用于校准开关模式离子能量分布系统的系统和方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[000引然而，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。
[0004] 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】
[0005]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。
[0006] 本公开内容的一些实施例可W表征为一种校准偏置电源的方法，所述偏置电源被 配置为在衬底的等离子体处理期间在衬底顶面上产生电位。所述方法可W包括接收经修改 的周期电压函数，所述经修改的周期电压函数包括脉冲和所述脉冲之间的部分。所述方法 还可W包括接收预期的离子能量W及接收预期的离子电流。所述方法还可W包括将所述经 修改的周期电压函数传送到等离子体负载仿真器。所述方法还可W包括测量所述等离子体 负载仿真器的銷层电容部件两端的电压。所述方法还可W包括将来自所述等离子体负载仿 真器的电流源的已知电流施加到所述銷层电容部件。所述方法还可W包括将来自所述等离 子体负载仿真器的电流源的已知电流施加到所述銷层电容部件。所述方法还可W包括将所 述銷层电容部件两端的电压与所述预期的离子能量相比较，并且根据此比较确定离子能量 误差。所述方法还可W包括将所述电流与所述预期的离子电流相比较，并且根据此比较确 定离子电流误差。最后，所述方法可w包括报告所述离子能量误差和所述离子电流误差。
[0007] 本公开内容的其它实施例还可W表征为一种系统，所述系统包括偏置电源和校准 部件。所述偏置电源可W包括电源、离子电流补偿部件和控制器。所述校准部件可W包括 负载仿真器、测量部件和分析部件。所述电源可W被配置为提供周期电压函数。所述离子 电流补偿部件可W被配置为借助离子补偿电流来修改所述周期电压函数，W使得所述偏置 电源提供所述经修改的周期电压函数。所述控制器可W被配置为向所述电源提供用W调节 所述周期电压函数的指令，W及向离子电流补偿部件提供用W调节所述离子补偿电流的指 令。所述负载仿真器可W具有被配置为仿真等离子体负载的电路。所述负载仿真器还可W 被配置为接收经修改的周期电压函数。所述测量部件可W被配置为当所述经修改的周期电 压函数与所述负载仿真器的所述电路交互时对所述经修改的周期电压函数进行一个和多 个测量。所述分析部件可W被配置为通过将来自所述测量部件的至少一个测量值与来自所 述偏置电源的至少一个预期值相比较来确定离子电流误差。
[000引本公开内容的其它实施例还可W表征为一种系统，所述系统包括偏置电源和校准 部件。所述偏置电源可W产生经修改的周期电压函数，其中，所述经修改的周期电压函数 包括周期脉冲，所述脉冲之间具有倾斜部分，其中，经由离子补偿电流来控制在所述脉冲之 间的所述倾斜部分的斜率。所述校准部件可W接收所述经修改的周期电压函数，并且在所 述负载仿真器中测量所述经修改的周期电压函数的电压与电流。此外，所述电压可W仿真 与等离子体负载相关联的衬底电压，W及所述电流可W仿真所述等离子体负载中的离子电 流。
[0009] 本公开内容的其它实施例还可W表征为一种校准部件，所述校准部件包括负载仿 真器、测量部件和分析部件。所述负载仿真器可W被配置为接收经修改的周期电压函数。所 述测量部件可W被配置为当所述经修改的周期电压函数与所述负载仿真器内的电路交互 时测量所述负载仿真器内的至少一电流和一电压。所述分析部件可W被配置为将所测量的 电流和所测量的电压与预期的电流和预期的电压相比较。
【附图说明】
[0010] 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：
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 图4是不出了两个驱动f目号波形的时序图；
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 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；
[001引图8是示出了本发明的另一个实施例的框图；
[0019] 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；
[0020] 图9B是图9A中所示出的周期电压函数的一部分的分解图；
[0021] 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；
[0023] 图10A示出了由银齿调制函数调制的周期电压函数；
[0024] 图10B是图10A中所不出的周期电压函数的一部分的分解图；
[002引图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；
[0026] 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；
[0027] 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；
[002引图13是示出了示范性离子电流补偿部件的图示；
[0029] 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；
[0030] 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；
[0031] 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；
[0032] 图17A和17B是示出了本发明的其它实施例的框图；
[0033] 图18是示出了本发明的另一个实施例的框图；
[0034] 图19是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0035]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；
[0036] 图21是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0037] 图22是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[003引图23是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0039] 图24是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0040] 图25是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0041] 图26是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0042] 图27是示出了本发明的又一个实施例的框图；
[0043] 图28示出了根据本公开内容的实施例的方法；
[0044] 图29示出了根据本公开内容的实施例的另一种方法；
[0045] 图30示出了控制碰撞衬底的表面的离子的离子能量分布的方法的一个实施例；
[0046] 图31示出了用于设置IEDF和离子能量的方法；
[0047] 图32示出了根据本公开内容的一个实施例的向衬底支撑部传送的两个经修改的 周期电压函数波形；
[0048] 图33示出了可W指示等离子体密度中的等离子体源不稳定性或变化的离子电流 波形；
[0049] 图34示出了具有非周期形状的经修改的周期电压函数波形的离子电流Ii;
[0050] 图35示出了可W指示偏置电源内的故障的经修改的周期电压函数波形；
[0051] 图36示出了可W指示系统电容的动态变化的经修改的周期电压函数波形；
[0052] 图37示出了可W指示等离子体密度的变化的经修改的周期电压函数波形；
[0053] 图38示出了针对不同工艺运行的离子电流的采样，其中，离子电流中的漂移可W 指示系统漂移；
[0054] 图39示出了针对不同工艺参数的离子电流的采样。
[0055] 图40示出了在室中无等离子体的情况下监控的两个偏置波形；
[0化6] 图41示出了可W用于验证等离子体工艺的两个偏置波形；
[0057] 图42示出了显示电源电压和离子能量之间的关系的若干电源电压和离子能量 图；
[005引图43示出了控制碰撞衬底的表面的离子的离子能量分布的方法的一个实施例；
[0059] 图44示出了在本文中所公开的系统中的不同点处的各个波形；
[0060] 图45示出了在离子电流补偿Ic中进行最终增加变化W便使其匹配离子电流Ii的 效果；
[0061] 图46示出了离子能量的选择；
[0062] 图47示出了离子能量分布函数宽度的选择和扩展；
[0063] 图48示出了可W用于实现多于一个离子能量电平的电源电压Vps的一个模式，其 中，每一离子能量电平具有窄IEDF宽度；
[0064] 图49示