用于半导体晶片制造的无匹配器等离子体源的制作方法

本发明涉及用于耦合至电极的无匹配器等离子体源。

背景技术：

1、等离子体系统用于在晶片上执行各种操作。等离子体系统包含射频(rf)产生器、rf匹配器、以及等离子体室。rf产生器经由rf电缆而耦合至rf匹配器，且rf匹配器耦合至等离子体室。rf功率经由rf电缆及rf匹配器而提供至等离子体室，晶片在等离子体室中经受处理。此外，将一种或更多种气体供应至等离子体室，并且在接收到rf功率时于等离子体室内产生等离子体。

2、本发明中所描述的实施方案就是在该背景下产生。

技术实现思路

1、本发明的实施方案提供系统、设备、方法以及计算机程序，其用于提供无匹配器等离子体源以耦合至电极。应理解，可以许多方式实行本实施方案，例如处理、或设备、或系统、或一件硬件、或方法、或计算机可读媒体。以下描述若干实施方案。

2、在一些实施方案中，rf功率传送系统(例如无匹配器等离子体源)耦合至激发电极，激发电极可用于在使用rf功率的任何晶片制造室中产生或改变等离子体。例如，rf功率传送系统将rf功率提供至激发电极，例如一或更多线圈、或喷头、或晶片平台、或卡盘。rf功率利用功率晶体管(例如场效应晶体管(fets)或绝缘栅双极晶体管(igbts))而耦合至电极，这些功率晶体管作为低阻抗电压源以将功率耦合至电极。相较于使用rf产生器、rf电缆、rf匹配器的系统，此类方式有许多优点。这些优点包含减少rf匹配器及rf电缆的成本、增加等离子体点燃及阻抗调谐的速度、增加形成不同类型的高级脉冲的能力、以及线圈功率复用。

3、具有50ohm(ohm)输出部的rf产生器利用rf电缆(其为50ohm传输线)而将功率提供至负载。此外，将功率从rf电缆供应至rf匹配器(其为机械或电子rf阻抗匹配箱)，以将负载的阻抗转换为50ohm。当所有阻抗被匹配为50ohm时，最大功率被传送至负载，且具有0瓦的反射功率。此为在利用等离子体处理的晶片制造(例如蚀刻、沉积、及物理气相沉积(pvd))中传送功率的方式。因此，该操作具有抑制未来的处理能力的限制。这些限制包含等离子体点燃及阻抗调谐的受限的速度、rf匹配器及rf电缆的高成本、产生不同类型脉冲的受限的能力、以及受限的等离子体均匀性控制。

4、在本发明中所述的一些实施方案中，用于将负载阻抗转换为接近50ohm的50ohmrf功率产生器、50ohm rf电缆、及rf匹配器被取代为将低阻抗电压源连接至将被供电的激发电极的连接部。低阻抗电压源包含功率晶体管(例如fets或igbts)，其以半桥式设置方式组织，且以推挽配置或全桥式(h)的方式操作，以避免击穿效应(shoot through)。功率晶体管由控制器板控制，且与rf频率及脉冲相关的信号被送至栅极驱动器，如fet栅极驱动器。从低阻抗电压源输出的功率由敏捷式直流(dc)轨道所决定。敏捷式dc轨道用于增加、减少、或脉冲化从低阻抗电压源输出的功率。敏捷式dc轨道用于功率调节及调制，同时使任意形状的脉冲能被建构。脉冲能力相较于具有rf产生器、rf电缆、以及rf匹配器的等离子体工具而增强的。

5、此外，在许多实施方案中，依据功率需求，在全桥式或半桥式设置中结合多个晶体管(例如fets或igbts)，以提供预定功率输出。通常，每个晶体管的输出阻抗由约0.01ohm至约10ohm。通过改变晶体管数量，而达成预定的功率输出。

6、在一些实施方案中，为了向激发电极供电，电抗电路与功率晶体管串联设置，以将激发电极的电抗消除。在无等离子体的情况下，功率晶体管实质上经历低电阻负载。设置于功率晶体管的全桥式或半桥式配置的输出与激发电极之间的电抗电路提供串联谐振，并产生高质量因子(q)，以将电极的电抗消除。电抗电路的电抗被设计以在功率产生器的操作频率下提供高q值。例如，在等离子体未在晶片制造室中点燃的无等离子体情况下，该q值大约介于约50至约500之间。高q值的优点为激发电极经历高电压及电磁场，其使得室中的等离子体引燃实质上是瞬时的。在实质瞬时的引燃之后为晶片制造室中的等离子体维持。

7、在许多实施方案中，一旦等离子体被点燃，则调整操作频率与敏捷式dc轨道电压，以维持来自功率晶体管的恒定输出功率，其通过测量功率晶体管的输出处的复电压及复电流之间的相位差、并维持零度相位差。例如，快速数字转换器用于测量输入至激发电极的电流，且将操作频率改变以达到零度的相位差。

8、在若干实施方案中，本文所述的系统及方法涵盖所有的等离子体处理阻抗范围。

9、其他方面将根据随后的实施方案及附图而变得更加明白。

技术特征：

1.一种系统，其包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述dc轨道包含dc电压源、第一晶体管和第二晶体管，其中所述dc电压源耦合到所述第一晶体管，并且所述第一晶体管耦合到所述第二晶体管。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一晶体管包含第一漏极端子和第一源极端子，其中所述第二晶体管包含第二漏极端子和第二源极端子，其中所述dc电压源耦合到所述第一漏极端子，其中所述第一源极端子耦合到所述第二漏极端子，并且所述第二源极端子耦合到地电位，其中所述输出位于所述第一源极端子和所述第二漏极端子之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述电抗电路是电容器，其中所述电容器耦合到所述dc轨道的所述输出。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电压值被提供以对所述放大方波形的包络进行整形。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述包络经整形以实现所述放大方波形的多个参数状态，其中每个所述参数状态提供相应的参数水平。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述电抗电路是与所述dc轨道的所述输出耦合的电容器或电感器。

8.一种等离子体系统，其包括：

9.根据权利要求8所述的等离子体系统，其中所述dc轨道包含dc电压源、第一晶体管和第二晶体管，其中所述dc电压源耦合到所述第一晶体管，并且所述第一晶体管耦合到所述第二晶体管。

10.根据权利要求9所述的等离子体系统，其中所述第一晶体管包含第一漏极端子和第一源极端子，其中所述第二晶体管包含第二漏极端子和第二源极端子，其中所述dc电压源耦合到所述第一漏极端子，其中所述第一源极端子耦合到所述第二漏极端子，并且所述第二源极端子耦合到地电位，其中所述输出位于所述第一源极端子和所述第二漏极端子之间。

11.根据权利要求10所述的等离子体系统，其中所述电抗电路是电容器，其中所述电容器耦合到所述dc轨道的所述输出。

12.根据权利要求8所述的等离子体系统，其中所述多个电压值被提供以对所述放大方波形的包络进行整形。

13.根据权利要求12所述的等离子体系统，其中所述包络经整形以实现所述放大方波形的多个参数状态，其中每个所述参数状态提供相应的参数水平。

14.根据权利要求8所述的等离子体系统，其中所述电抗电路是与所述dc轨道的所述输出耦合的电容器或电感器。

15.一种方法，其包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述dc轨道包含dc电压源、第一晶体管和第二晶体管，其中所述dc电压源耦合到所述第一晶体管，并且所述第一晶体管耦合到所述第二晶体管。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一晶体管包含第一漏极端子和第一源极端子，其中所述第二晶体管包含第二漏极端子和第二源极端子，其中所述dc电压源耦合到所述第一漏极端子，其中所述第一源极端子耦合到所述第二漏极端子，并且所述第二源极端子耦合到地电位，其中所述输出位于所述第一源极端子和所述第二漏极端子之间。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个谐波的所述去除由电抗电路执行，其中所述电抗电路是与所述dc轨道的所述输出耦合的电容器。

19.根据权利要求15所述的方法，其中对所述放大方波形的所述整形包含对所述放大方波形的包络进行整形。

20.根据权利要求19所述的系统，其中对所述放大方波形的所述包络的所述整形被执行以实现所述放大方波形的多个参数状态，其中每个所述参数状态提供相应的参数水平。

技术总结
描述了无匹配器等离子体源。无匹配器等离子体源包括控制器，该控制器耦合到敏捷式DC轨道，以控制在半桥晶体管电路的输出处生成的放大方波形的形状。无匹配等离子体源还包括半桥晶体管电路，该半桥晶体管电路用于生成放大的方波形，以向等离子体室的电极(例如天线)供电。无匹配等离子体源还包括位于半桥晶体管电路和电极之间的电抗电路。电抗电路具有消除电极的电抗的高质量因子。没有射频(RF)匹配器以及将无匹配器等离子体源耦合到电极的RF电缆。

技术研发人员：龙茂林,王雨后,里基·马什,亚历山大·帕特森
受保护的技术使用者：朗姆研究公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17