專利名稱：時分復(fù)用(tdm)蝕刻工藝中的過程控制方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體晶片處理的領(lǐng)域。更加具體地，本發(fā)明涉及用于在時分復(fù)用蝕刻與沉積過程期間控制反應(yīng)室壓力的方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
在微機(jī)電(MEMS)裝置的制造中廣泛使用高縱橫比硅器件的制作。這樣的器件常常具有從幾十到幾百微米變動的深度。為了確保可制造性，蝕刻過程必須以高蝕刻速度進(jìn)行，以維持合理的產(chǎn)出，以及諸如光滑的蝕刻剖面之類的其他性能需求。
傳統(tǒng)的單一步驟的等離子蝕刻過程不能同時滿足這些需要，并且已開發(fā)了時分復(fù)用蝕刻工藝。用于蝕刻硅的時分復(fù)用(TDM)方法已由Suzuki等人(美國4,579,623)、Kawasaki等人(美國4,795,529)以及Laermer等人(美國5,501,893)說明。TDM蝕刻工藝典型地使用交替蝕刻與沉積步驟。例如，在蝕刻硅(Si)基片期間，六氟化硫(SF6)用作蝕刻氣體，而八氟化四碳(C4F8)用作沉積氣體。在蝕刻步驟中，SF6有利于自發(fā)的各向同性的硅(Si)蝕刻；在沉積步驟中，C4F8有利于使保護(hù)性的聚合物鈍化到蝕刻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底部上。在隨后的蝕刻步驟中，一旦受到高能定向離子轟擊，來自在先沉積步驟的蝕刻結(jié)構(gòu)底部覆蓋的聚合物膜就將被去除，以暴露用于進(jìn)一步蝕刻的硅表面。側(cè)壁上的聚合物膜將保留，以抑制側(cè)面的蝕刻。TDM過程在蝕刻和沉積過程之間循環(huán)交替，以使高縱橫比結(jié)構(gòu)能夠以高蝕刻速度被限定在掩蔽的硅基片中。
在每個過程步驟中，以過程方法中指定的流速通過進(jìn)氣口將氣體(例如SF6和C4F8)引入反應(yīng)室。典型地在高密度等離子反應(yīng)器中(例如感應(yīng)耦合等離子體(ICP)、電子回旋共振(ECR)等等)執(zhí)行TDM蝕刻工藝。
TDM過程方法由一系列過程循環(huán)和步驟組成。每個循環(huán)由兩個以上過程步驟組成，所述過程步驟控制過程變量(例如氣體流速、室壓力、RF功率、過程步驟次數(shù)、室溫度、晶片溫度等等)。循環(huán)之內(nèi)的步驟在執(zhí)行總的過程方法中的下一個步驟或循環(huán)之前被重復(fù)若干次。已知當(dāng)循環(huán)重復(fù)時對過程步驟參數(shù)加以改變以改善蝕刻性能，這在技術(shù)上被稱為過程變體(process morphing)(見Teixeira等人的美國6,417,013)。
壓力控制是蝕刻與沉積過程的重要組成部分。對于可重復(fù)的制造過程，必須謹(jǐn)慎控制室中存在的過程氣體的流速和壓力，以提供預(yù)期的沉積與蝕刻特性。
TDM等離子反應(yīng)器抽排系統(tǒng)典型地包含渦輪泵，其通過節(jié)流閥與反應(yīng)室隔離。壓力控制器使用來自壓力計的反應(yīng)室壓力數(shù)據(jù)來控制節(jié)流閥?？刂破鞔蜷_或關(guān)閉節(jié)流閥以增加或減少從渦輪泵向反應(yīng)室供應(yīng)的真空度。用這種方式，控制器維持反應(yīng)室中的預(yù)期壓力。在TDM過程期間，室壓力設(shè)定點(diǎn)和氣體流速在過程循環(huán)之內(nèi)循環(huán)交替。氣流能夠是單一成分或多種成分的混和。壓力控制器必須調(diào)節(jié)節(jié)流閥位置以補(bǔ)償這些改變的流動和壓力條件。理想地，壓力控制器調(diào)節(jié)節(jié)流閥位置以即時達(dá)到壓力設(shè)定點(diǎn)而沒有壓力設(shè)定點(diǎn)過沖或下沖。
當(dāng)前可用的節(jié)流閥和控制器典型地在壓力控制模式或位置控制模式下運(yùn)行。在壓力控制模式下，控制器監(jiān)視反應(yīng)室中的壓力，并通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的位置來維持設(shè)定點(diǎn)壓力(亦即閉環(huán)壓力控制)。在位置控制模式下，控制器將節(jié)流閥定位到設(shè)定點(diǎn)位置而不監(jiān)視室壓力(亦即開環(huán)壓力控制)。
若干小組已在考慮用于等離子室中的過程控制的裝置。Kessel等人(美國4,253,480)描述了使用可調(diào)節(jié)的電磁閥來控制壓力的壓力調(diào)節(jié)器。Kessel教導(dǎo)了指示真空室中使用的許多節(jié)流閥的運(yùn)行的基本機(jī)理。容器中的實(shí)際壓力被測量并轉(zhuǎn)換成電信號。比較器生成校準(zhǔn)信號，其表示實(shí)際壓力和指令壓力之間的差。調(diào)節(jié)器使用校準(zhǔn)信號指導(dǎo)下述方式的閥門，所述方式為閥門部件在閥門的打開和關(guān)閉位置之間的范圍之內(nèi)的中間位置之間是可調(diào)節(jié)的。實(shí)際上，遵循這樣的原理操作TDM過程工具中使用的節(jié)流閥。然而，如較早說明的那樣，在經(jīng)常交替的TDM過程步驟的轉(zhuǎn)換期間不能控制壓力是現(xiàn)實(shí)問題，并且不能由Kessel的技術(shù)解決。
Kaveh等人(美國5,758,680)和McMillin等人(美國6,142,163)描述了壓載口(ballast port)的使用，所述壓載口用于將氣體加進(jìn)抽排系統(tǒng)以補(bǔ)償反應(yīng)室中的壓力波動，以便使不同過程步驟之間的節(jié)流閥運(yùn)動最小化。他們進(jìn)一步披露了一種方法，以減少用于真空室中的氣體穩(wěn)定性的時間。首先將節(jié)流閥預(yù)先定位到預(yù)期位置。使用預(yù)定評估曲線估計預(yù)期位置。然后對于特定的時段，啟用比例微分(PD)控制來控制節(jié)流閥運(yùn)動。然后啟用比例積分微分(PID)控制來調(diào)節(jié)節(jié)流閥運(yùn)動。披露中教導(dǎo)的例子顯示，用于壓力穩(wěn)定性的時間間隔從～20秒被減少到至少3-5秒。盡管Kaveh和McMillin思考了當(dāng)過程步驟從一個向下一個改變時氣體流速和壓力的變化，但是并未教導(dǎo)循環(huán)交替TDM過程中的使用。另外，許多TDM過程使用僅持續(xù)幾秒鐘或更短的交替過程步驟，這使得使用披露的技術(shù)的壓力控制不切實(shí)際。
Brown等人(美國6,119,710)描述了進(jìn)入反應(yīng)室以補(bǔ)償室中的壓力變化的可調(diào)節(jié)氣流的使用。然而，在許多TDM過程中，在過程步驟期間改變過程氣體流速是不希望的。
Beyer等人(美國5,944,049)描述了通過控制真空泵的排氣側(cè)的排氣壓力或第一真空泵的壓縮階段的內(nèi)部壓力來調(diào)節(jié)室壓力。真空泵速的調(diào)節(jié)，將惰性氣體注入真空泵的排氣側(cè)的調(diào)節(jié)或壓縮階段的調(diào)節(jié)被用于控制反應(yīng)室壓力。Beyer沒有教導(dǎo)如何在TDM過程中使用這種技術(shù)。
Puech(美國專利申請20020168467)描述了通過以補(bǔ)充流速將不活潑控制氣體注入抽排口附近的區(qū)域來控制壓力的方法。調(diào)節(jié)受控的不活潑氣體的流速，以便維持以基本上固定的速度進(jìn)入真空室的總的氣流。盡管Puech教導(dǎo)了使用相當(dāng)于一秒的過程步驟的TDM過程中的壓力控制，但是該方法并未教導(dǎo)在壓力控制中主動調(diào)節(jié)節(jié)流閥的使用。
用于TDM過程的壓力控制的當(dāng)前方法，亦即壓力控制與位置控制，是有局限性的。TDM過程中的壓力控制模式的一個問題在于，實(shí)際上，在達(dá)到快速壓力響應(yīng)時間而同時使設(shè)定點(diǎn)偏離最小化之間典型地存在折衷?？焖夙憫?yīng)時間以一段壓力設(shè)定點(diǎn)過沖為代價是可能的。優(yōu)化可用的壓力控制模式算法以使設(shè)定點(diǎn)過沖最小化導(dǎo)致慢響應(yīng)時間。隨著TDM步驟持續(xù)時間減少，盡力達(dá)到方法指定的設(shè)定點(diǎn)所花費(fèi)的時間成為重要的一部分處理時間。
TDM過程中的位置控制模式的當(dāng)前方法的問題是不可接受的長壓力響應(yīng)時間。盡管位置模式使過程過沖最小化，但是較慢的響應(yīng)時間導(dǎo)致室壓力花費(fèi)大段的過程時間以接近要求的設(shè)定點(diǎn)值(亦即，在符合方法指定的設(shè)定點(diǎn)之外)。
位置控制模式方法的另一個問題在于它是開環(huán)壓力控制算法。因此，不存在任何針對氣流或泵送效率的擾動的校正。這些擾動傾向于造成過程壓力以及因此而來的過程性能隨時間而改變。
因此，存在對于壓力控制裝置的需要，所述壓力控制裝置用于TDM過程，優(yōu)選地用于使用持續(xù)時間為幾秒鐘以下的過程步驟的那些過程。
現(xiàn)有技術(shù)未提供本發(fā)明帶來的好處。
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種改進(jìn)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)裝置的不足，并且是對半導(dǎo)體處理技術(shù)進(jìn)步的顯著貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種方法，用于各向異性地蝕刻基片中的器件，該方法包含以下步驟使基片在等離子室之內(nèi)經(jīng)受交替循環(huán)過程，所述交替循環(huán)過程具有蝕刻步驟和沉積步驟；在所述交替循環(huán)過程的沉積步驟期間，向所述等離子室中引入第一過程氣體，用于將膜沉積到基片上；在所述交替循環(huán)過程的蝕刻步驟期間，向所述等離子室中引入第二過程氣體，用于蝕刻基片；在所述交替循環(huán)過程的至少一個步驟期間，通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，來調(diào)節(jié)所述等離子室的壓力；對于所述交替循環(huán)過程的沉積步驟和所述交替循環(huán)過程的蝕刻步驟，燃燒等離子體達(dá)方法指定的一段時間；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過對步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，在所述等離子室中將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
本發(fā)明的又一個目標(biāo)是提供一種時分復(fù)用過程中的壓力控制的方法，其包含以下步驟通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，在時分復(fù)用過程的至少一個步驟中調(diào)節(jié)真空室中的過程壓力；向所述真空室中引入至少一種過程氣體；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過對時分復(fù)用過程的所述步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
本發(fā)明的還一個目標(biāo)是提供一種方法，用于控制真空室中的壓力，該方法包含以下步驟通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，調(diào)節(jié)真空室中的過程壓力；向所述真空室中引入氣體；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過閉環(huán)壓力控制在所述真空室中將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
前面概述了本發(fā)明的一些相關(guān)目標(biāo)。這些目標(biāo)應(yīng)當(dāng)被闡釋為僅僅是示范性的一些本發(fā)明的比較顯著的特征和應(yīng)用。通過以不同的方式應(yīng)用披露的本發(fā)明，或者在披露的范圍之內(nèi)修改本發(fā)明，能夠獲得許多其他有益的結(jié)果。因此，通過權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的范圍再結(jié)合附圖參考本發(fā)明的內(nèi)容和優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以得到本發(fā)明的其他目標(biāo)和更加充分的理解。

發(fā)明內(nèi)容
為了概述本發(fā)明起見，本發(fā)明包含用于在TDM過程期間控制真空室中的壓力的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的一個特征是提供一種方法，用于各向異性地蝕刻基片中的器件。該方法包含下面的步驟。基片被放置在等離子室之內(nèi)，并經(jīng)受具有蝕刻步驟和沉積步驟的交替循環(huán)過程。通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，來調(diào)節(jié)等離子室的壓力，以確保在達(dá)到設(shè)定點(diǎn)值所需的時間最小化的同時，室壓力不過沖或下沖預(yù)期的運(yùn)行水平。在交替循環(huán)過程的沉積步驟期間，諸如八氟化四碳之類的第一過程氣體被引入到等離子室中，用于將膜沉積到基片上。對于交替循環(huán)過程的沉積步驟，燃燒等離子體達(dá)方法指定的一段時間。在預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法。然后，通過對沉積步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，將等離子室的壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。下一步，通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，再次調(diào)節(jié)等離子室的壓力，以確保在使達(dá)到設(shè)定點(diǎn)值所需的時間最小化的同時，室壓力不過沖或下沖預(yù)期的運(yùn)行水平。在交替循環(huán)過程的蝕刻步驟期間，諸如六氟化硫之類的第二過程氣體被引入等離子室，用于蝕刻基片。對于交替循環(huán)過程的蝕刻步驟，燃燒等離子體達(dá)方法指定的一段時間。在預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法。然后，通過對蝕刻步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，將等離子室的壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)能夠被設(shè)置或從下面導(dǎo)出1.交替循環(huán)過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置；2.交替循環(huán)過程的多個在先類似步驟的平均閥門位置；或者3.在先校準(zhǔn)試驗(yàn)。
能夠調(diào)節(jié)預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)從交替循環(huán)過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置的大約0.5到2的偏移量。預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)對于預(yù)定的一段時間能夠使用預(yù)定函數(shù)而變化。基于交替循環(huán)過程的在先類似步驟的壓力性能，諸如使達(dá)到方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需的時間最小化，或者使從方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化之類，能夠修改預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
預(yù)定的時間段大約為0.05到0.5秒那么長?；诮惶嫜h(huán)過程的在先類似步驟的壓力性能，諸如使達(dá)到方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需的時間最小化，或者使從方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化之類，能夠修改預(yù)定的時間段。
本發(fā)明的又一個特征是提供一種時分復(fù)用過程中的壓力控制方法。該方法包含下面的步驟。通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，在時分復(fù)用過程的至少一個步驟中調(diào)節(jié)真空室中的過程壓力，以確保在使達(dá)到設(shè)定點(diǎn)值所需的時間最小化的同時，室壓力不過沖或下沖預(yù)期的運(yùn)行水平。至少一種過程氣體被引入到真空室中，用于根據(jù)時分復(fù)用過程處理基片。在預(yù)定的時間段期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法。然后，通過對時分復(fù)用過程的處理步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，將真空室的壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
本發(fā)明的再一個特征是提供一種方法，用于控制真空室中的壓力。該方法包含下面的步驟。通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，調(diào)節(jié)真空室的過程壓力，以確保在使達(dá)到設(shè)定點(diǎn)值所需的時間最小化的同時，室壓力不過沖或下沖預(yù)期的運(yùn)行水平。將氣體引入到真空室中。在預(yù)定的時間段期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法。然后，通過閉環(huán)壓力控制，在真空室中將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
前面更加廣泛地概述了本發(fā)明的更加相關(guān)和重要的特征，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)說明，以便能夠更加充分地意識到對技術(shù)的貢獻(xiàn)。本發(fā)明的另外特征將在下文中說明，其形成了本發(fā)明的權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，披露的概念和具體實(shí)施例可以容易地用作修改或設(shè)計用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣應(yīng)當(dāng)意識到，這樣的等價構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，如附加的權(quán)利要求中所闡述的那樣。


圖1是顯示等離子體處理器的主要組件的側(cè)視圖；圖2是對于在壓力控制模式下運(yùn)行的兩步TDM過程的預(yù)期壓力對時間響應(yīng)的曲線圖；圖3是對于在壓力控制模式下運(yùn)行的兩步TDM過程的現(xiàn)有技術(shù)壓力對時間響應(yīng)的曲線圖；圖4是對于在位置控制模式下運(yùn)行的TDM過程的現(xiàn)有技術(shù)壓力對時間響應(yīng)的曲線圖；圖5是對于更長時間尺度的在位置控制模式下運(yùn)行的TDM過程的現(xiàn)有技術(shù)壓力對時間響應(yīng)的曲線圖；圖6是解釋本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的曲線圖；圖7a是解釋本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的方框圖；圖7b是解釋本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的圖7a的方框圖的繼續(xù)；圖8是對于針對不同輸入值執(zhí)行本發(fā)明的壓力控制方法時的試驗(yàn)性例子的壓力對時間的曲線圖；圖9是顯示本發(fā)明的輸入值中的一個的優(yōu)化的曲線圖；圖10是對于針對不同輸入值執(zhí)行本發(fā)明的壓力控制方法時的試驗(yàn)性例子的壓力對時間的曲線圖；以及圖11是對于執(zhí)行本發(fā)明的過程控制方法時的試驗(yàn)性例子的壓力對時間的曲線圖，其中，蝕刻保持時間保持0.25秒，而沉積保持時間保持0.40秒，同時，對于蝕刻步驟具有α＝0.88的固定位置偏移量，并且對于沉積步驟具有β＝1.25的固定位置偏移量。
在全部的附圖中，類似的參考數(shù)字指示類似的部分。
具體實(shí)施例方式
通過“保持與釋放”方法，我們披露控制TDM或任何交替步驟過程中的壓力的裝置。當(dāng)過程步驟切換到下一個過程步驟時，預(yù)先定位節(jié)流閥。執(zhí)行控制系統(tǒng)，以自動設(shè)置預(yù)先定位節(jié)流閥的位置值。設(shè)置的位置從相同類型的在先過程步驟中的節(jié)流閥位置導(dǎo)出。節(jié)流閥在設(shè)置的位置處保持預(yù)定的一段時間。在保持時期之后，釋放節(jié)流閥，并且對于節(jié)流閥啟用閉環(huán)反饋控制算法(例如PID環(huán))，以調(diào)節(jié)壓力控制模式下的真空室中的壓力。披露了控制系統(tǒng)和方法。
在圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的等離子蝕刻系統(tǒng)。在ICP反應(yīng)器中，RF發(fā)生器100向反應(yīng)室110的上部的線圈105遞送電力。該電力被傳送到通過進(jìn)氣口(未顯示)被引入的一種或多種過程氣體中，以便電離一種或多種過程氣體并形成等離子體120。第二RF發(fā)生器115向晶片支撐130遞送電力，以在晶片125上感應(yīng)直流偏置，從而控制對晶片125表面的離子轟擊的方向和能量。抽排系統(tǒng)通過排氣集管150從反應(yīng)室110中連續(xù)地排除氣態(tài)物質(zhì)(亦即未反應(yīng)氣體、揮發(fā)性副產(chǎn)品等等)。通過節(jié)流閥145調(diào)節(jié)反應(yīng)室110中的壓力。節(jié)流閥控制器140操作節(jié)流閥145。壓力計135測量反應(yīng)室110壓力。將壓力計135的輸出信號作為輸入饋送給節(jié)流閥控制器140。
圖2顯示了對于兩步TDM過程的多重循環(huán)225的預(yù)期壓力響應(yīng)200。用于第一步驟205的壓力設(shè)定點(diǎn)230，和用于第二步驟210的壓力設(shè)定點(diǎn)235相比，需要不同的節(jié)流閥位置。由于步驟之間的快速上升時間215連同過程步驟期間的從設(shè)定點(diǎn)220的最小偏離，在TDM過程中可以預(yù)期快速的壓力響應(yīng)。
圖3圖形顯示了具有壓力控制模式下的節(jié)流閥控制器的現(xiàn)有技術(shù)解決方法。該示圖顯示了用于兩步TDM過程的具有相應(yīng)的節(jié)流閥位置305的壓力響應(yīng)300對時間的曲線。在TDM過程期間，這種控制方法導(dǎo)致從方法指定的設(shè)定點(diǎn)320的壓力過沖325。壓力控制性能隨著TDM步驟310保持時間減少而進(jìn)一步降低。另外，相應(yīng)的節(jié)流閥位置315從未實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)位置。
圖4圖形顯示了具有位置控制模式下的節(jié)流閥控制器的交替的現(xiàn)有技術(shù)解決方法。該示圖顯示了用于兩步TDM過程的具有相應(yīng)的節(jié)流閥位置405的壓力響應(yīng)400對時間的曲線。這種控制方法使用節(jié)流閥位置設(shè)定點(diǎn)410&415來在TDM過程期間將節(jié)流閥驅(qū)動到設(shè)置的位置。在這個例子中，注意到壓力響應(yīng)420中相對于位置設(shè)定點(diǎn)變化的延遲，并且從未達(dá)到預(yù)期的壓力402。
圖5圖形顯示了當(dāng)位置控制模式用于控制反應(yīng)室壓力時遇到的又一個問題。該示圖顯示了在相應(yīng)的步驟中使用兩種不同氣流的具有固定節(jié)流閥位置的用于兩步TDM過程的壓力響應(yīng)對時間的曲線。觀察到長時間過程運(yùn)行(100次重復(fù))之上的壓力漂移500。這種壓力漂移500可能是由反應(yīng)室的壁溫度增加引起。因此，必須采取另外的措施以維持過程性能可靠性和可重復(fù)性。
圖6顯示了用于兩步TDM過程的具有相應(yīng)的節(jié)流閥位置600的壓力響應(yīng)605對時間的曲線。如較早表明的那樣，過程步驟之間的轉(zhuǎn)換期間的壓力控制已證明是困難的，因?yàn)閴毫^沖可能發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，在步驟610的第一段630中應(yīng)用位置控制模式。節(jié)流閥被預(yù)先定位并保持在設(shè)置的位置635處，所述設(shè)置的位置635從來自在先執(zhí)行的步驟的節(jié)流閥位置620導(dǎo)出。在第一段630之后，從位置控制模式釋放節(jié)流閥。在那一點(diǎn)上啟用閉環(huán)反饋控制算法，以便對剩余的步驟610應(yīng)用壓力控制模式。
在完成步驟610之后，過程步驟切換到下一步615。在這個步驟615的第一段650期間，節(jié)流閥切換到位置模式。節(jié)流閥保持在另一個設(shè)定點(diǎn)655，其從在先執(zhí)行的那個步驟的已知節(jié)流閥位置640導(dǎo)出。對于設(shè)置的時期650應(yīng)用位置控制模式，并且對這整個時期，節(jié)流閥保持在設(shè)置的位置655。在保持時期650期滿之后，釋放節(jié)流閥，并且通過對于節(jié)流閥啟用閉環(huán)壓力反饋控制算法，對剩余的步驟615應(yīng)用壓力控制模式?？蛇x擇地，在上述步驟中，能夠在下述位置處預(yù)先定位節(jié)流閥，所述位置從在相同種類的若干在先步驟中測量的節(jié)流閥位置的平均值導(dǎo)出。這具有消除步驟到步驟的變化的優(yōu)點(diǎn)。
在許多TDM過程中，對于保持時期630、650(見圖6)分配不同的時間長度是有益的。靈活調(diào)節(jié)預(yù)先位置635、655，而不只是采取來自在先過程步驟的節(jié)流閥的最后位置，同樣是有益的。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，獨(dú)立確定沉積步驟和蝕刻步驟中的保持時期，并且獨(dú)立調(diào)節(jié)保持時期中節(jié)流閥的預(yù)先位置值。導(dǎo)出預(yù)先位置635、655的調(diào)節(jié)值的一種方法，是向來自在先執(zhí)行的那個步驟的節(jié)流閥的最后位置應(yīng)用倍增器。如圖6所示，該倍增器將導(dǎo)致從在先步驟位置值620、640的預(yù)先位置值635、655的偏移量625、645。用這種方式，能夠偏移預(yù)先定位的節(jié)流閥位置，使其大于或小于來自在先步驟的位置。
對于兩步TDM硅蝕刻過程，在圖7a和7b中顯示了用于本實(shí)施例的方框圖說明。在圖7a中，保持時間被指示為“tetch hold”630和“tdep hold”650。步驟時段被指示為“tetch”610和“tdep”615。在執(zhí)行過程開始時，這些時間長度可以是過程方法的部分。進(jìn)而，來自在先步驟的節(jié)流閥位置被指示為“蝕刻位置”620和“沉積位置”640。蝕刻時期630中用于保持節(jié)流閥的預(yù)先位置取自在先蝕刻步驟，并用系數(shù)α調(diào)節(jié)。類似地，沉積時期650中用于保持節(jié)流閥的預(yù)先位置取自在先沉積步驟，并用系數(shù)β調(diào)節(jié)。α和β的值能夠在過程方法中手工設(shè)置，或者由反饋控制環(huán)(例如PID)自動設(shè)置，其中，所述反饋控制環(huán)隨著過程的進(jìn)行，測量壓力并使用該信息調(diào)節(jié)在先位置值，以使過沖最小化并使達(dá)到設(shè)定點(diǎn)所需的時間最小化。參數(shù)α和β典型地具有0.5和2.0之間的值，其轉(zhuǎn)化為在先位置的50％到200％。例如，在α和β設(shè)置為1.0的情況下，本發(fā)明將在蝕刻保持時期期間使用來自在先執(zhí)行的蝕刻步驟的節(jié)流閥位置值620作為預(yù)先位置值。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會很明顯，不必對TDM過程循環(huán)之內(nèi)的所有步驟應(yīng)用壓力控制方案。將蝕刻保持長度時期630的值設(shè)置為零，允許該方法恢復(fù)為閉環(huán)壓力反饋控制的現(xiàn)有技術(shù)方法。類似地，在α和β設(shè)置為1并且蝕刻保持時期630的長度設(shè)置為蝕刻步驟時間610的情況下，允許該方法恢復(fù)為位置控制模式(開環(huán)壓力控制模式)的壓力控制例子對于使用本發(fā)明的TDM過程中的任何步驟，對于節(jié)流閥需要指定兩個參數(shù)，亦即保持時間的持續(xù)時間和偏移量的幅度。
圖8圖形展示了當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明的過程控制方法時的試驗(yàn)性例子。顯示了不同長度的蝕刻保持時期的效果。如能夠看到的那樣，如果蝕刻保持時期小于大約0.1秒那么長，則在沉積到蝕刻轉(zhuǎn)換期間壓力過沖發(fā)生。如果保持時間大約為0.2到0.3秒那么長，則過沖幾乎被消除，并且從壓力設(shè)定點(diǎn)805的偏離被最小化。隨著蝕刻保持時間變長，壓力過沖在試驗(yàn)的范圍內(nèi)再次出現(xiàn)。這種結(jié)果說明，本發(fā)明的保持和釋放方法確實(shí)顯著改善了壓力控制性能。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，隨著過程進(jìn)行能夠自動調(diào)節(jié)預(yù)先位置保持時間，以使設(shè)定點(diǎn)過沖最小化。圖9用圖表示了用于兩步TDM硅蝕刻過程的來自圖8的數(shù)據(jù)的壓力設(shè)定點(diǎn)過沖對預(yù)先位置保持時間的關(guān)系。測量壓力過沖的反饋控制環(huán)(例如PID)隨著過程的進(jìn)行使用該信息調(diào)節(jié)預(yù)先位置保持時間，以使過沖最小化。類似地，測量到達(dá)設(shè)定點(diǎn)所需時間的反饋控制環(huán)(例如PID)能夠隨著過程的進(jìn)行使用該信息調(diào)節(jié)預(yù)先位置保持時間，以使到達(dá)設(shè)定點(diǎn)所需時間最小化。
圖10圖形展示了當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明的過程控制方法時的試驗(yàn)性例子。顯示了用于固定持續(xù)時間的不同值的預(yù)先定位偏移量的效果。在-5％蝕刻保持位置調(diào)節(jié)(α＝0.95)處壓力過沖被最小化。這種結(jié)果說明，本發(fā)明的保持和釋放方法確實(shí)顯著改善了壓力控制性能。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員將會很明顯，說明的實(shí)施例能夠應(yīng)用于每循環(huán)包含兩個或更多過程步驟的多步驟循環(huán)過程。本發(fā)明同樣能夠應(yīng)用于在過程期間在循環(huán)之內(nèi)改變壓力設(shè)定點(diǎn)或其他方法指定的步驟參數(shù)的循環(huán)過程(例如變形的TDM過程)。
注意到這一點(diǎn)很重要，即本發(fā)明在交替過程之內(nèi)對于每種步驟類型并不都需要保持時間和位置偏移量。本發(fā)明的另一個實(shí)施例會包括對于TDM過程之內(nèi)的步驟類型中的至少一種引入位置保持時間。
圖11圖形展示了下述例子，在所述例子中，嘗試了兩步TDM硅蝕刻過程中的壓力的最優(yōu)控制。在圖11中，“tetch hold”為0.25秒，“tdep hold”為0.4秒，α＝0.88，并且β＝1.25。和先前的例子相比(見圖3、4和5)，顯著改善了在循環(huán)TDM過程運(yùn)行期間作為結(jié)果而得到的壓力輪廓，因?yàn)樗鼛缀醭闪恕胺健钡?。壓力更加迅速地接近設(shè)定點(diǎn)，并且壓力過沖和下沖幾乎被消除。
本披露包括附加權(quán)利要求中包含的內(nèi)容和前述說明的內(nèi)容。盡管本發(fā)明在具有一定程度的特殊性的其優(yōu)選形式中已進(jìn)行了說明，但是可以理解，只是經(jīng)由例子進(jìn)行了優(yōu)選形式的本公開，只要不背離本發(fā)明的精神和范圍，可以采取構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部分的組合與安排的大量變化。
權(quán)利要求
1.一種用于各向異性地蝕刻基片中的器件的方法，該方法包含以下步驟使基片在等離子室之內(nèi)經(jīng)受交替循環(huán)過程，所述交替循環(huán)過程具有蝕刻步驟和沉積步驟；在所述交替循環(huán)過程的沉積步驟期間，向所述等離子室中引入第一過程氣體，用于將膜沉積到基片上；在所述交替循環(huán)過程的蝕刻步驟期間，向所述等離子室中引入第二過程氣體，用于蝕刻基片；在所述交替循環(huán)過程的至少一個步驟期間，通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，來調(diào)節(jié)所述等離子室的壓力；對于所述交替循環(huán)過程的沉積步驟和所述交替循環(huán)過程的蝕刻步驟，激發(fā)等離子體達(dá)方法指定的一段時間；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過對步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，在所述等離子室中將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為所述交替循環(huán)過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，從所述交替循環(huán)過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，從所述交替循環(huán)過程的多個在先類似步驟的平均節(jié)流閥位置導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，從在先校準(zhǔn)試驗(yàn)導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，使用從所述交替循環(huán)過程的所述在先類似步驟的所述節(jié)流閥位置的偏移量，來調(diào)節(jié)預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，偏移量大約為從所述交替循環(huán)過程的所述在先類似步驟的所述節(jié)流閥位置的0.5到2的位置變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)對于所述預(yù)定的一段時間使用預(yù)定函數(shù)而變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，基于所述交替循環(huán)過程的在先類似步驟的壓力性能，修改預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，對預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)的修改基于使到達(dá)所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需時間最小化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，對預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)的修改基于使從所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，基于所述交替循環(huán)過程的在先類似步驟的壓力性能，修改所述預(yù)定的一段時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，對預(yù)定的一段時間的修改基于使到達(dá)所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需時間最小化。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，對預(yù)定的一段時間的修改基于使從所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述預(yù)定的一段時間大約為0.05到0.5秒那么長。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述第一過程氣體為八氟化四碳。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述第二過程氣體為六氟化硫。
18.一種時分復(fù)用過程中的壓力控制方法，其包含以下步驟通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，在時分復(fù)用過程的至少一個步驟中調(diào)節(jié)真空室中的過程壓力；向所述真空室中引入至少一種過程氣體；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過對時分復(fù)用過程的所述步驟的剩余時間進(jìn)行閉環(huán)壓力控制，將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，將預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為所述時分復(fù)用過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，從所述時分復(fù)用過程的在先類似步驟的節(jié)流閥位置導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，從所述時分復(fù)用過程的多個在先類似步驟的平均節(jié)流閥位置導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，從在先校準(zhǔn)試驗(yàn)導(dǎo)出預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，使用時分復(fù)用過程的所述在先類似步驟的所述節(jié)流閥位置的偏移量，來調(diào)節(jié)預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，偏移量大約為從時分復(fù)用過程的所述在先類似步驟的所述節(jié)流閥位置的0.5到2的位置變化。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)對于所述預(yù)定的一段時間使用預(yù)定函數(shù)而變化。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，基于時分復(fù)用過程的在先類似步驟的壓力性能，修改預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，對預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)的修改基于使到達(dá)所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需時間最小化。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，對預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)的修改基于使從所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化。
29.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，基于時分復(fù)用過程的在先類似步驟的壓力性能，修改所述預(yù)定的一段時間。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，對預(yù)定的一段時間的修改基于使到達(dá)所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)所需時間最小化。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，對預(yù)定的一段時間的修改基于使從所述方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)的偏離最小化。
32.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述預(yù)定的一段時間大約為0.05到0.5秒那么長。
33.一種用于控制真空室中的壓力的方法，該方法包含以下步驟通過將節(jié)流閥設(shè)置在預(yù)定的位置設(shè)定點(diǎn)達(dá)預(yù)定的一段時間，調(diào)節(jié)真空室中的過程壓力；向所述真空室中引入氣體；在所述預(yù)定的一段時間期滿之后，啟用閉環(huán)壓力控制算法；以及通過閉環(huán)壓力控制在所述真空室中將壓力控制在方法指定的壓力設(shè)定點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在時分復(fù)用過程期間控制真空室中的壓力的方法。節(jié)流閥被預(yù)先定位并保持預(yù)定的一段時間。在硅晶片的相關(guān)等離子步驟(沉積或蝕刻)期間將過程氣體引入到真空室中。在預(yù)定的時間段末尾，過程氣體繼續(xù)流入，同時從設(shè)置的位置釋放節(jié)流閥。在這一點(diǎn)上，對于相關(guān)的等離子步驟的剩余時間段，通過比例微分和積分控制調(diào)節(jié)節(jié)流閥。
文檔編號H01J37/32GK1774796SQ200480009263
公開日2006年5月17日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者賴守亮, 大衛(wèi)·約翰遜, 拉塞爾·韋斯特曼 申請人:優(yōu)利訊美國有限公司