等离子体系统、等离子体处理方法以及等离子体刻蚀方法与流程

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月23日向韩国知识产权局提交的第10-2015-0185181号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用整体并入于此。

本发明构思的示例实施例涉及一种用于制造半导体设备的系统以及用于制造半导体器件的方法。更具体地，本发明构思的示例实施例涉及一种等离子体刻蚀系统和等离子体刻蚀方法。

背景技术：

通常，执行若干单元处理以制造半导体器件。单元处理通常包括沉积处理、光刻处理、刻蚀处理、离子注入处理以及抛光处理。刻蚀处理可以被分类为干法刻蚀处理和湿法刻蚀处理。干法刻蚀处理可以主要地使用包括自由基和离子的等离子体来执行。射频(rf)功率可以用于从被供给到腔室中的反应气体来产生自由基和离子。

技术实现要素：

本发明构思的一些实施例提供了一种等离子体系统，被配置为允许使用脉冲等离子体进行的刻蚀处理中的刻蚀速度与使用连续波等离子体进行的刻蚀处理中的刻蚀速度相同。

本发明构思的一些实施例提供了一种等离子体处理方法，其能够防止或抑制离子轰击现象对非目标层的损坏。

根据本发明构思的方面，一种等离子体系统可以包括：源电极，被配置为在壳体中生成等离子体；射频(rf)源功率生成单元，被配置为生成要被提供到源电极的rf源功率；rf源功率输出单元，连接在源电极与rf源功率生成单元之间，该rf源功率输出单元被配置为响应于第一输出控制信号来将rf源功率转换为第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且将第一rf源功率和第二rf源功率之一输出到源电极；以及源功率输出管理单元，被配置为基于关于第一rf源功率的幅度的信息来确定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率输出单元施加第一输出控制信号，该第一输出控制信号被用于根据所确定的幅度和所确定的占空比来输出第二rf源功率。

根据本发明构思的方面，一种等离子体系统可以包括：源电极，被配置为在壳体中生成等离子；rf功率生成单元，被配置为生成要被提供到源电极的rf源功率；功率模式选择单元，连接在rf功率生成单元与源电极之间，该功率模式选择单元被配置为响应于第一控制信号来选择是否将rf源功率转换为第一rf源功率和第二rf源功率之一；rf源功率输出单元，连接在功率模式选择单元与源电极之间，该rf源功率输出单元被配置为响应于第二控制信号来将rf源功率转换为第一rf源功率和第二rf源功率之一并且将第一rf源功率和第二rf源功率之一输出到源电极；以及源功率输出管理单元，被配置为向功率模式选择单元施加用于确定要被施加到源电极的第一rf源功率和第二rf源功率之一的第一控制信号，以基于关于第一rf源功率的幅度的信息来确定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率输出单元施加第二控制信号，该第二控制信号用于基于所确定的幅度和所确定的占空比来输出第二rf源功率。

根据本发明构思的方面，一种等离子体处理方法可以包括：向源电极输出第一rf源功率以在壳体中生成连续波等离子体；从输入信号获得层的刻蚀速率，该输入信号包含关于通过连续波等离子体的自由基和离子所刻蚀的层的刻蚀时间和厚度的信息，以及关于离子的复合时间的信息；基于关于其幅度与刻蚀速率成比例的第一rf源功率的信息来计算第二rf源功率的幅度和占空比；以及向源电极施加具有所计算的幅度和所计算的占空比的第二rf源功率，以生成脉冲等离子体反应并且对层进行刻蚀。

根据本发明构思的方面，一种等离子体系统可以包括：腔室单元，包括壳体、在壳体上的源电极以及在壳体内部底部表面上的偏置电极；反应气体供给单元，被配置为将反应气体供给到壳体内；以及rf源功率供给单元，连接到源电极，该rf源功率供给单元被配置为向反应气体施加rf源功率以在壳体中生成等离子体。该rf源功率供给单元可以包括：rf源功率生成单元，被配置为生成rf源功率；rf源功率输出单元，连接在源电极与rf源功率生成单元之间，该rf源功率输出单元被配置为响应于第一输出控制信号来将rf源功率转换为第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且向源电极输出第一rf源功率和第二rf源功率之一；以及源功率输出管理单元，被配置为基于关于第一rf源功率的幅度的信息来确定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率输出单元施加第一输出控制信号，该第一输出控制信号被用于根据所确定的幅度和所确定的占空比来输出第二rf源功率。

在一些实施例中，终点(end-point)检测器被配置为检测在其中使用等离子体对层进行刻蚀的刻蚀处理的终点。源功率输出管理单元从终点检测器接收反馈输入信号和层厚度信号并且计算层的刻蚀速率，以及反馈输入信号包含关于刻蚀处理的终点的信息并且层厚度信号包含关于层的厚度的信息。

根据本发明构思的方面，一种等离子体系统包括：源电极，被配置为在壳体中生成等离子体；rf源功率生成单元，被配置为生成要被提供到源电极的rf源功率；脉冲rf源功率输出单元，连接在源电极与rf源功率生成单元之间，该脉冲rf源功率输出单元被配置为响应于第一控制信号来将rf源功率转换为脉冲rf源功率并且将脉冲rf源功率输出到源电极；以及源功率输出管理单元，被配置为向脉冲rf源功率输出单元施加第一控制信号，该第一控制信号用于调整脉冲rf源功率的脉冲周期以使得脉冲周期短于等离子体中的自由基的寿命并且长于等离子中的离子的寿命。

根据本发明构思的方面，一种等离子体处理方法可以包括：在壳体中提供基底，在该基底上顺序地堆叠非目标结构和刻蚀目标层；以及从被供给到非目标结构上的反应气体中诱导(induce)脉冲等离子体并且使用脉冲等离子体来对刻蚀目标层进行刻蚀。脉冲等离子体可以被诱导为具有短于反应气体中的自由基的寿命并且长于反应气体中的离子的寿命的脉冲时段。

根据本发明构思的方面，一种等离子体系统包括：腔室单元，包括壳体、源电极以及偏置电极；rf源功率供给单元，连接到源电极，该rf源功率供给单元被配置为向反应气体施加rf源功率以在壳体中生成等离子体；以及rf偏置功率供给单元，由源功率输出管理单元所控制，该rf偏置功率供给单元被配置为向偏置电极供给rf偏置功率。rf源功率供给单元包括：rf源功率输出单元，被配置为响应于第一输出控制信号来将rf源功率转换为第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且将第一rf源功率和第二rf源功率之一输出到源电极；以及源功率输出管理单元，被配置为基于关于第一rf源功率的幅度的信息来确定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率输出单元施加第一输出控制信号，该第一输出控制信号被用于根据所确定的幅度和所确定的占空比来输出第二rf源功率。

附图说明

如在附图中所示，根据对本发明构思的优选实施例的更加具体的描述，本发明构思的前述和其他特征和有点将是明显的，在附图中，贯穿不同的视图相同的附图标记指代相同的部件。附图不必按照比例，替代地，当示出本发明构思的原理时，对其施加强调。

图1是示出根据本发明构思的一些实施例的等离子体系统的图。

图2是示出图1的rf源功率的曲线图。

图3是示出图1的rf偏置功率的曲线图。

图4是示出图2的连续波(cw)rf源功率和图3的cwrf偏置功率的曲线图。

图5是示出图2的脉冲rf源功率和图3的脉冲rf偏置功率的曲线图。

图6是示出图1的基底和等离子体的横截面视图。

图7是示出根据本发明构思的一些实施例的、图1的rf源功率供给单元和rf偏置功率供给单元的框图。

图8是示出根据本发明构思的一些实施例的、图7的第二rf源功率输出单元的框图。

图9是示出根据本发明构思的一些实施例的、图7的源功率输出管理单元的等离子体处理方法的流程图。

图10是示出关于刻蚀目标层具有相同的刻蚀速率的cwrf源功率的能量以及脉冲rf源功率的能量的曲线图。

图11是示出图10中的脉冲rf源功率的脉冲频率的曲线图。

图12是示出离子的轰击现象的横截面视图。

图13是示出图10的刻蚀目标层的刻蚀速率与脉冲rf源功率之间的关系的曲线图。

图14是示出图11的非目标结构的刻蚀速率与脉冲rf偏置功率的脉冲频率之间的关系的曲线图。

图15是示出根据本发明构思的一些实施例的、使用图1的等离子体系统可以执行的等离子体刻蚀方法的流程图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明构思的一些实施例的等离子体系统100的图。

参考图1，等离子体系统100可以包括，例如，感应耦合等离子体(icp)刻蚀系统。可替换地，等离子体系统100可以包括，例如，电容耦合等离子体(ccp)刻蚀系统、物理气相沉积系统或化学气相沉积系统。在一些实施例中，等离子体系统100可以包括腔室单元10、恒定电压供给单元20(即，静态电压供给单元)、气体供给单元30、终点检测器34、射频(rf)源功率供给单元40以及rf偏置功率供给单元50。基底w可以被提供在腔室单元10中。恒定电压供给单元20可以向腔室单元10提供恒定电压v。可以使用恒定电压v将基底w紧固到腔室单元10。气体供给单元30可以被配置为将反应气体32供给到腔室单元10中。例如，气体供给单元可以通过输入端或开口将反应气体32供给到腔室单元10中。反应气体32可以被供给到基底w上。rf源功率供给单元40可以被配置为向腔室单元10施加rf源功率41。rf源功率41可以被配置为从反应气体32生成等离子体60。等离子体60可以被用于激活反应气体32，并且从而允许反应气体32具有更高的反应度。rf偏置功率供给单元50可以被配置为向腔室单元10施加rf偏置功率51。rf偏置功率51可以被施加为允许等离子体60集中在基底w上或之上的区域内。等离子体60可以被用于按照干法刻蚀方式来对基底w进行刻蚀。终点检测器34可以被用于检测用于对基底w的刻蚀处理的处理终点。因此，对在目标层之下的非刻蚀目标层的损坏可以最小化。

腔室单元10可以包括，例如，壳体12、静电吸盘(chuck)14、源电极16以及偏置电极18。基底w可以被提供在壳体12中。壳体12可以被提供为包围静电吸盘14和偏置电极18。静电吸盘14可以被布置在壳体12的内部底部表面上。静电吸盘14可以被配置为允许基底w被加载到其上。源电极16可以被提供在基底w之上。例如，源电极16可以被提供在壳体12上。在一些实施例中，源电极16可以被布置在壳体12中。即，源电极16可以被布置在壳体12的上表面上。源电极16可以包括多个源电极。例如，源电极16可以被布置在用于反应气体32的输入端周围。基底w可以与壳体12的竖直侧壁间隔开。静电吸盘14的侧壁和源电极可以在基本上水平的方向上延伸超出基底w的侧壁。偏置电极18可以被提供在壳体12与静电吸盘14之间。

恒定电压供给单元20可以连接到静电吸盘14。可以通过从恒定电压供给单元20所供给的恒定电压将基底w紧固到静电吸盘14。在一些实施例中，恒定电压供给单元20可以被配置为生成约10v至1000v的恒定电压，并且将恒定电压供给到静电吸盘14。rf偏置功率51可以被施加到偏置电极18。

气体供给单元30可以被配置为将反应气体32供给到壳体12中。反应气体32可以被用于对基底w进行刻蚀。在一些实施例中，反应气体32可以包括，例如，氢气(h2)。在一些实施例中，反应气体32可以包括，例如，碳氢化合物，例如，甲烷(ch4)。

rf源功率供给单元40可以连接到源电极16。rf源功率供给单元40可以被配置为向源电极16施加rf源功率41。被施加到源电极16的rf源功率41可以被用于从反应气体32生成等离子体60。在一些实施例中，rf源功率41可以具有例如约13.5mhz的频率。

图2是示出图1的rf源功率41的示例的曲线图。

参考图2，rf源功率41可以包括连续波(cw)rf源功率71和脉冲rf源功率73。图2的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图2的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。cwrf源功率71的强度或幅度可以随时间恒定。脉冲rf源功率73的强度或幅度可以随时间改变。例如，可以在给定的时间段内采用一脉冲强度来施加脉冲rf源功率73。

参考图1和图2，cwrf源功率71可以通过源电极16被施加到壳体12，以在壳体12中生成等离子体。术语“cw等离子体”可以被用于指代通过cwrf源功率71所生成的等离子体。脉冲rf源功率73也可以被用于在壳体12中生成等离子体。术语“脉冲等离子体”可以被用于指代通过脉冲rf源功率73所生成的等离子体。

参考图1，rf偏置功率供给单元50可以连接到偏置电极18。rf偏置功率供给单元50可以被配置为向偏置电极18施加rf偏置功率51。偏置电极18可以被用于将等离子体60集中在基底w上或之上的区域内。例如，rf偏置功率51可以具有约13.5mhz的频率。

图3是示出图1的rf偏置功率51的示例的曲线图。图3的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图3的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。

参考图3，rf偏置功率51可以包括cwrf偏置功率75和脉冲rf偏置功率77。cwrf偏置功率75的强度或幅度可以随时间恒定。脉冲rf偏置功率77可以随时间改变，即，可以在给定的时间段内采用一脉冲强度来施加脉冲rf偏置功率77。

参考图1，rf偏置功率供给单元50可以连接到rf源功率供给单元40。在一些实施例中，rf源功率供给单元40可以被配置为向rf偏置功率供给单元50输出同步控制信号scs。同步控制信号scs可以被用于同时地向源电极16施加rf源功率41并且向偏置电极18施加rf偏置功率51。

图4是示出图2的cwrf源功率71和图3的cwrf偏置功率75的曲线图。图4的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图4的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。

参考图1和图4，当cwrf源功率71被从rf源功率供给单元40施加到源电极16时，cwrf偏置功率75可以被从rf偏置功率供给单元50施加到偏置电极18。cwrf源功率71和cwrf偏置功率75可以基本上同时地被分别地施加到源电极16和偏置电极18。cwrf源功率71和cwrf偏置功率75可以被生成为具有彼此不同的幅度。例如，cwrf源功率71的幅度可以大于cwrf偏置功率75的幅度。

图5是示出图2的脉冲rf源功率73和图3的脉冲rf偏置功率77的曲线图。图5的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图5的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。

参考图1和图5，当脉冲rf源功率73被从rf源功率供给单元40施加到源电极16时，脉冲rf偏置功率77可以被从rf偏置功率供给单元50施加到偏置电极18。脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以基本上同时地被分别地施加到源电极16和偏置电极18。脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以被生成为具有彼此不同的幅度。例如，脉冲rf源功率73的幅度可以大于脉冲rf偏置功率77的幅度。在一些实施例中，脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以以不同的相位被施加。例如，脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以以交替的方式被分别地施加到源电极16和偏置电极18。当脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77被分别地施加到源电极16和偏置电极18时，脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以彼此异相。即，当脉冲rf源功率73未被施加到源电极16时，脉冲rf偏置功率77可以被施加到偏置电极18，如图5所示。在一些实施例中，当脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77被分别地施加到源电极16和偏置电极18时，脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77可以彼此同相。

参考图1，等离子体60可以包括，例如，从反应气体32所产生的自由基62和离子64。自由基62和离子64可以被用于例如通过化学反应来对基底w进行刻蚀。自由基62中的每个可以包含构成反应气体32的原子中的至少一种。例如，自由基62中的每个可以包括氢原子(h)。自由基62可以具有约1毫秒至100毫秒的平均寿命。

离子64中的每个可以包含从反应气体32所生成的正离子。例如，离子64中的每个可以是氢离子(h⁺)或包括氢离子(h⁺)。等离子体60还可以包含与离子64分离的自由电子(未示出)。作为自由电子与离子64之间的复合的结果，离子64的平均寿命可以短于自由基62。离子64的平均寿命可以为从约1微秒到约100微秒的范围。

图6是示出图1的基底w和等离子体60的横截面视图。

参考图6，等离子体60中的自由基62——例如，(h)——和离子64——例如，(h⁺)——可以被用于对基底w上的刻蚀目标层66进行刻蚀。刻蚀目标层66可以被提供在非目标结构68上。例如，非目标结构68可以被布置在基底w与刻蚀目标层66之间。

可以使用等离子体60中的自由基62和离子64通过各向异性的刻蚀处理来刻蚀或移除刻蚀目标层66。可替换地，可以通过各向同性的刻蚀处理来移除刻蚀目标层66。在一些实施例中，刻蚀目标层66，例如，可以由防反射涂覆材料中的至少一个形成或包括防反射涂覆材料中的至少一个。在一些实施例中，刻蚀目标层66可以包括掩膜层。例如，刻蚀目标层66可以由有机材料中的至少一个(例如，光阻材料)形成或包括有机材料中的至少一个(例如，光阻材料)。

非目标结构68可以被布置在基底w与刻蚀目标层66之间。在一些实施例中，非目标结构68可以包括下层图案67和上层图案69。下层图案67可以被布置在上层图案69与基底w之间。刻蚀目标层66可以被形成在上层图案69的上表面上，沿着上层图案69和下层图案67的侧壁并且沿着基底w的被暴露的上表面。例如，下层图案67可以包括鳍式场效应晶体管(fin-fet)的沟道或有源图案。下层图案67可以包括，例如，锗化硅(sige)。上层图案69可以被布置在下层图案67上。例如，上层图案69可以包括牺牲保护(sacrificialprotection)层。在一些实施例中，上层图案69可以包括，例如，氮化硅(si3n4)。当对刻蚀目标层66执行刻蚀处理时，上层图案69可以保护下层图案67的顶部表面免受自由基62和离子64。尽管未示出，但是可以通过，例如，各向的同性刻蚀方法来刻蚀或移除上层图案69。例如，可以通过湿法刻蚀方法来刻蚀或移除上层图案69。在刻蚀处理之后，栅极绝缘层和栅极电极可以形成在下层图案67上。下层图案67和栅极电极可以用作finfet的元件。在下部图案67的顶部表面被损坏的实施例中，下部图案67可以导致finfet的操作故障，例如，在开关操作中。

参考图1和图6，终点检测器34可以被提供在腔室单元10的壳体上或附近。终点检测器34可以被配置为检测要对刻蚀目标层66所执行的刻蚀处理的终点。例如，终点检测器34可以包括光电二极管或光传感器。终点检测器34可以被配置为感测从腔室单元10所发射的光的颜色或频谱的改变，在该腔室单元10中，刻蚀目标层66和非目标结构68在等离子体60中被刻蚀。终点检测器34可以被配置为检测刻蚀处理的终点，在下文中被称为终点。例如，在顺序地对刻蚀目标层66和非目标结构68进行刻蚀的实施例中，等离子体60的颜色可以从黄色改变到蓝色。在一些实施例中，等离子体60的颜色可以从红色改变到绿色，或者从蓝色改变到红色。可以基于关于等离子体60的颜色的改变的信息来确定终点。如果精确地控制刻蚀处理中的刻蚀速率，则能够防止或抑制刻蚀处理对上层图案69和下层图案67的损坏。

参考图1、图4、图5和图6，在使用cw等离子体来对刻蚀目标层66进行刻蚀的实施例中，刻蚀目标层66的刻蚀速率可以与cwrf源功率71和cwrf偏置功率75成比例。在使用脉冲等离子体来对刻蚀目标层66进行刻蚀的实施例中，刻蚀目标层66的刻蚀速率可以与脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77成比例。cwrf偏置功率75和脉冲rf偏置功率77可以分别地与cwrf源功率71和脉冲rf源功率73成比例地增加或减小。在一些实施例中，刻蚀目标层66的刻蚀速率可以以cwrf源功率71与脉冲rf源功率73之间的比率或比例式来表达。即，可以根据在其中省略了cwrf偏置功率75和脉冲rf偏置功率77的比例式来计算刻蚀目标层66的刻蚀速率。如果已知在由cwrf源功率71所生成的cw等离子体之下刻蚀目标层66的刻蚀速率，则可以确定用于使用脉冲rf源功率73进行刻蚀处理的处理条件。可以通过rf源功率供给单元40和rf偏置功率供给单元50来控制cwrf源功率71和脉冲rf源功率73，从而得到对刻蚀目标层66的刻蚀速率的控制。

图7是示出根据本发明构思的一些实施例的、图1的rf源功率供给单元40和rf偏置功率供给单元50的框图。

参考图7，rf源功率供给单元40可以包括，例如，源功率生成单元42、源功率输出单元44、源功率模式选择单元46以及源功率输出管理单元48。

源功率生成单元42可以被配置为生成初级rf源功率41a。源功率生成单元42可以从外部设备接收功率。

源功率输出单元44可以连接在源电极16或多个源电极16以及源功率生成单元42之间。在一些实施例中，源功率输出单元44可以包括第一rf源功率输出单元43和第二rf源功率输出单元45。

第一rf源功率输出单元43可以被配置为响应于来自源功率输出管理单元48的第一输出控制信号cwrfc1来将初级rf源功率41a转换为cwrf源功率71，并且然后，将cwrf源功率71输出到源电极16。例如，第一rf源功率输出单元43可以包括cwrf源功率幅度调节器。

第二rf源功率输出单元45可以被配置为响应于来自源功率输出管理单元48的第二输出控制信号prfc1来将初级rf源功率41a转换为脉冲rf源功率73，并且然后，将脉冲rf源功率73输出到源电极16。

图8是示出根据本发明构思的一些实施例的、图7的第二rf源功率输出单元45的框图。

参考图8，第二rf源功率输出单元45可以包括脉冲生成器82、占空比调节器84、混合器86以及脉冲rf源功率幅度调节器88。脉冲生成器82可以被配置为生成脉冲信号83。脉冲生成器82还可以被配置为调节脉冲信号83的脉冲频率。脉冲生成器82可以向占空比调节器84提供脉冲信号83。占空比调节器84可以被配置为调节来自脉冲生成器82的脉冲信号83的占空比，并且将具有调节后的占空比的脉冲信号提供到混合器86。混合器86可以被配置为将来自占空比调节器84的脉冲信号83与初级rf源功率41a混合，并且然后，输出混合的结果作为脉冲rf源功率73。脉冲rf源功率幅度调节器88可以从混合器86接收脉冲rf源功率73，并且可以被配置为调节脉冲rf源功率73的幅度b。

参考图7，源功率模式选择单元46可以连接在源功率输出单元44与源功率生成单元42之间。源功率模式选择单元46可以包括，例如，用于响应于第一选择控制信号ssc1和第二选择控制信号ssc2来在第一rf源功率输出单元43与第二rf源功率输出单元45之间进行切换的开关。源功率模式选择单元46可以响应于来自源功率输出管理单元48的第一选择控制信号ssc1，来将源功率生成单元42连接到第一rf源功率输出单元43。在一些实施例中，源功率模式选择单元46可以响应于来自源功率输出管理单元48的第二选择控制信号ssc2，来将源功率生成单元42连接到第二rf源功率输出单元45。

源功率输出管理单元48可以接收：反馈输入信号fis、包含关于刻蚀目标层66的厚度的信息的厚度输入信号tis以及包含关于反应气体32的复合时间的信息的复合时间输入信号rtis。反馈输入信号fis可以包含从例如终点检测器34所传送的关于终点的信息。厚度输入信号tis和复合时间输入信号rtis可以从例如外部输入设备和/或数据库来提供。源功率输出管理单元48可以被配置为根据反馈输入信号fis和厚度输入信号tis来计算刻蚀目标层66的刻蚀速率。源功率输出管理单元48还可以被配置为根据复合时间输入信号rtis来计算脉冲rf源功率73的脉冲频率。源功率输出管理单元48可以基于所计算的刻蚀速率和脉冲频率来控制第一rf源功率输出单元43和第二rf源功率输出单元45以及源功率模式选择单元46。源功率输出管理单元48可以将第一输出控制信号cwrfc1和第二输出控制信号prfc1分别地输出到第一源功率输出单元43和第二源功率输出单元45。源功率输出管理单元48可以将第一选择控制信号ssc1和第二选择控制信号ssc2输出到源功率模式选择单元46。

参考图7，rf偏置功率供给单元50可以包括偏置功率生成单元52、偏置功率输出单元54、偏置功率模式选择单元56、偏置功率输出管理单元58以及非重叠信号生成单元59。

偏置功率生成单元52可以被配置为生成初级rf偏置功率51a。偏置功率生成单元52可以从外部设备接收功率。

偏置功率输出单元54可以连接在偏置功率生成单元52与偏置电极18之间。在一些实施例中，偏置功率输出单元54可以包括第一rf偏置功率输出单元53和第二rf偏置功率输出单元55。

第一rf偏置功率输出单元53可以被配置为响应于来自偏置功率输出管理单元58的第三输出控制信号cwrfc2，来将初级rf偏置功率51a转换为cwrf偏置功率75，并且然后，将cwrf偏置功率75输出到偏置电极18。

第二rf偏置功率输出单元55可以被配置为响应于来自偏置功率输出管理单元58的第六输出控制信号prfc3，来将初级rf偏置功率51a转换为脉冲rf偏置功率77，并且然后，将脉冲rf偏置功率77输出到偏置电极18。

偏置功率模式选择单元56可以连接在偏置功率输出单元54与偏置功率生成单元52之间。偏置功率模式选择单元56可以包括，例如，用于响应于第三选择控制信号ssc3和第四选择控制信号ssc4来在第一rf偏置功率输出单元53与第二rf偏置功率输出单元55之间进行切换的开关。偏置功率模式选择单元56可以响应于来自偏置功率输出管理单元58的第三选择控制信号ssc3，来将偏置功率生成单元52连接到第一rf偏置功率输出单元53。在一些实施例中，偏置功率模式选择单元56可以响应于来自偏置功率输出管理单元58的第四选择控制信号ssc4，来将偏置功率生成单元52连接到第二rf偏置功率输出单元55。

可以通过由源功率输出管理单元48所生成的并且被从源功率输出管理单元48传送到偏置功率输出管理单元58的同步控制信号scs来控制偏置功率输出管理单元58。偏置功率输出管理单元58可以控制第一rf偏置功率输出单元53、第二rf偏置功率输出单元55以及偏置功率模式选择单元56。偏置功率输出管理单元58可以分别地将第三输出控制信号cwrfc2输出到第一rf偏置功率输出单元53并且将第四输出控制信号prfc2输出到第二rf偏置功率输出单元55。偏置功率输出管理单元58可以将第三选择控制信号ssc3和第四选择控制信号ssc4输出到偏置功率模式选择单元56。

非重叠信号生成单元59可以连接在偏置功率输出管理单元58与第二偏置功率输出单元55之间。非重叠信号生成单元59可以被配置为将脉冲rf偏置功率77的相位反相，使得脉冲rf偏置功率77具有与脉冲rf源功率73的相位相反的相位，即，使得脉冲rf偏置功率77与脉冲rf源功率73不重叠。例如，非重叠信号生成单元59可以包括反相器。在第四输出控制信号prfc2的脉冲频率与第二输出控制信号prfc1的脉冲频率相同的实施例中，非重叠信号生成单元59可以将第四输出控制信号prfc2反相。第二rf偏置功率输出单元55可以响应于反相的第四输出控制信号prfc2来输出脉冲rf偏置功率77。脉冲rf偏置功率77的相位可以与脉冲rf源功率73的相位相反。

图9是示出根据本发明构思的一些实施例的、可以使用图7的源功率输出管理单元48执行的等离子体处理方法的流程图。

参考图1以及图6至图9，在初始化(s10)之后，源功率输出管理单元48可以分别地将第一输出控制信号cwrfc1输出到第一rf源功率输出单元43并且将第一选择控制信号ssc1输出到源功率模式选择单元46。第一rf源功率输出单元43可以将cwrf源功率71输出到源电极16(s20)。此外，偏置功率输出管理单元58可以分别地将第三输出控制信号cwrfc2输出到第一rf偏置功率输出单元53，并且将第三选择控制信号ssc3输出到偏置功率模式选择单元56。第一rf偏置功率输出单元53可以将cwrf偏置功率75输出到偏置电极18(s20)。源功率输出管理单元48可以将关于cwrf源功率71的幅度a的信息存储在例如数据库和/或存储器中。

可以通过与由cwrf源功率71所生成的cw等离子体60的反应来对刻蚀目标层66进行刻蚀。在一些实施例中，刻蚀目标层66可以形成在用作基底w的测试基底上。终点检测器34可以被配置为检测使用cw等离子体60对刻蚀目标层66所执行的刻蚀处理的终点。终点可以依赖于与等离子体60、反应气体32以及壳体12的内部环境相关联的各种因子而改变。例如，即使不存在与等离子体60和反应气体32相关联的改变，但是终点也可以依赖于壳体12的累积使用时间而变化。例如，壳体12的累积使用时间越大，则终点越晚。终点检测器34可以将包含关于终点的信息的反馈输入信号fis输出到源功率输出管理单元48。在一些实施例中，反馈输入信号fis可以例如被从外部输入设备和/或数据库提供到源功率输出管理单元48。

接下来，源功率输出管理单元48可以接收：反馈输入信号fis、包含关于刻蚀目标层66的厚度的信息的厚度输入信号tis以及包含关于反应气体32的复合时间的信息的复合时间输入信号rtis(s30)。源功率输出管理单元48可以根据反馈输入信号fis和厚度输入信号tis来计算在cw等离子体60之下刻蚀目标层66的刻蚀速率。在cw等离子体60之下刻蚀目标层66的刻蚀速率可以包含关于壳体12的内部环境的信息。即，刻蚀速率可以反映用于在壳体12中所执行的刻蚀处理的处理条件。

源功率输出管理单元48可以从数据库和/或存储器请求并且接收关于cwrf源功率71的幅度a的信息。源功率输出管理单元48可以根据所获得的关于cwrf源功率71的幅度a的信息来计算脉冲rf源功率73的幅度b和占空比(s40)。

图10是分别地示出允许以相同的刻蚀速率对刻蚀目标层66进行刻蚀的cwrf源功率71的能量78和脉冲rf源功率73的能量79的曲线图。图10的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图10的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。

参考图10，cwrf源功率71的能量78可以等于脉冲rf源功率73的能量79。

可以通过cwrf源功率71的幅度a与供给时间的乘积来给出cwrf源功率71的能量78。源功率输出管理单元48可以根据cwrf源功率71的供给时间和幅度a来计算cwrf源功率71的能量78。

可以通过脉冲rf源功率73的幅度b、占空比以及供给时间的乘积来给出脉冲rf源功率73的能量79。在一些实施例中，脉冲rf源功率73的幅度b可以大于cwrf源功率71的幅度a。占空比可以被定义为脉冲rf源功率73的持续时间与总供给时间的比率。cwrf源功率71的总供给时间可以与脉冲rf功率源73的总供给时间相同，并且在该实施例中，cwrf源功率71的幅度a可以对应于脉冲rf源功率73的幅度b与占空比的乘积。在一些实施例中，脉冲rf源功率73的占空比可以为从例如0.1至0.9的范围。在脉冲rf源功率73的占空比为50％的实施例中，脉冲rf源功率73的幅度b可以是cwrf源功率71的幅度a的两倍。在一些实施例中，源功率管理输出单元48可以基于所获得的关于cwrf源功率71的幅度a和使用cwrf源功率71所生成的等离子体60的信息，来确定脉冲rf源功率73的幅度和/或占空比。

接下来，参考图9，源功率输出管理单元48可以根据复合时间输入信号rtis来计算脉冲rf源功率73和脉冲rf偏置功率77的脉冲频率(s50)。复合时间输入信号rtis可以被产生为包含关于自由基62和离子64的寿命的信息。

图11是示出脉冲rf源功率73的脉冲频率的示例的曲线图。图11的曲线图的水平轴表示处理时间(以毫秒为单位)，而图11的曲线图的垂直轴表示rf功率的强度或幅度(以w为单位)。

参考图6至图9以及图11，脉冲rf源功率73可以具有为例如从约100hz至10khz的范围的脉冲频率。同样地，脉冲rf偏置功率77可以具有为例如从约100hz至10khz的范围的脉冲频率。在一些实施例中，脉冲rf源功率73可以具有短于自由基62的寿命的脉冲循环。相反，脉冲rf源功率73的脉冲循环可以长于离子64的寿命。脉冲rf源功率73的脉冲循环可以为从例如约0.1毫秒至约10毫秒的范围。脉冲频率可以是脉冲周期的倒数。即，脉冲频率可以为从约100hz至约10khz的范围。

图12是示出离子64的轰击现象的横截面视图。

参考图12，在脉冲rf偏置功率77或脉冲rf源功率73的时段短于离子64的寿命的实施例中，离子64可以撞击基底w和上部图案69的顶部表面。离子64可以被脉冲rf偏置功率77朝向基底w加速，并且因此，离子64的轰击现象可以损坏基底w和上部图案69的顶部表面。相反，在脉冲rf偏置功率77和/或脉冲rf源功率73的时段长于离子64的寿命的实施例中，没有离子64可以到达基底w。因此，可以防止或抑制离子64的轰击现象。即，在根据本发明构思的一些实施例的等离子体处理方法中，可以防止离子64的轰击现象对基底w和上部图案69的损坏。

再次参考图7、图8以及图9，源脉冲输出管理单元48和偏置脉冲输出管理单元58可以分别地将脉冲rf源功率73输出到源电极16并且将脉冲rf偏置功率77输出到偏置电极18(s60)。可以使用由脉冲rf功率73和脉冲rf偏置功率77所生成的脉冲等离子体来执行刻蚀处理。脉冲等离子体的刻蚀速率可以与cw等离子体的刻蚀速率基本上相同。

图13是示出图10的刻蚀目标层66的刻蚀速率与脉冲rf源功率73之间的关系的曲线图。图13的曲线图的水平轴表示刻蚀目标层的刻蚀速率(以埃分为单位)，而图13的曲线图的垂直轴表示脉冲rf源功率(以w为单位)。

参考图13，刻蚀目标层66的刻蚀速率与脉冲rf源功率73成比例。脉冲rf源功率73越高，则刻蚀目标层66的刻蚀速率越高。例如，当为约1000w的脉冲rf源功率73被用于生成等离子体60时，刻蚀目标层66的刻蚀速率为约125埃/分。例如，当为约2000w的脉冲rf源功率73被用于生成等离子体60时，刻蚀目标层66的刻蚀速率为约200埃/分。例如，当脉冲rf源功率73为约4000w时，刻蚀目标层66的刻蚀速率为约350埃/分。

图14是示出图11的非目标结构68的刻蚀速率与脉冲rf偏置功率77的脉冲频率之间的关系的曲线图。图14的曲线图的水平轴表示刻蚀目标层的刻蚀速率(以埃/分为单位)，而图14的曲线图的垂直轴表示脉冲频率(以hz为单位)。

参考图14，脉冲rf偏置功率77的脉冲频率与非目标结构68的刻蚀速率成反比例。脉冲rf偏置功率77的脉冲频率越高，则非目标结构68的刻蚀速率越低。即，脉冲rf偏置功率77的脉冲频率的增加导致对非目标结构68的轰击现象的减少。例如，当脉冲rf偏置功率77具有为0hz的脉冲频率时，非目标结构68的刻蚀速率为约7埃/分。例如，当使用为0hz的脉冲rf偏置功率时，非目标结构68被离子64的轰击现象损坏。为0hz的脉冲rf偏置功率77可以与cwrf偏置功率75相对应。例如，当脉冲频率为约100hz时，非目标结构68的刻蚀速率为约4埃/分。当脉冲频率为约500hz时，非目标结构68的刻蚀速率为约2埃/分。当脉冲频率为约1000hz时，非目标结构68的刻蚀速率为约1埃/分。脉冲循环可以为约1毫秒。当脉冲循环短于自由基62的寿命并且长于离子64的寿命时，非目标结构68的损坏可以最小化。此外，离子64的轰击现象对基底w和上部图案69的损坏也可以最小化。

图15是示出根据本发明构思的一些实施例的、使用图1的等离子体系统100可以执行的等离子体刻蚀方法的流程图。

参考图1、图6以及图15，在其上顺序地堆叠有测试非目标结构和测试刻蚀目标层的测试基底可以被加载到壳体12中的静电吸盘14上(s110)。即，测试目标层可以形成在测试非刻蚀目标层上。测试非目标结构、测试刻蚀层以及测试基底可以分别地与非目标结构68、刻蚀目标层66以及基底w相对应。

参考图1、图7以及图15，cw等离子体可以在测试刻蚀目标层上或之上的区域内被生成，并且可以被用于对刻蚀目标层进行刻蚀(s120)。cw等离子体可以通过分别地被施加到第一rf源功率输出单元43和第一rf偏置功率输出单元53的rf源功率41和rf偏置功率51来诱导。cw等离子体可以从被供给到测试基底上的反应气体(例如，氢气)，例如反应气体32，来生成。

可以对测试刻蚀目标层执行使用cw等离子体进行的刻蚀处理。刻蚀处理的终点可以通过终点检测器34来检测。源功率输出管理单元48可以根据关于终点的信息，例如，反馈输入信号tis，来计算测试刻蚀目标层的刻蚀速率(s130)。之后，可以从壳体12卸载测试基底。

参考图6、图7、图10以及图15，在源功率输出管理单元48中，可以基于关于cw等离子体的幅度a的信息来确定脉冲等离子体的幅度b和占空比(s140)，以允许以测试刻蚀目标层的刻蚀速率来对刻蚀目标层66进行刻蚀。此外，源功率输出管理单元48可以确定脉冲等离子体的脉冲周期。脉冲周期可以短于等离子体60中的自由基62的寿命，并且可以长于离子64的寿命。

参考图1、图6以及图15，在其上顺序地堆叠有非目标结构68和刻蚀目标层66的基底w可以被加载到壳体12中的静电吸盘14上(s150)。即，非测试基底可以被加载到壳体12中的静电吸盘14上。

参考图1、图6、图7以及图15，第二rf源功率输出单元45和第二rf偏置功率输出单元55可以被控制为从被供给到刻蚀目标层66上的反应气体32生成脉冲等离子体，并且被控制为对刻蚀目标层66进行刻蚀(s160)。在一些实施例中，可以以与测试刻蚀目标层的刻蚀速率相同的刻蚀速率来对刻蚀目标层66进行刻蚀。源功率输出管理单元48可以调节脉冲等离子体的脉冲周期，使得脉冲等离子体的脉冲周期短于等离子体60中的自由基62的寿命，并且长于离子64的寿命。终点检测器34可以检测对刻蚀目标层66执行刻蚀处理的终点。源功率输出管理单元48可以停止生成脉冲等离子体。之后，基底w可以被从壳体12卸载。

接下来，源功率输出管理单元48可以确定是否存在对于其需要刻蚀处理的另一基底(s170)。如果存在有在其中将移除刻蚀目标层66的另一基底，则可以重复步骤s150至步骤s170。否则，源功率输出管理单元48可以结束使用脉冲等离子体进行的刻蚀处理。

在根据本发明构思的一些实施例的等离子系统中，可以以脉冲rf源功率的幅度与占空比的乘积来表达连续波rf源功率的幅度。因此，脉冲rf源功率的幅度和占空比可以被控制为实现与连续波等离子体的刻蚀速率相同的刻蚀速率。例如，脉冲等离子体的脉冲频率可以被控制为大于自由基的寿命的倒数并且小于离子的寿命的倒数。因此，离子中的大部分可以与电子复合，并且因此，可以防止离子到达形成在基底上的非目标结构。即，可以防止、抑制或最小化对非目标层的损坏。

虽然具体地示出并且描述了本发明构思的示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解其中可以在形式上和细节上进行各种变化，而不背离所附的权利要求书的精神和范围。