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    • 专利摘要:
    一種基板處理程序期間利用一機械式RF匹配件以自動方式執行功率匹配的方法。該方法包含提供該基板處理程序的複數參數，其中該複數參數至少包含一學習循環的預定次數。該方法亦包含設定該機械式RF匹配件以操作於一機械調諧模式。該方法更包含提供一第一組指令至該基板處理程序，以將快速交替處理（RAP）步驟之一預定數量的循環忽略不計。該方法也包含在該機械調諧模式操作該機械式RF匹配件該預定次數之學習循環。該方法又進一步包含決定一組最佳電容值。此外，該方法包含提供一第二組指令至一功率產生器，以操作於一頻率調諧模式。
    公开号:TW201324609A
    申请号:TW101124107
    申请日:2012-07-04
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Arthur H Sato
    申请人:Lam Res Corp；
    IPC主号:H01J37-00
    专利说明:
    以自動方式決定電容值之方法與其系統
    本發明係關於功率匹配的方法與系統，特別是一種基板處理程序期間以自動方式執行功率匹配的方法。
    電漿已經長期被使用於處理基板(例如晶圓或平板)以生產電子產品(例如積體電路或平板顯示器)。在電漿處理時，可將製程氣體注入一腔室且加以激發而形成電漿，以將一塗層沉積於該基板上、或濺鍍或蝕刻該基板。在若干製程中，特別是涉及矽層之深蝕的製程，存在各種的蝕刻技術，其交替進行蝕刻及沉積子步驟，以更非等向性地執行蝕刻(例如更垂直地形成溝槽的側壁或開口)。
    這些技術其中一者係快速交替處理(RAP,Rapid Alternating Process)製程，該製程在蝕刻期間交替進行蝕刻和沉積循環。在RAP製程中，對交替的沉積和蝕刻循環使用不同的製程參數。這些製程參數可包含例如不同的化學品、壓力、偏壓、TCP(感應線圈)電壓等等。該等交替的循環典型上執行成一個沉積循環之後跟隨一蝕刻循環，且接著進行一沉積循環，諸如此類。整體的複合蝕刻步驟可包含數百或甚至數千的這些交替的循環。
    當該等循環由沉積改變成蝕刻(或反之亦然)時，存在一過渡階段，期間腔室參數的暫態造成執行功率匹配的挑戰。如該技術領域所熟知的，可利用天線(例如感應線圈)、RF產生器、及匹配網路在感應腔室中產生電漿。該匹配網路係用以確保所傳輸的功率與負載匹配，以將反射功率最小化，藉此將至負載的功率傳輸最大化。
    一般而言，機械式RF匹配件傾向使用可調電容器，其電容值可加以改變，以達成功率匹配。這種操作模式此處稱為機械調諧模式。在循環之間的過渡階段期間，一般用以執行功率匹配的機械式RF匹配件，可能難以處理快速變動的暫態參數。此外，由於特定的RAP蝕刻步驟可能包含數百或甚至數千交替的循環，機械調諧模式(即藉由改變可調電容器設定之功率匹配)易於相當快速地耗損該可調電容。由於這些問題，頻率調諧已被提出，以執行使用機械式RF匹配網路之電漿處理系統之中的功率匹配。
    在頻率調諧中，將在機械式RF匹配網路中的電容器固定於若干值，且RF電源改變RF訊號的頻率，以匹配傳送至負載的功率。由於所傳送的功率一般包含至少兩個分量(例如實部及虛部)，因此通常使用兩個可調電容器。
    然而，為了將利用頻率調諧之功率匹配最佳化，可調電容器之每一者必須固定於若干值，其對所使用的特定配方和/或一特定腔室之特定狀態加以最佳化。若將機械式RF匹配件的電容器設定於對於所使用的配方和/或所牽涉電漿處理系統之特性的該等匹配件之最佳值，可使藉由頻率調諧之功率匹配更有效率。
    在習知技術中，在執行頻率調諧之前用於固定或設定在機械式RF匹配件中的可調電容器之決定電容值的程序，通常包含手動且費力的試誤法。舉例來說，在一特定腔室中可能處理複數樣本基板多次，以建立一矩陣。一旦完成該複數樣本基板的處理，可由該矩陣取得可調電容器的最佳電容值。在取得或決定最佳電容值之後，這些電容值可用以設定可調電容器的位置，藉此將可調電容器的值設定在由習知技術程序所決定的最佳值。
    然而，習知技術電容值決定程序的手動、費力、且耗時的本質，對系統基板生產率有不良影響。再者，由於牽涉到人為操作，該程序通常容易出錯。因此，由於執行習知技術電容值決定程序係相當高成本且耗時的，可調電容器的值通常係僅預先決定一次，且接著用以進行多個基板操作。
    然而，已發現腔室狀態並非隨時間推移而保持不變。例如腔室偏移(chamber drift)(舉例來說，由於例如聚合物沉積，基板與基板間腔室狀態改變的狀況)之現象，造成對批量中的第一個基板所發現的最佳可調電容值，對該批量中的第N個基板並非最佳。因此，第一個基板的蝕刻結果不同於第N個基板的蝕刻結果，因而影響蝕刻製程的可重複性及最終產品的品質。
    此外，需要在取得最佳電容值之前處理複數樣品基板之習知技術電容值決定程序的手動、費力、且耗時的方法，也幾乎不可能在長的遞增/減式(ramped)RAP步驟中間即時地決定電容值。在遞增/減式RAP步驟中，在執行RAP步驟時，一個以上參數可能改變。舉例而言，當蝕刻進行得越來越深進入基板上的一層以產生一深的溝槽，且利用RAP步驟的交替循環對該溝槽交替地蝕刻和沉積，在RAP步驟開始時所存在的蝕刻最佳參數會不同於在RAP步驟的第N個循環的蝕刻最佳參數。為確保良好的蝕刻，在長的遞增/減式RAP步驟期間腔室參數(例如壓力、偏壓功率、氣體混合物等等)可能被改變。這些腔室參數的改變需要對功率匹配加以修正，由於在遞增/減式RAP步驟開始時所設定的電容值在遞增/減式RAP步驟的第N個循環可能不再是最佳的，因此需要修正可調電容值的設定。
    理想上，可調電容值可在正要改變可調電容值設定之前加以確定。如所提及，長的遞增/減式RAP步驟可能需要多個電容值設定改變以因應狀態改變。然而，由於習知技術程序需要中斷目前的RAP步驟、開啟腔室且進行複數樣本基板操作、及由該樣品基板操作取得最佳可調電容值，因此不可能複製存在於RAP步驟中間一特定循環之狀態以促進發掘RAP步驟中間該特定循環之最佳可調電容值。
    鑒於以上所述，需要增進的、更有效率的、且更自動化的程序，發掘電漿處理系統中頻率調諧/功率匹配應用之機械式RF匹配網路的可調電容器之最佳值。
    在一個實施例中，本發明係關於一種基板處理程序期間利用一機械式RF匹配件以自動方式執行功率匹配的方法。該方法包含提供該基板處理程序的複數參數，其中該複數參數至少包含一學習循環的預定次數。該方法亦包含設定該機械式RF匹配件以操作於一機械調諧模式。該方法更包含提供一第一組指令至該基板處理程序，以將快速交替處理(RAP)步驟之一預定數量的循環忽略不計。該方法也包含在該機械調諧模式操作該機械式RF匹配件該預定次數之學習循環。該方法又進一步包含決定一組最佳電容值。此外，該方法包含提供一第二組指令至一功率產生器，以操作於一頻率調諧模式。
    上述發明說明係僅關於此處所揭露的本發明許多實施例的其中之一，且不限定本發明的範圍，該範圍係於此處申請專利範圍中加以闡述。本發明的這些特徵與其他特徵，將在以下圖示及本發明說明書中更詳細地描述。
    現在將參照如隨附圖式所述之本發明的若干實施例，詳細地描述本發明。在以下說明中，描述數個特定實施例，以促進對本發明的完整理解。然而，熟習此技術者明白，本發明可在沒有若干或全部這些特定細節的狀況下加以實施。此外，對眾所周知的製程步驟和/或結構不再詳細描述，以免不必要地混淆本發明。
    以下描述各種實施例，包含方法和技術。吾人應記住，本發明亦可包含製品(article of manufacture)，其包含電腦可讀媒體，其中儲存用於執行發明技術實施例的電腦可讀指令。該電腦可讀媒體可包含例如半導體、磁性、光磁、光學、或其他形式的用於儲存電腦可讀碼的電腦可讀媒體。此外，本發明亦可包含用於實行本發明實施例的裝置。此裝置可包含電路(專用的和/或可程式的)，以執行關於本發明實施例之工作。此裝置的範例包含通用型電腦和/或適當編程之專用運算裝置，且可包含適用關於本發明實施例之各種工作的電腦/運算裝置和專用/可程式化電路的組合。
    本發明的實施例係關於在執行包含頻率調諧(例如RAP蝕刻步驟)之製程步驟時在機械式RF批配件中以自動方式決定電容值得方法和系統。在本發明一個以上實施例中，操作者可指定上至三個值以啟動製程。第一個值(其可能為選擇性的)係關於在自動最佳電容值決定(AOCVD)程序的開始時忽略不計之循環的數量。這個步驟係用以因應在AOCVD程序開始前任何可能暫態，該等暫態可能於功率啟動時存在或由於必須忽略不計之其他原因而可能存在。
    第二個指定值係關於在執行電容值記錄時在機械調諧模式中所進行的循環的數量。指定的循環數量期間所記錄的電容值接著加以平均，以取得各個電容器的最佳電容值。第三個指定值(其可為選擇性的)係關於在RF電源啟動頻率調諧後中RF匹配件在機械調諧模式可持續進行之循環數量。
    一旦由操作者提供這些值，該方法首先忽略在AOCVD程序開始之前如操作者所提供之數量的循環。在一個以上實施例中，被忽略不計之循環的數量可能由零到五，且較佳為由零到二。
    接下來機械式RF匹配件係操作於機械調諧模式。在機械調諧模式期間，試圖將通常作為機械式RF匹配之電容值與傳輸至負載的功率匹配。將機械調諧模式執行於由操作者所指定的預定數量之循環期間。在一個以上實施例中，在機械調諧模式中所執行的學習循環的數量，可能由三至十五，且較佳為由五到十。
    在機械調諧模式中進行RF機械式RF匹配的時間期間，將關於電容器(通常兩個電容器)的位置(或值)的資料加以記錄或儲存。在已經進行預先決定數量之循環之後，AOCVD程序可計算各個電容器的平均電容器位置/值。一旦平均電容器位置/值已經決定，接著將指令發送至RF電源以操作於頻率調諧模式。在若干實例中，以與RF電源的頻率調諧模式重疊的方式，機械式RF匹配件可能持續操作於機械調諧模式下。重疊循環的數量係由操作者所決定，且為在製程開始時所輸入的第三個值。在許多實例中，重疊循環值可小至零，意味可將機械調諧模式關閉且系統立即轉換至頻率調諧模式。在一個以上實施例中，重疊循環的數量可由零到五，且較佳為由零到二。
    參照以下圖示和探討，可較佳地理解本發明實施例的特徵和優點。
    圖1顯示典型的電感耦合電漿處理腔室102，包含一腔室封閉容器104。圖1顯示RF產生器106，其經由TCP匹配網路110和TCP同軸電纜112提供RF功率至天線108。TCP匹配網路110的目的係將反射功率最小化且將由RF產生器106至天線108的功率傳輸最大化。
    基板120係配置於ESC(靜電)夾盤122的頂部。實際上，利用適當的絕緣體結構(習知的，且在圖1中未描述)將ESC夾盤122與腔室封閉容器104的其餘部分隔離。ESC夾盤122利用偏壓RF產生器130以RF功率加以偏壓，該RF產生器130經由偏壓匹配網路132和偏壓RF功率同軸電纜134提供偏壓RF能量至ESC夾盤122。
    氣體配送系統150可包含例如貯氣瓶之一個以上氣體來源，其與歧管、閥等等結合。氣體配送系統150係用以經由埠152和噴淋頭裝置154提供製程來源氣體(例如來源蝕刻劑和/或沉積氣體)至腔室102的內部容積。在處理期間，製程來源氣體在腔室102內部被RF產生器106和/或偏壓RF產生器130點燃而成為電漿以處理基板120。
    TCP匹配網路110係作為機械式RF匹配網路，且可使用例如相位/強度感測器以偵測所傳送的RF訊號的相位和強度。在機械調諧模式中，TCP匹配網路110可使用該相位和強度資訊，以經由適當的邏輯電路系統或經由軟體計算匹配可調電容器的最佳值。
    若使用腔室102於RAP製程，RF產生器106典型上係一產生器，其可操作於固定頻率模式(例如13.56兆赫(Megahertz)或其他適合的RF頻率)或於頻率調諧模式(可變頻率模式)，藉以提供不同的RF頻率以執行功率匹配功能。在一個實行範例中，當RF產生器106操作於RF頻率調諧模式時，一個以上功率感測器可偵測所傳輸和反射的功率，且可試圖最小化被反射的功率，以最大化對負載之傳輸。
    圖2顯示根據本發明實施例之執行自動最佳電容值決定(AOCVD)程序所需之步驟。圖2之AOCVD程序可執行於RAP步驟的開始，或者可在單一RAP步驟期間執行多次，以因應參數遞增/減(parameter ramping)或腔室偏移的狀況。
    在步驟202中，作為輸入配方之參數的程序的一部分，操作者可輸入上至三個值。操作者可輸入在啟動AOCVD程序之前忽略不計的循環的數量、AOCVD程序本身循環的數量、及在RF電源已經啟動頻率調諧之後機械式RF匹配件能夠以與RF電源重疊的方式持續運作的循環的數量。
    在步驟204中，設定機械式RF匹配件(圖1的106)以操作於機械調諧模式，且將RF產生器(圖1的110)操作於例如13.56兆赫或其他適合頻率之固定頻率模式。
    在步驟206中，程序開始於將如操作者在步驟202中所指示數量之RAP步驟的循環忽略不計。在步驟208中，機械式RF匹配件於機械調諧模式操作在步驟202中所指定學習循環數量。在步驟208期間，將相關於可調匹配電容器的值或可調匹配電容器的位置之資料加以記錄和儲存。
    在步驟210中，將在步驟202中所指定數量的學習循環期間電容器位置或電容值加以平均。接著將經計算之平均電容位置或值載入為機械式RF匹配網路之可調電容器的預設值。
    在步驟212中，將一指令由機械式RF匹配件發送至RF產生器，以指示RF產生器改變至頻率調諧模式。在步驟214中，在如由操作者在步驟202中所指定之數量的重疊循環(或持續時間)，TCP機械式RF匹配件可持續運作於機械調諧模式。若將零指定作為重疊時間或作為重疊循環的數量，機械式RF匹配件由機械調諧模式至固定模式之轉變可為即時的，且與RF產生器由固定頻率模式改變至可變頻率模式同時以實施頻率調諧。
    在步驟214中，亦可發送一指令以將RF匹配可調電容器設定於在步驟210中經計算之預設位置。之後，製程持續運作於頻率調諧模式(步驟216)，直到下一次再度需要AOCVD程序為止，這可能是在下一個RAP步驟的開始或在現在的RAP步驟期間。
    由前述可理解，本發明的實施例，在將RF產生器由固定操作模式切換至頻率調諧模式之前，將決定RF匹配可調電容器之最佳值的程序自動化，俾以有助於功率匹配。藉由將決定機械式RF匹配可調電容器的最佳電容值的程序自動化，消除在習知技術中決定電容值所需之耗時且費力的程序。
    由於可在每個RAP步驟的開始或甚至在RAP步驟期間以自動方式決定最佳可調電容器值，本發明實施例能夠較佳地處理腔室偏移(腔室狀態在基板與基板間變化)。無論一特定的配方僅需要單一RAP步驟或多個RAP步驟(其可能與非RAP步驟交錯)，本發明實施例是有幫助的。因此，縱使由一個RAP步驟到下個RAP步驟間(或甚至在執行一RAP步驟中間)腔室狀態改變，在不需要停止該RAP步驟、或停止基板處理並移除基板以進行測試樣本基板操作的狀態下，可無困難地決定可調匹配電容器的最佳值。
    此外，隨著配方變得更複雜且可能在RAP步驟中間涉及參數遞增/遞減，可在RAP步驟中間即時執行的自動最佳電容值決定程序，能夠在不需要停止RAP步驟且移除基板以進行樣本基板操作的狀況下，較佳地將經由功率匹配的頻率調諧模式至負載之功率傳輸加以最佳化。
    雖然已經以數個較佳實施例描述本發明，仍存在有落入本發明範圍之變化、置換、和均等物。舉例來說，雖然使用電感耦合腔室及更具體而言之TCP(變壓耦合電漿)腔室以幫助說明書中之探討，本發明亦適用於其他型式的電漿腔室，例如電容耦合腔室(單一或多RF頻率)、微波、ECR等等。雖然此處提供各種的範例，對於本發明這些範例係例示性而非限制性。
    此外，此處之「發明名稱」和「發明內容」，係僅為便利而提供，且不應用以解釋此處申請專利範圍之範疇。再者，摘要係以高度簡略型式撰寫且為便利而提供於此處，且因此不應用以解讀或限制整個發明，本發明係在申請專利範圍之中加以表達。若在此處使用術語「組(set)」，此術語係具有其通常被理解的數學意義，其包含零、一、或大於一成員。也應該注意的是，存在許多替代方式實行本發明的方法和裝置。因此，以下隨附申請專利範圍應解釋為包含落入本發明的真正精神和範圍之內的所有此等變化、置換、和均等物。
    102‧‧‧電漿處理腔室
    104‧‧‧腔室封閉容器
    106‧‧‧RF產生器
    108‧‧‧天線
    110‧‧‧TCP匹配網路
    112‧‧‧TCP同軸電纜
    120‧‧‧基板
    122‧‧‧ESC(靜電)夾盤
    130‧‧‧偏壓RF產生器
    132‧‧‧偏壓匹配網路
    134‧‧‧偏壓RF功率同軸電纜
    150‧‧‧氣體配送系統
    152‧‧‧埠
    154‧‧‧噴淋頭裝置
    202‧‧‧步驟
    204‧‧‧步驟
    206‧‧‧步驟
    208‧‧‧步驟
    210‧‧‧步驟
    212‧‧‧步驟
    214‧‧‧步驟
    216‧‧‧步驟
    為了作為範例而非加以限制，在隨附圖式中的圖形中描述本發明，其中相同的參考符號表示相同的元件，且其中：圖1顯示一個典型的電感耦合電漿處理腔室，包含一腔室封閉容器；及圖2顯示根據本發明之實施例，執行自動最佳電容值決定(AOCVD)程序所需之步驟。
    202‧‧‧步驟
    204‧‧‧步驟
    206‧‧‧步驟
    208‧‧‧步驟
    210‧‧‧步驟
    212‧‧‧步驟
    214‧‧‧步驟
    216‧‧‧步驟
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種功率匹配方法，其在電漿處理系統中基板處理程序期間，利用一機械式RF匹配件，以自動方式執行功率匹配，該方法包含：提供該基板處理程序複數參數，其中該複數參數至少包含一學習循環的預定次數；設定該機械式RF匹配件以操作於一機械調諧模式；提供一第一組指令至該基板處理程序，以將快速交替處理(RAP)步驟之一預定數量的循環忽略不計；在該機械調諧模式操作該機械式RF匹配件該預定次數之學習循環；決定一組最佳電容值；及提供一第二組指令至一功率產生器，以操作於一頻率調諧模式。
    [2] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，更包含：指定該組最佳電容值至該機械式RF匹配件的一組可調電容器；及在已進行一預定數目的重疊循環時，終止該機械調諧模式。
    [3] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，其中該功率產生器係一RF電源。
    [4] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，其中該決定該組最佳電容值的步驟包含：在該基板處理程序期間收集資料，其中該資料至少包含關於一組可調電容器的一組值，及基於所收集的該資料，計算一平均值。
    [5] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，其中該功率匹配方法係執行於一RAP步驟的開始。
    [6] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，其中該功率匹配方法係動態地執行於一RAP步驟期間。
    [7] 如申請專利範圍第1項的功率匹配方法，其中該電漿處理系統係一電感耦合電漿處理系統。
    [8] 一種製品，包含具有體現於其中之電腦可讀碼的程式儲存媒體，該電腦可讀碼係用於在一電漿處理系統中基板處理程序期間以自動方式執行功率匹配，該電腦可讀碼包含：提供該基板處理程序複數參數的程式碼，其中該複數參數至少包含一學習循環的預定次數；設定該機械式RF匹配件以操作於一機械調諧模式的程式碼；提供一第一組指令至該基板處理程序以將配方和參數(RAP)步驟之一預定數量的循環忽略不計的程式碼；在該機械調諧模式操作該機械式RF匹配件該預定次數之學習循環的程式碼；決定一組最佳電容值的程式碼；及提供一第二組指令至一功率產生器，以操作於一頻率調諧模式的程式碼。
    [9] 如申請專利範圍第8項的製品，更包含：指定該組最佳電容值至該機械式RF匹配件的一組可調電容器的程式碼；及在已進行一預定數目的重疊循環時，終止該機械調諧模式的程式碼。
    [10] 如申請專利範圍第8項的製品，其中該功率產生器係一RF電源。
    [11] 如申請專利範圍第8項的製品，其中該決定該組最佳電容值的程式碼包含：在該基板處理程序期間收集資料的程式碼，其中該資料至少包含關於一組可調電容器的一組值，及基於所收集的該資料，計算一平均值的程式碼。
    [12] 如申請專利範圍第8項的製品，其中該功率匹配係執行於一RAP步驟的開始。
    [13] 如申請專利範圍第8項的製品，其中該功率匹配係動態地執行於一RAP步驟期間。
    [14] 一種功率匹配方法，其在電漿處理系統中基板處理程序期間，利用一機械式RF匹配件，以自動方式執行功率匹配，該方法包含：提供該基板處理程序複數參數，其中該複數參數至少包含一學習循環的預定次數；之後，設定該機械式RF匹配件以操作於一機械調諧模式；之後，設定一功率產生器以操作於一固定頻率模式；之後，提供一第一組指令至該基板處理程序，以將快速交替處理(RAP)步驟之一預定數量的循環忽略不計；之後，在該機械調諧模式操作該機械式RF匹配件該預定次數之學習循環；之後，決定一組最佳電容值；及之後，提供一第二組指令至一功率產生器，以自該固定頻率模式切換至一頻率調諧模式。
    [15] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，更包含：指定該組最佳電容值至該機械式RF匹配件的一組可調電容器；及之後，在已進行一預定數目的重疊循環時，終止該機械調諧模式。
    [16] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，其中該功率產生器係一RF電源。
    [17] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，其中該決定該組最佳電容值的步驟包含：在該基板處理程序期間收集資料，其中該資料至少包含關於一組可調電容器的一組值，及之後，基於所收集的該資料，計算一平均值。
    [18] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，其中該功率匹配方法係執行於一RAP步驟的開始。
    [19] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，其中該功率匹配方法係動態地執行於一RAP步驟期間。
    [20] 如申請專利範圍第14項的功率匹配方法，其中該電漿處理系統係一電感耦合電漿處理系統。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/177,620|US8828259B2|2011-07-07|2011-07-07|Methods for automatically determining capacitor values and systems thereof|
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