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TWI720009B - 具有約鋸齒波脈衝的rf功率傳輸 - Google Patents

具有約鋸齒波脈衝的rf功率傳輸 Download PDF

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TWI720009B
TWI720009B TW105125703A TW105125703A TWI720009B TW I720009 B TWI720009 B TW I720009B TW 105125703 A TW105125703 A TW 105125703A TW 105125703 A TW105125703 A TW 105125703A TW I720009 B TWI720009 B TW I720009B
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川崎勝正
瑟吉歐富庫達 修吉
賈斯汀 費
清水大亮
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本文提供一種使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法。在一些實施例中，使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法包括以下步驟：提供第一多位準RF功率波形到處理腔室，第一多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，以及在第一延遲週期之後，提供第二多位準RF功率波形到處理腔室，第二多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準。

Description

具有約鋸齒波脈衝的RF功率傳輸
本揭示案之實施例一般係關於用於處理基板的RF功率傳輸方法。
在習知射頻（RF）電漿處理中，例如用於許多半導體裝置製造階段期間，可經由RF能量源，提供以連續或脈衝波模式產生的RF能量至基板處理腔室。由於RF能量源的阻抗與處理腔室內形成的電漿阻抗不匹配，故RF能量將反射回RF能量源，導致RF能量利用效率低又浪費能量，並且可能損壞處理腔室或RF能量源及可能造成基板處理不一致/無再現性的問題。因此，RF能量往往利用固定式或可調式匹配網路耦接到處理腔室中的電漿，匹配網路則操作以藉由更密切匹配電漿阻抗與RF能量源的阻抗來最小化反射RF能量。匹配網路確保RF源的輸出有效地耦接至電漿，以最大化耦接至電漿的能量的量（例如，稱為調諧RF功率傳輸）。因此，匹配網路確保總阻抗（亦即，電漿阻抗+腔室阻抗+匹配網路阻抗）與RF功率傳輸的輸出阻抗相同。在一些實施例中，RF能量源亦能夠頻率調諧或調整RF能量源提供的RF能量的頻率，以協助阻抗匹配。
然而，在RF產生器提供鋸齒波形式的脈衝RF功率的系統中，匹配網路及/或RF能量源無法充分地調諧到最佳匹配位置，以減少反射功率。因此，為了充分減少反射功率，應傳輸一致位準的RF功率，而使匹配網路及/或RF能量源拾取訊號並相應調諧。然而，在一致位準的RF功率的標準雙位準脈衝（亦即方波脈衝）中，電漿強度的變化緩慢，而雙位準方波脈衝可能無法充分近似鋸齒圖案。
因此，本發明提供改良RF功率傳輸的方法與設備。
本文提供一種使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法。在一些實施例中，使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法包括以下步驟：提供第一多位準RF功率波形到處理腔室，第一多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，以及在第一延遲週期之後，提供第二多位準RF功率波形到處理腔室，第二多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準。
在一些實施例中，提供一種具有指令儲存其上的非暫態電腦可讀媒體，當執行指令時造成執行使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法。所執行的方法包括以下步驟：提供第一多位準RF功率波形到處理腔室，第一多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，以及在第一延遲週期之後，提供第二多位準RF功率波形到處理腔室，第二多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準。
在一些實施例中，電漿增強基板處理系統可包括：第一RF產生器，經配置以提供第一多位準RF功率波形到處理腔室，第一多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，以及第二RF產生器，經配置以在第一延遲週期之後，提供第二多位準RF功率波形到處理腔室，第二多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準。
本發明的其他與進一步實施例將描述於後。
本揭示案之實施例提供一種用於使用多位準脈衝射頻（RF）功率操作電漿增強基板處理系統的方法。使用多位準脈衝射頻（RF）功率有利地提供一致位準的RF功率，以允許匹配網路充分調諧到最佳匹配位置，以減少反射功率。多位準脈衝射頻（RF）功率的使用亦允許在一些處理中可期望的快速電漿強度變化與鋸齒圖案波形的近似。在一些實施例中，三或更多個單獨的RF功率訊號之每一者可以是彼此獨立地異相的多個功率位準的脈衝，或具有不同工作循環。此外，RF功率訊號可以是彼此同步或異步的脈衝。
第1圖圖示可用於執行本文所揭示的發明方法的電漿反應器。發明方法可以在電容耦合電漿反應器（例如，第1圖所圖示）或任何其他合適的電漿反應器（例如電感耦合電漿反應器）中執行。然而，發明人已觀察到發明方法能夠特定有利於在電容耦合電漿反應器中，例如使用高偏壓功率（例如，約2000 W或更多）與低源功率（例如，約500W或更少），而例如在電感耦合電漿處理腔室中，不希望的充電效應可能更嚴重。在一些實施例中，發明人已發現發明方法在DC偏壓（VDC ）、VRF 、或電漿鞘電壓中的至少一者是約1000V或高於約1000V的配置中提供特定益處。
第1圖的反應器包括由圓柱形側壁102、地板103、及天花板104包圍的反應器腔室100。天花板104可以是包括氣體歧管106的氣體分配噴頭，氣體歧管106覆蓋氣體分配板108，氣體分配板108具有通過氣體分配板108而形成的通孔109。氣體歧管106係由具有氣體供應入口111的歧管外殼110包圍。氣體分配噴頭（亦即天花板104）係藉由絕緣環112與圓柱形側壁102電絕緣。真空泵114（例如渦輪分子泵）抽空腔室100。氣體控制板120控制到氣體供應入口111的不同處理氣體的獨立流率。經由腔室的地板103支撐的工件支撐基座136可具有絕緣頂表面與內部電極（晶圓支撐電極138）。舉例而言，內部電極可用於將基板137卡（chucking）至支撐基座136的頂表面。電漿源功率係從產生器140經由阻抗匹配網路142施加到天花板104（在本文中亦稱為氣體分配噴頭）。天花板或氣體分配噴頭係由導電材料形成，例如鋁，並因此作為天花板電極。產生器140可在VHF頻譜的高部中產生VHF功率，如在100到200MHz的範圍中。產生器140具有在期望脈衝速率與工作循環產生的VHF功率的脈衝能力。為此目的，VHF源產生器140具有脈衝控制輸入140a，用於接收控制訊號或定義脈衝速率及/或工作循環以及由RF產生器140產生的每一脈衝的相位的訊號。
從RF偏壓產生器144經由RF阻抗匹配網路146以及從RF偏壓產生器148經由RF阻抗匹配網路149將電漿偏壓功率施加到晶圓支撐電極138。RF偏壓產生器144、148可在HF頻譜的低部中或在MF或LF頻譜中產生HF或LF功率，例如在13.56MHz或約1-2MHz的範圍中。RF偏壓產生器144、148具有在期望脈衝速率與工作循環產生的RF偏壓功率的脈衝能力。為此目的，RF偏壓產生器144、148具有脈衝控制輸入144a、148a，用於接收控制訊號或定義脈衝速率及/或工作循環以及由RF產生器144、148產生的每一脈衝的相位的訊號。RF偏壓產生器144、148可獨立控制脈衝、相位、及/或工作循環。此外，RF偏壓產生器144、148可以是同步或異步的脈衝。
可選擇地，電漿源功率可從第二VHF產生器經由VHF阻抗匹配（未圖示）施加到晶圓支撐電極138。第二VHF產生器可在VHF頻譜的低部中產生VHF功率，如在50到100 MHz的範圍中。第二VHF產生器具有在期望脈衝速率與工作循環產生的VHF功率的脈衝能力。為此目的，第二VHF產生器具有脈衝控制輸入，用於接收控制訊號或定義脈衝速率及/或工作循環以及由第二VHF產生器產生的每一脈衝的相位的訊號。舉例而言，在一些實施例中，RF偏壓產生器144、148中之一者與其部件（例如，匹配、脈衝控制輸入等）可利用第二VHF產生器與其部件替換。可替代地，除了第一RF產生器140、以及偏壓產生器144、148與其各自部件之外，可包括第二VHF產生器與其部件。
在一些實施例中，匹配網路142、146、及149可藉由一或更多個電容器及/或電感器形成。電容器的值可經電子或機械調諧，以調整匹配網路142、146、及149之每一者之匹配。在低功率系統中，一或更多個電容器可經電子調諧、而非機械調諧。在一些實施例中，匹配網路142、146、及149可具有可調諧電感器。在一些實施例中，用於匹配網路142、146、及149的一或更多個電容器可以是一或更多個固定電容器或串聯電容器。在其他實施例中，用於匹配網路142、146、及149的一或更多個電容器可以是可變電容器，可經電子或機械調諧，以調整匹配網路142、146、及149之匹配。在一些實施例中，匹配網路142、146、及149中之一或更多者可具有接地的電容分流器。上述匹配網路僅用於說明，並可根據本文提供之教示，利用及調諧具有用於調諧匹配網路的一或更多個可調整元件的匹配網路的其他各種配置。
脈衝控制器160係為可程式化，以將脈衝控制訊號應用至產生器 140、144、148的脈衝控制輸入140a、144a、148a中之每一者，以產生產生器140（例如，VHF源功率產生器）與RF偏壓功率產生器144、148的脈衝中的所期望的相位超前或落後關係及/或工作循環關係。儘管第1圖僅圖示為單獨部件，在一些實施例中，脈衝控制器160可設置於每一RF產生器內部。同步訊號將在主產生器（例如產生器140）中產生，並發送給其他從屬產生器（例如，產生器144及/或148）。
在一些實施例中，RF產生器140、144、及148、匹配網路142、146、及149、及/或脈衝控制器160包含中央處理單元（CPU）、複數個支援電路、及記憶體。儘管RF產生器140、144、及148、匹配網路142、146、及149、及脈衝控制器160的示例性實施例係描述為關於具有CPU、支援電路、及記憶體的電腦，該領域具有通常知識者將理解，RF產生器140、144、及148、匹配網路142、146、及149、及脈衝控制器160可利用各種方式實現，包括特定用途積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）、系統單晶片（SOC）、及類似物。脈衝控制器160的各種實施例亦可利用如本領域已知的相應輸入/輸出介面整合於其他處理工具控制器中。
支援電路可包括顯示裝置以及其他電路，以支援CPU的功能。此類電路可包括時脈電路、快取記憶體、電源、網路卡、視訊電路、及類似物。
記憶體可包含唯讀記憶體、隨機存取記憶體、可移除記憶體、磁碟驅動器、光碟驅動器、及/或其他形式的數位儲存。記憶體經配置為儲存作業系統，以及次晶圓廠控制模組。作業系統執行以控制RF產生器140、144、及148、匹配網路142、146、及149、及脈衝控制器160的一般操作，包括促進各種處理、應用程式、及模組的執行，以控制一或更多個產生器140、144、及148或匹配網路142、146、及149，以執行本文所述的方法（例如，下述之方法600）。
此外，DC產生器162可耦接至晶圓支撐電極138與天花板104之任一者（或二者）。在一些實施例中，DC產生器162可供應連續及/或可變DC。在一些實施例中，DC產生器162可提供脈衝DC功率。DC產生器的脈衝重複率、相位、及工作循環係藉由脈衝控制器160控制。可提供DC隔離電容器164、166，以隔離每一RF產生器與DC產生器162。由DC產生器162產生的DC訊號可以與由產生器140、144、及148產生的RF訊號同步，以提供益處，例如減少基板137上的充電或改良使用形成於電漿反應器中的電漿的基板的蝕刻速率控制。
第2A圖圖示可反映產生器140、144、148之每一者的脈衝RF輸出的時間域波形圖，其展示脈衝RF輸出的脈衝包絡，其特徵在於由脈衝控制器160控制的獨立於每一產生器140、144、148的以下參數：脈衝持續時間tP 、脈衝「on」時間tON 、脈衝「off」時間tOFF 、脈衝頻率1/tP 、及脈衝工作循環（tON /tP ）·100百分比。脈衝持續時間tP 係為tON 與tOFF 的總和。
第2B與2C圖圖示同步的二個RF脈衝訊號的同時時域波形，以此方式，二個RF脈衝訊號具有相同相位與工作循環，因此二個RF脈衝訊號之間的相位差為零。第2B與2C圖所示的示例性實施例係為第一脈衝RF訊號（例如，脈衝源訊號）與第二脈衝RF訊號（例如，脈衝偏壓訊號）之間的同步的一個示例性形式。在此示例性實施例中，每一脈衝訊號的相位與工作循環二者皆相同。
在本揭示案之一些實施例中，由產生器140、144、及148提供的脈衝訊號的相位不同。第3A到3D圖圖示相位差可如何藉由脈衝控制器160而改變，並圖示源與偏壓功率波形在相位差分別為0°、90°、180°、及270°的疊加，相位差係藉由第二脈衝輸出落後於第一脈衝輸出多少而定義。第3A圖對應於第2B圖的相位差為零的實例。第3B圖圖示偏壓功率脈衝輸出落後源功率脈衝輸出90°的情況。第3C圖圖示偏壓功率脈衝輸出落後源功率脈衝輸出180°的情況。第3D圖圖示偏壓功率脈衝輸出落後源功率脈衝輸出270°的情況。儘管第3A-3B圖僅圖示具有不同相位的二個脈衝RF訊號，與本發明一致的實施例亦可包括具有不同相位的三或更多個脈衝RF訊號。
第3A至3D圖圖示所有脈衝輸出的75％的工作循環。然而，所有脈衝輸出的工作循環可以更少，例如約40％。在一些實施例中，由產生器140、144、148之每一者產生的RF訊號的工作循環相同。可替代地，在一些實施例中，一或更多個工作循環可以不同。舉例而言，來自產生器140、144的RF訊號可利用45％的工作循環之間的相位落後而同步，而RF偏壓功率產生器148可具有35％的工作循環。然而，由產生器148產生的RF訊號可相對於由產生器140、144產生的同步RF訊號而同步，以提供具有與其他二個RF訊號相同的脈衝持續時間。
在一些實施例中，在VHF源功率脈衝輸出的每一「off」時間期間，負DC脈衝可從DC脈衝產生器162施加到晶圓支撐電極138，及/或正DC脈衝可從DC脈衝產生器162施加到天花板104。其圖示於第3B、3C、及3D圖中的虛線波形。此特徵可在正離子充足時在源功率「off」時間期間將正離子通量推到工件，以在每一完整週期均衡正與負離子的平均通量。可藉由控制DC脈衝產生器162的電壓以最佳化此均衡。
在一些實施例中，在激發電漿的脈衝時可藉由控制RF包絡的相位超前或落後以增強蝕刻速率。當源與偏壓的脈衝彼此獨立而異相，或具有不同工作循環時，甚高頻（VHF）與低頻（LF）的不同電漿動力允許使電漿更好地填充整個脈衝。在一些實施例中，約162 MHz的源頻率的VHF的組合係用於與約13.56 MHz的偏壓頻率以及約2 MHz的另一偏壓頻率結合。在一些實施例中，約162 MHz的源頻率的VHF的組合係用於與約60 MHz的偏壓頻率以及約2 MHz的另一偏壓頻率結合。在一些實施例中，約60 MHz的源頻率係用於與約2 MHz及/或約13.56 MHz的偏壓頻率組合。
脈衝重複頻率的範圍可從約0.1KHz至約20KHz，其同步於所有產生器之間（例如，所有產生器共用相同脈衝重複頻率或其整數倍）。脈衝工作循環（供應功率的時間）可針對每一產生器從約10％至約90％獨立變化。此外，可控制每一產生器之間的相位落後。藉由控制脈衝的RF包絡之間的重疊，可最小化電漿離子密度非均勻性。舉例而言，低頻（LF）訊號可產生主要較高的邊緣電漿離子密度，而甚高頻（VHF）訊號可產生主要較高的中央區域電漿離子密度。因此，具有中度相位落後的源與偏壓的脈衝可用於實現增強蝕刻速率，儘管相較於連續模式具有較低的時間平均功率沈積。隨著VHF功率調成off，以給予到離子能量的推動，在增加LF電壓與DC自偏壓的脈衝期間，由於VHF-off/LF-on期間的組合而促成較高蝕刻速率。此重疊的調諧亦控制離子通量位準。
因此，可藉由改變源與偏壓脈衝輸出之間的相位落後控制或調諧處理的蝕刻速率。相位落後影響或調諧工件表面的離子能量與通量。舉例而言，對於90°的相位落後而言，隨著高能量離子具有大通量，蝕刻速率越高。此舉是因為，VHF源脈衝在偏壓脈衝開始時已為「on」，而導致高通量，並在源脈衝結束（「off」）時，則偏壓脈衝的on相位將導致高離子能量。類似的分析亦應用於其他相位落後。對於180°的相位落後而言，儘管離子能量將會更高（隨著VHF源在偏壓功率脈衝的開始時為off），通量亦將會更低（再一次因為在此情況下，源功率脈衝在偏壓功率脈衝開始時為off）。因此，時間平均離子通量在整個循環中是低的，而使得蝕刻速率預期為低（可能在180°的相位落後中為最低）。270°的相位落後原則上類似於90°的相位落後，而使得蝕刻速率的行為將會類似，儘管270°的蝕刻速率略少於90°的相位落後。因此，藉由改變產生器140的VHF源功率脈衝輸出與產生器144、148的偏壓功率脈衝輸出之間的相位，以控制處理蝕刻速率。
可替代地，可藉由提供同相的每一訊號與不同工作循環，以實現RF源與偏壓訊號的同步。第4A圖圖示根據本發明一些實施例之脈衝波形之間的工作循環變化。舉例而言，如圖所示，源與偏壓訊號可以同相，而每一訊號具有不同工作循環。如第4圖所示，每一工作循環的「on」週期開始於脈衝持續時間tP 的時間零，並具有不同「off」週期。舉例而言，（未圖示）源與偏壓訊號可以同相，而源訊號具有較偏壓訊號中之任一者更短的工作循環。因此，源訊號進入「off」週期，而每一偏壓訊號仍在「on」週期。前述實例可有利於建立更高鞘電壓與離子能量，而可增加待蝕刻材料的蝕刻速率。
可替代或組合地，RF源與偏壓訊號中之一或更多者可設置為相對於彼此的相位超前或落後。然而，為了實現同步，每一訊號的脈衝持續時間應相同或其整數倍。舉例而言，在第4B圖中，tP - 源 、tP - 偏壓 1 、及tP - 偏壓 2 為等效，而源、偏壓1、及偏壓2訊號為同步。相對於源與偏壓2訊號，偏壓1訊號具有相位落後與不同工作循環。相對於源訊號，偏壓2訊號具有不同工作循環。然而，因為每一訊號具有等效tP ，即使相位或工作循環中之至少一者彼此不同，訊號保持同步。
第5圖圖示與本發明實施例一致的三個單獨RF功率波形502、504、及506，三個單獨RF功率波形502、504、及506中之每一者可以是獨立且彼此異相的多個功率位準的脈衝，或具有不同工作循環。可分別藉由源與偏壓產生器140、144、及148提供RF功率波形502、504、及506。每一RF功率波形有利地提供一致位準的RF功率，以允許匹配網路充分調諧到最佳匹配位置，以減少反射功率。多位準脈衝射頻（RF）功率的使用亦允許在一些處理中可期望的快速電漿強度變化與鋸齒圖案波形的近似。三個單獨RF波形502、504、及506可以是彼此同步或不同步的脈衝。
在第5圖中，可在時間t0 引入第一RF波形502，而第一RF波形502可包含在三個相應RF功率週期tHIGH 、tLOW 、及tzero 期間應用的第一功率位準510的第一功率脈衝、第二功率位準512的第二功率脈衝、及第三功率位準514的第三功率脈衝。如圖所示，第一RF功率脈衝510可在第二RF功率脈衝512之前，而第二功率脈衝512可在第三RF功率脈衝514之前。若有需要，則可利用該順序或不同順序提供附加的第一至第三RF功率脈衝510、512、及514。如第5圖所示，第一RF功率脈衝510可利用高功率位準提供，第二RF功率脈衝512可利用較第一RF功率脈衝510的第一功率位準更低的低功率位準提供，而第三功率位準可利用零功率位準提供。附加步驟（亦即，附加RF功率脈衝）與功率位準可作為適合於進一步近似期望鋸齒波圖案。在一些實施例中，應用每一RF功率脈衝510、512、及514的時間週期tHIGH 、tLOW 、及tzero 的每一者彼此不同。在其他實施例中，應用每一RF功率脈衝510、512、及514的時間週期tHIGH 、tLOW 、及tzero 的二或更多者可以彼此等效。如第5圖所示，儘管可利用162 MHz的頻率提供第一RF波形502，亦可使用如上所述的其他頻率。
可在延遲526之後引入第二RF波形504。類似於第一RF波形502，第二RF波形504可包含在三個相應RF功率週期期間應用的第一功率位準522的第一功率脈衝、第二功率位準524的第二功率脈衝、及第三功率位準524的第三功率脈衝。第二RF波形504可以與第一RF波形502同步。如第5圖所示，第一RF功率脈衝520可在第二RF功率脈衝522之前，而第二功率脈衝522可在第三RF功率脈衝524之前。若有需要，則可利用該順序或不同順序提供附加的第一至第三RF功率脈衝520、522、及524。如第5圖所示，第一RF功率脈衝520可利用高功率位準提供，第二RF功率脈衝522可利用較第一RF功率脈衝520的第一功率位準更低的低功率位準提供，而第三功率位準可利用零功率位準提供。附加步驟（亦即，附加RF功率脈衝）與功率位準可作為適合於進一步近似期望鋸齒波圖案。在一些實施例中，應用每一RF功率脈衝520、522、及524的時間週期的每一者彼此不同。在其他實施例中，應用每一RF功率脈衝520、522、及524的時間週期的二或更多者可以彼此等效。如第5圖所示，儘管可利用60 MHz的頻率提供第二RF波形504，亦可使用如上所述的其他頻率。
可在延遲536之後引入第三RF波形506。類似於第一與第二RF波形502、504，第三RF波形506可包含在三個相應RF功率週期期間應用的第一功率位準532的第一功率脈衝、第二功率位準534的第二功率脈衝、及第三功率位準534的第三功率脈衝。第三RF波形506可以與第一RF波形502及/或第二RF波形502同步。在一些實施例中，所有三個RF波形彼此同步。如第5圖所示，第一RF功率脈衝530可在第二RF功率脈衝532之前，而第二功率脈衝532可在第三RF功率脈衝534之前。若有需要，則可利用該順序或不同順序提供附加的第一至第三RF功率脈衝530、532、及524。如第5圖所示，第一RF功率脈衝530可利用高功率位準提供，第二RF功率脈衝532可利用較第一RF功率脈衝530的第一功率位準更低的低功率位準提供，而第三功率位準可利用零功率位準提供。附加步驟（亦即，附加RF功率脈衝）與功率位準可作為適合於進一步近似期望鋸齒波圖案。在一些實施例中，應用每一RF功率脈衝530、532、及534的時間週期的每一者彼此不同。在其他實施例中，應用每一RF功率脈衝530、532、及534的時間週期的二或更多者可以彼此等效。如第5圖所示，儘管可利用2 MHz的頻率提供第三RF波形506，亦可使用如上所述的其他頻率。
第6圖圖示用於根據本發明一些實施例之使用多位準脈衝射頻（RF）功率操作電漿增強基板處理系統的方法600的流程圖。舉例而言，可在上述第1圖的電漿反應器中執行方法600。方法600開始於602，提供第一多位準RF功率波形到處理腔室，第一多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，例如由產生器140提供的訊號。在一些實施例中，第一多位準RF功率波形係為RF源訊號。可利用約60MHz至約162MHz之間的VHF頻率提供第一多位準RF功率波形。在一些實施例中，第一RF源訊號的VHF頻率係為約162 MHz。在一些實施例中，第一RF源訊號的VHF頻率係為約60 MHz。在一些實施例中，第一脈衝持續時間的第一功率位準可以是約200瓦特至約5.0 KW（例如，3.6KW），第二功率位準的值可以是第一功率位準的約1-99%，而第三功率位準可為零。在其他實施例中，第二功率位準可大於第一功率位準。在一些實施例中，第三功率位準可能不為零，並可以是第二功率位準的約1-99％。仍在其他實施例中，第三功率位準可大於第一及/或第二功率位準。
在604，提供第二多位準RF功率波形到處理腔室，第二多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，例如由產生器144提供的訊號。在一些實施例中，在第一延遲週期之後，提供第二多位準RF功率波形。在一些實施例中，第一延遲週期可以在10 μs-1 ms之間。在一些實施例中，延遲可大於1 ms。在一些實施例中，第二多位準RF功率波形係為RF偏壓訊號。在其他實施例中，第二多位準RF功率波形可以是第二RF源訊號。可利用約2 MHz至約162MHz之間的頻率提供第二多位準RF功率波形。在一些實施例中，第二RF源訊號的頻率係為約60 MHz。在一些實施例中，第二RF源訊號的第一脈衝持續時間的第一功率位準可以是約200瓦特至約5.0 KW（例如，3.6KW），第二功率位準的值可以是第一功率位準的約1-99%，而第三功率位準可為零。在其他實施例中，第二功率位準可大於第一功率位準。在一些實施例中，第三功率位準可能不為零，並可以是第二功率位準的約1-99％。仍在其他實施例中，第三功率位準可大於第一及/或第二功率位準。在一些實施例中，第二多位準RF波形可以與第一多位準RF波形同步。
在606，提供第三多位準RF功率波形到處理腔室，第三多位準RF功率波形至少具有第一脈衝持續時間期間的第一功率位準、第二脈衝持續時間期間的第二功率位準、及第三脈衝持續時間期間的第三功率位準，例如由產生器148提供的訊號。在一些實施例中，在第二延遲週期之後，提供第三多位準RF功率波形。在一些實施例中，第二延遲週期可以在10 μs-1 ms之間。在一些實施例中，第二延遲可大於1 ms。在一些實施例中，第三多位準RF功率波形係為另一RF偏壓訊號。在其他實施例中，第三多位準RF功率波形可以是另一RF源訊號。可利用約2 MHz至約162MHz之間的頻率提供第三多位準RF功率波形。在一些實施例中，第三多位準RF功率波形的頻率係為約2 MHz。在一些實施例中，第三多位準RF功率波形的第一脈衝持續時間的第一功率位準可以是約200瓦特至約5.0 KW（例如，3.6KW），第二功率位準的值可以是第一功率位準的約1-99%，而第三功率位準可為零。在其他實施例中，第二功率位準可大於第一功率位準。在一些實施例中，第三功率位準可能不為零，並可以是第二功率位準的約1-99％。仍在其他實施例中，第三功率位準可大於第一及/或第二功率位準。第三多位準RF功率波形可以與第一多位準RF波形及/或第二多位準RF波形同步。在一些實施例中，所有三個多位準RF波形彼此同步。
在一些實施例中，舉例而言，可從DC脈衝產生器162提供脈衝DC訊號，以在電漿處理期間維持基板137上的恆定卡持力。舉例而言，卡持力可隨著基板137上的電荷而變化，且若未適當維持，則造成基板的損壞或破裂。此外，卡持力的變化可能導致從基板至基板支撐件的熱傳遞的變化，而導致不期望的處理變化及/或廢棄的基板。舉例而言，脈衝DC訊號可與第一、第二、或第三RF訊號中之一或更多者同步，以在電漿處理期間提供恆定卡持力。在一些實施例中，脈衝DC訊號與第一RF訊號（例如，源訊號）同步而同相。舉例而言，當源訊號為「on」時，DC訊號為「on」。當源訊號為「off」時，DC訊號可以是「off」。可替代地，可利用「高」與「低」位準提供DC訊號，以分別對應於RF訊號的on與off週期。
因此，本文提供一種使用多位準脈衝RF功率操作電漿增強基板處理系統的方法。發明方法可有利地提供一致位準的RF功率，以允許匹配網路充分調諧到最佳匹配位置，以減少反射功率，且亦允許在一些處理中可期望的快速電漿強度變化與鋸齒圖案波形的近似。
儘管上述內容針對本發明實施例，但在不脫離本發明的基本範疇情況下，當可設計本發明的其他和進一步實施例。
100‧‧‧反應器腔室102‧‧‧圓柱形側壁103‧‧‧地板104‧‧‧天花板106‧‧‧氣體歧管108‧‧‧氣體分配板109‧‧‧通孔110‧‧‧歧管外殼111‧‧‧氣體供應入口112‧‧‧絕緣環114‧‧‧真空泵120‧‧‧氣體控制板136‧‧‧支撐基座137‧‧‧基板138‧‧‧晶圓支撐電極140‧‧‧產生器140a‧‧‧脈衝控制輸入142‧‧‧RF阻抗匹配網路144‧‧‧RF偏壓產生器144a‧‧‧脈衝控制輸入146‧‧‧RF阻抗匹配網路148‧‧‧RF偏壓產生器148a‧‧‧脈衝控制輸入149‧‧‧RF阻抗匹配網路160‧‧‧脈衝控制器162‧‧‧DC產生器164‧‧‧DC隔離電容器166‧‧‧DC隔離電容器502‧‧‧RF功率波形504‧‧‧RF功率波形506‧‧‧RF功率波形510‧‧‧第一RF功率脈衝512‧‧‧第二RF功率脈衝514‧‧‧第三RF功率脈衝520‧‧‧第一RF功率脈衝522‧‧‧第二RF功率脈衝524‧‧‧第三RF功率脈衝526‧‧‧延遲530‧‧‧第一RF功率脈衝532‧‧‧第二RF功率脈衝534‧‧‧第三RF功率脈衝536‧‧‧延遲600‧‧‧方法602‧‧‧步驟604‧‧‧步驟606‧‧‧步驟
為使上文簡要概述且下文更詳細論述的本發明的實施例更明顯易懂，可配合本發明的參考實施例說明，該等實施例係圖示於隨附圖式中。然而，應注意隨附圖式僅圖示本發明典型實施例，而非限定本發明的保護範疇，本發明可接納其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明一些實施例之電漿反應器。
第2A-C圖圖示根據本發明一些實施例之射頻訊號的脈衝波形。
第3A-D圖圖示根據本發明一些實施例之脈衝波形之間的相位差。
第4A-B圖圖示根據本發明一些實施例之脈衝波形之間的工作循環及/或相位差。
第5圖圖示根據本發明一些實施例之多個同步多位準RF脈衝波形之間的工作循環及/或相位差。
第6圖圖示用於根據本發明一些實施例之使用多位準脈衝射頻（RF）功率操作電漿增強基板處理系統的方法的流程圖。
為促進理解，各圖中相同的元件符號儘可能指定相同的元件。為清楚說明，以上圖式已經簡化且未按比例繪製。預期一個實施例的元件和特徵可有利地併入其他實施例，在此不另外詳述。
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502‧‧‧RF功率波形
504‧‧‧RF功率波形
506‧‧‧RF功率波形
510‧‧‧第一RF功率脈衝
512‧‧‧第二RF功率脈衝
514‧‧‧第三RF功率脈衝
520‧‧‧第一RF功率脈衝
522‧‧‧第二RF功率脈衝
524‧‧‧第三RF功率脈衝
526‧‧‧延遲
530‧‧‧第一RF功率脈衝
532‧‧‧第二RF功率脈衝
534‧‧‧第三RF功率脈衝
536‧‧‧延遲

Claims (20)

  1. 一種使用多位準脈衝RF功率操作一電漿增強基板處理系統的方法，包含以下步驟：從一第一RF產生器向一處理腔室的一天花板，提供一第一多位準RF功率波形到該處理腔室，該第一多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同；從一第二RF產生器向包括在該處理腔室中的一基板支撐件且在一第一延遲週期之後，提供一第二多位準RF功率波形到該處理腔室，該第二多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同；以及從一第三RF產生器向包括在該處理腔室中的該基板支撐件且在一第二延遲週期之後，提供一第三多位準RF功率波形到該處理腔室，該第三多位準RF功 率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第三多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形與該第二多位準RF功率波形同步。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準係為一高功率位準，該第一多位準RF功率波形的該第二功率位準係為低於該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準的一低功率位準，而該第一多位準RF功率波形的該第三功率位準係為一零功率位準。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準係為一高功率位準，該第二多位準RF功率波形的該第二功率位準係為低於該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準的一低功率位準，而該第二多位準RF功率波形的該第三功率位準係為一零功率位準。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形與該第三多位準RF功率波形同步。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準 RF功率波形、該第二多位準RF功率波形、及該第三多位準RF功率波形同步。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形、該第二多位準RF功率波形、及該第三多位準RF功率波形中之每一者的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之一者係為一零功率位準。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之每一者所應用的一持續時間彼此不同。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之每一者所應用的一持續時間彼此不同。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該第三多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之每一者所應用的一持續時間彼此不同。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形係為一源RF訊號，而該第二多位準RF功率波形與該第三多位準RF功率波形係為RF 偏壓訊號。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該第一延遲週期係在約10μs至約1ms之間。
  13. 如請求項1所述之方法，其中該第二延遲週期係在約10μs至約1ms之間。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該第一多位準RF功率波形是利用約60MHz至約162MHz之間的一VHF頻率提供的，其中該第一多位準RF功率波形的該第一脈衝持續時間的該第一功率位準是在約200瓦特至約5.0KW之間，其中該第一多位準RF功率波形的該第二功率位準的值是在該第一功率位準的約1%至約99%之間，且其中該第一多位準RF功率波形的該第三功率位準是在該第二功率位準的約1%至約99%之間。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該第二多位準RF功率波形是利用約60MHz至約162MHz之間的一VHF頻率提供的，其中該第二多位準RF功率波形的該第一脈衝持續時間的該第一功率位準是在約200瓦特至約5.0KW之間，其中該第二多位準RF功率波形的該第二功位準的值是在該第一功率位準的約1%至約99%之間，且其中該第二多位準RF功率波形的該第三功率位準是在該第二功位準的 約1%至約99%之間。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該第三多位準RF功率波形是利用約2MHz至約162MHz之間的一頻率提供的，其中該第三多位準RF功率波形的該第一脈衝持續時間的該第一功率位準是在約200瓦特至約5.0KW之間，其中該第三多位準RF功率波形的該第二功率位準的值是在該第一功率位準的約1%至約99%之間，且其中該第三多位準RF功率波形的該第三功率位準是在該第二功率位準的約1%至約99%之間。
  17. 一種具有指令儲存其上的非暫態電腦可讀取媒體，當執行該等指令時造成執行使用多位準脈衝RF功率操作一電漿增強基板處理系統的一方法，該方法包含以下步驟：從一第一RF產生器向一處理腔室的一天花板，提供一第一多位準RF功率波形到該處理腔室，該第一多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同； 從一第二RF產生器向包括在該處理腔室中的一基板支撐件且在一第一延遲週期之後，提供一第二多位準RF功率波形到該處理腔室，該第二多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同；以及從一第三RF產生器向包括在該處理腔室中的該基板支撐件且在一第二延遲週期之後，提供一第三多位準RF功率波形到該處理腔室，該第三多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第三多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同。
  18. 如請求項17所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中該第一多位準RF功率波形、該第二多位準RF功率波形、及該第三多位準RF功率波形中之每一者的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之一者係為一零功率位準。
  19. 一種電漿增強基板處理系統，包含： 一第一RF產生器，經配置以提供一第一多位準RF功率波形到一處理腔室的一天花板，該第一多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第一多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同；一第二RF產生器，經配置以在一第一延遲週期之後，提供一第二多位準RF功率波形到包括在該處理腔室中的一基板支撐件，該第二多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第二多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準彼此不同；以及一第三RF產生器，經配置以在一第二延遲週期之後，提供一第三多位準RF功率波形到包括在該處理腔室中的該基板支撐件，該第三多位準RF功率波形至少具有一第一脈衝持續時間期間的一第一功率位準、一第二脈衝持續時間期間的一第二功率位準、及一第三脈衝持續時間期間的一第三功率位準，其中該第三多位準RF功率波形的該第一功率位準、該第二 功率位準、及該第三功率位準彼此不同。
  20. 如請求項19所述之電漿增強基板處理系統，其中該第一多位準RF功率波形、該第二多位準RF功率波形、及該第三多位準RF功率波形中之每一者的該第一功率位準、該第二功率位準、及該第三功率位準中之一者係為一零功率位準。
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