控制开关模式离子能量分布系统的方法
【专利说明】
[0001] 相关案件和优先权
[0002] 此申请是2011年7月28日提交的美国专利申请号No. 13/193,299的部分继续申 请和2010年8月29日提交的非临时美国专利申请号No. 12/870,837的部分继续申请。申 请号No. 13/193, 299和No. 12/870, 837的细节W其全文引用方式并入本申请中用于所有适 合的目的。
技术领域
[0003] 本公开内容大体上设及等离子体处理。具体而言，本发明设及等离子体辅助蚀刻、 沉积、和/或其它等离子体辅助工艺的方法和装置，但不限于此。
【背景技术】
[0004] 很多类型的半导体器件是利用基于等离子体的蚀刻技术制造的。如果导体被蚀 亥IJ，则可W将相对于地的负电压施加到导电衬底，W便在衬底导体的表面两端创建基本上 一致的负电压，其将带正电的离子吸引向导体，并且结果，碰撞导体的正离子基本上具有相 同的能量。
[0005] 然而，如果衬底是电介质，则不变化的电压对在衬底的表面两端的电压不起作用。 但是AC电压（例如，高频）可W施加到导电板（卡盘），W使得AC区域在衬底的表面感应 出电压。在AC周期的正半周期期间，衬底吸引相对于正离子的质量为轻的电子；从而在正 半周期内很多电子会被吸引到衬底的表面。结果，衬底的表面将会带负电，该使得离子将吸 引到带负电的表面。并且当离子撞击衬底的表面时，撞击将材料从衬底的表面逐出，完成了 蚀刻。
[0006] 在许多情况下，期望有窄离子能量分布，但是将正弦波施加到衬底会感应出宽的 离子能量分布，该限制了等离子体处理执行期望的蚀刻轮廓的能力。已知的实现窄离子能 量分布技术很昂贵、效率低、难W控制并且可能不利地影响等离子体密度。结果，该些已知 的技术没用被商业化所采用。相应地，需要一种系统和方法来解决目前技术的不足并且提 供其它新颖和创造性的特征。
【发明内容】
[0007]W下概括了附图中所示出的本公开内容的示范性实施例。在【具体实施方式】部分中 将更全面地描述该些和其它实施例。然而，应当理解，不存在将本发明限制于
【发明内容】
部分 或【具体实施方式】部分中所描述的形式的意图。本领域技术人员可W认识到，有许多会落入 如权利要求中所表达的本发明的精神和范围内的修改、等同和替代结构。
[0008] 根据一个实施例，本发明可W表征为一种用于建立一个或多个等离子体銷层电压 的方法。所述方法可W包括向等离子体室的衬底支撑部提供经修改的周期电压函数。所述 衬底支撑部可W禪合到被配置为用于在等离子体中进行处理的衬底。同样，所述经修改的 周期电压函数可W包括由离子电流补偿Ic修改的周期电压函数。所述经修改的周期电压 函数可w包括脉冲和所述脉冲之间的部分。同样，所述脉冲可w是所述周期电压函数的函 数，并且所述脉冲之间的部分的斜率可W是所述离子电流补偿Ic的函数。所述方法还可W 包括存取至少表示所述衬底支撑部的电容的有效电容值Cl。所述方法最终可W识别将产生 到达所述衬底的表面的离子的所定义的离子能量分布函数的所述离子电流补偿Ic的值， 其中，所述识别是所述有效电容Cl和所述脉冲之间的所述部分的斜率dVuMt的函数。
[0009] 根据另一个实施例，本发明可W描述为一种用于对等离子体进行偏置从而在等离 子体处理室内的衬底的表面处实现定义的离子能量的方法。所述方法可包括向衬底支撑部 施加包括由离子电流补偿修改的周期电压函数的经修改的周期电压函数。所述方法还可包 括对所述经修改的周期电压函数的至少一个循环进行采样W产生电压数据点。所述方法还 可包括根据所述电压数据点来估算所述衬底表面处的第一离子能量的数值。同样，所述方 法可W包括调节所述经修改的周期电压函数，直到所述第一离子能量等于所述定义的离子 能量。
[0010] 根据又一实施例，本发明可W表征为一种用W实现离子能量分布函数宽度的方 法。所述方法可包括向等离子体处理室的衬底支撑部提供经修改的周期电压函数。所述方 法还可包括在第一时刻和在第二时刻从所述非正弦波形采样至少两个电压。所述方法可W 另外包括将所述至少两个电压的斜率计算为dv/化。同样，所述方法可包括将所述斜率与已 知的参考斜率进行比较，W便与离子能量分布函数宽度相对应。最终，所述方法可包括调节 所述经修改的周期电压函数，W使得所述斜率接近所述参考斜率。
[0011] 本公开内容的另一方面可表征为一种装置，包括电源、离子电流补偿部件和控制 器。所述电源可提供周期电压函数，所述周期电压函数具有脉冲和所述脉冲之间的部分。 所述离子电流补偿部件可W修改所述脉冲之间的所述部分的斜率，W形成经修改的周期电 压函数。所述经修改的周期电压函数可W被配置为用于提供到衬底支撑部，W用于在等离 子体处理室中进行处理。所述控制器可W禪合到所述开关模式电源和所述离子电流补偿部 件。所述控制器还可W被配置为识别所述离子电流补偿的数值，如果向所述衬底支撑部提 供所述离子电流补偿，将产生到达所述衬底的表面的离子的定义的离子能量分布函数。
[0012] 本公开内容的又一方面可W表征为一种非暂时性的有形计算机可读存储介质，其 编码有处理器可读指令，W便执行用于监控被配置为处理衬底的等离子体的离子电流的方 法。所述方法可W包括；考虑到具有第一数值的离子电流补偿情况下，对经修改的周期电压 函数进行采样，并且考虑到具有第二数值的所述离子电流补偿情况下，对所述经修改的周 期电压函数进行采样。所述方法还可包括基于所述第一采样和所述第二采样来确定作为时 间的函数的所述经修改的周期电压函数的斜率。所述方法还基于所述第一采样和所述第二 采样来确定作为时间的函数的所述经修改的周期电压函数的斜率。所述方法最终可包括基 于所述斜率来计算所述离子电流补偿的第=数值，在所述第=数值处，所述衬底上的恒定 电压将在所述经修改的周期电压函数的至少一个周期内存在。
[0013] 本文中进一步详细描述该些实施例和其它实施例。
【附图说明】
[0014] 通过参照W下【具体实施方式】和附属权利要求同时结合附图，本发明的各个目的和 优点和更完整的理解会显而易见并且更易于理解，其中，遍及数个附图，完全相同的附图标 记指代相同或类似的元件，并且在附图中：
[0015] 图1示出了根据本发明的一个实施方式的等离子体处理系统的框图；
[0016] 图2是示出了图1中所示出的开关模式电源系统的示范性实施例的框图；
[0017] 图3是可用于实现参考图2描述的开关模式偏置电源的部件的原理图表示；
[0018] 图4是示出了两个驱动信号波形的时序图；
[0019] 图5是实现在特定离子能量处集中的离子能量分布的操作开关模式偏置电源的 单模式的图形表示；
[0020] 图6是示出了其中生成离子能量分布中的两个分立的峰的操作的双模态模式的 示图；
[0021] 图7A和图7B是示出了等离子体中进行的实际、直接离子能量测量的示图；
[0022] 图8是示出了本发明的另一个实施例的框图；
[0023] 图9A是示出由正弦调制函数调制的示范性周期电压函数的示图；
[0024] 图9B是图9A中所不出的周期电压函数的一部分的分解图；
[0025] 图9C示出了由周期电压函数的正弦调制得到的、基于时间平均的得到的离子能 量分布；
[002引 图9D示出了当周期电压函数由正弦调制函数调制时得到的时间平均的IEDF的等 离子体中进行的实际直接离子能量测量；
[0027]图10A示出了由银齿调制函数调制的周期电压函数；
[002引图10B是图10A中所不出的周期电压函数的一部分的分解图；
[0029] 图10C是示出了由图10A和10B中的周期电压函数的正弦调制得到的、基于时间 平均的所得到的离子能量的分布的示图；
[0030] 图11是在右列中示出IEDF函数并且在左列中示出相关联的调制函数的示图；
[0031] 图12是示出了其中离子电流补偿部件补偿等离子体室内的离子电流的实施例的 框图；
[0032] 图13是示出了示范性离子电流补偿部件的图示；
[0033] 图14是示出了在图13中所示出的节点Vo处的示范性电压的示图；
[0034] 图15A-15C是响应于补偿电流在衬底或晶圆的表面处出现的电压波形；
[0035] 图16是可W实施为实现参考图13所描述的电流源的电流源的示范性实施例；
[0036] 图17A和17B是示出了本发明的其它实施例的框图；
[0037] 图18是示出了本发明的另一个实施例的框图；
[0038] 图19是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0039] 图20是可结合参考图1-19所描述的实施例使用的输入参数和控制输出的框图；
[0040] 图21是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0041] 图22是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0042] 图23是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0043] 图24是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0044] 图25是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0045] 图26是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0046] 图27是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0047] 图28示出了根据本公开内容的实施例的方法；
[0048] 图29示出了根据本