[发明专利]以非重叠方式施加频率和匹配调谐以处理衬底的系统和方法

说明书

描述了用于以不重叠方式施加频率和匹配调谐的系统和方法。例如，在一时间间隔调谐射频(RF)产生器，而在该时间间隔内不调谐阻抗匹配。在调谐RF发生器之前或之后，调谐阻抗匹配。RF产生器和阻抗匹配的调谐中的这种不重叠有助于在脉冲期间降低反射功率，而RF发生器的调谐不会干扰阻抗匹配的调谐。

技术领域

本发明的实施方案涉及用于以非重叠方式施加频率和匹配调谐以处理衬底的系统和方法。

背景技术

在一些等离子体处理系统中，射频(RF)信号被提供至等离子体室内的电极。RF信号被用于在等离子体室内产生等离子体。等离子体被用于各种操作，例如清理放置在下电极上的衬底、蚀刻衬底等。在利用等离子体处理衬底期间，RF信号是脉冲式的。

本发明中所描述的实施方案就是在该背景下产生的。

发明内容

本发明的实施方案提供了用于以非重叠方式施加频率和匹配调谐以处理衬底的系统、设备、方法和计算机程序。应理解，本发明的实施方案能够以各种方式实现，例如以处理、设备、系统、装置、或计算机可读介质上的方法实现。下面将说明一些实施方案。

脉冲等离子体在等离子体蚀刻工业中被积极地使用。在脉冲等离子体下，选择性、轮廓控制和蚀刻速率的改善均得到提高。在脉冲模式下，RF产生器的射频(RF)波形输出为大致矩形或矩形，每个脉冲的开始处都有峰值。峰值的幅值和持续时间取决于等离子体化学成分、条件和RF产生器的结构。RF产生器允许用户设置持续时间和功率电平，直至产生器的最大输出。然而，有时，持续时间和功率电平的设置导致点火问题，例如功率电平不足导致等离子体点火的缺乏，或者在高功率状态下时间过多导致对晶片的过度蚀刻。这是因为在使用基于真空电容器的阻抗匹配时，阻抗匹配调谐为固定的等离子体阻抗。但是，在脉冲等离子体中，等离子体阻抗在整个脉冲中都在变化。频率调谐足够快以调谐脉冲内的等离子体阻抗，但是，频率调谐受限于其调谐范围，并且在有限的阻抗空间内进行调谐。如果在频率调谐的同时使用阻抗匹配，则用于调谐RF产生器的RF频率的频率调谐算法和用于调谐阻抗匹配的调谐算法之间的相互作用通常会由于不必要的频率或匹配调谐而导致反射功率的振荡。

通过在脉冲的开始处使用频率调谐，在每个点火瞬变期间的反射功率的持续时间被最小化，并且在脉冲的其余部分期间调谐阻抗匹配。通过将脉冲主动分解为频率调谐时间段和匹配调谐时间段，可以使用两种等离子体阻抗调谐方法，而不会互相干扰。例如，在不调谐阻抗匹配的时间间隔期间调谐RF产生器的频率，在不调谐频率的时间间隔期间调谐阻抗匹配。频率调谐和阻抗匹配调谐之间的间隔有助于实现脉冲到脉冲的可重复性。RF产生器通过在每个脉冲期间分别施加频率调谐和匹配调谐来产生具有从脉冲到脉冲的一致性的RF波形。RF波形能以在每个脉冲的开始的限定的时间以及以限定的高功率在从脉冲到脉冲重复，该高功率是峰值功率，其超过了RF产生器的连续波最大功率。因此，由RF产生器产生RF波形的侧向“T”形包络，其不仅有助于点火，而且减小了离子角分布并增加了峰值离子能量，以允许高深宽比蚀刻。

脉冲的限定时间也可以在RF产生器处由RF产生器通过计算朝RF产生器反射的功率的反射系数以及减小速率来自动确定。通过计算朝RF产生器反射的功率的反射系数和减小速率，确定等离子体点火的发生并自动控制峰值。例如，减少峰值以使其停止。

在一些实施方案中，在脉冲的开始执行RF产生器的频率调谐，并且在脉冲的结束执行阻抗匹配调谐。因此，即使同时使用了频率调谐和阻抗匹配调谐，它们也保持彼此隔开(clear)，并且不会同时相互作用。通常，随着脉冲中时间的流逝，等离子体阻抗变得更加稳定。因此，如果阻抗匹配对出现峰值的脉冲的点火部分中的等离子体阻抗变化不可见，则阻抗匹配将看到相对稳定的等离子体阻抗，并且将能够对其进行调谐而不会带来太大麻烦。但是，每个脉冲的开始都会看到非常大的反射功率峰值，其如果足够高，则会导致RF产生器折回并且无法提供预期的功率。通过在脉冲开始时启用频率调谐并在匹配调谐开始之前将频率调谐为固定频率，将反射功率峰值降至最低。