具有射频供电的法拉第屏蔽件的包括线圈的衬底处理系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月28日提交的美国临时申请no.62/314,059的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及具有射频(rf)供电的法拉第屏蔽件的包括线圈的衬底处理系统。

背景技术：

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。在该背景技术部分中描述的程度上的目前提名的发明人的工作和在申请时可能无资格另外作为现有技术的描述的方面既未清楚地，也未隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。

衬底处理系统通常用于蚀刻诸如半导体晶片等衬底上的薄膜。蚀刻通常包括湿化学蚀刻或干蚀刻。可以使用通过电感耦合等离子体(icp)产生的等离子体进行干蚀刻。电感耦合等离子体可以由布置在处理室外部的与电介质窗相邻的线圈产生。在处理室内流动的工艺气体被点燃以产生等离子体。

微机电(mems)器件具有广泛的应用，包括汽车、工业、生物医学和信息处理。对于这些和其他应用的先进微机电(mems)设备的需求不断增长。先进的mems器件尺寸更小，精度更高，响应时间更快。mems器件中的运动由静电或机械结构驱动。将压电膜与mems器件集成提供了优点，包括增强的性能，温度稳定性等。

压电薄膜通常包括wurtzite或perovski晶体结构。例如，pervoski锆钛酸铅(pzt)膜在mems器件中使用时具有高压电系数和机电耦合性能。在蚀刻pzt膜期间，非挥发性副产物沉积在电介质窗和处理室内的其它表面上。非挥发性副产物会导致工艺随时间漂移并降低蚀刻工艺的重复性。为了降低成本，该工艺应该具有高的平均清洗间隔时间(mtbc)以及快速室恢复。

技术实现要素：

衬底处理系统包括处理室，处理室包括电介质窗和布置在其中以支撑衬底的衬底支撑件。线圈被布置在处理室的外部且与电介质窗相邻。法拉第屏蔽件布置在线圈和电介质窗之间。rf发生器被配置为向线圈提供rf功率。

在其它特征中，电容器连接到线圈和法拉第屏蔽件中的一个以调节沿着线圈的电压驻波的位置。调谐电路设置在rf发生器和线圈之间。调谐电路包括：第一可变电容器，其包括第一端以及第二端，该第一端连接到rf发生器；第二可变电容器，其包括连接到第一可变电容器的第二端的第一端；以及第三可变电容器，其包括第一端和第二端。第三可变电容器的第一端连接到第一可变电容器的第二端和第二可变电容器的第一端，并且第三可变电容器的第二端连接到线圈。

在其它特征中，线圈包括第一端和第二端。调谐电路连接到第一端。第二端连接法拉第屏蔽件。第二端对应于线圈的中心抽头。电容器包括连接到所述第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端。

在其它特征中，线圈包括第一端和第二端。调谐电路连接到线圈的第一端。线圈通过杂散电容耦合到法拉第屏蔽件。

在其他特征中，第一电容器包括连接到法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

在其他特征中，第一电容器包括连接到线圈的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

在其他特征中，第一电容器包括连接到法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。第二电容器包括连接到线圈的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

在其它特征中，线圈包括第一端和第二端。调谐电路连接到线圈的第一端。线圈的第二端连接到法拉第屏蔽件。线圈通过杂散电容耦合到法拉第屏蔽件。

在其他特征中，第二端对应于线圈的中心抽头。电容器包括连接到第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端。

在其他特征中，电容器包括连接到法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

在其他特征中，第一电容器包括连接到第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端。第二电容器包括连接到法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

在其他特征中，法拉第屏蔽件包括丝网。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种衬底处理系统，其包括：

处理室，其包括电介质窗和布置在其中以支撑衬底的衬底支撑件；

线圈，其布置在所述处理室的外部与所述电介质窗相邻；

法拉第屏蔽件，其布置在所述线圈和所述电介质窗之间；以及

rf发生器，其被配置为向所述线圈提供rf功率。

2.根据条款1所述的衬底处理系统，其还包括连接到所述线圈和所述法拉第屏蔽件中的一个以改变沿着所述线圈的电压驻波的位置的电容器。

3.根据条款1所述的衬底处理系统，其还包括布置在所述rf发生器和所述线圈之间的调谐电路。

4.根据条款3所述的衬底处理系统，其中所述调谐电路包括：

第一可变电容器，其包括第一端和第二端，该第一端连接到所述rf发生器；

第二可变电容器，其包括连接到所述第一可变电容器的所述第二端的第一端；以及

第三可变电容器，其包括第一端和第二端，其中所述第三可变电容器的所述第一端连接到所述第一可变电容器的所述第二端和所述第二可变电容器的所述第一端，并且所述第三可变电容器的所述第二端连接到线圈。

5.根据条款3所述的衬底处理系统，其中：

所述线圈包括第一端和第二端；

所述调谐电路连接到所述第一端；以及

所述第二端连接到所述法拉第屏蔽件。

6.根据条款5所述的衬底处理系统，其中所述第二端对应于所述线圈的中心抽头。

7.根据条款5所述的衬底处理系统，其还包括电容器，所述电容器包括连接到所述第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端。

8.根据条款3所述的衬底处理系统，其中：

所述线圈包括第一端和第二端；

所述调谐电路连接到所述线圈的所述第一端；以及

所述线圈通过杂散电容耦合到所述法拉第屏蔽件。

9.根据条款8所述的衬底处理系统，其还包括第一电容器，所述第一电容器包括连接到所述法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

10.根据条款8所述的衬底处理系统，其还包括第一电容器，所述第一电容器包括连接到所述线圈的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

11.根据条款8所述的衬底处理系统，其还包括：

第一电容器，其包括连接到法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端；以及

第二电容器，其包括连接到所述线圈的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

12.根据条款3所述的衬底处理系统，其中：

所述线圈包括第一端和第二端；

所述调谐电路连接到所述线圈的所述第一端；

所述线圈的所述第二端连接到所述法拉第屏蔽件；以及

所述线圈通过杂散电容耦合到所述法拉第屏蔽件。

13.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述第二端对应于所述线圈的中心抽头。

14.根据条款12所述的衬底处理系统，其还包括电容器，所述电容器包括连接到所述第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端。

15.根据条款12所述的衬底处理系统，其还包括电容器，所述电容器包括连接到所述法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

16.根据条款12所述的衬底处理系统，其还包括：

第一电容器，其包括连接到所述第二端的一端和连接到固定参考电位的相对端，

第二电容器，其包括连接到所述法拉第屏蔽件的第一端和连接到固定参考电位的第二端。

17.根据条款1所述的衬底处理系统，其中所述法拉第屏蔽件包括丝网。

根据详细描述、权利要求书和附图，本公开的其它应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1a是根据本公开的衬底处理系统的示例的功能框图；

图1b是示出法拉第屏蔽件的示例的平面图；

图2a根据现有技术示出了在没有rf供电的法拉第屏蔽件的情况下在线圈上的电压驻波的示例以及处理室的窗口上的相应的沉积和溅射的示例；

图2b根据现有技术示出了没有法拉第屏蔽件的情况下电压驻波作为沿着线圈的距离的函数的示例的曲线图；

图3a示出了根据本公开的在蚀刻期间在具有rf供电的法拉第屏蔽件的情况下由线圈产生的磁场和感应电流的示例；

图3b示出了根据本公开的在具有rf供电的法拉第屏蔽件的情况下使用线圈的在蚀刻期间的离子能量的示例；

图4a是根据本公开的线圈、调谐电路和rf供电的法拉第屏蔽件的示例的电气原理图和功能框图；

图4b是示出图4a的电压驻波的曲线图；

图5是根据本公开的线圈、调谐电路和rf供电的法拉第屏蔽件的另一示例的电气原理图和功能框图；

图6a是根据本公开的线圈、调谐电路和rf供电的法拉第屏蔽件的另一示例的电气原理图和功能框图；和

图6b是示出图6a的电压驻波的曲线图。

在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

现在参考图1a，示出了根据本公开的衬底处理系统10的示例。衬底处理系统10包括rf发生器11。在一些示例中，rf发生器11包括rf源12和调谐电路13。调谐电路13将rf源12的输出调谐到期望的频率和/或期望的相位并且匹配线圈16的阻抗。在一些示例中，尽管rf源12的输出是50欧姆，但是可以使用其他值。虽然示出单个线圈，但可以使用多个线圈。

在一些示例中，rf供电的法拉第屏蔽件20可以布置在线圈16和电介质窗24之间。rf供电的法拉第屏蔽件20可以连接到线圈16上的抽头上。在图1b中，rf供电的法拉第屏蔽件20包括布置成邻近电介质窗24的导电材料网。

电介质窗24沿着处理室28的一侧布置。处理室28进一步包括衬底支撑件(或基座)32。在处理期间，衬底34布置在衬底支撑件32上。衬底支撑件32可以包括静电卡盘(esc)、机械卡盘或其它类型的卡盘。工艺气体被供应到处理室28，并且等离子体40在处理室28的内部产生。等离子体40蚀刻衬底34的暴露表面。在一些示例中，可以使用rf源50和偏置匹配电路52以在操作期间偏置衬底支撑件32以进一步控制离子能量。

气体输送系统56可以用于将蚀刻气体混合物供应到处理室28。气体输送系统56可以包括蚀刻气体和惰性气体源57、气体计量系统58(例如阀和质量流量控制器)和歧管59。在一些实例中，工艺气体包括蚀刻气体混合物。在一些示例中，蚀刻气体包括pzt蚀刻气体混合物。加热器/冷却器64可用于将衬底支撑件32加热/冷却至预定温度。排放系统65包括阀66和泵67，以通过清出或抽排来从处理室28除去反应物。

控制器54可用于控制蚀刻工艺。控制器54监控系统参数并控制气体混合物的输送，激励、维持和熄灭等离子体，去除反应物，提供冷却气体等。另外，如下面详细描述的那样，控制器54可以控制rf发生器11、rf源50和偏置匹配电路52等的多种方面。

现在参考图2a和2b，线圈上的电压驻波(vsw)被示出为针对不使用rf供电的法拉第屏蔽件20的应用的线圈长度的函数。在图2a中，入射在电介质窗上的离子具有随着线圈上的电压驻波的幅度而变化的能量。结果，电介质窗的溅射发生在对应于电压驻波的高电压大小的线圈的位置。电介质窗上的沉积发生在对应于电压驻波的低电压幅度的线圈的位置。换句话说，pzt蚀刻的副产物将沉积在电介质窗上。在图2b中示出了没有法拉第屏蔽件的沿着线圈的示例性电压分布。可以理解，连接rf供电的法拉第屏蔽件20将改变线圈16上的电压驻波。

现在参见图3a和3b，示出了具有rf供电的法拉第屏蔽件20的线圈的操作。在图3a中，线圈16和rf供电的法拉第屏蔽件20感应磁场和感应电流，如图所示的。在图3b中，与图2a和2b中的离子的可变能量相反，离子具有在整个电介质窗24上的基本上均匀的离子能量。

现在参见图4a和4b，示出了rf供电的法拉第屏蔽件20与线圈16的连接。在图4a中，调谐电路13被示为包括可变电容器c1、c2和c3。可变电容器c1的一个端子连接到rf发生器11的输出。可变电容器c1的另一个端子连接到可变电容器c2和c3的端子。可变电容器c2的另一个端子连接到诸如接地之类的固定参考电位。可变电容器c3的另一个端子连接到线圈16的一端。线圈16的相对端连接到可变电容器c4。rf供电的法拉第屏蔽件20还在线圈16的相对端之间的抽头位置处连接到线圈16。rf供电的法拉第屏蔽件20的抽头位置可以变化以实现最佳rf功率和/或变化vsw的位置。在线圈16和rf供电的法拉第屏蔽件20之间示出杂散电容cs。在图4b中，示出了沿着线圈16的长度的电压vpp。

现在参考图5，示出了rf供电的法拉第屏蔽件20的另一示例。rf供电的法拉第屏蔽件20通过杂散电容cs耦合到线圈16。替代地，固定或可变电容器c6(未示出)可用于将rf供电的法拉第屏蔽件20耦合到线圈16。可变电容器c5可以用于调整rf供电的法拉第屏蔽件20的效果和/或调整vsw的位置。在一些示例中，可变电容器c5具有在8pf至650pf之间的范围内的电容，但是可以使用其他值。

现在参考图6a和6b，示出了rf供电的法拉第屏蔽件20的另一示例。在图6a中，rf供电的法拉第屏蔽件20直接连接到线圈16的相对端之间的抽头位置。rf供电的法拉第屏蔽件20还通过杂散电容cs耦合到线圈16。可变电容器c5连接到rf供电的法拉第屏蔽件20。在图6b中，示出了沿对应于可变电容器c3的端子与对应于电容器c4的端子之间的线圈长度的电压vpp。rf供电的法拉第屏蔽件20由线圈16上的rf电压直接提供。可以使用可变电容器c5来调节vsw。

通过使用rf供电的法拉第屏蔽件，在蚀刻期间，电介质窗上的副产物沉积显著减少。在一些示例中，蚀刻包括pzt蚀刻。由于rf供电的法拉第屏蔽件电压降低，因此与电介质窗的rf耦合也减小。因此，工艺的性能和可重复性得到改善。可以理解，可变电容器可以是固定电容器，反之亦然。

前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且不意在以任何方式限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定的实施例，但本公开的真实范围不应被如此限制，因为一旦研究附图、说明书和以下权利要求，其它的修改方案就会变得清楚。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)进行，而不会改变本公开的原理。此外，虽然各实施方式在上面描述为具有某些特征，但相对于本公开的任何实施方式所描述的这些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方式中实现和/或结合任何其它实施方式中的特征，即使这种结合未明确说明也如此。换言之，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式相互的更换方案保持在本公开的范围内。

在元件之间(例如，在模块、电路元件、半导体层等等之间)的空间和功能关系使用各种术语描述，这些术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧接”、“在……顶部”、“在……上面”、“在……下面”和“被设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当第一和第二元件之间的关系在上述公开内容中描述时，这种关系可以是直接的关系，其中没有其它中间元件存在于第一和第二元件之间，但也可以是间接的关系，其中一个或多个中间元件(或者在空间上或功能上)存在于第一和第二元件之间。如本文所用的，短语“a、b和c中的至少一个”应当解释为意味着使用非排他逻辑“或”的逻辑(a或b或c)，并且不应当被解释为是指“至少一个a，至少一个b，和至少一个c。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，其包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的多种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(rf)发生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片传送进出工具和其他传送工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

概括地说，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洗操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以多种单独设置(或程序文件)的形式传送到控制器的指令，该设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或裸芯片期间完成一个或多个处理步骤的配方的一部分。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路，它们结合以控制室内的工艺。

示例性系统可以包括但不限于，等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。

如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口以及从工具位置和/或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具通信。