[发明专利]通过使用耦合环内的电极来控制边缘区域中的离子的方向性的系统和方法

说明书

本发明涉及通过使用耦合环内的电极来控制边缘区域中的离子的方向性的系统和方法。描述了用于控制等离子体室内的边缘区域处的离子通量的方向性的系统和方法。系统中的一种包括：被配置为产生RF信号的射频(RF)发生器、耦合到RF发生器的用于接收RF信号以产生经修改的RF信号的阻抗匹配电路、以及等离子体室。等离子体室包括边缘环和耦合环，耦合环位于边缘环下方并且耦合到第一阻抗匹配电路以接收经修改的RF信号。耦合环包括电极，电极在电极和边缘环之间产生电容，以在接收到经修改的RF信号时控制离子通量的方向性。

技术领域

本实施方式涉及通过使用耦合环内的电极来控制等离子体室的边缘区域中的离子的方向性的系统和方法。

背景技术

等离子体系统用于控制等离子体工艺。等离子体系统包括多个射频(RF)源、阻抗匹配和等离子体反应器。将工件放置在等离子体室内部，并且等离子体在等离子体室内产生以处理该工件。

重要的是以类似或均匀的方式处理工件。为了以类似或均匀的方式处理工件，控制与等离子体反应器相关联的各种参数。例如，重要的是在工件的处理过程中控制离子通量的方向性。方向性的控制有助于提高蚀刻速率并达到工件特征的一定高宽比。

对于以均匀的方式处理工件，重要的是同时维持等离子体室的各种部件的寿命。通过将RF功率应用于某些组件，组件磨损更快，并且不会撑过其寿命。此外，由于这种磨损，这些部件不利地影响离子通量的方向性，这对工件的处理的均匀性产生不利影响。

正是在这种背景下，出现了在本公开中描述的实施方式。

发明内容

本公开的实施方式提供了用于通过使用耦合环内的电极来控制等离子体室的边缘区域中离子的方向性的装置、方法和计算机程序。应当理解，本实施方式可以以许多方式来实现，例如，工艺、装置、系统、硬件或计算机可读介质上的方法。下面描述几个实施方式。

由于蚀刻晶片处的轮廓角或倾斜与蚀刻速率之间的折衷，难以在晶片的边缘处满足工艺规范。蚀刻速率取决于晶片边缘处的离子通量和用于处理晶片的一种或多种工艺气体的化学性质，例如混合物、类型等。到达晶片的边缘处的离子通量是进入等离子体鞘(plasma sheath)的离子通量和等离子体鞘在边缘处的形状的函数。离子聚焦效应是晶片上方的晶片等离子体鞘厚度和边缘环上方的边缘环等离子体鞘厚度的差异的函数，该函数控制超过晶片边缘的等离子体鞘。重要的是，保持超过晶片边缘的均匀等离子体密度，并且最小化晶片等离子体鞘和边缘环等离子体鞘之间的差异，以提高蚀刻速率并保持轮廓角度为约90度(例如，介于89.5度和90.5度之间、介于89度和91度之间等)。另外，期望控制边缘环的磨损，使得边缘环持续其寿命(例如大于500小时等)使用。

在一些实施方式中，提供了用于独立控制与边缘环相关联的等离子体参数的旋钮(knob)。通过将电动电极嵌入耦合环中并且向电极提供射频(RF)功率或者通过经由可变阻抗RF滤波器将电极耦合到地来提供该旋钮。RF功率的提供有时被称为向电极提供有源功率(active power)，并且在经由可变阻抗将电极耦合到地有时被称为向电极提供无源功率(passive power)。上电极步进位置、边缘环高度和形状、边缘环耦合材料等都没有被优化以控制等离子体参数。然而，在一些实施方式中，除了向电极提供有源或无源功率以控制等离子体参数之外，还控制上电极步进位置、边缘环高度和形状和/或边缘环材料。

在各种实施方式中，描述了用于改善晶片边缘的性能的电容耦合的RF供电的边缘环。通过改变耦合到边缘环的有源或无源功率的量，控制等离子体在边缘区域处的等离子体密度、边缘区域处的等离子体的鞘均匀性、边缘区域处的等离子体的蚀刻速率均匀性、以及晶片在边缘区域中被蚀刻的倾斜。没有直接向边缘环提供RF或直流(DC)功率。功率到边缘环的电容耦合降低(例如消除，等等)边缘环的材料和用于将功率直接传递到边缘环的RF馈送部分之间形成任何电弧的机会。