好地控制在高深寬比孔和槽孔中的這些蝕刻副產(chǎn)物的濃度，由此緩解ARDE問(wèn)題。
[0048]雖然已利用若干優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但存在落在本發(fā)明范圍內(nèi)的修改、變更和等同方案。盡管本文中提供了各種實(shí)例，但意圖是這些實(shí)例只是說(shuō)明性的而不是限制本發(fā)明。另外，本文中提供的名稱(chēng)和
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了方便的目的而不應(yīng)被用來(lái)解釋權(quán)利要求的范圍。此外，摘要是以高度簡(jiǎn)略的方式寫(xiě)出并且在本文中是為了方便的目的，因此不應(yīng)被用來(lái)解釋或限制在權(quán)利要求中所表述的整個(gè)發(fā)明。如果本文中使用術(shù)語(yǔ)“成組的”，這種術(shù)語(yǔ)意圖具有其通常所理解的數(shù)學(xué)含義，包括零、一、或多于一個(gè)的成員。還應(yīng)指出的是，存在用于實(shí)施本發(fā)明方法和裝置的許多替代方式。因此，意圖是將所附權(quán)利要求解釋成包括落在本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的全部的這種修改、變更和等同方案。
【權(quán)利要求】
1.一種具有至少一個(gè)等離子體處理室的用于處理襯底的等離子體處理系統(tǒng)，包括: 用于支撐所述襯底的下電極； 室頂板，其布置在所述下電極上方，使得在所述處理期間在所述襯底的上表面與所述室頂板之間存在等離子體處理區(qū)； 等離子體生成功率源，其用于提供能量以在所述等離子體處理區(qū)中由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體； 用于將第一光發(fā)射到所述等離子體處理區(qū)內(nèi)的發(fā)光裝置； 用于接收第二光的光接收裝置，所述第二光代表在所述第一光穿過(guò)所述等離子體處理區(qū)之后所述第一光的改變形式；和 用于對(duì)所述第二光進(jìn)行分析以確定所述第二光的參數(shù)是否等于或超過(guò)第一閾值或者是否等于或低于第二閾值的邏輯器件，其中如果所述第二光的所述參數(shù)等于或超過(guò)所述第一閾值，那么所述邏輯器件發(fā)送第一信號(hào)以減少由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量，如果所述第二光的所述參數(shù)等于或低于所述第二閾值，那么所述邏輯器件發(fā)送第二信號(hào)以增加由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述室頂板代表上電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述等離子體生成功率源代表構(gòu)造成向所述上電極提供射頻能量的射頻功率源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述等離子體生成功率源代表構(gòu)造成向所述下電極提供射頻能量的射頻功率源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述等離子體生成功率源代表微波功率源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電極的上表面與所述室頂板之間的間隙小于所述襯底的直徑的10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述邏輯器件包括實(shí)現(xiàn)用于分析的所述邏輯器件的控制軟件和構(gòu)造成執(zhí)行所述控制軟件以實(shí)施所述減少和所述增加的計(jì)算機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置構(gòu)造成發(fā)射廣譜光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置構(gòu)造成發(fā)射激光。
10.一種用于在具有至少一個(gè)等離子體處理室的等離子體系統(tǒng)中處理襯底的方法；所述室包括至少一個(gè)用于支撐所述襯底的下電極、布置在所述下電極上方使得在所述處理期間在所述襯底的上表面與所述室頂板之間存在等離子體處理區(qū)的室頂板、和用于提供能量以便在所述等離子體處理區(qū)中由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體的等離子體生成功率源，所述方法包括: 提供用于將第一光發(fā)射到所述等離子體處理區(qū)內(nèi)的發(fā)光裝置； 提供用于接收第二光的光接收裝置，所述第二光代表在所述第一光穿過(guò)所述等離子體處理區(qū)之后所述第一光的改變形式； 用于對(duì)所述第二光進(jìn)行分析以確定所述第二光的參數(shù)是否超過(guò)第一閾值或者是否低于第二閾值的邏輯器件； 如果所述第二光的所述參數(shù)等于或超過(guò)所述第一閾值，則減少由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量；以及 如果所述第二光的所述參數(shù)等于或低于所述第二閾值，則增加由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述室頂板代表上電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述等離子體生成功率源代表構(gòu)造成向所述上電極提供射頻能量的射頻功率源。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述等離子體生成功率源代表構(gòu)造成向所述下電極提供射頻能量的射頻功率源。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述等離子體生成功率源代表微波功率源。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述襯底的上表面與所述室頂板之間的間隙小于所述襯底的直徑的10%。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述邏輯器件包括:實(shí)現(xiàn)用于分析的所述邏輯器件的控制軟件、和構(gòu)造成執(zhí)行所述控制軟件以實(shí)施所述減少和所述增加的計(jì)算機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述發(fā)光裝置構(gòu)造成發(fā)射廣譜光。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述發(fā)光裝置構(gòu)造成發(fā)射激光。
19.一種具有至少一個(gè)等離子體處理室的用于處理襯底的等離子體處理系統(tǒng)，其包括: 用于支撐所述襯底的下電極； 等離子體生成功率源，其用于提供能量以便由所提供的反應(yīng)氣體生成等離子體，所述等離子體產(chǎn)生在等離子體處理區(qū)中在所述襯底的上方； 用于將第一光發(fā)射到所述等離子體處理區(qū)內(nèi)的裝置； 用于接收第二光的裝置，所述第二光代表在所述第一光穿過(guò)所述等離子體處理區(qū)之后所述第一光的改變形式；和 用于對(duì)所述第二光進(jìn)行分析以確定所述第二光的參數(shù)是否等于或超過(guò)第一閾值或者是否等于或低于第二閾值的裝置，其中，如果所述第二光的所述參數(shù)等于或超過(guò)所述第一閾值，則用于分析的所述裝置發(fā)送第一信號(hào)以減少由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量，如果所述第二光的所述參數(shù)等于或低于所述第二閾值，則用于分析的所述裝置發(fā)送第二信號(hào)以增加由所述等離子體生成功率源所提供的等離子體生成能量的量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中用于發(fā)射的所述裝置構(gòu)造成發(fā)射廣譜光。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中用于發(fā)射的所述裝置構(gòu)造成發(fā)射激光。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK104185897SQ201380016008
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】安德烈亞斯·菲舍爾 申請(qǐng)人:朗姆研究公司