專利名稱：用于快速交變處理的實時控制的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體處理和處理腔室，尤其涉及用于控制快速交變處理(RAP)和RAP腔室的系統(tǒng)、方法和裝置。
背景技術(shù)：
快速交變處理(RAP)通常包括將工件放置到腔室中，然后向工件施加交變、重復(fù)循環(huán)的兩種或多種處理(例如，相位)。通常，每種處理/相位將具有用于氣體壓強、氣體混合物濃度、氣體流率、偏壓、頻率、腔室溫度、工件溫度、處理信號(例如，RF、微波等)的多個各自的設(shè)定點以及許多其它處理設(shè)定點。因此，在第一個相位達到各個處理設(shè)定點之前，第一個相位不能有效地開始。此外，當(dāng)從第一個相位切換到第二個后序相位時，在第二個相位
能夠最有效開始之前，第二個相位必須達到各個處理設(shè)定點。處理相變時間間隔是結(jié)束第一個相位和開始第二個相位之間的時延。在處理相變期間，時間處理參數(shù)變化，并且每個參數(shù)需要不同的時間來達到針對具體處理相位的設(shè)定點。因此，該處理相變時間間隔減少操作時間并且因此減少RAP腔室的有效吞吐量。通常，處理相變時間間隔主要由用于氣體混合物濃度和氣體壓強的設(shè)定點確定。氣體混合物濃度和氣體壓強通常由控制向RAP腔室輸送各種氣體的質(zhì)量流控制器(MFC)確定。通常，設(shè)定點是由氣體到達RAP腔室的估算時間確定的。通過舉例的方式，在控制器“指示”質(zhì)量流控制器輸送氣體之后，氣體到達RAP腔室需要200-700毫秒的輸送延時。該輸送延時至少部分是由于質(zhì)量流控制器響應(yīng)、氣體壓強以及質(zhì)量流控制器和RAP腔室之間的處理管道的長度的延時引起的。其它延時也會增加輸送延時。不幸的是，在RAP中，期望循環(huán)時間盡可能短以達到最佳深寬比(例如，深度/寬度)，其中最佳深寬比通常對于既定處理時間為一致的寬度和深度。RAP循環(huán)時間為每個RAP循環(huán)接近小于I秒。通常，100-500或更多的RAP循環(huán)用于單個RAP處理。每個RAP循環(huán)通常包括蝕刻處理(或相位)和沉積處理(或相位)。在每個RAP循環(huán)中還可以包括附加處理。因此，必須估算氣體到達時間，并且在估算時間處設(shè)定或開始(initiate)偏壓和其它參數(shù)。結(jié)果，每個相位的最優(yōu)處理參數(shù)通常不能獲得，因此，不能如所期望的能夠重復(fù)或者一致。此外，氣體濃度到達以及施加偏壓的小于最優(yōu)正時導(dǎo)致每個RAP循環(huán)的相應(yīng)相位的小于最優(yōu)且不太能夠預(yù)測的蝕刻率和/或沉積率。結(jié)果是，在每個RAP循環(huán)中處理不一致。鑒于前述情況，需要改進的RAP循環(huán)控制。

發(fā)明內(nèi)容
廣義地講，本發(fā)明通過提供用于改進RAP循環(huán)控制的系統(tǒng)、方法和裝置填補了這些需求。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以多種方式來實現(xiàn)，包括作為處理、裝置、系統(tǒng)、計算機可讀介質(zhì)或者裝置來實現(xiàn)。下面對本發(fā)明的多個創(chuàng)造性的實施例進行說明。一個實施例提供快速交變處理方法，包括開始(initiate)第一快速交變處理相位，該開始第一快速交變處理相位包括將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中，檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體，以及在快速交變處理腔室中檢測到第一處理氣體之后，向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號。檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體還可以包括檢測快速交變處理腔室中第一處理氣體的相應(yīng)濃度。檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體可以包括檢測第一處理氣體的離解的相應(yīng)第一產(chǎn)物。檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體還可以包括檢測相應(yīng)第一發(fā)射光譜。檢測相應(yīng)第一發(fā)射光譜可以包括確定檢測到的相應(yīng)第一發(fā)射光譜的值。當(dāng)檢測到的相應(yīng)第一發(fā)射光譜的確定值超過預(yù)選值時，相應(yīng)第一相位偏壓信號可施加到快速交變
處理腔室。相應(yīng)第一發(fā)射光譜的確定值可以包括檢測到的相應(yīng)第一發(fā)射光譜相對于時間的 導(dǎo)數(shù)。所述方法還可以包括開始第二快速交變處理相位，開始第二快速交變處理相位包括將第二處理氣體輸入到快速交變處理腔室中，在檢測快速交變處理腔室中的第二處理氣體，以及在快速交變處理腔室中檢測到第二處理氣體之后，向快速交變處理腔室施加相應(yīng)第二相位偏壓信號。所述方法還可以包括判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)，判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)包括如果不需要附加的快速交變處理循環(huán)，則結(jié)束所述方法；以及如果需要附加的快速交變處理循環(huán)，則開始第一快速交變處理相位。在所述快速交變處理腔室中檢測到第一處理氣體之后向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號可以包括施加被施加到襯底的相應(yīng)的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制(modulation)以及第一相位偏壓信號的功率中的至少一項或者施加相應(yīng)的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及第一等離子體源功率的功率中的至少一項。另一個實施例提供一種快速交變處理系統(tǒng)，其包括快速交變處理腔室；多個處理氣體源，其與所述快速交變處理腔室連結(jié)，其中所述多個處理氣體源中的每一個均包括相應(yīng)的處理氣體源流動控制器；偏壓信號源，其與快速交變處理腔室連結(jié)；處理氣體檢測器，其與快速交變處理腔室連結(jié)；快速交變處理腔室控制器，其與快速交變處理腔室、偏壓信號源、處理氣體檢測器和多個處理氣體源連結(jié)，所述快速交變處理腔室控制器包括用于開始第一快速交變處理相位的邏輯電路，該邏輯電路包括用于將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中的邏輯電路，用于檢測所述快速交變處理腔室中的第一處理氣體的邏輯電路，以及在快速交變處理腔室中檢測到第一處理氣體之后向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號的邏輯電路。用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的邏輯電路可以包括用于檢測所述快速交變處理腔室中的第一處理氣體的相應(yīng)濃度的邏輯電路。用于檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體的所述邏輯電路可以包括用于檢測第一處理氣體的離解的相應(yīng)第一產(chǎn)物的邏輯電路。用于檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體的邏輯電路可以包括通過處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路。用于檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路可以包括用于確定檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路。當(dāng)檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的確定值超過預(yù)選值時，相應(yīng)的第一相位偏壓信號可施加到快速交變處理腔室。用于確定相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路可以包括用于確定檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜相對于時間的導(dǎo)數(shù)的邏輯電路?？焖俳蛔兲幚砬皇铱刂破骺蛇M一步包括用于開始第二快速交變處理相位的邏輯電路，用于開始第二快速交變處理相位的邏輯電路包括用于將第二處理氣體輸入到快速交變處理腔室中的邏輯電路，用于檢測快速交變處理腔室中的第二處理氣體的邏輯電路，以及在快速交變處理腔室中檢測到第二處理氣體之后向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第二相位偏壓信號的邏輯電路?？焖俳蛔兲幚砬皇铱刂破鬟€可以包括用于判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)的邏輯電路，用于判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)的邏輯電路包括如果不需要附加的快速交變處理循環(huán)，則結(jié)束所述方法的邏輯電路；以及如果需要附加的快速交變處理循環(huán)，則開始第一快速交變處理相位的邏輯電路。又一個實施例提供一種快速交變處理系統(tǒng)，其包括快速交變處理腔室；多個處理氣體源，其與快速交變處理腔室連結(jié)，其中多個處理氣體源中的每一個包括相應(yīng)的處理 氣體源流動控制器。偏壓信號源與快速交變處理腔室連結(jié)。處理氣體檢測器與快速交變處理腔室連結(jié)?？焖俳蛔兲幚砬皇铱刂破髋c快速交變處理腔室、偏壓信號源、處理氣體檢測器和多個處理氣體源連結(jié)。快速交變處理腔室控制器包括用于開始第一快速交變處理相位的邏輯電路；用于開始第二快速交變處理相位的邏輯電路；以及用于判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)的邏輯電路，其中，用于開始第一快速交變處理相位的邏輯電路包括用于將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中的邏輯電路；用于檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體的邏輯電路，其包括通過處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路，通過處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路包括用于確定檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路，用于確定檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路包括用于確定檢測到的相應(yīng)的第一發(fā)射光譜相對于時間的導(dǎo)數(shù)的邏輯電路；在快速交變處理腔室中檢測到第一處理氣體之后，用于向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號的邏輯電路。通過下面結(jié)合附圖進行的詳細(xì)描述，通過舉例的方式闡述本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其它方案和優(yōu)點將變得顯而易見。


通過下面結(jié)合附圖進行的詳細(xì)描述將更易于理解本發(fā)明。圖I是依照本發(fā)明的實施例所示的RAP腔室系統(tǒng)的示意圖。圖2A-2C示出了依照本發(fā)明的實施例的典型質(zhì)量流控制器的控制方案的圖形表
/Jn ο圖2D是依照本發(fā)明的一個實施例的示出了在從控制器到MFC的控制信號的正時之前執(zhí)行的方法和操作的流程圖。圖3A和3B示出了依照本發(fā)明的實施例的硅蝕刻率。圖4示出了依照本發(fā)明的實施例的Si/PR選擇性。圖5A和5B示出了依照本發(fā)明的實施例的蝕刻/沉積相位(phase)期間氣體輸送時間的變化。
圖6是依照本發(fā)明的實施例的OES信號的各個方案的圖形表示。圖7是依照本發(fā)明的一個實施例示出了在使用OES光譜控制偏壓時執(zhí)行的方法和操作的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將對改進的RAP循環(huán)控制的系統(tǒng)、方法和裝置的多個示例性實施例進行說明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可無需本文闡述的一些或全部具體細(xì)節(jié)來實施本發(fā)明。快速交變處理(RAP)是一種蝕刻硅以及其它類型的襯底及其上面的層中的高深寬比特征的方法。高深寬比特征具有等于或大于寬度W的 深度D。RAP技術(shù)包括快速的、重復(fù)性的循環(huán)，其中每個循環(huán)包括在兩個或更多個相位之間切換，這些均發(fā)生在單個腔室中。示例性的RAP循環(huán)中的每個可以包括鈍化處理或相位或者蝕刻處理或相位。鈍化相位還可以包括沉積相位。每個蝕刻相位和每個鈍化相位的持續(xù)時間的精確控制獲得了可靠可預(yù)測的、高深寬比的蝕刻處理。圖I是依照本發(fā)明的實施例的RAP腔室系統(tǒng)100的示意圖。RAP腔室系統(tǒng)100包括RAP腔室110。在RAP腔室110內(nèi)是等離子體108和由襯底支撐件112支撐的襯底102。處理氣體檢測器114以能夠監(jiān)測等離子體108的一個或多個方面(例如，光譜、溫度、光強度等)的方式與RAP腔室110連結(jié)。RAP腔室110還包括處理氣體擴散器或噴嘴104 (即，淋浴頭或其它適合類型的氣體擴散器)。第一質(zhì)量流控制器(MFC) 120和第二 MFC130與處理氣體擴散器或噴嘴104連結(jié)。第一 MFC120還與第一氣體源122連結(jié)以控制從第一氣體源到RAP腔室110的流動。第二 MFC130還與第二氣體源132連結(jié)以控制從第二氣體源到RAP腔室110的流動。RAP腔室系統(tǒng)100還包括RAP控制器140和偏壓源150?？刂破?40包括邏輯電路142A、存儲器142B和操作系統(tǒng)及軟件142C以及其它部件。RAP控制器140可以包括任何標(biāo)準(zhǔn)計算機(例如，使用任何操作系統(tǒng)的諸如個人計算機等的通用型)或者專用計算機(例如，專用控制器或使用定制操作系統(tǒng)的專門構(gòu)建的計算機)。RAP控制器140可以包括任何使用所必需的部件，包括用戶接口(例如，顯示器、鍵盤、觸摸屏等)、通信接口(例如，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和端口)和存儲器系統(tǒng)，存儲器系統(tǒng)包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、非易失性存儲器(例如，閃存、硬盤驅(qū)動器、光驅(qū)、網(wǎng)絡(luò)存儲器、遠(yuǎn)程存儲器等)中的一個或多個。RAP控制器140可與集中化的遠(yuǎn)程控制器(未示出)連結(jié)，該遠(yuǎn)程控制器能夠操作、監(jiān)測、協(xié)調(diào)和控制來自中央位置的多個系統(tǒng)。RAP控制器140與偏壓源150、第一 MFC120、第二 MFC130、處理氣體檢測器114、等離子體源功率發(fā)生器160和RAP腔室110連結(jié)。偏壓源150可以包括能夠與襯底支撐件112、處理氣體擴散器或噴嘴104或者RAP腔室Iio的一個或多個壁連結(jié)的一個或多個偏壓源和信號源。偏壓源150提供用于控制從等離子體108到襯底102表面上的離子流/能量的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及信號功率。等離子體源功率發(fā)生器160提供用于產(chǎn)生等離子體108的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及信號功率。等離子體源功率發(fā)生器160與感應(yīng)線圈連結(jié)，在為諸如LAM Syndion等TCP (變壓器耦合等離子體)蝕刻器的情況下，感應(yīng)線圈通過介電窗與等離子體分離。在為雙頻CCP (電容耦合等離子體)蝕刻器的情況下，等離子體源功率發(fā)生器160能夠與頂部電極104或襯底支撐件連結(jié)。圖2A-2C示出了依照本發(fā)明的實施例的典型質(zhì)量流控制器的控制方案的圖形表示。圖2A和2B示出了在RAP循環(huán)的相應(yīng)的第一相位和第二相位期間典型Syndion V2 MFC上的SF6 202,206以及C4F8 204，208的MFC響應(yīng)時間的圖形表示。典型的MFC具有在約150毫秒和約300毫秒之間的受限響應(yīng)時間(例如,可見于Syndion V2 MFC上)。圖2C是RAP循環(huán)220的圖形表示。圖示出多個RAP相位222-236。曲線圖240示出了在RAP腔室110中存在第一處理氣體(例如，C4F8)的離解產(chǎn)物(例如，CF2),該離解產(chǎn)物是在光的對應(yīng)波長(例如，CF2具有對應(yīng)波長268nm)處由第一強度的光發(fā)射測量到的。曲線圖241圖示出在RAP腔室110中存在第二處理氣體(例如，SF6),這是在光的對應(yīng)波長(例如，F(xiàn)具有對應(yīng)波長704nm)處由第二強度的光發(fā)射測量到的。曲線圖242圖示出RAP腔室110中的第二強度和第一強度的比率。曲線圖243圖示出由MFC測量到的通過相應(yīng)MFC的第一處理氣體(例如，C4F8)的流動。曲線圖244圖示出由MFC測量到的通過相應(yīng)的MFC的第二處理氣體(例如，SF6)的流 動。曲線圖245圖示出施加到RAP腔室110的偏壓信號。曲線圖246圖示出從一個相位到后一個相位的變化。RAP循環(huán)220的第一相位222可以為鈍化相位或沉積相位。前一相位(例如，相位222)和后一相位(例如，相位224)之間的輸送時延是將相應(yīng)的處理氣體122、132從相應(yīng)的MFC120U30輸送到RAP腔室110所需的時間。以Syndion V2 MFC為示例，輸送時延在約200暈秒和約350暈秒之間。MFC120U30中的每個均包括接收來自控制器140的控制信號并且生成相應(yīng)的輸出以操縱MFC內(nèi)的相應(yīng)閥120B、130B的相應(yīng)的控制器電路120A、130A。各個MFC120、130中的相應(yīng)的控制器電路120AU30A還可以具有對應(yīng)接收到的控制信號的控制器開關(guān)延時?？刂破鏖_關(guān)延時能夠從相應(yīng)的MFC120、130引入輸送氣體122、132的附加延時。該控制器開關(guān)延時在Syndion V2上能夠達到約200毫秒，如圖2A和圖2B所示。現(xiàn)在參照標(biāo)記為“相位3開始”的數(shù)據(jù)點，這是曲線圖246上指示RAP控制器140何時從“相位3”228之前的相位226變化的數(shù)據(jù)點。作為開始“相位3”228的部分，RAP控制器140將命令發(fā)送至SF6 MFC。在控制器開關(guān)延時之后，SF6 MFC開始在相應(yīng)的數(shù)據(jù)點處接通。在MFC響應(yīng)延時之后，SF6 MFC在相應(yīng)的數(shù)據(jù)點處完全接通。在處理氣體輸送延時之后，SF6在相應(yīng)的數(shù)據(jù)點處到達RAP腔室100。從“相位3開始”到到達RAP腔室100時的總時延在約700毫秒和約850毫秒之間。該約700毫秒和約850毫秒之間的變化導(dǎo)致處理不一致。期望RAP循環(huán)的每個蝕刻和/或沉積相位的持續(xù)時間盡可能短，因此可與由于這三個因素引起的總延時比較或者有希望甚至短于由于這三個因素引起的總延時。結(jié)果，出現(xiàn)兩個重要問題。首先是，在每個相位期間，為了獲得最優(yōu)結(jié)果而應(yīng)當(dāng)施加具體偏壓功率/電壓的時間的不確定性。該參數(shù)對于一些RAP循環(huán)極其重要，如圖2A-2C所示。由于MFC120、130的受限響應(yīng)時間以及已知的MFC120、130和RAP腔室110之間的距離，可以要求約700毫秒和約850毫秒之間以將氣體輸送到腔室中。該可變延時使得難以對于RAP循環(huán)的每個相位精確地控制相應(yīng)的偏壓。
一種補償該總延時的方法是使得從控制器140到MFC120、130的控制信號的正時提前。結(jié)果，MFC的操作時間提前。圖2D是依照本發(fā)明的一個實施例的示出了在從控制器到MFC的控制信號的正時之前執(zhí)行的方法和操作250的流程圖。此處所圖示的操作是通過舉例的方式描述，因此應(yīng)當(dāng)理解的是，一些操作可能具有子操作，而在其它情形下，本文所述的一些操作可能不包括在圖示的操作中。在知道這點后，現(xiàn)在對方法和操作250進行說明。在操作252中，第一氣體輸入到RAP腔室110中，包括將來自控制器140的第一指令發(fā)送至第一質(zhì)量流控制器120以使來自第一氣體源122的第一氣體流動。在操作254中，基于之前的迭代和/或測試數(shù)據(jù)來估算第一氣體輸送時間。在操作256中，當(dāng)達到估算的第一氣體輸送時間時，相應(yīng)的第一相位的相應(yīng)的第一處理參數(shù)設(shè)定點272 (例如，第一偏壓、第一偏壓頻率以及其它第一處理參數(shù))應(yīng)用至RAP腔室110?！?br> 在操作258中，相應(yīng)的相位(例如，蝕刻相位)施加到RAP腔室110中的襯底102上。在操作260中，第二氣體輸入到RAP腔室110，包括將來自控制器140的第二指令發(fā)送至第二質(zhì)量流控制器130以使來自第二氣體源132的第二氣體流動。在操作262中，基于之前的迭代和/或測試數(shù)據(jù)來估算第二氣體輸送時間。在操作264中，當(dāng)達到估算的第二氣體輸送時間時，相應(yīng)的第二相位的相應(yīng)第二處理參數(shù)設(shè)定點282 (例如，第二偏壓、第二偏壓頻率和其它第二處理參數(shù))應(yīng)用至RAP腔室110。在操作266中，相應(yīng)的第二相位(例如，沉積相位或鈍化相位)施加到RAP腔室110中的襯底102上。在操作268中，進行查詢以判定在RAP腔室110中的襯底102上是否需要附加的RAP循環(huán)。如果在RAP腔室110中的襯底102上需要附加的RAP循環(huán)，則方法操作在如上所述的操作252中繼續(xù)。如果在襯底102上不需要附加的RAP循環(huán)，則方法操作可以結(jié)束。圖3A和圖3B示出了依照本發(fā)明的實施例的硅蝕刻率300、310。圖4示出了依照本發(fā)明的實施例的Si/PR選擇性400、410。圖3和圖4均示出了在RAP循環(huán)的每個相位期間每個相位對于偏壓/功率正時是靈敏的。如圖3A所示，在處理氣體濃度308的蝕刻相位期間大部分時間按期望施加蝕刻偏壓306。所得到的每個蝕刻相位的一致的相位深度Dl和寬度W顯示于扇形302的一致寬度Wl和相位深度Dl中。如圖3B所示，在處理氣體濃度的鈍化相位318期間大部分時間施加蝕刻偏壓306。所得到的每個蝕刻相位的不一致的相位深度D2和寬度顯示于扇形312的不一致寬度W2和相位深度D2中。如圖4的曲線圖400所示，在蝕刻相位期間大部分時間按期望施加蝕刻偏壓，因此，通過光致抗蝕劑404所得到的通孔402的蝕刻輪廓筆直且相對于光致抗蝕劑的上表面406大致垂直。如圖4的曲線圖410所示，在鈍化相位期間大部分時候不太按期望方式施加蝕刻偏壓，因此通過光致抗蝕劑404所得到的通孔402A的蝕刻輪廓不太筆直且具有更多帶角的邊，并且相對于光致抗蝕劑的上表面406不太垂直。硅(Si)蝕刻率取決于在每個RAP蝕刻相位期間施加偏壓時的時間。如圖4所示，光致抗蝕劑(PR)蝕刻率會變化50%或更大。結(jié)果，Si/PR選擇性能夠落在值的寬范圍內(nèi)，因此結(jié)果導(dǎo)致相應(yīng)的變化。當(dāng)在晶片處理期間提前開始每個RAP相位的正時以使得與蝕刻處理期間深寬比變化相關(guān)的效應(yīng)最小化時，進一步加劇不一致性。圖5A和圖5B示出了依照本發(fā)明的實施例的蝕刻/沉淀劑相位期間氣體輸送時間的變化。如圖5A所示的蝕刻相位期間的發(fā)射光譜(OES)信號的[F]/[CF2]以及如圖5B所示的得到的通孔510的掃描電子顯微鏡截面示出了非常精確的相關(guān)性。氣體輸送時間的變化使得“扇形” 502A-G的深度的大幅變化。理想的是，扇形502A-G應(yīng)當(dāng)全部為進入到襯底504基本相同的深度。由于氣體輸送延時引起的各個RAP相位中偏壓施加正時的時間偏移/延遲的不確定性或不一致性導(dǎo)致通孔510的側(cè)邊的垂直輝紋。在蝕刻處理期間(例如，當(dāng)CF2仍具有前一沉積相位之后的衰減尖頭信號)OES強度[F]/[CF2]的比率整體反映蝕刻處理和鈍化處理這兩者的持續(xù)時間的效果。圖5B還包括RAP循環(huán)520的圖形表示。示出了多個RAP相位。曲線圖522示出 了在RAP腔室110中存在第一處理氣體(例如，C4F8)的離解產(chǎn)物(例如，CF2),該離解產(chǎn)物是在光的對應(yīng)波長(例如，CF2具有對應(yīng)波長268nm)處由第一強度的光發(fā)射測量到的。曲線圖524圖示出在RAP腔室110中存在第二處理氣體(例如，SF6)的離解產(chǎn)物(例如，F(xiàn))，這是在光的對應(yīng)波長(例如，F(xiàn)具有對應(yīng)波長704nm)處由第二強度的光發(fā)射測量到的。曲線圖526圖示出RAP腔室110中的第二強度和第一強度的比率。曲線圖522示出了相位。曲線圖524示出了 RAP腔室100中的壓強。一種方法是利用來自等離子體的OES信號來控制偏壓功率發(fā)生器和MFC以解決當(dāng)在每個RAP循環(huán)期間施加偏壓時造成的不一致問題，并且也減少扇形之間的間距的波動。圖6是依照本發(fā)明的實施例的OES信號的各個方面的圖形表示600。來自O(shè)ES信號的d[F]/dt或d{[F]/[CF2]}/dt中的任一個能夠用作觸發(fā)和控制施加相應(yīng)偏壓的正時的精確基準(zhǔn)信號。[F]/[CF2]也可用于該目的，但是，因為該信號對于處理變化不太靈敏，所以使用導(dǎo)數(shù)d [F] /dt 或 d {[F] / [CF2]} /dt 是優(yōu)選的。當(dāng)d [F] /dt或d {[F] / [CF2]} /dt的幅值超過所選設(shè)定點值時，可以立即施加偏壓?？蛇x地，該d [F] /dt或d {[F] / [CF2]} /dt的幅值超過所選設(shè)定點值時可用于限定施加偏壓的正時的更具體地延時以及偏壓應(yīng)當(dāng)施加多長時間。在示例性的情況下，OES信號的下降沿(例如，導(dǎo)數(shù)的負(fù)值)可用作觸發(fā)信號以使反向施加的偏壓變成相應(yīng)的值。曲線圖602示出了 RAP腔室110中存在第二處理氣體(例如，SF6)的離解產(chǎn)物(例如，F(xiàn))，這是在光的相應(yīng)波長(例如，F(xiàn)具有相應(yīng)波長704nm)處通過第二強度的光發(fā)射測量到的。曲線圖602示出了 RAP腔室110中第二強度和第一強度的比率。曲線圖606示出了第二強度相對于時間的導(dǎo)數(shù)。曲線圖608示出了 RAP腔室110中第二強度和第一強度的比率的導(dǎo)數(shù)。該處理控制技術(shù)能夠延伸至任何類型的使用不同氣體化學(xué)過程的RAP等離子體處理。少量的稀有氣體可添加到處理氣體混合物中，并且這些種類的發(fā)射線可以在特殊情況下使用。由于處理的RAP本質(zhì)引起的等離子體中電子能量分布的變化，這些種類的發(fā)射強度甚至在稀有氣體恒定流動時也會變化。為了減少所形成的且由氣體輸送的波動以及蝕刻/鈍化處理的持續(xù)時間引起的裝置側(cè)壁中扇形之間的間距的波動，如上所述的技術(shù)可用于控制偏壓。在此情形下，系統(tǒng)100確定當(dāng)前蝕刻相位的持續(xù)時間。通過舉例的方式，可以應(yīng)用用于d[F]/dt和d{[F]/[CF2]}/dt([F]/[CF2])的諸如“或”和“和”等附加邏輯操作以達到偏壓施加的甚至更精確的正時。在此情形下，所提出的方法建議，從質(zhì)量流控制器到腔室的氣體輸送時間應(yīng)當(dāng)小于{[蝕刻相位的持續(xù)時間]_[找到觸發(fā)信號所需的時間]}。所提出的技術(shù)減少了在RAP處理循環(huán)期間應(yīng)當(dāng)施加具體偏壓以獲得最優(yōu)結(jié)果的時間不確定性。應(yīng)用快速動作質(zhì)量流控制器的可選控制能夠進一步減少扇形尺寸的變化。上述處理氣體和相應(yīng)的離解產(chǎn)物用于示例本發(fā)明，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，其它處理氣體和/或上述處理氣體的其它離解產(chǎn)物也能夠或者可選地能夠用于檢測RAP腔室110中的相應(yīng)處理氣體的存在。通過舉例的方式，CF是C4F8的可選的離解產(chǎn)物。此外，可以使用能夠由OES檢測的可選處理氣體。可選處理的相應(yīng)離解產(chǎn)物能夠由OES檢測到。圖7是依照本發(fā)明的一個實施例示出了在使用OES光譜控制偏壓時執(zhí)行的方法和 操作700的流程圖。本文闡述的操作是通過舉例的方式進行，應(yīng)當(dāng)理解，一些操作可具有子操作，而在其它情形下，此處所述的一些操作可能不包含在圖示的操作中。在知道這點后，現(xiàn)在對方法和操作700進行說明。在操作705中，第一氣體輸入到RAP腔室110中，包括將來自控制器140的第一指令發(fā)送至第一質(zhì)量流控制器120以使來自第一氣體源122的第一氣體流動。在操作710中，通過如上所述的OES分析來檢測第一處理氣體輸送。在操作715中，當(dāng)檢測到第一處理氣體輸送時，相應(yīng)的第一相位的相應(yīng)第一處理參數(shù)設(shè)定點272(例如，第一偏壓、頻率、波形、調(diào)制和功率以及用于產(chǎn)生等離子體108的第一等離子體源功率RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及信號的功率，以及其它第一處理參數(shù))施加到RAP腔室110。在操作720中，相應(yīng)的相位(例如，蝕刻相位)施加到RAP腔室110中的襯底102上。在操作725中，第二處理氣體輸入到RAP腔室110中，包括將來自控制器140的第二指令發(fā)送至第二質(zhì)量流控制器130以使來自第二氣體源132的第二處理氣體流動。在操作730中，通過如上所述的OES分析來檢測第二處理氣體輸送。在操作735中，當(dāng)檢測到第二處理氣體輸送時，用于相應(yīng)第二相位的相應(yīng)第二處理參數(shù)設(shè)定點282 (例如，第二偏壓、頻率、波形、調(diào)制和功率以及用于產(chǎn)生等離子體108的第二等離子體源功率RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及信號功率，以及其它第二處理參數(shù))施加到RAP腔室110。在操作740中，相應(yīng)的第二相位(例如，沉積或鈍化相位)施加到RAP腔室110中的襯底102上。在操作745中，進行查詢以判定RAP腔室110中的襯底102上是否需要附加的RAP循環(huán)。如果在RAP腔室110中的襯底102上需要附加的RAP循環(huán)，則方法操作在如上所述的操作705中繼續(xù)。如果在襯底102上不需要附加的RAP循環(huán)，則方法操作可結(jié)束。本發(fā)明還能夠具體實現(xiàn)為計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀代碼。計算機可讀介質(zhì)為能夠存儲數(shù)據(jù)且隨后能夠由計算機系統(tǒng)讀取的任何數(shù)據(jù)存儲裝置。計算機可讀介質(zhì)的示例包括硬盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)存儲器(NAS)、只讀存儲器、隨機存取存儲器、⑶-ROM、⑶-R、CD-RW、DVD、閃存、磁帶以及其它光學(xué)和非光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置。計算機可讀介質(zhì)還可以分布在網(wǎng)絡(luò)連接的計算機系統(tǒng)上，從而以分布式方式存儲和執(zhí)行計算機可讀代碼。
應(yīng)進一步理解的是，不要求按圖示的次序執(zhí)行上述圖中的操作所表示的指令，并且由操作所示的全部處理并不是實現(xiàn)本發(fā)明所必需的。此外，在上述任意圖中所述的處理還可以用存儲在RAM、ROM或硬盤驅(qū)動器中的任一個或它們的組合中的軟件來實現(xiàn)。盡管為了清楚理解的目的詳細(xì)地描述了前面的發(fā)明，顯然，可以在所附權(quán)利要求
書的范圍內(nèi)實現(xiàn)一些改變和改進。因此，本實施例應(yīng)視為示例性的而非限制性的，并且本發(fā)明不限于此處給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所附權(quán)利要求書的范圍和等同范圍內(nèi)進行改進。
權(quán)利要求
1.一種快速交變處理方法,包括 開始第一快速交變處理相位，其包括 將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中； 檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體；以及 在所述快速交變處理腔室中檢測到所述第一處理氣體之后，向所述快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述快速交變處理腔室中檢測所述第一處理氣體包括檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的相應(yīng)濃度。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體包括檢測所述第一處理氣體的離解的相應(yīng)第一產(chǎn)物。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體包括檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，檢測所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜包括確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的確定值超過預(yù)選值時，所述相應(yīng)的第一相位偏壓信號施加到所述快速交變處理腔室中。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的所述確定值包括檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜相對于時間的導(dǎo)數(shù)。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括 開始第二快速交變處理相位，其包括 將第二處理氣體輸入到所述快速交變處理腔室中； 檢測所述快速交變處理腔室中的所述第二處理氣體；以及 在所述快速交變處理腔室中檢測到所述第二處理氣體之后，向所述快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第二相位偏壓信號。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括 判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)，其包括 如果不需要附加的快速交變處理循環(huán)，則結(jié)束所述方法；以及 如果需要附加的快速交變處理循環(huán)，則開始所述第一快速交變處理相位。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述快速交變處理腔室中檢測到所述第一處理氣體之后向所述快速交變處理腔室施加所述相應(yīng)的第一相位偏壓信號包括施加被施加到襯底的相應(yīng)的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及第一相位偏壓信號的功率中的至少一項或者施加相應(yīng)的RF信號、電壓、頻率、波形、調(diào)制以及第一等離子體源功率的功率中的至少一項。
11.一種快速交變處理系統(tǒng),包括 快速交變處理腔室； 與所述快速交變處理腔室連結(jié)的多個處理氣體源，其中所述多個處理氣體源中的每一個均包括相應(yīng)的處理氣體源流動控制器； 偏壓信號源，其與所述快速交變處理腔室連結(jié)； 處理氣體檢測器，其與所述快速交變處理腔室連結(jié)；快速交變處理腔室控制器，其與所述快速交變處理腔室、所述偏壓信號源、所述處理氣體檢測器和所述多個處理氣體源連結(jié)，所述快速交變處理腔室控制器包括 用于開始第一快速交變處理相位的邏輯電路，其包括 用于將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中的邏輯電路； 用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的邏輯電路；以及在所述快速交變處理腔室中檢測到所述第一處理氣體之后，用于向所述快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號的邏輯電路。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的所述邏輯電路包括用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的相應(yīng)濃度的邏輯電路。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的所述邏輯電路包括用于檢測所述第一處理氣體的離解的相應(yīng)第一產(chǎn)物的邏輯電路。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的所述邏輯電路包括通過所述處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，用于檢測所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的所述邏輯電路包括用于確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的確定值超過預(yù)選值時，將所述相應(yīng)的第一相位偏壓信號施加到所述快速交變處理腔室。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，用于確定所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的所述邏輯電路包括用于確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜相對于時間的導(dǎo)數(shù)的邏輯電路。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述快速交變處理腔室控制器進一步包括 用于開始第二快速交變處理相位的邏輯電路，其包括 用于將第二處理氣體輸入到所述快速交變處理腔室中的邏輯電路； 用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第二處理氣體的邏輯電路；以及在所述快速交變處理腔室檢測到所述第二處理氣體之后，向所述快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第二相位偏壓信號的邏輯電路。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速交變處理腔室控制器進一步包括 用于判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)的邏輯電路，包括 如果不需要附加的快速交變處理循環(huán)則結(jié)束所述方法的邏輯電路；以及 如果需要附加的快速交變處理循環(huán)則開始所述第一快速交變處理相位的邏輯電路。
20.一種快速交變處理系統(tǒng)，包括 快速交變處理腔室； 與所述快速交變處理腔室連結(jié)的多個處理氣體源，其中所述多個處理氣體源中的每一個均包括相應(yīng)的處理氣體源流動控制器； 偏壓信號源，其與所述快速交變處理腔室連結(jié)； 處理氣體檢測器，其與所述快速交變處理腔室連結(jié)；快速交變處理腔室控制器，其與所述快速交變處理腔室、所述偏壓信號源、所述處理氣體檢測器和所述多個處理氣體源連結(jié)，所述快速交變處理腔室控制器包括 用于開始第一快速交變處理相位的邏輯電路，其包括 用于將第一處理氣體輸入到快速交變處理腔室中的邏輯電路； 用于檢測所述快速交變處理腔室中的所述第一處理氣體的邏輯電路，其包括通過所述處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路；該通過所述處理氣體檢測器來檢測相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的邏輯電路包括確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路；該確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜的值的邏輯電路包括用于確定檢測到的所述相應(yīng)的第一發(fā)射光譜相對于時間的導(dǎo)數(shù)的邏輯電路； 在所述快速交變處理腔室中檢測到所述第一處理氣體之后向所述快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號的邏輯電路； 用于開始第二快速交變處理相位的邏輯電路；以及 用于判定是否需要附加的快速交變處理循環(huán)的邏輯電路。
全文摘要
一種快速交變處理系統(tǒng)及其操作方法，其包括快速交變處理腔室；與快速交變處理腔室連結(jié)的多個處理氣體源，多個處理氣體源中的每個包括相應(yīng)的處理氣體源流動控制器；與快速交變處理腔室連結(jié)的偏壓信號源；與快速交變處理腔室連結(jié)的處理氣體檢測器；與快速交變處理腔室、偏壓信號源、處理氣體檢測器和多個處理氣體源連結(jié)的快速交變處理腔室控制器，該控制器包括開始第一快速交變處理相位的邏輯電路；開始第一快速交變處理相位的邏輯電路包括將第一處理氣體輸入快速交變處理腔室的邏輯電路；檢測快速交變處理腔室中的第一處理氣體的邏輯電路；及在快速交變處理腔室檢測到第一處理氣體后向快速交變處理腔室施加相應(yīng)的第一相位偏壓信號的邏輯電路。
文檔編號G05B19/04GK102955434SQ201210298028
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者米爾扎佛·阿巴查, 布拉德勒·奧瓦爾, 阿爾緬·基拉科相 申請人:朗姆研究公司