用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本文所描述的各種實施方式涉及用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]將等離子體激發(fā)場施加到真空室的區(qū)域以等離子體處理工件是已知的。通常通過該室中的一對上下電極或者該室中的一個電極和位于該室外部的線圈將等離子體激發(fā)場供應到該區(qū)域。處理區(qū)域形成在上電極和下電極之間。處理區(qū)域耦合到被所述場轉(zhuǎn)變成處理等離子體的氣體。工件通常是半導體晶片，或者介電板，而等離子體被用于在工件上形成集成電路特征。真空室中的等離子體通常干法蝕刻工件，但在一些情況下會導致材料沉積在工件上。
[0003]隨著工件的尺寸持續(xù)增大且隨著處理區(qū)域的尺寸持續(xù)增大，對等離子體處理工件的各種參數(shù)的精確控制的需求增大。
[0004]在該背景下提出了本公開的各種實施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]隨著等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的等離子體室內(nèi)的工件和/或處理區(qū)域的尺寸增大，控制等離子體邊緣區(qū)域的等離子體變得重要。在一實施方式中，等離子體邊緣區(qū)域形成在等離子體產(chǎn)生裝置的上電極延伸部和等離子體產(chǎn)生裝置的下電極延伸部之間。對等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體的這種控制通過控制施加到等離子體邊緣區(qū)域的RF信號的電壓幅度來實現(xiàn)。等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度利用對該RF信號的電壓幅度的控制進行控制。
[0006]在一實施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電場的上電極和用于產(chǎn)生所述電場的下電極。該系統(tǒng)進一步包括圍繞所述上電極的一部分的一或多個上絕緣環(huán)以及圍繞所述下電極的一部分的下絕緣環(huán)。該系統(tǒng)還包括圍繞所述一或多個上絕緣環(huán)的一部分的上電極延伸部以及圍繞所述下絕緣環(huán)的一部分的下電極延伸部。等離子體中心區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極和所述下電極之間。此外，所述等離子體邊緣區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極延伸部和所述下電極延伸部之間。該系統(tǒng)進一步包括用于產(chǎn)生施加到所述上電極延伸部的第一射頻信號的控制電路。在一些實施方式中，所述等離子體邊緣區(qū)域位于工件的周界之外，該工件的一部分在所述等離子體中心區(qū)域中。
[0007]在一些實施方式中，當所述上電極延伸部與所述控制電路的無源元件耦合時，所述上電極與接地裝置耦合。此外，在所述上電極延伸部與所述控制電路的某有源元件或另一有源元件耦合時，所述上電極與所述控制電路的所述某有源元件耦合。
[0008]在另一實施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生施加到上電極延伸部的第一射頻信號的控制電路。所述上電極延伸部不是(otherthan)等離子體室的上電極。所述等離子體邊緣區(qū)域形成在所述等離子體室的所述上電極延伸部和下電極延伸部之間。
[0009]在各種實施方式中，所述控制電路包括有源元件或無源元件。所述無源元件在所述上電極與接地裝置耦合時與所述上電極延伸部耦合。此外，所述有源元件在其與所述上電極延伸部耦合時或在不同的有源元件與所述上電極延伸部耦合時與所述上電極耦合。
[0010]在一些實施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的方法。該方法包括通過上電極延伸部接收與等離子體邊緣區(qū)域的耦合(coupling)。所述等離子體邊緣區(qū)域位于等離子體區(qū)域內(nèi)。所述等離子體邊緣區(qū)域位于上電極延伸部和下電極延伸部之間。所述等離子體區(qū)域包括形成在上電極和下電極之間的等離子體中心區(qū)域。該方法進一步包括產(chǎn)生射頻信號并將所述射頻信號施加到所述上電極延伸部。所述射頻信號的施加包括施加從有源元件在所述上電極從相同的該有源元件或者不同的有源元件接收功率時產(chǎn)生的射頻信號。此外，當所述上電極與接地裝置耦合時，所述射頻信號的施加包括施加受無源元件控制的射頻信號。
[0011]從接下來的附圖，結(jié)合附隨的詳細描述，本文所描述的系統(tǒng)和各種方法的優(yōu)點會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0012]圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)的一部分的視圖。
[0013]圖1B是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的圖1的系統(tǒng)的其余部分的視圖。
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于控制RF信號的電壓的系統(tǒng)的俯視圖，該RF信號提供到等離子體的部分的頂鞘。
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。
[0018]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。
[0019]圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。
[0020]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖示在類似于上電極延伸部和下電極延伸部的電極處接收的RF信號之間的鎖相和所述RF信號的相位的相位差以及圖示在電容有所改變的頂鞘處接收的RF信號的電壓幅度的變化的不同圖形。
[0021]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的圖示當施加到上電極延伸部和下電極延伸部的RF信號同相時上電極延伸部和下電極延伸部之間的電子的運動的不同圖形。
【具體實施方式】
[0022]在接下來的描述中，許多具體細節(jié)被闡述以便提供對本發(fā)明的各種實施方式的透徹理解。但是，對本領域技術人員而言，顯而易見的是，本發(fā)明的一些實施方式可在沒有這些具體細節(jié)中的一些的情況下實施。另一方面，已知的工藝操作和實施細節(jié)沒有被詳細描述以免不必要地模糊本發(fā)明的實施方式。
[0023]圖1A是用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)102的一部分的實施方式的視圖而圖1B是系統(tǒng)102的其余部分的實施方式的視圖。如圖1B中所示，氣體源103包括流過上電極組件105(見圖1A)中的一或多個開口到包括等離子體中心區(qū)域和等離子體邊緣區(qū)域的等離子體區(qū)域中的一或多種氣體。在一實施方式中，C-罩125的內(nèi)壁164形成等離子體區(qū)域的邊緣以將等離子體約束在等離子體區(qū)域內(nèi)。C-罩125由半導體制成且電接地。氣體的示例包括氫氣、氮氣、氧氣、氨氣、三氟化氮氣體以及氟化銨氣體。應當注意，“接地”或“與接地電壓耦合”在本文中可交換使用。此外，接地電壓是零電壓或非零參考電壓。而且，在一些實施方式中，“與......耦合”表示與......電耦合。
[0024]上電極組件105包括氣體分配板101、上電極104、第一層119和第二層121。在各種實施方式中，第一層119是介電層，比如由氮化鋁或其它介電材料制成的層。第一層119位于氣體分配板101和第二層121之間。在一些實施方式中，上電極組件105包括任意數(shù)量的層。在一實施方式中，上電極組件105排除了第二層121。在一實施方式中，上電極104由諸如硅或碳化硅之類的半導體制成。在一實施方式中，第二層121是加熱器，由金屬制成，通過施加傳導經(jīng)由第一層119和氣體分配板101加熱上電極104。在一些實施方式中，第二層121接收來自AC電源(未圖示)的交流電(AC)或來自DC電源(未圖示)的直流電(DC)以產(chǎn)生熱。此外，第二層121接地以提供來控制上電極104的溫度。加熱器和氣體分配板的各種實施方式在美國專利N0.7，712，434中進行了描述，該專利在此通過參考整體并入。
[0025]工件93，比如晶片襯底，被置于下電極108的頂上。在一實施方式中，工件93具有大于下電極108的直徑的直徑。在一些實施方式中，工件93具有小于或等于下電極108的直徑的直徑。在一實施方式中，工件93包括涂在晶片襯底上的介電層，且該介電層的一部分被等離子體蝕刻掉。在一些實施方式中，材料層通過等離子體被沉積在工件93上。在各種實施方式中，工件93包括晶片以及該晶片中和/或該晶片上所構建的一或多個微電子器件。
[0026]參考圖1B，控制器107控制一或多個射頻(RF)源128、130和132以發(fā)送一或多個RF信號給組合器134。此處所使用的控制器是處理器和存儲設備的組合。在一些實施方式中，處理器是微處理器、中央處理器(CPU)、專用集成電路(ASIC)、或者可編程邏輯器件(PLD) ?存儲設備包括只讀存儲器(ROM)、隨機訪問存儲器(RAM)、或者它們的組合。注意，RF信號是電壓信號或電流信號。應當注意，雖然圖1B中示出了三個RF源，但在一些實施方式中，可使用任意數(shù)量的RF源。
[0027]在一實施方式中，控制器107發(fā)送信號給RF源以指示RF源的操作的頻率和/或電壓幅度。RF源的操作的頻率確定由RF源產(chǎn)生的信號的頻率，而RF源的操作的電壓幅度確定RF源的電壓幅度。在一些實施方式中，RF源是RF振蕩器。
[0028]繼續(xù)參考圖1B，組合器134組合由RF源128、130和132中的一或多個產(chǎn)生的RF信號以產(chǎn)生組合RF信號110。在一實施方式中，組合器134合計RF信號109、111和113中的一或多個以產(chǎn)生組合RF信號110。組合器134的進一步討論在美國專利申請公布2005/0264218中提供，該申請在此通過參考整體并入。RF信號109由RF源128產(chǎn)生，RF信號111由RF源130產(chǎn)生，而RF信號113由RF源132產(chǎn)生。在一實施方式中，RF信號109具有2兆赫茲(MHz)的頻率，RF信號111具有27MHz的頻率，而RF信號113具有60MHz的頻率。在一些實施方式中，RF信號109具有約