專利名稱：增強(qiáng)過程和輪廓模擬器的算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的等離子加工，更具體地說，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)過程和輪廓模擬器算法用以預(yù)測一個特定等離子過程將產(chǎn)生的表面輪廓的方法。
背景技術(shù)：
運(yùn)用諸如等離子刻蝕和活性離子刻蝕進(jìn)行加工的各種方法的重要性正在不斷地增加，特別是在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)領(lǐng)域，人們對用于刻蝕過程的裝置具有特殊的興趣。圖1舉例說明一個可用來加工和生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的常規(guī)電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)100。電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)100包括一個擁有等離子室104的等離子反應(yīng)器102。變壓器耦合電源(TCP)控制器106和偏壓電源控制器108分別控制影響等離子室104內(nèi)產(chǎn)生等離子的TCP電源110和偏壓電源112。
TCP電源控制器106可為TCP電源110設(shè)置調(diào)整點(diǎn)，后者配置用來當(dāng)TCP匹配網(wǎng)絡(luò)114調(diào)諧到位于等離子室104附近的TCP線圈116時提供射頻(RF)信號。另外還特地配置了一個射頻透明窗118，用來將TCP線圈116與等離子室104分隔開來，可同時又允許能量通過TCP線圈116到達(dá)等離子室104。
偏壓電源控制器108可為偏壓電源112設(shè)置一個調(diào)整點(diǎn)，后者配置用來當(dāng)偏壓匹配網(wǎng)絡(luò)120調(diào)諧到位于等離子反應(yīng)器102內(nèi)的電極122時提供射頻(RF)信號。等離子反應(yīng)器104可產(chǎn)生一個高于直流偏壓的電極122，該電極適合于接收基底124，例如正在加工的半導(dǎo)體片。
供氣裝置126，例如擺式控制閥，特地為等離子反應(yīng)器102的內(nèi)部供應(yīng)生產(chǎn)過程所需的適當(dāng)化學(xué)作用，排氣裝置128清除等離子室104中的粒子并使等離子室104保持一個特殊的壓力。壓力控制器130既控制供氣裝置126也控制排氣裝置128。
溫度控制器134利用諸如等離子室104四周加熱盒的加熱器136將等離子室104的溫度控制到選定的溫度調(diào)整點(diǎn)。
在等離子室104中，在真空下將基底104暴露于離子化氣體化合物(等離子體)可進(jìn)行基底刻蝕。當(dāng)氣體輸送到等離子室104時刻蝕過程開始，TCP線圈116輸出和TCP匹配網(wǎng)絡(luò)114調(diào)諧的射頻電源使氣體離子化。由電極122輸出和由偏壓匹配網(wǎng)絡(luò)120調(diào)諧的射頻電源在電極124上感應(yīng)生成一個直流偏壓用來控制基底124離子轟擊的方向和能量。在刻蝕過程中，等離子體與基底124表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，清除未被光敏掩摸覆蓋的物質(zhì)。
輸入?yún)?shù)，例如等離子反應(yīng)器的設(shè)定，在等離子加工中具有十分重要的意義。實(shí)際的TCP電源、偏壓電源、氣體壓力、氣體溫度和等離子室104內(nèi)的氣流大小都會嚴(yán)重地影響過程的狀態(tài)。輸送到等離子室104的實(shí)際電源的明顯差異可能會對其它過程變量參數(shù)，如中性和電離的粒子密度、溫度和刻蝕速度的預(yù)期值產(chǎn)生意想不到的變化。
確定一套適合建立一組已知器件特征的輸入?yún)?shù)的傳統(tǒng)做法是采用試錯法。運(yùn)用這種經(jīng)驗(yàn)方法開發(fā)一個單一過程價格昂貴、花費(fèi)時間，需要對多種圖樣的晶片進(jìn)行處理以及隨后使用掃描電鏡對所得的輪廓進(jìn)行研究。由于是采用不可預(yù)測的方式，一個輸入?yún)?shù)的些許改變都會影響到輪廓，對布圖的任何修改，例如不同應(yīng)用采用的器件尺寸、晶片上圖案的密度或總空間的變化常常都需要對過程進(jìn)行重新開發(fā)，隨之花費(fèi)財力物力。
器件制造技術(shù)的最新進(jìn)展使得這種方法更是不堪重負(fù)，減少特征的尺寸對特征的尺寸和結(jié)構(gòu)提出了更加嚴(yán)格的公差。這樣，對一個特定過程進(jìn)行優(yōu)化所需要的試驗(yàn)次數(shù)就會增加。涉及直徑增量變化的晶片直徑生長加速和整個過程的重新設(shè)計均會使這種傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法重覆的次數(shù)更多，當(dāng)前為特定應(yīng)用定制器件的趨勢的增長也使所需的開發(fā)和優(yōu)化活動工作量增加。
使用另一種可選的計算方法，可從完整地物理描述等離子加工，包括描述宏觀輸入?yún)?shù)與等離子體中不同種類的宏觀通量、濃度和能量分布的耦合的等離子模型，以及從宏觀通量原子測定晶片表面獲得的刻蝕或堆積速率和計算晶片表面上輪廓演化的輪廓模擬器得到這些輸入?yún)?shù)。更加理想地，這種對等離子刻蝕和堆積過程的物理描述能從一開始選擇適合于在基底上生成理想輪廓的宏觀輸入?yún)?shù)，消除昂貴而又費(fèi)時的試驗(yàn)次數(shù)。
這一領(lǐng)域的大量研究工作業(yè)已闡明用于等離子加工過程的機(jī)制，從而發(fā)明了能構(gòu)建物理描述的比例定律。不過，根據(jù)已知的比例定律，雖然可用強(qiáng)有力的計算方法進(jìn)行必要的計算，但使用這種起始于源頭的方法卻受到缺乏數(shù)據(jù)的限制。例如，比例定律中某些系數(shù)的值依賴特定過程的細(xì)節(jié)目前還不得而知。在某些調(diào)查中，與一組特定輸入?yún)?shù)定義的等離子過程保持一致的這種比例系數(shù)值的確定是通過比較應(yīng)用該過程產(chǎn)生得到的輪廓與包括一個或多個這種系數(shù)為參數(shù)的模擬輪廓而得到的。這種事后諸葛亮的評價可以有助于理解一個特定系數(shù)在比例定律中的作用，但它絕對沒有預(yù)測不同于實(shí)驗(yàn)過程中使用的、用來得到該系數(shù)值的一組輸入?yún)?shù)定義的任何過程的輪廓演化的能力。
因此，有需要創(chuàng)建一種方法，用來增強(qiáng)過程和輪廓模擬器算法而準(zhǔn)確地預(yù)測特定等離子過程產(chǎn)生的表面輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種增強(qiáng)過程和輪廓模擬器算法預(yù)測特定等離子過程產(chǎn)生的表面輪廓的方法。該方法首先跟蹤高能粒子并記錄該高能粒子產(chǎn)生的離子通量。局部刻蝕速率和局部堆積速率可從同時求得解的中性通量、表面化學(xué)覆蓋和材料類型計算出來。
中性通量、表面化學(xué)覆蓋和材料類型可用第一次計算的中性通量同時求解，部位平衡方程式可用中性通量首先自相容地求解，然后堆積膜的刻蝕速率可用解部位平衡方程式計算出來。表面材料類型可根據(jù)堆積膜的刻蝕速率相應(yīng)地調(diào)整到堆積膜或下面材料的類型。使用該方法重復(fù)為中性通量、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型求解直至它們互相自相容。
中性通量可通過分析計算得到。通過計算每種中性的直接通量、再發(fā)射通量和透射矩陣可提高精度和改善計算效率。所有中性品種都必須重復(fù)前面的計算。
運(yùn)用笛卡爾坐標(biāo)和粒子速度3個自由度到粒子速度3個空間自由度和3個自由度的方位角對稱柱面坐標(biāo)外推特征輪廓的描述也可增強(qiáng)等離子刻蝕或堆積過程的模擬。


包含在本說明并組成本說明一部分的附圖舉例說明一個或多個本發(fā)明的實(shí)施例。與具體實(shí)施方式
一起，這些附圖用來說明本發(fā)明的原理和實(shí)現(xiàn)。
圖1是舉例說明常規(guī)等離子刻蝕系統(tǒng)的方框圖；圖2是基于本發(fā)明一個實(shí)施例舉例說明等離子刻蝕系統(tǒng)的方框圖；圖3是基于本發(fā)明一個實(shí)施例舉例說明計算機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)方框圖；圖4是舉例說明計算材料類型、化學(xué)覆蓋和注入到特征輪廓中表面部分的中性和離子通量的方法，以便根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例計算沿特征輪廓的刻蝕速率的流程圖；圖5是基于本發(fā)明一個實(shí)施例舉例說明沿特征輪廓的每個部分包括表面化學(xué)覆蓋、入射中性通量和表面材料類型在內(nèi)的耦合量同時求解的方法的流程圖；圖6是基于本發(fā)明一個實(shí)施例舉例說明計算注入到表面部分中性通量的方法的流程圖；圖7是根據(jù)朗繆爾模型描述等離子過程中表面動力學(xué)的正視截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例是基于輪廓模擬器算法加以說明的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)，下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述僅僅只是一些舉例說明，而絕無僅限于此之意，本次公開而頗受裨益的技術(shù)人員將會隨時因本發(fā)明的其它實(shí)施例而證實(shí)這一點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的引用將詳細(xì)地記錄在附圖中，整個圖中使用相同的引用標(biāo)記，以下的詳細(xì)描述涉及相同或類似的部件。
為了簡潔起見，在本次說明中沒有將應(yīng)用的所有常規(guī)特征加以顯示和描述。因此，必須認(rèn)識到在開發(fā)任何這樣的實(shí)際應(yīng)用時，還必須做出大量應(yīng)用特異的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如要符合與應(yīng)用和經(jīng)營有關(guān)的制約，具體目標(biāo)還會因應(yīng)用不同而異，因不同開發(fā)人員而不同。此外，還必須清楚地認(rèn)識到這種開發(fā)工作可能極度復(fù)雜，耗費(fèi)時間。但是，對于該領(lǐng)域中從本次公開而獲得裨益的普通技術(shù)人員來說，它也不過只是工程上的一種常規(guī)認(rèn)識。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)其元器件、過程步驟和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能需要使用各式操作系統(tǒng)、計算平臺、固件、計算機(jī)軟件、計算機(jī)語言和/或通用的機(jī)器。該方法可作為一個編程過程運(yùn)行在加工電路系統(tǒng)中而實(shí)現(xiàn)，加工電路系統(tǒng)可采取處理機(jī)與操作系統(tǒng)多種組合的形式，也可以是一個獨(dú)立的裝置。過程可用這些硬件，或僅僅只是這些硬件，或它們的任意組合執(zhí)行的指令來實(shí)現(xiàn)，軟件可存儲在機(jī)器可讀的程序儲存裝置中。
此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會知道，不是十分通用的裝置，例如硬連線裝置，現(xiàn)場可編程邏輯裝置(FPLDs)，包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGAs)和復(fù)編程邏輯裝置(CPLDs)，專用集成電路(ASICs)，或類似裝置，也可使用而不會違背本發(fā)明公開觀點(diǎn)的范圍和精神。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該方法可在數(shù)據(jù)加工計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，例如個人計算機(jī)、工作站計算機(jī)、主計算機(jī)或運(yùn)行OS操作系統(tǒng)的高性能服務(wù)器，如加州Palo Alto Sun Microsystems，Inc.銷售的Solaris，華盛頓RedmondMicrosoft Corporation銷售的Microsoft Windows XP和Windows 2000，或Unix操作系統(tǒng)的各種版本，如許多代理商銷售的Linux。該方法也可在多處理機(jī)系統(tǒng)上或包括諸如輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、顯示器、指示裝置、存儲設(shè)備、存儲器、處理機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)使用的媒體界面等外設(shè)的計算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。另外，這種計算機(jī)系統(tǒng)或計算環(huán)境還可以局部區(qū)域聯(lián)網(wǎng)或通過Internet聯(lián)網(wǎng)。
一種半經(jīng)驗(yàn)的過程和輪廓模擬器方法則不局限于特別地對表面輪廓或基礎(chǔ)等離子模型的宏觀物理描述，數(shù)學(xué)模型可能包含有源于基礎(chǔ)等離子體物理和化學(xué)、數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)的比例定律。一般而言，一個等離子模型是根據(jù)與反應(yīng)器功能相關(guān)的宏觀參數(shù)構(gòu)建起來用以返回感興趣品種的通量、能量和到達(dá)基底表面的角度分布。等離子模型應(yīng)該是一個氣相化學(xué)和等離子體表面相互作用在所有已知截面的完整等離子模擬工具，或僅僅只是一個實(shí)驗(yàn)檢測的通量和觀察到的趨勢的查檢表。
為了精確和通用性起見，較好的輪廓模擬器應(yīng)能計算離散化輪廓表面每一部分的運(yùn)動，從而模擬出正在加工的特征的演化。一個適當(dāng)?shù)妮喞M器包括計算到達(dá)基底表面每一點(diǎn)的局部通量的局部運(yùn)輸模型，計算表面化學(xué)覆蓋(基底表面每一點(diǎn)活性、抑制和堆積品種的濃度)的部位平衡模型，計算獲得的局部刻蝕和堆積速率的速率模型，以及將這些作用機(jī)制轉(zhuǎn)換成凈表面運(yùn)動的表面進(jìn)展算法。在一個較好的實(shí)施例中，輪廓模擬器可從使用蒙特卡洛法和/或分析方法由等離子模型提供的宏觀參數(shù)得到局部通量，其速率模型和部位平衡模型是較好地基于粒子-表面相互作用動力學(xué)的朗繆爾型模型，不過它可能經(jīng)過擴(kuò)充而能描述粒子與多個單分子層厚度的表面混合層的相互作用。該模型能鑒別出從基底上作為刻蝕劑清除的物質(zhì)品種，作為堆積劑堆積在基底表面的品種，和作為抑制劑抑制表面反應(yīng)的品種。
表面進(jìn)展算法包含有激震前沿跟蹤方法?？傮w而言，這4個部分中的每一個都可以為以加工介質(zhì)與基底表面行為間相耦合為特征的輪廓模擬器提供未知值系數(shù)，從而集中起來描述基底的演化。
根據(jù)一個實(shí)施例的做法，等離子模型只是將感興趣的品種區(qū)分為屬于普通大類的作用物，例如要么是帶電粒子，因此被外加偏壓而吸引到基底上，要么是諸如氣體分子和激發(fā)基團(tuán)的中性品種。在影響諸如粒子通量、能量和角度分布的等離子描述符的實(shí)驗(yàn)輸入?yún)?shù)方面，揭示其功能依賴性的物理模型，例如麥克斯韋方程和玻爾茲曼方程，已在本領(lǐng)域被人們所熟知。(見例如Liebernman和Lichtenberg撰寫的“等離子放電與材料加工”，John Wiley出版發(fā)行，1994年)依據(jù)基礎(chǔ)物理模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些描述符與輸入?yún)?shù)的變化規(guī)律在本領(lǐng)域也已非常清楚。然而，對于一個特定過程來說，這些通量或分布的絕對值還未經(jīng)由因及果的推算，不得而知。
因此，如圖2所示，本發(fā)明試圖提供能準(zhǔn)確地預(yù)測等離子刻蝕系統(tǒng)動態(tài)的算法，更具體地說，轟擊諸如晶片的半導(dǎo)體基底的高能粒子的相互作用。該方法使用，并將模型(局部運(yùn)輸模型，部位平衡模型，速率模型，表面進(jìn)展算法)組合成幾個能同時并始終如一地得到解決答案的計算過程。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，圖2舉例說明一個電感耦合的等離子刻蝕系統(tǒng)200。電感耦合的等離子加工系統(tǒng)200包括一個位于其中的等離子室204的等離子反應(yīng)器202。變壓器耦合電源(TCP)控制器206和偏壓電源控制器208分別控制影響等離子室204內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的TCP電源210和偏壓電源212。
TCP電源控制器206可為TCP電源210設(shè)置調(diào)整點(diǎn)，后者配置用來當(dāng)TCP匹配網(wǎng)絡(luò)214調(diào)諧到位于等離子室204附近的TCP線圈216時提供射頻(RF)信號。另外還特地配置了一個射頻透明窗218，用來將TCP線圈216與等離子室204分隔開來，可同時又允許能量通過TCP線圈216到達(dá)等離子室204。
偏壓電源控制器208可為偏壓電源212設(shè)置調(diào)整點(diǎn)，后者配置用來當(dāng)偏壓匹配網(wǎng)絡(luò)220調(diào)諧到位于等離子反應(yīng)器204內(nèi)的電極222時提供射頻(RF)信號。等離子反應(yīng)器204可產(chǎn)生一個高于直流偏壓的電極222，該電極適合于接收基底224，例如正在加工的半導(dǎo)體片。
供氣裝置226，例如擺式控制閥，特地為等離子反應(yīng)器204的內(nèi)部供應(yīng)生產(chǎn)過程所需的適當(dāng)化學(xué)作用，排氣裝置228清除等離子室204中的粒子并使等離子室204保持一個特殊的壓力。壓力控制器230既控制供氣裝置226也控制排氣裝置228。
溫度控制器234利用諸如等離子室204四周加熱盒的加熱器236將等離子室204的溫度控制到選定的溫度調(diào)整點(diǎn)。
在等離子室204中，在真空下將基底204暴露于離子化氣體化合物(等離子體)可實(shí)現(xiàn)對基底刻蝕。當(dāng)氣體輸送到等離子室204時刻蝕過程開始，TCP線圈216輸出和TCP匹配網(wǎng)絡(luò)210調(diào)諧的射頻電源使氣體離子化。由電極222輸出和由偏壓匹配網(wǎng)絡(luò)220調(diào)諧的射頻電源在電極224上感應(yīng)生成一個直流偏壓用來控制基底224離子轟擊的方向和能量。在刻蝕過程中，等離子體與基底224表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，清除未被光敏掩摸覆蓋的物質(zhì)。
計算機(jī)系統(tǒng)238與TCP電源控制器206、偏壓電源控制器208、壓力控制器230和溫度控制器234耦聯(lián)。計算機(jī)系統(tǒng)238的硬件元器件在圖3中有更加詳細(xì)的介紹，常駐計算機(jī)系統(tǒng)238的輪廓模擬器算法在圖4中有更加詳細(xì)的說明。計算機(jī)系統(tǒng)238根據(jù)TCP電源控制器206、偏壓電源控制器208、壓力控制器230和溫度控制器234的設(shè)定預(yù)測性地計算等離子室204內(nèi)正在加工的基底222的輪廓。這樣，根據(jù)算法的預(yù)測性輸出控制TCP電源控制器206、偏壓電源控制器208、壓力控制器230和溫度控制器234，從而獲得由計算機(jī)系統(tǒng)238預(yù)測的半導(dǎo)體片222的理想輪廓。
現(xiàn)在來看圖3，它以方框圖的形式舉例說明包含在本發(fā)明一個實(shí)施例中的硬件系統(tǒng)。如圖所示，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)所有元件在上面進(jìn)行通信的系統(tǒng)總線300，大容量存儲裝置(例如硬盤或光存儲元件)302和系統(tǒng)主存儲器304。
這個舉例說明的系統(tǒng)接受中央處理機(jī)(“CPU”)306的指令進(jìn)行工作。用戶使用鍵盤308和位置傳感設(shè)備(如鼠標(biāo))310與系統(tǒng)交互，這2個裝置的輸出可用來指定信息或選擇顯示屏312的特殊位置對系統(tǒng)所要執(zhí)行的功能下達(dá)指令。
主存儲器304含有一組控制CPU 306的運(yùn)行以及其與其它硬件元件相互作用的模塊，操作系統(tǒng)314指揮下層的、基本的系統(tǒng)功能，例如存儲分配、文檔管理和大容量存儲裝置302的運(yùn)行。在上層作為一組存儲指令的分析模塊316指揮完成下面介紹的本發(fā)明的主要功能。定義用戶界面318的指令允許與顯示屏312直接交互，用戶界面318可在顯示屏312上生成文字或圖形，提示用戶的作業(yè)和接收鍵盤308和/或位置傳感設(shè)備310的用戶指令。主存儲器304還包括一個或多個數(shù)據(jù)庫320，這些數(shù)據(jù)庫一般都包含包括等離子模型和輪廓模擬器中輸入變量、期望的輪廓、測試的表面輪廓和大約的初期測試值的輸入?yún)?shù)的測試值或過程值。
必須知道，盡管主存儲器304的模塊被分開介紹，這只是為了表達(dá)清楚的緣故。只要系統(tǒng)執(zhí)行所有的必要功能，它們在系統(tǒng)中以及系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)中是如何分布的則是無關(guān)緊要的問題。
試驗(yàn)的表面輪廓可由實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生，只要將一個或多個試驗(yàn)基底在等離子反應(yīng)器中經(jīng)歷試驗(yàn)過程并用諸如掃描電鏡測試所得到的表面輪廓方可，這是本領(lǐng)域人人皆知的事情。期望的和試驗(yàn)的表面輪廓可以以電子格式或圖形硬拷貝提供到硬件系統(tǒng)，在那兒圖像在與粗略的預(yù)測進(jìn)行數(shù)字比較之前被數(shù)字化儀322加工，數(shù)字化輪廓以二進(jìn)制信息流在總線300上傳輸?shù)街鞔鎯ζ?04的數(shù)據(jù)庫320，測試的表面輪廓將存儲在大容量存儲裝置302和數(shù)據(jù)庫320中。
正如前面所看到的，與本發(fā)明有關(guān)的主要任務(wù)的執(zhí)行是由分析模塊316指揮的。分析模塊316管理CPU 306的運(yùn)行，控制其與主存儲器304相互作用執(zhí)行提供包括初期表面輪廓模型中校準(zhǔn)的最佳測試值在內(nèi)的最終數(shù)學(xué)表面輪廓模型所必需的程序塊，以及根據(jù)最終表面輪廓模型和期望的表面輪廓通過進(jìn)一步加工確定管理適合在過程基底產(chǎn)生期望的輪廓的等離子過程順序的一個或多個輸入變量的過程值，或者通過向最終數(shù)學(xué)模型插入輸入變量的過程值而預(yù)測性地計算由過程值定義的等離子過程順序?qū)⒃谶^程基底上生成的過程表面輪廓。
根據(jù)另一個實(shí)施例，圖3所述的硬件系統(tǒng)可用來實(shí)現(xiàn)下述校準(zhǔn)程序?qū)⑤斎胱兞吭囼?yàn)值、任何固定的輸入?yún)?shù)的試驗(yàn)值和試驗(yàn)表面輪廓，如有必要，還有期望的表面輪廓和/或感興趣的過程值提供到數(shù)據(jù)庫320中，以便分析模塊416可以使用它們。或者采用另一種方式，模塊316可從大容量存儲裝置302或用戶界面318檢索任何一個試驗(yàn)值、粗略的初期值和試驗(yàn)表面輪廓數(shù)據(jù)以應(yīng)答用戶的指令，或者模塊316可按照預(yù)先確定的算法，根據(jù)輸入變量的試驗(yàn)值確定粗略的初期值。
通過分別執(zhí)行等離子模擬和輪廓模擬，模塊316可確立預(yù)測試驗(yàn)過程產(chǎn)生的輪廓的初期數(shù)學(xué)表面模型。模塊316存取試驗(yàn)表面輪廓，將其與初期數(shù)學(xué)表面輪廓模型比較，并根據(jù)某些預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)評價殘差。如果該殘差并不是十分小，分析模塊316將利用比較的結(jié)果來調(diào)整等離子模型和輪廓模擬器的試驗(yàn)值。新的試驗(yàn)值將保留在數(shù)據(jù)庫320中供再次重復(fù)模擬和比較程序塊。當(dāng)試驗(yàn)表面輪廓與粗略的預(yù)測十分相似時，這個最后一次重復(fù)所使用的試驗(yàn)值將存儲到數(shù)據(jù)庫320中作為最佳值。
分析模塊使用這種輸入變量的最佳值計算過程值，將得到的過程值載入等離子反應(yīng)器生產(chǎn)包括期望輪廓在內(nèi)的器件或上述的輪廓預(yù)測。
如果將計算工作分布到并列計算機(jī)或工作站網(wǎng)絡(luò)上，可使確定試驗(yàn)輪廓與模擬輪廓最佳擬合的自由參數(shù)的回歸分析的速度和效率得到提高。
因此，人們可以看到前面所述的方法代表一種極易擴(kuò)充的、有益的半導(dǎo)體器件等離子加工的方法。在此所使用的術(shù)語和表達(dá)只是描述術(shù)語，但決不局限于此，也絕無使用這些術(shù)語和表達(dá)而排除所顯示或描述的同類特征或其部分的意圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)，可能會有多種改進(jìn)，例如本發(fā)明的許多模塊可在使用適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)指令的通用計算機(jī)上，或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，或用作硬件線路或硬件-軟件混合組合的多處理器計算機(jī)(在這方面，例如等離子模擬和輪廓模擬是由專用的硬件元件執(zhí)行的)上實(shí)現(xiàn)。
圖4舉例說明計算材料類型、表面化學(xué)覆蓋、注入到特征輪廓表面部分的中性通量和離子通量的過程和方法，以便計算沿基底特征輪廓的刻蝕和堆積速率。該方法開始于400，在402，高能粒子軌道，如離子軌道，一直被跟蹤直至它們離開模擬域。等離子反應(yīng)器中的離子向放置在電極上的基底移動，當(dāng)離子遭遇基底表面時，它們不是被反射便是被吸收。通過集成高能粒子的運(yùn)動方程式和使用經(jīng)驗(yàn)的或發(fā)表的離子-壁相互作用的理論模型，軌道跟蹤便可建立起來。在404，將每種材料類型，例如硅，聚合物或堆積膜的每個表面部分的堆積能量項(xiàng)記錄下來供部位平衡模型和速率模型使用。通常離子通量是由等離子模型決定的。404的計算工作在圖5中有更加詳細(xì)的說明。
在406，沿特征表面每一部分的中性通量、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型的耦合量可同時和自相容地得到解決答案，因?yàn)槊恳环N數(shù)量都是與其它數(shù)量相互依存的，計算工作包括用每個方程式求解的耦合量的完整性和一致性的同時計算和多次核實(shí)。同時計算在圖5和6中有舉例說明。
在408，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的表面進(jìn)展算法對局部刻蝕和堆積速率以及新生部分類型進(jìn)行計算。確實(shí)，優(yōu)選的辦法是采用分析的方法來計算表面進(jìn)展，這樣細(xì)微的特征便可更加精確地分辨出來。在本領(lǐng)域所熟知的并能模擬細(xì)微特征細(xì)節(jié)，如尖角的一種這樣的方法是特征線法，也稱作激震前沿跟蹤算法。(參見例如S.Hamaguchi撰寫的“微電子應(yīng)用膜堆積的模擬”，薄膜，第22卷，81頁，S.Rossnagel(編者)，學(xué)術(shù)出版社，圣地亞哥，1996年；S.Hamaguchi，“Modeling of Film Deposition for Microelectronic Applications”，Thin Films，vol.22，p.81，S.Rossnagel，ed，Academic Press，San Diego，1996)。另一種方法是水平集法。(參見例如J.A.Sethian，水平集法幾何學(xué)，流體力學(xué)，計算機(jī)視覺和材料科學(xué)中的進(jìn)化界面，劍橋大學(xué)出版社，1996年；J.A.Sethian，Level Set MethodsEvolving Interfaces in Geometry，F(xiàn)luid Mechanics，ComputerVision，and Materials Science，Cambridge University Press 1996)。激震前沿跟蹤法模擬表面(如真空與固體間的界面層)為分段連續(xù)的線部分集，其中每一個的運(yùn)動速率都可計算出來。每一部分沿其獨(dú)立的、其它部分運(yùn)動的正常位置向前或后退的可能性為生成的表面提供了多種潛在的解決答案。為了避免多種解決達(dá)案，這些分析方法模擬線部分之間的點(diǎn)為沖擊(例如斜坡上的不連續(xù)性)，并恰當(dāng)?shù)馗欉@些沖擊的運(yùn)動。在410，該過程反復(fù)進(jìn)行直至過程在112完成。
圖5舉例說明包括中性通量、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型在內(nèi)的耦合量的計算。入射中性通量首先在500計算。圖6詳細(xì)說明入射中性通量的計算。
在502模塊，假定表面材料類型與該表面部分的材料和該堆積膜的材料類型相同，運(yùn)用前面計算的通量和部位平衡方程式就可求解每個表面部分上的表面化學(xué)覆蓋。在504，計算機(jī)檢查表面部分上的表面化學(xué)覆蓋是否收斂。注入到表面部分的入射中性通量的計算假定某個同樣依賴于表面材料類型的表面化學(xué)覆蓋。解部位平衡方程式可得到一個新的計算得到的表面化學(xué)覆蓋，然后用它來重新計算入射中性通量。再用新得到的入射中性通量再次解部位平衡方程式，將這種重復(fù)計算一直繼續(xù)下去直至中性通量和表面化學(xué)覆蓋在整個部位平衡模型中相互保持一致。這樣，對中性通量和部位平衡方程式不斷地進(jìn)行計算和求解直至每個表面部分上的表面化學(xué)覆蓋收斂。
定義特征輪廓的每個表面部分上的堆積膜的刻蝕速率在506可以進(jìn)行計算，刻蝕/堆積速率的代表式可用下列方程式表示刻蝕速率＝Rchemθetchant+Yionθetchant/ρdepositedfilm-SdepositorΓdepositor(方程式1)其中Rchem是反應(yīng)速率，θetchant是中性品種的化學(xué)覆蓋，Yion是離子產(chǎn)額項(xiàng)，ρdeposited film是堆積膜的密度，Sdepositor是堆積中性品種的黏附概率，Γdepositor是堆積中性品種的入射中性通量。
在508，計算機(jī)確定計算得到的刻蝕速率是否為負(fù)值，例如堆積。如果過程確定堆積業(yè)已發(fā)生，表面部分的材料類型在512設(shè)定為堆積膜。如果過程確定刻蝕速率為正值，例如刻蝕，表面部分的材料類型在510設(shè)定為下層材料類型。
在514檢查沿特征輪廓的每個表面部分的材料類型是否收斂。由于堆積膜的刻蝕速率在506的計算依賴于表面材料類型與該表面部分下層材料和堆積膜的材料的類型相同的假定，表面化學(xué)覆蓋也同樣依賴于該表面材料類型和中性通量。通過要么設(shè)定材料類型為在510的下層材料類型，要么為在512的堆積膜，材料類型便會發(fā)生改變，而過程則需要與前面確定的、同樣依賴于表面材料類型的中性通量和表面化學(xué)覆蓋保持一致的解決答案。決策塊514的作用是通過檢查材料類型是否收斂而保持這樣的一致性。一旦耦合量收斂，計算工作開始在508計算局部刻蝕和堆積速率。
圖6舉例說明中性通量的分析計算。該計算包括解下列方程式Γi=Γidirect+ΣiMijΓjreemission+ΣiTijΓj]]>其中∑Γi是入射到i部分的總通量，Γidirect是從等離子室直接到達(dá)i部分的通量，Гjreemission是因中性品種釋出或產(chǎn)生而導(dǎo)致的離開i部分的通量，M是定義為從影響i部分的j部分中發(fā)射的中性部分的矩陣，T是定義為入射到能反射和影響i部分的j部分的中性部分的透射矩陣。矩陣Γdirect，M和T都依賴于從每個離散的表面部分到等離子室和到其它離散表面部分的觀察角。
在600，選擇中性品種。在602，為每個中性品種計算其直接的通量。直接通量定義為直接從等離子室到達(dá)的、在特征表面上未在任何地方受到反射而入射到表面的通量。
在604，到達(dá)i部分的再發(fā)射的通量可定義從j部分再發(fā)射的通量用下式計算Γjreemission=Γjreemission from original material+Θdepositor on originalΓjreemission from film material]]>其中Θdepositor on original是堆積劑覆蓋的下層原始表面的部分。一個表面的再發(fā)射通量是依賴于表面覆蓋、表面材料類型和入射中性和離子通量分布的函數(shù)，影響再發(fā)射的參數(shù)可能在校準(zhǔn)輪廓模擬器期間已知或確定。膜材料定義為堆積劑品種聚集在表面而生成的物質(zhì)。
在606計算透射矩陣T。一個離子的反射概率等于1減去原始表面上的吸收概率減去原始表面上的堆積劑覆蓋乘以膜上的吸收概率。入射到表面的離子的吸收概率是依賴于表面覆蓋、表面材料類型和入射中性和離子通量分布的函數(shù)，影響吸收概率的參數(shù)可能在校準(zhǔn)輪廓模擬器期間已知或確定。膜材料定義為堆積劑品種聚集在表面而生成的物質(zhì)。
運(yùn)用上述方程式1可在608求解整個特征期間的入射中性通量。假約在610的所有中性通量還未計算出來，可在600選擇另一個中性品種，過程則從602重新開始。否則，過程將繼續(xù)到在502解部位平衡方程式。
圖7舉例說明通量與特征表面的相互作用，從而導(dǎo)致求出表面上化學(xué)覆蓋和/或相關(guān)中性品種的濃度以及計算的刻蝕和堆積速率的解。關(guān)于圖7，Γiincident是表面部分第i個品種的總?cè)肷渫浚reflected是從表面反射的第i個品種的部分入射通量，Γireemitted是化學(xué)反應(yīng)和/或被諸如離子的加速品種高能轟擊期間再發(fā)射的第i個品種的通量?？偲饋碚f，Γireflected和Γireemitted是依賴于表面上的化學(xué)覆蓋或濃度，依賴于中性和離子的入射通量分布，還依賴于表面材料類型、表面溫度和反應(yīng)速率常數(shù)。下層基底表面與N個活性中性品種反應(yīng)生成的下層基底表面部位的總占有可用θ0，θ1，θ2...θN部分來表示。與N個活性中性品種反應(yīng)生成的、負(fù)責(zé)部分表面上膜材料宏觀生長的、由堆積品種覆蓋的部分表面上的表面部位總占有可用η0，η1，η2...ηN部分表示。用來計算這些表面收斂值的方程式可能依賴于覆蓋本身、中性和高能離子品種的入射通量分布、晶片的溫度和反應(yīng)速率。
計算暴露材料的刻蝕速率和膜材料的刻蝕或堆積速率的方程式可用圖7顯示的適當(dāng)材料上的化學(xué)覆蓋、中性和高能離子品種的入射通量分布、晶片的溫度和反應(yīng)速率常數(shù)表達(dá)。這些速率可用來反復(fù)地最后改進(jìn)特征表面，從而預(yù)測特征輪廓的演化。
在每個部分被每種中性類型的覆蓋都要計算二次。第一組覆蓋θ可根據(jù)該部分的材料類型是原始/下層材料的假定計算出來，第二組η則是依據(jù)堆積膜下層部分的類型的假定而得。這些覆蓋用來計算刻蝕/堆積速率、發(fā)射速率以及下層和膜材料類型的各自吸收概率。在計算中性通量運(yùn)輸時，一個部分則被視為這兩種材料類型的線性組成物，其中假定為膜類型的部分表面是由堆積劑覆蓋在下層/原始材料上形成的。
運(yùn)用笛卡爾坐標(biāo)和粒子速度3個自由度到粒子速度3個空間自由度和3個自由度的方位角對稱柱面坐標(biāo)外推特征輪廓的描述也可增強(qiáng)等離子反應(yīng)器過程的模擬。
雖然本發(fā)明的實(shí)施例和應(yīng)用業(yè)已顯示和介紹，在本領(lǐng)域中從本次公開而獲得裨益的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，除了上面提及的改進(jìn)之外，可能還有其它許多改進(jìn)也不違背本發(fā)明所擁有的觀點(diǎn)。因此，除了附加的權(quán)利要求精神之外，本發(fā)明是不受限制的。
權(quán)利要求
1.一種等離子室，特征在于，其包括一個室；一個第一電源；一個第二電源；一個供氣排氣裝置；一個置于所述室頂部的電感器，該電感器與所述的第一電源耦聯(lián)；一個位于所述室內(nèi)部的電極，該電極與所述的第二電源耦聯(lián)；一個與所述第一電源耦聯(lián)的第一電源控制器；一個與所述第二電源耦聯(lián)的第二電源控制器；一個與所述供氣排氣裝置耦聯(lián)的壓力控制器；和一個與所述第一電源控制器、所述第二電源控制器和所述壓力控制器耦聯(lián)的計算機(jī)；其中，所述計算機(jī)預(yù)測性地計算出等離子過程順序?qū)⒃诨咨仙傻谋砻孑喞?；所述計算機(jī)跟蹤高能粒子；所述計算機(jī)記錄所述高能離子的離子通量多重性；所述計算機(jī)同時為中性通量、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型的多重性求解，和所述計算機(jī)根據(jù)所述離子通量多重性、所述中性通量多重性、所述表面化學(xué)覆蓋和所述表面材料類型計算出局部刻蝕速率和局部堆積速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子室，其特征在于，所述的同時為所述的中性通量多重性、所述的表面化學(xué)覆蓋和所述的表面材料類型的求解進(jìn)一步包括計算中性通量的多重性；為部位平衡方程式的自相容多重性求解；計算堆積膜的刻蝕速率；調(diào)整所述表面材料類型到所述堆積膜或一個下層材料類型；和重復(fù)所述的計算、求解、調(diào)整直至所述的中性通量多重性、所述表面化學(xué)覆蓋和所述表面材料類型相互自相容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子室，其特征在于，所述計算中性通量多重性進(jìn)一步包括選擇中性品種；計算所述中性品種的直接通量分布；計算所述中性品種的再發(fā)射通量；計算所述中性品種的透射矩陣；為所述中性品種的中性通量求解；和重復(fù)所述的選擇、所述計算直接通量分布、所述計算再發(fā)射矩陣、所述計算、所述求解另一個中性品種直至所有的中性品種均被選擇到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子室，其特征在于，還進(jìn)一步包括一個與所述計算機(jī)耦聯(lián)的并行計算機(jī)或工作站網(wǎng)絡(luò)，供分發(fā)回歸分析的計算作業(yè)使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子室，其特征在于，所述計算機(jī)利用三維坐標(biāo)系跟蹤所述的高能粒子。
6.一種操作等離子室的方法，特征在于，其包括計算一個等離子過程順序?qū)⒃诨咨仙傻倪^程表面輪廓；和根據(jù)所述等離子過程順序加工所述的基底；其中，所述的計算包括跟蹤高能粒子；記錄所述高能粒子的離子通量的多重性；同時為中性通量多重性、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型求解；和根據(jù)所述離子通量的多重性、所述中性通量多重性、所述表面化學(xué)覆蓋和所述表面材料類型計算局部刻蝕速率和局部堆積速率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作等離子室的方法，其特征在于，所述的同時為所述的中性通量多重性、所述的表面化學(xué)覆蓋和所述的表面材料類型求解包括計算中性通量的多重性；為所述部位平衡方程式的自相容多重性求解；計算堆積膜的刻蝕速率；調(diào)整所述的表面材料類型到所述的堆積膜或下層材料類型；和重復(fù)所述的計算、求解、調(diào)整直至所述的中性通量多重性、所述的表面化學(xué)覆蓋和所述的表面材料類型相互自相容。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作等離子室的方法，其特征在于，所述計算所述中性通量的多重性進(jìn)一步包括選擇一個中性品種；計算所述中性品種的直接通量分布；計算所述中性品種的再發(fā)射通量；計算所述中性品種的透射矩陣；為所述中性品種的中性通量求解；和重復(fù)所述的選擇、所述計算直接通量分布、所述計算再發(fā)射矩陣、所述計算、所述為另一個中性品種求解直至所有中性品種均被選擇到。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作等離子室的方法還進(jìn)一步包括將所述的求解和計算分發(fā)到并行計算機(jī)或工作站網(wǎng)絡(luò)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作等離子室的方法還進(jìn)一步包括運(yùn)用三維坐標(biāo)系跟蹤所述的高能粒子。
全文摘要
一種增強(qiáng)過程和輪廓模擬器算法的方法，其可預(yù)測一個特定等離子過程將生成的表面輪廓。首先，高能粒子被跟蹤，然后，這種高能粒子產(chǎn)生的離子通量被記錄下來。根據(jù)同時求解的中性通量、表面化學(xué)覆蓋和表面材料類型便可計算出局部刻蝕速率和局部堆積速率。
文檔編號H01L21/3065GK1812048SQ20051009882
公開日2006年8月2日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者戴維·克奧波, 維訶迪·維迪 申請人:Lam研究有限公司