[发明专利]将等离子体参数预期值转换为腔室参数值的反应器控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过根据数个等离子体参数的预期值来控制数个腔室参数在等离子体反应器腔室中处理晶圆的方法。

背景技术

在微电子电路制造中使用的等离子体反应器可以刻蚀或沉积半导体衬底上的薄膜层。在等离子体反应性离子刻蚀工艺中，刻蚀速率、离子密度。晶圆电压和晶圆电流是控制刻蚀选择性、晶圆加热、刻蚀条纹、离子轰击损伤、刻蚀终止、特征尺寸和其他效果的关键。所述控制随着特征尺寸减小和器件密度增加而变得越来越重要。主要的问题在于用于测量刻蚀速率、离子密度、晶圆电压和晶圆电流的现有技术趋于非常不精确(就晶圆电压来说)或者在总结处理时必须通过检查测试工件或晶圆来执行(就刻蚀速率来说)。似乎没有精确的技术来“实时”测量这些参数(即，在晶圆处理期间)。因此，在处理当前工件之前必须基于通过处理腔室中的其他工件而获得的先前结果选择等离子体反应器控制参数(源功率、偏置功率、腔室压力、气体流速等)。一段已经选择每个反应器控制参数的目标值以实现预期刻蚀速率或预期晶圆电压或预期离子密度，在整个工艺步骤期间目标值必须保持相同，并且所有的努力为了保持所选的目标值。如果例如，其中一个控制参数的所选目标值不预期地导致偏移所需处理参数(例如，刻蚀速率)，直到当前工件已经被处理并随后检查后才将发现所述误差，由此由于该误差而不能保留当前工件或晶圆。因此，工业通常在材料和时间上受到大量损失。

相关的问题在于等离子体工艺发展和设计落后且低效，原因在于源功率、偏置功率、腔室压力等的反应器控制参数的优选目标值的发现依赖于长期的反复试验方法。诸多反应器控制参数的目标值选择(例如，源功率、偏置功率、腔室压力等)以实现在特定晶圆电流下(以控制晶圆加热)以及在特定晶圆电压下(以控制离子碰撞损伤)和特定离子密度(以控制刻蚀选择性，例如)的特定刻蚀速率是多重问题。为获得工艺参数的预期目标值，不同反应器控制参数之间的相互依赖或独立不为人所知，反复试验过程以找到反应器控制参数(源功率、偏置功率、腔室压力)的最佳目标值复杂且耗时。因此，在无耗时的反复试验过程下不可能优化或改变工艺参数的目标值(例如，刻蚀速率，等)。因此，实时等离子体工艺控制或管理看起来不可能。

发明内容

本发明涉及一种通过根据数个等离子体参数来控制数个腔室参数的处理等离子体反应器中的晶圆的方法。该方法包括将M个等离子体参数的一组M个预期值同时转换为各个N个腔室参数的一组N个值。M个等离子体参数选自包括晶圆电压、离子密度、刻蚀速率、晶圆电流、刻蚀选择性、离子能量和离子质量的组。N个腔室参数选自包括源功率、偏置功率、腔室压力、内磁铁线圈电流、外磁铁线圈电流、内区气体流速、外区气体流速、内区气体组成、外区气体组成的组。该方法进一步包括将N个腔室参数设定为一组N个值。

附图说明

图1示出了等离子体反应器和用于其的测量仪器；

图2示出了由测量仪器应用的等离子体反应器的电学模型；

图3示出了图1的测量仪器的结构；

图4示出了图3的测量仪器的输入相处理器；

图5示出了图3的测量仪器中的传输线转换处理器；

图6示出了图3的测量仪器中的网格到地转换处理器；

图7示出图3的测量仪器中的网格到晶圆的转换处理器；

图8示出图3的测量仪器中的组合转换处理器；

图9示出用于包括图3的测量仪器的等离子体反应器的工艺反馈控制系统；

图10示出工艺反馈控制系统的替代实施方式；

图11示出图3的测量仪器、恒定等高线产生器和在系统中与等离子体反应器连接的工艺设定点控制器；

图12、13和14示出由图11的系统产生的恒定性能参数值的不同等高线；

图15示出在恒定参数值的不同曲线的交叉处找到最优操作点的方法；

图16示出图11的系统中的工艺设定点控制器；

图17、18和19示出通过图11的系统中的等高线产生器的工艺设定点控制器执行的各个操作；

图20示出在100mT的腔室压力下恒定晶圆电压、恒定刻蚀速率的等高线和恒定离子密度的等高线的覆盖图；

图21示出在30mT的腔室压力下恒定晶圆电压、恒定刻蚀速率的等高线和恒定离子密度的等高线的覆盖图；

图22示出在70mT的腔室压力下恒定晶圆电压、恒定刻蚀速率的等高线和恒定离子密度的等高线的覆盖图；

图23示出在150mT的腔室压力下恒定晶圆电压、恒定刻蚀速率的等高线和恒定离子密度的等高线的覆盖图；