等離子體系統、等離子體處理方法以及等離子體刻蝕方法與流程

對相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年12月23日向韓國知識產權局提交的第10-2015-0185181號韓國專利申請的優先權，該韓國專利申請的內容通過引用整體并入于此。

本發明構思的示例實施例涉及一種用于制造半導體設備的系統以及用于制造半導體器件的方法。更具體地，本發明構思的示例實施例涉及一種等離子體刻蝕系統和等離子體刻蝕方法。

背景技術：

通常，執行若干單元處理以制造半導體器件。單元處理通常包括沉積處理、光刻處理、刻蝕處理、離子注入處理以及拋光處理。刻蝕處理可以被分類為干法刻蝕處理和濕法刻蝕處理。干法刻蝕處理可以主要地使用包括自由基和離子的等離子體來執行。射頻(rf)功率可以用于從被供給到腔室中的反應氣體來產生自由基和離子。

技術實現要素：

本發明構思的一些實施例提供了一種等離子體系統，被配置為允許使用脈沖等離子體進行的刻蝕處理中的刻蝕速度與使用連續波等離子體進行的刻蝕處理中的刻蝕速度相同。

本發明構思的一些實施例提供了一種等離子體處理方法，其能夠防止或抑制離子轟擊現象對非目標層的損壞。

根據本發明構思的方面，一種等離子體系統可以包括：源電極，被配置為在殼體中生成等離子體；射頻(rf)源功率生成單元，被配置為生成要被提供到源電極的rf源功率；rf源功率輸出單元，連接在源電極與rf源功率生成單元之間，該rf源功率輸出單元被配置為響應于第一輸出控制信號來將rf源功率轉換為第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且將第一rf源功率和第二rf源功率之一輸出到源電極；以及源功率輸出管理單元，被配置為基于關于第一rf源功率的幅度的信息來確定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率輸出單元施加第一輸出控制信號，該第一輸出控制信號被用于根據所確定的幅度和所確定的占空比來輸出第二rf源功率。

根據本發明構思的方面，一種等離子體系統可以包括：源電極，被配置為在殼體中生成等離子；rf功率生成單元，被配置為生成要被提供到源電極的rf源功率；功率模式選擇單元，連接在rf功率生成單元與源電極之間，該功率模式選擇單元被配置為響應于第一控制信號來選擇是否將rf源功率轉換為第一rf源功率和第二rf源功率之一；rf源功率輸出單元，連接在功率模式選擇單元與源電極之間，該rf源功率輸出單元被配置為響應于第二控制信號來將rf源功率轉換為第一rf源功率和第二rf源功率之一并且將第一rf源功率和第二rf源功率之一輸出到源電極；以及源功率輸出管理單元，被配置為向功率模式選擇單元施加用于確定要被施加到源電極的第一rf源功率和第二rf源功率之一的第一控制信號，以基于關于第一rf源功率的幅度的信息來確定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率輸出單元施加第二控制信號，該第二控制信號用于基于所確定的幅度和所確定的占空比來輸出第二rf源功率。

根據本發明構思的方面，一種等離子體處理方法可以包括：向源電極輸出第一rf源功率以在殼體中生成連續波等離子體；從輸入信號獲得層的刻蝕速率，該輸入信號包含關于通過連續波等離子體的自由基和離子所刻蝕的層的刻蝕時間和厚度的信息，以及關于離子的復合時間的信息；基于關于其幅度與刻蝕速率成比例的第一rf源功率的信息來計算第二rf源功率的幅度和占空比；以及向源電極施加具有所計算的幅度和所計算的占空比的第二rf源功率，以生成脈沖等離子體反應并且對層進行刻蝕。

根據本發明構思的方面，一種等離子體系統可以包括：腔室單元，包括殼體、在殼體上的源電極以及在殼體內部底部表面上的偏置電極；反應氣體供給單元，被配置為將反應氣體供給到殼體內；以及rf源功率供給單元，連接到源電極，該rf源功率供給單元被配置為向反應氣體施加rf源功率以在殼體中生成等離子體。該rf源功率供給單元可以包括：rf源功率生成單元，被配置為生成rf源功率；rf源功率輸出單元，連接在源電極與rf源功率生成單元之間，該rf源功率輸出單元被配置為響應于第一輸出控制信號來將rf源功率轉換為第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且向源電極輸出第一rf源功率和第二rf源功率之一；以及源功率輸出管理單元，被配置為基于關于第一rf源功率的幅度的信息來確定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率輸出單元施加第一輸出控制信號，該第一輸出控制信號被用于根據所確定的幅度和所確定的占空比來輸出第二rf源功率。

在一些實施例中，終點(end-point)檢測器被配置為檢測在其中使用等離子體對層進行刻蝕的刻蝕處理的終點。源功率輸出管理單元從終點檢測器接收反饋輸入信號和層厚度信號并且計算層的刻蝕速率，以及反饋輸入信號包含關于刻蝕處理的終點的信息并且層厚度信號包含關于層的厚度的信息。

根據本發明構思的方面，一種等離子體系統包括：源電極，被配置為在殼體中生成等離子體；rf源功率生成單元，被配置為生成要被提供到源電極的rf源功率；脈沖rf源功率輸出單元，連接在源電極與rf源功率生成單元之間，該脈沖rf源功率輸出單元被配置為響應于第一控制信號來將rf源功率轉換為脈沖rf源功率并且將脈沖rf源功率輸出到源電極；以及源功率輸出管理單元，被配置為向脈沖rf源功率輸出單元施加第一控制信號，該第一控制信號用于調整脈沖rf源功率的脈沖周期以使得脈沖周期短于等離子體中的自由基的壽命并且長于等離子中的離子的壽命。

根據本發明構思的方面，一種等離子體處理方法可以包括：在殼體中提供基底，在該基底上順序地堆疊非目標結構和刻蝕目標層；以及從被供給到非目標結構上的反應氣體中誘導(induce)脈沖等離子體并且使用脈沖等離子體來對刻蝕目標層進行刻蝕。脈沖等離子體可以被誘導為具有短于反應氣體中的自由基的壽命并且長于反應氣體中的離子的壽命的脈沖時段。

根據本發明構思的方面，一種等離子體系統包括：腔室單元，包括殼體、源電極以及偏置電極；rf源功率供給單元，連接到源電極，該rf源功率供給單元被配置為向反應氣體施加rf源功率以在殼體中生成等離子體；以及rf偏置功率供給單元，由源功率輸出管理單元所控制，該rf偏置功率供給單元被配置為向偏置電極供給rf偏置功率。rf源功率供給單元包括：rf源功率輸出單元，被配置為響應于第一輸出控制信號來將rf源功率轉換為第一rf源功率和第二rf源功率之一，并且將第一rf源功率和第二rf源功率之一輸出到源電極；以及源功率輸出管理單元，被配置為基于關于第一rf源功率的幅度的信息來確定第二rf源功率的幅度和占空比，并且向rf源功率輸出單元施加第一輸出控制信號，該第一輸出控制信號被用于根據所確定的幅度和所確定的占空比來輸出第二rf源功率。

附圖說明

如在附圖中所示，根據對本發明構思的優選實施例的更加具體的描述，本發明構思的前述和其他特征和有點將是明顯的，在附圖中，貫穿不同的視圖相同的附圖標記指代相同的部件。附圖不必按照比例，替代地，當示出本發明構思的原理時，對其施加強調。

圖1是示出根據本發明構思的一些實施例的等離子體系統的圖。

圖2是示出圖1的rf源功率的曲線圖。

圖3是示出圖1的rf偏置功率的曲線圖。

圖4是示出圖2的連續波(cw)rf源功率和圖3的cwrf偏置功率的曲線圖。

圖5是示出圖2的脈沖rf源功率和圖3的脈沖rf偏置功率的曲線圖。

圖6是示出圖1的基底和等離子體的橫截面視圖。

圖7是示出根據本發明構思的一些實施例的、圖1的rf源功率供給單元和rf偏置功率供給單元的框圖。

圖8是示出根據本發明構思的一些實施例的、圖7的第二rf源功率輸出單元的框圖。

圖9是示出根據本發明構思的一些實施例的、圖7的源功率輸出管理單元的等離子體處理方法的流程圖。

圖10是示出關于刻蝕目標層具有相同的刻蝕速率的cwrf源功率的能量以及脈沖rf源功率的能量的曲線圖。

圖11是示出圖10中的脈沖rf源功率的脈沖頻率的曲線圖。

圖12是示出離子的轟擊現象的橫截面視圖。

圖13是示出圖10的刻蝕目標層的刻蝕速率與脈沖rf源功率之間的關系的曲線圖。

圖14是示出圖11的非目標結構的刻蝕速率與脈沖rf偏置功率的脈沖頻率之間的關系的曲線圖。

圖15是示出根據本發明構思的一些實施例的、使用圖1的等離子體系統可以執行的等離子體刻蝕方法的流程圖。

具體實施方式

圖1是示出根據本發明構思的一些實施例的等離子體系統100的圖。

參考圖1，等離子體系統100可以包括，例如，感應耦合等離子體(icp)刻蝕系統。可替換地，等離子體系統100可以包括，例如，電容耦合等離子體(ccp)刻蝕系統、物理氣相沉積系統或化學氣相沉積系統。在一些實施例中，等離子體系統100可以包括腔室單元10、恒定電壓供給單元20(即，靜態電壓供給單元)、氣體供給單元30、終點檢測器34、射頻(rf)源功率供給單元40以及rf偏置功率供給單元50。基底w可以被提供在腔室單元10中。恒定電壓供給單元20可以向腔室單元10提供恒定電壓v。可以使用恒定電壓v將基底w緊固到腔室單元10。氣體供給單元30可以被配置為將反應氣體32供給到腔室單元10中。例如，氣體供給單元可以通過輸入端或開口將反應氣體32供給到腔室單元10中。反應氣體32可以被供給到基底w上。rf源功率供給單元40可以被配置為向腔室單元10施加rf源功率41。rf源功率41可以被配置為從反應氣體32生成等離子體60。等離子體60可以被用于激活反應氣體32，并且從而允許反應氣體32具有更高的反應度。rf偏置功率供給單元50可以被配置為向腔室單元10施加rf偏置功率51。rf偏置功率51可以被施加為允許等離子體60集中在基底w上或之上的區域內。等離子體60可以被用于按照干法刻蝕方式來對基底w進行刻蝕。終點檢測器34可以被用于檢測用于對基底w的刻蝕處理的處理終點。因此，對在目標層之下的非刻蝕目標層的損壞可以最小化。

腔室單元10可以包括，例如，殼體12、靜電吸盤(chuck)14、源電極16以及偏置電極18。基底w可以被提供在殼體12中。殼體12可以被提供為包圍靜電吸盤14和偏置電極18。靜電吸盤14可以被布置在殼體12的內部底部表面上。靜電吸盤14可以被配置為允許基底w被加載到其上。源電極16可以被提供在基底w之上。例如，源電極16可以被提供在殼體12上。在一些實施例中，源電極16可以被布置在殼體12中。即，源電極16可以被布置在殼體12的上表面上。源電極16可以包括多個源電極。例如，源電極16可以被布置在用于反應氣體32的輸入端周圍。基底w可以與殼體12的豎直側壁間隔開。靜電吸盤14的側壁和源電極可以在基本上水平的方向上延伸超出基底w的側壁。偏置電極18可以被提供在殼體12與靜電吸盤14之間。

恒定電壓供給單元20可以連接到靜電吸盤14。可以通過從恒定電壓供給單元20所供給的恒定電壓將基底w緊固到靜電吸盤14。在一些實施例中，恒定電壓供給單元20可以被配置為生成約10v至1000v的恒定電壓，并且將恒定電壓供給到靜電吸盤14。rf偏置功率51可以被施加到偏置電極18。

氣體供給單元30可以被配置為將反應氣體32供給到殼體12中。反應氣體32可以被用于對基底w進行刻蝕。在一些實施例中，反應氣體32可以包括，例如，氫氣(h2)。在一些實施例中，反應氣體32可以包括，例如，碳氫化合物，例如，甲烷(ch4)。

rf源功率供給單元40可以連接到源電極16。rf源功率供給單元40可以被配置為向源電極16施加rf源功率41。被施加到源電極16的rf源功率41可以被用于從反應氣體32生成等離子體60。在一些實施例中，rf源功率41可以具有例如約13.5mhz的頻率。

圖2是示出圖1的rf源功率41的示例的曲線圖。

參考圖2，rf源功率41可以包括連續波(cw)rf源功率71和脈沖rf源功率73。圖2的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖2的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。cwrf源功率71的強度或幅度可以隨時間恒定。脈沖rf源功率73的強度或幅度可以隨時間改變。例如，可以在給定的時間段內采用一脈沖強度來施加脈沖rf源功率73。

參考圖1和圖2，cwrf源功率71可以通過源電極16被施加到殼體12，以在殼體12中生成等離子體。術語“cw等離子體”可以被用于指代通過cwrf源功率71所生成的等離子體。脈沖rf源功率73也可以被用于在殼體12中生成等離子體。術語“脈沖等離子體”可以被用于指代通過脈沖rf源功率73所生成的等離子體。

參考圖1，rf偏置功率供給單元50可以連接到偏置電極18。rf偏置功率供給單元50可以被配置為向偏置電極18施加rf偏置功率51。偏置電極18可以被用于將等離子體60集中在基底w上或之上的區域內。例如，rf偏置功率51可以具有約13.5mhz的頻率。

圖3是示出圖1的rf偏置功率51的示例的曲線圖。圖3的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖3的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。

參考圖3，rf偏置功率51可以包括cwrf偏置功率75和脈沖rf偏置功率77。cwrf偏置功率75的強度或幅度可以隨時間恒定。脈沖rf偏置功率77可以隨時間改變，即，可以在給定的時間段內采用一脈沖強度來施加脈沖rf偏置功率77。

參考圖1，rf偏置功率供給單元50可以連接到rf源功率供給單元40。在一些實施例中，rf源功率供給單元40可以被配置為向rf偏置功率供給單元50輸出同步控制信號scs。同步控制信號scs可以被用于同時地向源電極16施加rf源功率41并且向偏置電極18施加rf偏置功率51。

圖4是示出圖2的cwrf源功率71和圖3的cwrf偏置功率75的曲線圖。圖4的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖4的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。

參考圖1和圖4，當cwrf源功率71被從rf源功率供給單元40施加到源電極16時，cwrf偏置功率75可以被從rf偏置功率供給單元50施加到偏置電極18。cwrf源功率71和cwrf偏置功率75可以基本上同時地被分別地施加到源電極16和偏置電極18。cwrf源功率71和cwrf偏置功率75可以被生成為具有彼此不同的幅度。例如，cwrf源功率71的幅度可以大于cwrf偏置功率75的幅度。

圖5是示出圖2的脈沖rf源功率73和圖3的脈沖rf偏置功率77的曲線圖。圖5的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖5的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。

參考圖1和圖5，當脈沖rf源功率73被從rf源功率供給單元40施加到源電極16時，脈沖rf偏置功率77可以被從rf偏置功率供給單元50施加到偏置電極18。脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以基本上同時地被分別地施加到源電極16和偏置電極18。脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以被生成為具有彼此不同的幅度。例如，脈沖rf源功率73的幅度可以大于脈沖rf偏置功率77的幅度。在一些實施例中，脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以以不同的相位被施加。例如，脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以以交替的方式被分別地施加到源電極16和偏置電極18。當脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77被分別地施加到源電極16和偏置電極18時，脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以彼此異相。即，當脈沖rf源功率73未被施加到源電極16時，脈沖rf偏置功率77可以被施加到偏置電極18，如圖5所示。在一些實施例中，當脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77被分別地施加到源電極16和偏置電極18時，脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77可以彼此同相。

參考圖1，等離子體60可以包括，例如，從反應氣體32所產生的自由基62和離子64。自由基62和離子64可以被用于例如通過化學反應來對基底w進行刻蝕。自由基62中的每個可以包含構成反應氣體32的原子中的至少一種。例如，自由基62中的每個可以包括氫原子(h)。自由基62可以具有約1毫秒至100毫秒的平均壽命。

離子64中的每個可以包含從反應氣體32所生成的正離子。例如，離子64中的每個可以是氫離子(h⁺)或包括氫離子(h⁺)。等離子體60還可以包含與離子64分離的自由電子(未示出)。作為自由電子與離子64之間的復合的結果，離子64的平均壽命可以短于自由基62。離子64的平均壽命可以為從約1微秒到約100微秒的范圍。

圖6是示出圖1的基底w和等離子體60的橫截面視圖。

參考圖6，等離子體60中的自由基62——例如，(h)——和離子64——例如，(h⁺)——可以被用于對基底w上的刻蝕目標層66進行刻蝕。刻蝕目標層66可以被提供在非目標結構68上。例如，非目標結構68可以被布置在基底w與刻蝕目標層66之間。

可以使用等離子體60中的自由基62和離子64通過各向異性的刻蝕處理來刻蝕或移除刻蝕目標層66。可替換地，可以通過各向同性的刻蝕處理來移除刻蝕目標層66。在一些實施例中，刻蝕目標層66，例如，可以由防反射涂覆材料中的至少一個形成或包括防反射涂覆材料中的至少一個。在一些實施例中，刻蝕目標層66可以包括掩膜層。例如，刻蝕目標層66可以由有機材料中的至少一個(例如，光阻材料)形成或包括有機材料中的至少一個(例如，光阻材料)。

非目標結構68可以被布置在基底w與刻蝕目標層66之間。在一些實施例中，非目標結構68可以包括下層圖案67和上層圖案69。下層圖案67可以被布置在上層圖案69與基底w之間。刻蝕目標層66可以被形成在上層圖案69的上表面上，沿著上層圖案69和下層圖案67的側壁并且沿著基底w的被暴露的上表面。例如，下層圖案67可以包括鰭式場效應晶體管(fin-fet)的溝道或有源圖案。下層圖案67可以包括，例如，鍺化硅(sige)。上層圖案69可以被布置在下層圖案67上。例如，上層圖案69可以包括犧牲保護(sacrificialprotection)層。在一些實施例中，上層圖案69可以包括，例如，氮化硅(si3n4)。當對刻蝕目標層66執行刻蝕處理時，上層圖案69可以保護下層圖案67的頂部表面免受自由基62和離子64。盡管未示出，但是可以通過，例如，各向的同性刻蝕方法來刻蝕或移除上層圖案69。例如，可以通過濕法刻蝕方法來刻蝕或移除上層圖案69。在刻蝕處理之后，柵極絕緣層和柵極電極可以形成在下層圖案67上。下層圖案67和柵極電極可以用作finfet的元件。在下部圖案67的頂部表面被損壞的實施例中，下部圖案67可以導致finfet的操作故障，例如，在開關操作中。

參考圖1和圖6，終點檢測器34可以被提供在腔室單元10的殼體上或附近。終點檢測器34可以被配置為檢測要對刻蝕目標層66所執行的刻蝕處理的終點。例如，終點檢測器34可以包括光電二極管或光傳感器。終點檢測器34可以被配置為感測從腔室單元10所發射的光的顏色或頻譜的改變，在該腔室單元10中，刻蝕目標層66和非目標結構68在等離子體60中被刻蝕。終點檢測器34可以被配置為檢測刻蝕處理的終點，在下文中被稱為終點。例如，在順序地對刻蝕目標層66和非目標結構68進行刻蝕的實施例中，等離子體60的顏色可以從黃色改變到藍色。在一些實施例中，等離子體60的顏色可以從紅色改變到綠色，或者從藍色改變到紅色。可以基于關于等離子體60的顏色的改變的信息來確定終點。如果精確地控制刻蝕處理中的刻蝕速率，則能夠防止或抑制刻蝕處理對上層圖案69和下層圖案67的損壞。

參考圖1、圖4、圖5和圖6，在使用cw等離子體來對刻蝕目標層66進行刻蝕的實施例中，刻蝕目標層66的刻蝕速率可以與cwrf源功率71和cwrf偏置功率75成比例。在使用脈沖等離子體來對刻蝕目標層66進行刻蝕的實施例中，刻蝕目標層66的刻蝕速率可以與脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77成比例。cwrf偏置功率75和脈沖rf偏置功率77可以分別地與cwrf源功率71和脈沖rf源功率73成比例地增加或減小。在一些實施例中，刻蝕目標層66的刻蝕速率可以以cwrf源功率71與脈沖rf源功率73之間的比率或比例式來表達。即，可以根據在其中省略了cwrf偏置功率75和脈沖rf偏置功率77的比例式來計算刻蝕目標層66的刻蝕速率。如果已知在由cwrf源功率71所生成的cw等離子體之下刻蝕目標層66的刻蝕速率，則可以確定用于使用脈沖rf源功率73進行刻蝕處理的處理條件。可以通過rf源功率供給單元40和rf偏置功率供給單元50來控制cwrf源功率71和脈沖rf源功率73，從而得到對刻蝕目標層66的刻蝕速率的控制。

圖7是示出根據本發明構思的一些實施例的、圖1的rf源功率供給單元40和rf偏置功率供給單元50的框圖。

參考圖7，rf源功率供給單元40可以包括，例如，源功率生成單元42、源功率輸出單元44、源功率模式選擇單元46以及源功率輸出管理單元48。

源功率生成單元42可以被配置為生成初級rf源功率41a。源功率生成單元42可以從外部設備接收功率。

源功率輸出單元44可以連接在源電極16或多個源電極16以及源功率生成單元42之間。在一些實施例中，源功率輸出單元44可以包括第一rf源功率輸出單元43和第二rf源功率輸出單元45。

第一rf源功率輸出單元43可以被配置為響應于來自源功率輸出管理單元48的第一輸出控制信號cwrfc1來將初級rf源功率41a轉換為cwrf源功率71，并且然后，將cwrf源功率71輸出到源電極16。例如，第一rf源功率輸出單元43可以包括cwrf源功率幅度調節器。

第二rf源功率輸出單元45可以被配置為響應于來自源功率輸出管理單元48的第二輸出控制信號prfc1來將初級rf源功率41a轉換為脈沖rf源功率73，并且然后，將脈沖rf源功率73輸出到源電極16。

圖8是示出根據本發明構思的一些實施例的、圖7的第二rf源功率輸出單元45的框圖。

參考圖8，第二rf源功率輸出單元45可以包括脈沖生成器82、占空比調節器84、混合器86以及脈沖rf源功率幅度調節器88。脈沖生成器82可以被配置為生成脈沖信號83。脈沖生成器82還可以被配置為調節脈沖信號83的脈沖頻率。脈沖生成器82可以向占空比調節器84提供脈沖信號83。占空比調節器84可以被配置為調節來自脈沖生成器82的脈沖信號83的占空比，并且將具有調節后的占空比的脈沖信號提供到混合器86。混合器86可以被配置為將來自占空比調節器84的脈沖信號83與初級rf源功率41a混合，并且然后，輸出混合的結果作為脈沖rf源功率73。脈沖rf源功率幅度調節器88可以從混合器86接收脈沖rf源功率73，并且可以被配置為調節脈沖rf源功率73的幅度b。

參考圖7，源功率模式選擇單元46可以連接在源功率輸出單元44與源功率生成單元42之間。源功率模式選擇單元46可以包括，例如，用于響應于第一選擇控制信號ssc1和第二選擇控制信號ssc2來在第一rf源功率輸出單元43與第二rf源功率輸出單元45之間進行切換的開關。源功率模式選擇單元46可以響應于來自源功率輸出管理單元48的第一選擇控制信號ssc1，來將源功率生成單元42連接到第一rf源功率輸出單元43。在一些實施例中，源功率模式選擇單元46可以響應于來自源功率輸出管理單元48的第二選擇控制信號ssc2，來將源功率生成單元42連接到第二rf源功率輸出單元45。

源功率輸出管理單元48可以接收：反饋輸入信號fis、包含關于刻蝕目標層66的厚度的信息的厚度輸入信號tis以及包含關于反應氣體32的復合時間的信息的復合時間輸入信號rtis。反饋輸入信號fis可以包含從例如終點檢測器34所傳送的關于終點的信息。厚度輸入信號tis和復合時間輸入信號rtis可以從例如外部輸入設備和/或數據庫來提供。源功率輸出管理單元48可以被配置為根據反饋輸入信號fis和厚度輸入信號tis來計算刻蝕目標層66的刻蝕速率。源功率輸出管理單元48還可以被配置為根據復合時間輸入信號rtis來計算脈沖rf源功率73的脈沖頻率。源功率輸出管理單元48可以基于所計算的刻蝕速率和脈沖頻率來控制第一rf源功率輸出單元43和第二rf源功率輸出單元45以及源功率模式選擇單元46。源功率輸出管理單元48可以將第一輸出控制信號cwrfc1和第二輸出控制信號prfc1分別地輸出到第一源功率輸出單元43和第二源功率輸出單元45。源功率輸出管理單元48可以將第一選擇控制信號ssc1和第二選擇控制信號ssc2輸出到源功率模式選擇單元46。

參考圖7，rf偏置功率供給單元50可以包括偏置功率生成單元52、偏置功率輸出單元54、偏置功率模式選擇單元56、偏置功率輸出管理單元58以及非重疊信號生成單元59。

偏置功率生成單元52可以被配置為生成初級rf偏置功率51a。偏置功率生成單元52可以從外部設備接收功率。

偏置功率輸出單元54可以連接在偏置功率生成單元52與偏置電極18之間。在一些實施例中，偏置功率輸出單元54可以包括第一rf偏置功率輸出單元53和第二rf偏置功率輸出單元55。

第一rf偏置功率輸出單元53可以被配置為響應于來自偏置功率輸出管理單元58的第三輸出控制信號cwrfc2，來將初級rf偏置功率51a轉換為cwrf偏置功率75，并且然后，將cwrf偏置功率75輸出到偏置電極18。

第二rf偏置功率輸出單元55可以被配置為響應于來自偏置功率輸出管理單元58的第六輸出控制信號prfc3，來將初級rf偏置功率51a轉換為脈沖rf偏置功率77，并且然后，將脈沖rf偏置功率77輸出到偏置電極18。

偏置功率模式選擇單元56可以連接在偏置功率輸出單元54與偏置功率生成單元52之間。偏置功率模式選擇單元56可以包括，例如，用于響應于第三選擇控制信號ssc3和第四選擇控制信號ssc4來在第一rf偏置功率輸出單元53與第二rf偏置功率輸出單元55之間進行切換的開關。偏置功率模式選擇單元56可以響應于來自偏置功率輸出管理單元58的第三選擇控制信號ssc3，來將偏置功率生成單元52連接到第一rf偏置功率輸出單元53。在一些實施例中，偏置功率模式選擇單元56可以響應于來自偏置功率輸出管理單元58的第四選擇控制信號ssc4，來將偏置功率生成單元52連接到第二rf偏置功率輸出單元55。

可以通過由源功率輸出管理單元48所生成的并且被從源功率輸出管理單元48傳送到偏置功率輸出管理單元58的同步控制信號scs來控制偏置功率輸出管理單元58。偏置功率輸出管理單元58可以控制第一rf偏置功率輸出單元53、第二rf偏置功率輸出單元55以及偏置功率模式選擇單元56。偏置功率輸出管理單元58可以分別地將第三輸出控制信號cwrfc2輸出到第一rf偏置功率輸出單元53并且將第四輸出控制信號prfc2輸出到第二rf偏置功率輸出單元55。偏置功率輸出管理單元58可以將第三選擇控制信號ssc3和第四選擇控制信號ssc4輸出到偏置功率模式選擇單元56。

非重疊信號生成單元59可以連接在偏置功率輸出管理單元58與第二偏置功率輸出單元55之間。非重疊信號生成單元59可以被配置為將脈沖rf偏置功率77的相位反相，使得脈沖rf偏置功率77具有與脈沖rf源功率73的相位相反的相位，即，使得脈沖rf偏置功率77與脈沖rf源功率73不重疊。例如，非重疊信號生成單元59可以包括反相器。在第四輸出控制信號prfc2的脈沖頻率與第二輸出控制信號prfc1的脈沖頻率相同的實施例中，非重疊信號生成單元59可以將第四輸出控制信號prfc2反相。第二rf偏置功率輸出單元55可以響應于反相的第四輸出控制信號prfc2來輸出脈沖rf偏置功率77。脈沖rf偏置功率77的相位可以與脈沖rf源功率73的相位相反。

圖9是示出根據本發明構思的一些實施例的、可以使用圖7的源功率輸出管理單元48執行的等離子體處理方法的流程圖。

參考圖1以及圖6至圖9，在初始化(s10)之后，源功率輸出管理單元48可以分別地將第一輸出控制信號cwrfc1輸出到第一rf源功率輸出單元43并且將第一選擇控制信號ssc1輸出到源功率模式選擇單元46。第一rf源功率輸出單元43可以將cwrf源功率71輸出到源電極16(s20)。此外，偏置功率輸出管理單元58可以分別地將第三輸出控制信號cwrfc2輸出到第一rf偏置功率輸出單元53，并且將第三選擇控制信號ssc3輸出到偏置功率模式選擇單元56。第一rf偏置功率輸出單元53可以將cwrf偏置功率75輸出到偏置電極18(s20)。源功率輸出管理單元48可以將關于cwrf源功率71的幅度a的信息存儲在例如數據庫和/或存儲器中。

可以通過與由cwrf源功率71所生成的cw等離子體60的反應來對刻蝕目標層66進行刻蝕。在一些實施例中，刻蝕目標層66可以形成在用作基底w的測試基底上。終點檢測器34可以被配置為檢測使用cw等離子體60對刻蝕目標層66所執行的刻蝕處理的終點。終點可以依賴于與等離子體60、反應氣體32以及殼體12的內部環境相關聯的各種因子而改變。例如，即使不存在與等離子體60和反應氣體32相關聯的改變，但是終點也可以依賴于殼體12的累積使用時間而變化。例如，殼體12的累積使用時間越大，則終點越晚。終點檢測器34可以將包含關于終點的信息的反饋輸入信號fis輸出到源功率輸出管理單元48。在一些實施例中，反饋輸入信號fis可以例如被從外部輸入設備和/或數據庫提供到源功率輸出管理單元48。

接下來，源功率輸出管理單元48可以接收：反饋輸入信號fis、包含關于刻蝕目標層66的厚度的信息的厚度輸入信號tis以及包含關于反應氣體32的復合時間的信息的復合時間輸入信號rtis(s30)。源功率輸出管理單元48可以根據反饋輸入信號fis和厚度輸入信號tis來計算在cw等離子體60之下刻蝕目標層66的刻蝕速率。在cw等離子體60之下刻蝕目標層66的刻蝕速率可以包含關于殼體12的內部環境的信息。即，刻蝕速率可以反映用于在殼體12中所執行的刻蝕處理的處理條件。

源功率輸出管理單元48可以從數據庫和/或存儲器請求并且接收關于cwrf源功率71的幅度a的信息。源功率輸出管理單元48可以根據所獲得的關于cwrf源功率71的幅度a的信息來計算脈沖rf源功率73的幅度b和占空比(s40)。

圖10是分別地示出允許以相同的刻蝕速率對刻蝕目標層66進行刻蝕的cwrf源功率71的能量78和脈沖rf源功率73的能量79的曲線圖。圖10的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖10的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。

參考圖10，cwrf源功率71的能量78可以等于脈沖rf源功率73的能量79。

可以通過cwrf源功率71的幅度a與供給時間的乘積來給出cwrf源功率71的能量78。源功率輸出管理單元48可以根據cwrf源功率71的供給時間和幅度a來計算cwrf源功率71的能量78。

可以通過脈沖rf源功率73的幅度b、占空比以及供給時間的乘積來給出脈沖rf源功率73的能量79。在一些實施例中，脈沖rf源功率73的幅度b可以大于cwrf源功率71的幅度a。占空比可以被定義為脈沖rf源功率73的持續時間與總供給時間的比率。cwrf源功率71的總供給時間可以與脈沖rf功率源73的總供給時間相同，并且在該實施例中，cwrf源功率71的幅度a可以對應于脈沖rf源功率73的幅度b與占空比的乘積。在一些實施例中，脈沖rf源功率73的占空比可以為從例如0.1至0.9的范圍。在脈沖rf源功率73的占空比為50％的實施例中，脈沖rf源功率73的幅度b可以是cwrf源功率71的幅度a的兩倍。在一些實施例中，源功率管理輸出單元48可以基于所獲得的關于cwrf源功率71的幅度a和使用cwrf源功率71所生成的等離子體60的信息，來確定脈沖rf源功率73的幅度和/或占空比。

接下來，參考圖9，源功率輸出管理單元48可以根據復合時間輸入信號rtis來計算脈沖rf源功率73和脈沖rf偏置功率77的脈沖頻率(s50)。復合時間輸入信號rtis可以被產生為包含關于自由基62和離子64的壽命的信息。

圖11是示出脈沖rf源功率73的脈沖頻率的示例的曲線圖。圖11的曲線圖的水平軸表示處理時間(以毫秒為單位)，而圖11的曲線圖的垂直軸表示rf功率的強度或幅度(以w為單位)。

參考圖6至圖9以及圖11，脈沖rf源功率73可以具有為例如從約100hz至10khz的范圍的脈沖頻率。同樣地，脈沖rf偏置功率77可以具有為例如從約100hz至10khz的范圍的脈沖頻率。在一些實施例中，脈沖rf源功率73可以具有短于自由基62的壽命的脈沖循環。相反，脈沖rf源功率73的脈沖循環可以長于離子64的壽命。脈沖rf源功率73的脈沖循環可以為從例如約0.1毫秒至約10毫秒的范圍。脈沖頻率可以是脈沖周期的倒數。即，脈沖頻率可以為從約100hz至約10khz的范圍。

圖12是示出離子64的轟擊現象的橫截面視圖。

參考圖12，在脈沖rf偏置功率77或脈沖rf源功率73的時段短于離子64的壽命的實施例中，離子64可以撞擊基底w和上部圖案69的頂部表面。離子64可以被脈沖rf偏置功率77朝向基底w加速，并且因此，離子64的轟擊現象可以損壞基底w和上部圖案69的頂部表面。相反，在脈沖rf偏置功率77和/或脈沖rf源功率73的時段長于離子64的壽命的實施例中，沒有離子64可以到達基底w。因此，可以防止或抑制離子64的轟擊現象。即，在根據本發明構思的一些實施例的等離子體處理方法中，可以防止離子64的轟擊現象對基底w和上部圖案69的損壞。

再次參考圖7、圖8以及圖9，源脈沖輸出管理單元48和偏置脈沖輸出管理單元58可以分別地將脈沖rf源功率73輸出到源電極16并且將脈沖rf偏置功率77輸出到偏置電極18(s60)。可以使用由脈沖rf功率73和脈沖rf偏置功率77所生成的脈沖等離子體來執行刻蝕處理。脈沖等離子體的刻蝕速率可以與cw等離子體的刻蝕速率基本上相同。

圖13是示出圖10的刻蝕目標層66的刻蝕速率與脈沖rf源功率73之間的關系的曲線圖。圖13的曲線圖的水平軸表示刻蝕目標層的刻蝕速率(以埃分為單位)，而圖13的曲線圖的垂直軸表示脈沖rf源功率(以w為單位)。

參考圖13，刻蝕目標層66的刻蝕速率與脈沖rf源功率73成比例。脈沖rf源功率73越高，則刻蝕目標層66的刻蝕速率越高。例如，當為約1000w的脈沖rf源功率73被用于生成等離子體60時，刻蝕目標層66的刻蝕速率為約125埃/分。例如，當為約2000w的脈沖rf源功率73被用于生成等離子體60時，刻蝕目標層66的刻蝕速率為約200埃/分。例如，當脈沖rf源功率73為約4000w時，刻蝕目標層66的刻蝕速率為約350埃/分。

圖14是示出圖11的非目標結構68的刻蝕速率與脈沖rf偏置功率77的脈沖頻率之間的關系的曲線圖。圖14的曲線圖的水平軸表示刻蝕目標層的刻蝕速率(以埃/分為單位)，而圖14的曲線圖的垂直軸表示脈沖頻率(以hz為單位)。

參考圖14，脈沖rf偏置功率77的脈沖頻率與非目標結構68的刻蝕速率成反比例。脈沖rf偏置功率77的脈沖頻率越高，則非目標結構68的刻蝕速率越低。即，脈沖rf偏置功率77的脈沖頻率的增加導致對非目標結構68的轟擊現象的減少。例如，當脈沖rf偏置功率77具有為0hz的脈沖頻率時，非目標結構68的刻蝕速率為約7埃/分。例如，當使用為0hz的脈沖rf偏置功率時，非目標結構68被離子64的轟擊現象損壞。為0hz的脈沖rf偏置功率77可以與cwrf偏置功率75相對應。例如，當脈沖頻率為約100hz時，非目標結構68的刻蝕速率為約4埃/分。當脈沖頻率為約500hz時，非目標結構68的刻蝕速率為約2埃/分。當脈沖頻率為約1000hz時，非目標結構68的刻蝕速率為約1埃/分。脈沖循環可以為約1毫秒。當脈沖循環短于自由基62的壽命并且長于離子64的壽命時，非目標結構68的損壞可以最小化。此外，離子64的轟擊現象對基底w和上部圖案69的損壞也可以最小化。

圖15是示出根據本發明構思的一些實施例的、使用圖1的等離子體系統100可以執行的等離子體刻蝕方法的流程圖。

參考圖1、圖6以及圖15，在其上順序地堆疊有測試非目標結構和測試刻蝕目標層的測試基底可以被加載到殼體12中的靜電吸盤14上(s110)。即，測試目標層可以形成在測試非刻蝕目標層上。測試非目標結構、測試刻蝕層以及測試基底可以分別地與非目標結構68、刻蝕目標層66以及基底w相對應。

參考圖1、圖7以及圖15，cw等離子體可以在測試刻蝕目標層上或之上的區域內被生成，并且可以被用于對刻蝕目標層進行刻蝕(s120)。cw等離子體可以通過分別地被施加到第一rf源功率輸出單元43和第一rf偏置功率輸出單元53的rf源功率41和rf偏置功率51來誘導。cw等離子體可以從被供給到測試基底上的反應氣體(例如，氫氣)，例如反應氣體32，來生成。

可以對測試刻蝕目標層執行使用cw等離子體進行的刻蝕處理。刻蝕處理的終點可以通過終點檢測器34來檢測。源功率輸出管理單元48可以根據關于終點的信息，例如，反饋輸入信號tis，來計算測試刻蝕目標層的刻蝕速率(s130)。之后，可以從殼體12卸載測試基底。

參考圖6、圖7、圖10以及圖15，在源功率輸出管理單元48中，可以基于關于cw等離子體的幅度a的信息來確定脈沖等離子體的幅度b和占空比(s140)，以允許以測試刻蝕目標層的刻蝕速率來對刻蝕目標層66進行刻蝕。此外，源功率輸出管理單元48可以確定脈沖等離子體的脈沖周期。脈沖周期可以短于等離子體60中的自由基62的壽命，并且可以長于離子64的壽命。

參考圖1、圖6以及圖15，在其上順序地堆疊有非目標結構68和刻蝕目標層66的基底w可以被加載到殼體12中的靜電吸盤14上(s150)。即，非測試基底可以被加載到殼體12中的靜電吸盤14上。

參考圖1、圖6、圖7以及圖15，第二rf源功率輸出單元45和第二rf偏置功率輸出單元55可以被控制為從被供給到刻蝕目標層66上的反應氣體32生成脈沖等離子體，并且被控制為對刻蝕目標層66進行刻蝕(s160)。在一些實施例中，可以以與測試刻蝕目標層的刻蝕速率相同的刻蝕速率來對刻蝕目標層66進行刻蝕。源功率輸出管理單元48可以調節脈沖等離子體的脈沖周期，使得脈沖等離子體的脈沖周期短于等離子體60中的自由基62的壽命，并且長于離子64的壽命。終點檢測器34可以檢測對刻蝕目標層66執行刻蝕處理的終點。源功率輸出管理單元48可以停止生成脈沖等離子體。之后，基底w可以被從殼體12卸載。

接下來，源功率輸出管理單元48可以確定是否存在對于其需要刻蝕處理的另一基底(s170)。如果存在有在其中將移除刻蝕目標層66的另一基底，則可以重復步驟s150至步驟s170。否則，源功率輸出管理單元48可以結束使用脈沖等離子體進行的刻蝕處理。

在根據本發明構思的一些實施例的等離子系統中，可以以脈沖rf源功率的幅度與占空比的乘積來表達連續波rf源功率的幅度。因此，脈沖rf源功率的幅度和占空比可以被控制為實現與連續波等離子體的刻蝕速率相同的刻蝕速率。例如，脈沖等離子體的脈沖頻率可以被控制為大于自由基的壽命的倒數并且小于離子的壽命的倒數。因此，離子中的大部分可以與電子復合，并且因此，可以防止離子到達形成在基底上的非目標結構。即，可以防止、抑制或最小化對非目標層的損壞。

雖然具體地示出并且描述了本發明構思的示例實施例，但是本領域普通技術人員將理解其中可以在形式上和細節上進行各種變化，而不背離所附的權利要求書的精神和范圍。