用於先進等離子體能量處理系統的離子能量控制系統的製作方法

2023-04-25 15:23:36

用於先進等離子體能量處理系統的離子能量控制系統的製作方法
【專利摘要】公開了用於調節等離子腔室中的離子能量並將基板吸附到基板的支座的系統、方法和裝置。示例性方法包括，將基板設置在等離子腔室中，在等離子腔室中形成等離子體，向基板可控地通斷功率以將周期電壓函數施加到基板，以及響應於在基板表面的期望的離子能量分布而在周期電壓函數的多個周期上調節周期電壓函數，從而在時間平均的基礎上實現期望的離子能量分布。
【專利說明】用於先進等離子體能量處理系統的離子能量控制系統
【技術領域】
[0001]本公開內容總體上涉及等離子體處理。具體地但非限制性地，本發明涉及用於等離子體輔助的蝕刻和/或沉積方法和裝置。
【背景技術】
[0002]許多類型的半導體器件都是使用基於等離子體的蝕刻技術來製造的。如果蝕刻的是導體，就可以將相對於地的負電壓施加到導電基板，以便創建橫跨基板導體的表面的基本上均勻的負電壓，這將帶正電荷的離子吸引嚮導體，結果，撞擊導體的正離子具有基本上相同的能量。
[0003]但如果基板是電介質，對於橫跨基板表面而設置電壓，不變的電壓是低效的。但AC電壓(例如，高頻)可以施加到導電板(或夾盤)，以使得AC場在基板表面上產生電壓。在AC周期的正半周期過程中，基板吸引電子，其相對於正離子的質量較輕；這樣在正周期部分過程中會將許多電子吸引到基板的表面。結果，基板表面會帶負電荷，這導致離子被吸引向帶負電荷的表面。當離子撞擊基板表面時，撞擊從基板表面移去了物質-實現了蝕刻。
[0004]在許多情況下，希望具有窄的離子能量分布，但向基板施加正弦曲線波形引起了寬的離子能量分布，這限制了用以實現期望的蝕刻剖面圖的等離子體處理的能力。用以實現窄離子能量分布的公知技術是昂貴的、效率低、難以控制的，並且會不利地影響等離子體密度。結果，這些公知技術在商業上都沒有被採用。因此，需要系統和方法來解決現有技術的不足並提供其他新的且創新特徵。

【發明內容】

[0005]將附圖中所示的本公開內容的例示實施例概述如下。在【具體實施方式】部分中會更充分地說明這些及其他實施例。然而，應當理解，並非旨在將本發明局限於
【發明內容】
中或【具體實施方式】中所述的形式。本領域技術人員應當理解，存在落入如權利要求中所表述的本發明的精神和範圍內的許多變型、等同和可替換的結構。
[0006]根據一個實施例，本發明的特徵在於一種用於基於等離子體的處理的系統。該實施例中的系統包括等離子體處理腔室，被配置為包含等離子體和位於等離子體處理腔室內的基板的支座，布置它用以支撐基板。另外，離子能量控制部響應於至少一個離子能量分布設定而提供至少一個離子能量控制信號，所述離子能量分布設定表示在基板表面的期望的離子能量分布。開關模式電源向基板施加功率，以在基板表面實現期望的離子能量分布，該實施例中的離子電流補償部件提供了可控的離子能量分布寬度。
[0007]根據另一個實施例，本發明可以描述為一種用於基於等離子體的處理的方法，其包括向基板可控地通斷功率，以便將周期電壓函數施加到基板，並響應於在基板表面的期望的離子能量分布，在周期電壓函數的多個周期上調節周期電壓函數，以便在時間平均的基礎上實現期望的離子能量分布。
[0008]根據另一個實施例，本發明的特徵在於一種基於等離子體的處理裝置，其包括開關模式電源，被配置為施加周期電壓函數，及離子能量控制部，其響應於至少一個離子能量分布設定，在周期電壓函數的多個周期上調節周期電壓函數的至少一個參數，所述離子能量分布設定表示在基板表面的期望的離子能量分布。
[0009]本文將更詳細地說明這些及其他實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]結合附圖，參考以下的【具體實施方式】和所附權利要求，本發明的各種目的和優點以及更透徹的理解是顯而易見的且更易於理解的，其中，在全部幾個視圖中，以相同的參考標號來標明同類的或相似的元件，並且其中:
[0011]圖1示出了根據本發明的一個實施方式的等離子體處理系統的框圖；
[0012]圖2是示出圖1中所示的開關模式電源系統的示例性實施例的框圖；
[0013]圖3是可以用於實現參考圖2所述的開關模式偏置電源的部件的略圖；
[0014]圖4是示出兩個驅動信號波形的時序圖；
[0015]圖5是操作開關模式偏置電源的單模態的圖示，所述開關模式偏置電源實現了集中在特定離子能量的離子能量分布；
[0016]圖6是示出操作的雙模態模式的圖，其中產生了離子能量分布中兩個分離的峰；
[0017]圖7A和7B是示出在等離子體中進行的實際的直接離子能量測量的圖；
[0018]圖8是示出本發明的另一個實施例的框圖；
[0019]圖9A是示出由正弦曲線調節函數來調節的示例性的周期電壓函數的圖；
[0020]圖9B是圖9A中所示的一部分周期電壓函數的分解圖；
[0021]圖9C示出了由周期電壓函數的正弦曲線調節所產生的、在時間平均基礎上的得到的離子能量分布；
[0022]圖9D示出了在由正弦曲線調節函數調節周期電壓函數時，在合成的時間平均的IEDF的等離子體中進行的實際的直接離子能量測量；
[0023]圖1OA示出了由鋸齒波調節函數調節的周期電壓函數；
[0024]圖1OB是圖1OA中所示的一部分周期電壓函數的分解圖；
[0025]圖1OC是示出由圖1OA和IOB中的周期電壓函數的正弦曲線調節所產生的，在時間平均基礎上的得到的離子能量分布的圖；
[0026]圖11是在右列中顯示IEDF函數且在左列中顯示相關的調節函數的圖；
[0027]圖12是示出一實施例的框圖，其中，離子電流補償部件補償等離子腔室中的離子電流；
[0028]圖13是示出示例性離子電流補償部件的圖；
[0029]圖14是示出在圖13中所示的節點Vo處的示例性電壓的圖；
[0030]圖15A-15C是響應於補償電流而出現在基板或晶圓的表面的電壓波形；
[0031]圖16是電流源的示例性實施例，可以實現該電流源以實現參考圖13所述的電流源；
[0032]圖17A和17B是示出本發明的其他實施例的框圖；
[0033]圖18是示出本發明的另一個實施例的框圖；
[0034]圖19是示出本發明的再一個實施例的框圖；[0035]圖20是框圖輸入參數和控制輸出，其可以結合參考圖1-19所述的實施例來使用；
[0036]圖21是示出本發明的另一個實施例的框圖；
[0037]圖22是示出本發明的再一個實施例的框圖；
[0038]圖23是示出本發明的又一個實施例的框圖；
[0039]圖24是示出本發明的再一個實施例的框圖；
[0040]圖25是示出本發明的再一個實施例的框圖；
[0041]圖26是示出本發明的另一個實施例的框圖；
[0042]圖27是示出本發明的再一個實施例的框圖；
[0043]圖28示出了根據本公開內容的實施例的方法；以及
[0044]圖29示出了根據本公開內容的實施例的另一種方法。
【具體實施方式】
[0045]在圖1中總體上顯示了等離子體處理系統的示例性實施例。如圖所示，等離子體電源102耦合到等離子體處理腔室104，開關模式電源106耦合到室104內的支座108，在所述支座上放置基板110。還示出了耦合到開關模式電源106的控制器112。
[0046]在該示例性實施例中，等離子體處理腔室104可以由基本上傳統結構的腔室(例如，包括由一個泵或多個泵(未示出)抽真空的真空外殼)來實現。而且，如同本領域普通技術人員應當理解的那樣，腔室104中的等離子體激發可以由各種源中的任意一個來進行，所述各種源包括例如螺旋波型等離子體源，所述螺旋波型等離子體源包括磁線圈和天線以激發並維持反應器中的等離子體114，並且可以提供氣體入口，從而將氣體引入到腔室104中。
[0047]如圖所示，示例性等離子腔室104被布置並配置為利用基板110的高能離子轟擊來進行材料的等離子體輔助蝕刻。該實施例中的等離子體電源102被配置為經由在一個或多個頻率(例如13.56MHz)的匹配網絡(未示出)向腔室104施加功率(例如RF功率)，以便激發並維持等離子體114。應當理解，本發明不限於用以將功率耦合到腔室104的任何特定類型的等離子體電源102或源，各種頻率和功率等級都可以被容性地或感性地耦合到等離子體114。
[0048]如圖所示，待處理的介質基板110 (例如半導體晶圓)至少部分地由支座108支撐，所述支座可以包括傳統晶圓吸盤的部分(例如，用於半導體晶圓處理)。支座108可以被形成為在支座108與基板110之間具有絕緣層，其中，基板110電容性地耦合到平臺，但可能浮置在與支座108不同的電壓。
[0049]如上所述，如果基板110和支座108是導體，就可以向支座108施加不變的電壓，並作為通過基板Iio的電傳導，施加到支座108的電壓也施加到基板110的表面。
[0050]但當基板110是電介質時，對於橫跨基板110的處理表面而設置電壓，向支座108施加不變的電壓是低效的。結果，示例性的開關模式電源106被配置為受控，從而實現在基板110表面上的電壓，所述基板能夠吸引等離子體114中的離子與基板110碰撞，以實現對基板110進行受控的蝕刻和/或沉積。
[0051]此外，如本文進一步論述的，開關模式電源106的實施例被配置為進行操作，以使得在由等離子體電源102施加(到等離子體114)的功率與由開關模式電源106施加到基板110的功率之間存在非實質性的相互作用。例如，由開關模式電源106施加的功率是可控的，從而在基本上不影響等離子體114的密度的情況下實現對離子能量的控制。
[0052]進一步，圖1中所示的示例性開關模式電源106的許多實施例由相對廉價的部件來實現，所述部件可以由相對簡單的控制算法來控制。與現有技術的方案相比，開關模式電源106的許多實施例有效得多；由此減少了與去除過多的熱能相關的能量成本和昂貴的材料。
[0053]用於向介質基板施加電壓的一個公知的技術結合複雜的控制體系利用了高功率線性放大器，用以向基板的支座施加功率，其在基板表面產生電壓。但這個技術沒有被商業實體採用，因為它沒有證明是節約成本的或足以可管理的。具體地，所用的線性放大器通常較大，極為昂貴，效率低且難以控制。而且，線性放大器從本質上來說需要AC耦合(例如隔直流電容器)，並且藉助並聯饋電電路來實現如吸附(chucking)的輔助功能，這損壞了具有吸附的源的系統的AC頻譜純度。
[0054]已經考慮的另一個技術是向基板施加高頻功率(例如藉助一個或多個線性放大器)。但已經發現這個技術不利地影響等離子體密度，因為施加到基板的高頻功率影響了等離子體密度。
[0055]在一些實施例中，圖1中所示的開關模式電源106可以由降壓、升壓、和/或降壓-升壓型功率技術來實現。在這些實施例中，可以控制開關模式電源106以施加變化的脈衝功率等級，以在基板110的表面上廣生電位。
[0056]在其他實施例中，開關模式電源106由其他更複雜的開關模式功率和控制技術來實現。例如，接下來參考圖2，參考圖1所述的開關模式電源由開關模式偏置電源206來實現，其用於向基板110施加功率，以實現轟擊基板110的離子的一個或多個期望的能量。還示出了，離子能量控制部件220、電弧檢測部件222和與開關模式偏置電源206和波形存儲器224耦合的控制器212。
[0057]這些部件的例示布置是合理的；因此，在實際實施方式中，能夠組合或進一步分隔這些部件，並且能夠在不改變系統的基本操作的情況下，以各種方式連接這些部件。例如在一些實施例中，控制器212可以由硬體、軟體、固件或其組合來實現，其可以用於控制電源202和開關模式偏置電源206。但在可替換的實施例中，電源202和開關模式偏置電源206由完全分離的功能單元來實現。通過進一步示例的方式，控制器212、波形存儲器224、離子能量控制部220和開關模式偏置電源206可以集成到單個部件中(例如，位於共同的外殼中)或可以分布在分立的部件中。
[0058]該實施例中的開關模式偏置電源206通常被配置為以可控方式向支座208施加電壓，以實現對基板的表面進行轟擊的離子的能量的期望的分布。更具體地，開關模式偏置電源206被配置為通過向基板施加特定功率等級的一個或多個特定波形，來實現離子能量的期望的分布。更具體地，響應於來自離子能量控制部220的輸入，開關模式偏置電源206施加特定功率等級，以實現特定的離子能量，並使用由波形存儲器224中的波形數據限定的一個或多個電壓波形來施加特定功率等級。結果，可以藉助離子控制部分來選擇一個或多個特定離子轟擊能量，從而對基板進行受控的蝕刻。
[0059]如圖所示，開關模式電源206包括開關部件226』、226』』(例如，高功率場效應電晶體)，所述開關部件用於響應於來自相應的驅動部件228』、228』』的驅動信號而向基板210的支座208通斷功率。控制器212基於由波形存儲器224的內容所限定的時序，控制由驅動部件228』、228』 』產生的驅動信號230』、230』 』。例如，許多實施例中的控制器212適於解譯波形存儲器的內容，並產生驅動-控制信號232』、232』 』，其由驅動部件228』、228』 』用於控制到開關部件226』、226』』的驅動信號230』、230』』。儘管出於示例性目的示出了以半橋結構布置的兩個開關部件226』、226』』，但當然可以考慮以各種架構(例如H橋結構)來實施更少或另外的開關部件。
[0060]在許多操作模式中，控制器212 (例如使用波形數據)調節驅動-控制信號232』、232』』的時序，以在基板210的支座208實現期望的波形。另外，開關模式偏置電源206適於基於離子能量控制信號234向基板210供電，離子能量控制信號可以是DC信號或時變波形。因此，本實施例實現了通過控制到開關部件的時序信號並控制由開關部件226』、226』』施加的功率(由離子能量控制部件220控制)來控制離子分布能量。
[0061]另外，該實施例中的控制器212被配置為響應於由電弧檢測部件222檢測到的等離子腔室204中的電弧來實施電弧管理功能。在一些實施例中，當檢測到電弧時，控制器212改變驅動-控制信號232』、232』』，以使得施加在開關模式偏置電源206的輸出236的波形熄滅等離子體214中的電弧。在其他實施例中，控制器212通過簡單地中斷驅動-控制信號232』、232』』的施加以中斷施加在開關模式偏置電源206的輸出236的功率來熄滅電弧。
[0062]接下來參考圖3，該圖是部件的示意圖，所述部件可以用於實現參考圖2所述的開關模式偏置電源206。如所示的，以半橋(也稱為圖騰柱)型布局來布置該實施例中的開關部件Tl和T2。R2、R3、C1和C2共同表示等離子體負載，C3是可任選的物理電容器，用以使得DC電流免於在基板表面上產生的電壓，或者來自流過電路的靜電吸盤(未示出)的電壓。如圖所示，LI是雜散電感(例如向負載饋送功率的導體的固有電感)。並且在這個實施例中，存在三個輸入=Vbus、V2和V4。
[0063]V2和V4表示驅動信號(例如，由參考圖2所述的驅動部件228』、228』』輸出的驅動信號230』、230』 』 )，並且在這個實施例中，能夠安排V2和V4的時間(例如脈衝的長度和/或相互延遲)，以可以調節Tl和T2的結束，從而控制在施加到基板支座的Vout的電壓輸出的形狀。在許多實施方式中，用於實現開關部件Tl和T2的電晶體不是理想的開關，所以為了達到期望的波形，考慮了特定的電晶體特性。在許多操作模式中，簡單地改變V2和V4的時序實現了將要施加在Vout的期望的波形。
[0064]例如，可以操作開關Tl、T2以使得在基板110、210的表面的電壓總體上為負，其中，周期電壓脈衝接近和/或略微超過正電壓參考。在基板110、210的表面的電壓的值限定了來自的量，其可以按照離子能量分布函數(IEDF)來表徵。為了在基板110、210的表面實現期望的電壓，在Vout的脈衝總體上可以為矩形並具有長得足以在基板110、210的表面產生出短暫的正電壓的寬度，以便將足夠的電子吸引到基板110、210的表面，從而實現期望的電壓和相應的離子能量。
[0065]該實施例中的Vbus限定了施加到Vout的脈衝的振幅，它限定了在基板表面的電壓，及作為結果的離子能量。再次簡要地參考圖2，Vbus可以耦合到離子能量控制部，它可以由DC電源來實現，所述DC電源適用於將DC信號或時變波形施加到Vbus。[0066]可以調節兩個信號V2、V4的脈衝寬度、脈衝形狀和/或相互延遲，以在Vout得到期望的波形，並且施加到Vbus的電壓可以影響脈衝的特性。換言之，電壓Vbus可以影響信號V2、V4的脈衝寬度、脈衝形狀和/或相對相位。例如簡要地參考圖4，所示的是時序圖，示出了可以施加到Tl和T2 (作為V2和V4)的兩個驅動信號波形，以便在Vout產生如圖4所示的周期電壓函數。為了調節在Vout的脈衝的形狀(例如為了實現在Vout的脈衝的最小時間，但仍達到脈衝的峰值)，可以控制兩個柵極驅動信號V2、V4的時序。
[0067]例如，兩個柵極驅動信號V2、V4可以施加到開關部件Tl、T2，所以施加在Vout的每一個脈衝的時間相比於在脈衝之間的時間T可以較短，但長得足以在基板110、210的表面產生正電壓以將電子吸引到基板11_、210的表面。此外，已經發現通過改變在脈衝之間的柵極電壓電平，可以控制在脈衝之間施加到Vout的電壓的斜率(例如為了實現在脈衝之間的基板表面基本上恆定的電壓)。在一些操作模式中，柵極脈衝的重複率約為400kHz，但這個速率當然可以在不同應用中改變。
[0068]儘管沒有要求，但實際上，基於在實際實施方式上的模擬和細化，可以限定可用於產生期望的離子能量分布的波形，並能夠存儲波形(例如，在參考圖1所述的波形存儲器部中作為一系列電壓電平)。另外，在許多實施方式中，能夠直接產生波形(例如，在沒有來自Vout的反饋的情況下)；這樣避免了反饋控制系統的不希望的方面(例如，穩定時間)。
[0069]再次參考圖3，能夠調節Vbus以控制離子的能量，並且存儲的波形可以用於控制柵極驅動信號V2、V4，從而實現在Vout的期望的脈衝振幅同時使得脈衝寬度最小。同樣，這是根據電晶體的特定特性而完成的，可以模擬或實現並依據經驗設立其特定特性。例如，參考圖5，所示的是示出Vbus相對於時間、在基板110、210的表面的電壓相對於時間以及相應的離子能量分布的圖示。
[0070]在圖5中的圖示出了操作開關模式偏置電源106、206的單模態，其實現了在特定離子能量所集中的離子能量分布。如圖所示，在該實施例中為了實現離子能量的單一集中，在Vbus施加的電壓維持恆定，同時控制施加到V2和V4的電壓(例如，使用圖3中所示的驅動信號)，從而在開關模式偏置電源106、206的輸出產生脈衝,這實現了圖5中所不的相應的離子能量分布。
[0071]如圖5所示，在基板110、210的表面的電位通常為負以吸引對基板110、210的表面進行轟擊並蝕刻的離子。施加到基板110、210的周期性短脈衝(通過向Vout施加脈衝)具有由施加到Vbus的電位限定的量值，這些脈衝導致基板110、210的電位中的短暫變化(例如接近於正或略微為正電位)，這將電子吸引到基板的表面，以實現沿基板110、210的表面的大致的負電位。如圖5所示，施加到Vbus的恆壓實現了離子流在特定離子能量的單一集中；因此，可以通過簡單地將Vbus設定為特定電位而可以選擇特定離子轟擊能量。在其他操作模式中，可以產生兩個或更多個分離的離子能量的集中。
[0072]接下來參考圖6，例如，所示的是描繪操作的雙模態模式的圖，其中，產生了離子能量分布中兩個分離的峰。如圖所示，在這個操作模式中，基板經受到電壓和周期脈衝的兩個不同電平，結果，引起了分開的兩個離子能量的集中。如圖所示，為了實現兩個不同的離子能量集中，在Vbus處所施加的電壓在兩個電平之間交替，並且每一個電平都限定了兩個離子能量集中的能量級。
[0073]儘管圖6將在基板110、210處的兩個電壓描繪為在每個脈衝之後進行交替，但這當然不是必需的。例如在其他操作模式中，施加到V2和V4的電壓相對於施加到Vout的電壓而切換(例如使用圖3中所示的驅動信號)，以使得在基板表面所產生的電壓在兩個或更多個脈衝之後從第一電壓改變為第二電壓(反之亦然)。
[0074]在現有技術中，已經嘗試將兩個波形的組合(由波形發生器產生的)施加到線性放大器，並將放大的兩個波形的組合施加到基板，以便實現成倍的離子能量。但這個方案比參考圖6所述的方案複雜得多，並且需要昂貴的線性放大器和波形發生器。
[0075]接下來參考圖7A和7B，所示的是描繪分別對應於施加到Vbus的DC電壓的單能調節和雙級調節的在等離子體中進行的實際的直接離子能量測量的圖。如圖7A所示，響應於施加到Vbus的不變的電壓，離子能量分布集中在80eV周圍(例如如圖5所示的)。如圖7B所示，響應於Vbus的雙級調節,兩個分離的離子能量的集中出現在85eV與115eV周圍(例如如圖6所描繪的那樣)。
[0076]接下來參考圖8，所示的是描繪本發明的另一個實施例的框圖。如圖所示，開關模式電源806經由電弧檢測部件822耦合到控制器812、離子能量控制部820和基板支座808。控制器812、開關模式電源806和離子能量控制部820共同操作以向基板支座808施加功率，以便在時間平均的基礎上實現在基板810的表面的期望的離子能量分布。
[0077]例如簡要地參考圖9A，所示的是由約5kHz的正弦曲線調節函數在周期電壓函數的多個周期上調節的、具有約400kHz的頻率的周期電壓函數。圖9B是圖9A中圓圈圈出的部分周期電壓函數的分解圖，圖9C示出了在時間平均基礎上的得到的離子能量分布，它是由周期電壓函數的正弦曲線調節所產生的。圖9D示出了在由正弦曲線調節函數調節周期電壓函數時，在合成的時間平均的IEDF的等離子體中進行的實際的直接離子能量測量。如本文進一步論述的，可以通過簡單地改變施加到周期電壓的調節函數來實現在時間平均基礎上獲得期望的離子能量分布。
[0078]參考作為另一個示例的圖1OA和10B，由約5kHz的鋸齒波調節函數來調節400kHz周期電壓函數，以在時間平均基礎上達到圖1OC中所示的離子能量的分布。如圖所示，結合圖10所使用的周期電壓函數與圖9中的相同，除了圖10中的周期電壓函數由鋸齒波函數代替正弦曲線函數來調節以外。
[0079]應當理解，圖9C和IOC中所描繪的離子能量分布函數不表示在基板810的表面處的離子能量的瞬時分布，而是表示離子能量的時間平均。例如參考圖9C，在時間段中的瞬間，離子能量的分布將是所描繪的、存在於調節函數的整個周期的過程中的離子能量分布的子集。
[0080]還應當理解，調節函數不一定是固定的函數，也不一定是固定頻率。例如，在一些示例中，希望以特定調節函數的一個或多個周期來調節周期電壓函數，以實現特定的時間平均的離子能量分布，隨後以另一個調節函數的一個或多個周期來調節周期電壓函數，以實現另一個時間平均的離子能量分布。對調節函數(其調節周期電壓函數)的這種改變在許多情況下是有益的。例如，如果需要特定的離子能量分布來蝕刻特定幾何結構或通過特定材料進行蝕刻，可以使用第一調節函數，隨後可以使用另一個調節函數，以實現不同的蝕刻幾何圖案或通過另一種材料進行蝕刻。
[0081]類似地，周期電壓函數(例如圖9A、9B、10A和IOB中的400kHz成分和圖4中的Vout)不一定是嚴格固定的(例如周期電壓函數的形狀和頻率可以改變)，但其頻率總體上由腔室內的離子的渡越時間來設立，以使得腔室中的離子受到施加到基板810的電壓的影響。
[0082]返回來參考圖8，控制器812向開關模式電源806提供驅動-控制信號832』、832』 』，以使得開關模式電源806產生周期電壓函數。開關模式電源806可以由圖3中所示的部件來實現(例如用以產生圖4中所示的周期電壓函數)，但當然能夠設想可以利用其他的開關架構。
[0083]通常，離子能量控制部件820起到向周期電壓函數(它由控制器812結合開關模式電源806產生)施加調節函數的作用。如圖8所示，離子能量控制部件820包括調節控制器840，其與自定義IEDF部850、IEDF函數存儲器848、用戶接口 846和功率部件844通信。應當理解，描繪這些部件旨在表達功能性部件，實際上它們可以由共同的或不同的部件來實現。
[0084]該實施例中的調節控制器840通常基於限定調節函數的數據來控制功率部件844(由此控制其輸出834)，並且功率部件844產生調節函數834 (基於來自調節控制器840的控制信號842)，所述調節函數應用於由開關模式電源806產生的周期電壓函數。該實施例中的用戶接口 846被配置為使得用戶能夠選擇存儲在IEDF函數存儲器848中的預定IEDF函數，或者結合自定義IEDF部件850來限定自定義IEDF。
[0085]在許多實施方式中，功率部件844包括DC電源(例如，DC開關模式電源或線性放大器)，其向開關模式電源(例如，向圖3中所描繪的開關模式電源的Vbus)施加調節函數(例如變化的DC電壓)。在這些實施方式中，調節控制器840控制由功率部件844輸出的電壓電平，以使得功率部件844施加符合調節函數的電壓。
[0086]在一些實施方式中，IEDF函數存儲器848包括多個數據集，所述多個數據集對應於多個IEDF分布函數中的每一個。用戶接口 846使得用戶能夠選擇期望的IEDF函數。例如參考圖11，右列中所示的是示例性IEDF函數，其可以由用戶用於選擇。左列示出了相關調節函數，調節控制器840會結合功率部件844將它施加到周期電壓函數，以實現相應的IEDF函數。應當理解，圖11中所描繪的IEDF函數僅是示例性的，其他IEDF函數也可以用於選擇。
[0087]自定義IEDF部件850通常起到使得用戶能夠經由用戶接口 846限定期望的離子能量分布函數的作用。例如，在一些實施方式中，自定義IEDF部件850使得用戶能夠設立限定離子能量的分布的特定參數的值。
[0088]例如，自定義IEDF部件850可以結合在高級(IF-高)、中級(IF-中)和低級(IF-低)的這些能及之間限定IEDF的函數，按照在這些能量級的相對流量等級(例如按照流量的百分比)來實現對IEDF函數進行限定。在許多示例中，僅需IF-高、IF-低和這些等級之間的IEDF函數就足以限定IEDF函數。作為特定示例，用戶可以要求在20%貢獻級(對總體IEDF的貢獻)的1200eV，在30%貢獻級的700eV，其中，在這兩個等級之間具有正弦形IEDF。
[0089]還會設想自定義IEDF部850可以使得用戶能夠以一個或多個(例如多個)能量級和相應的每一個能量級對IEDF的貢獻百分比的列表來填充表格。在另一可替換的實施例中，設想自定義IEDF部件850結合用戶接口 846通過為用戶提供圖形工具，使得用戶能夠圖形化地產生期望的IEDF，所述圖形工具使得用戶能夠繪製期望的IEDF。[0090]另外，還設想IEDF函數存儲器848和自定義IEDF部件850可以互操作，以使得用戶能夠選擇預定IEDF函數，並隨後改變預定IEDF函數，從而產生從預定IEDF函數得到的自定義IEDF函數。
[0091]一旦限定了 IEDF函數，調節控制器840就將限定期望的IEDF函數的數據轉化為控制信號842，所述控制信號控制功率部件844，以使得功率部件844實現對應於期望的IEDF的調節函數。例如，控制信號842控制功率部件844，以使得功率部件844輸出由調節函數限定的電壓。
[0092]接下來參考圖12，它是描繪實施例的框圖，其中，離子電流補償部件1260補償等離子腔室1204中的離子電流。 申請人:發現在較高能量級，腔室內較高的離子電流等級影響在基板表面的電壓，結果也影響了離子能量分布。例如，簡要地參考圖15A-15C，所示的是當它們出現在基板1210或晶圓的表面時的電壓波形及其與IEDF的關係。
[0093]更具體地，圖15A描繪了當離子電流I1等於補償電流I。時，在基板1210的表面的周期電壓函數；圖15B示出了當離子電流I1大於補償電流I。時，在基板1210的表面的電壓波形；圖15C示出了當離子電流小於補償電流I。時，在基板的表面的電壓波形。
[0094]如圖15A所示，當I1=Ie時，離子能量的擴散1470與當如圖15B所示的I1Me時的離子能量的均勻擴散1472相比，或者與如圖15C所示的1工〈1。時的離子能量的均勻擴散1474相比相對較窄。因此，在離子電流高時，離子電流補償部件1260實現了離子能量的窄的擴散(例如通過補償離子電流的影響)，並且它還使得均勻的離子能量的擴散1572、1574的寬度得到控制(例如當希望得到離子能量的擴散時)。
[0095]如圖15B所示，在沒有離子電流補償的情況下(當I1Me時)，在周期電壓函數的正部分之間，在基板表面的電壓以類似斜坡的方式變得不太為負，這產生了更寬的離子能量的擴散1572。類似地，當利用離子電流補償以將補償電流的程度增大到超過如圖15C所示的離子電流(IZL)的程度時，在周期電壓函數的正部分之間，在基板表面的電壓按類似斜坡的方式變得更負，產生了更寬的均勻離子能量的擴散1574。
[0096]返回來參考圖12，離子補償部件1260可以實現為分立的附件，該附件可任選地添加到開關模式電源1206和控制器1212。在其他實施例中，(例如如圖13所示的那樣)，離子電流補償部件1260可以與本文所述的其他部件(例如開關模式電源106、206、806、1206和離子能量控制220、820部件)共用共同的外殼1366。
[0097]如圖13所示，示出了示例性的離子電流補償部件1360，該離子電流補償部件1360包括耦合到開關模式電源的輸出1336的電流源1364，和耦合到電流源1364與輸出1336的電流控制器1362。圖13同樣示出的是等離子腔室1304，在等離子腔室內是電容性元件CpC2和離子電流I」如圖所示，C1表示與腔室1304相關的部件的固有電容，並且C2表示鞘層電容和雜散電容，所述腔室可以包括絕緣材料、基板、基板的支座和靜電吸盤。
[0098]應當指出，因為該實施例中的C1是與腔室1304相關的部件的固有電容，它不是易於得到的增加用以增進處理的控制的電容。例如，利用線性放大器的一些現有技術方案以隔直流電容器將偏置功率耦合到基板，隨後利用橫跨隔直流電容器的監控電壓作為反饋來控制其線性放大器。儘管在本文公開的許多實施例中電容器可以將開關模式電源耦合到基板支座，但不一定要這樣做實施，因為在本發明的幾個實施例中無需使用隔直流電容器的反饋控制。[0099]在參考圖13時，同時參考圖14，它是描繪在圖13中所描繪的Vo的示例性電壓的圖。在操作中，電流控制器1362監控在Vo的電壓，在間隔t上(圖14中所描繪的那樣)離子電流被計算為:
[0100]I1 =C1dvo/dt

[0101]因為C1對於給定工具基本上恆定並且可測量，僅需監控Vo以實現正在進行的補償電流的控制。如上所述，為了獲得離子能量更為單能的分布(例如，如圖15A所示的那樣)，電流控制器控制電流源1364，以使得Ic與I1基本上相同。以此方式，即使在離子電流達到影響在基板表面的電壓的程度時，也可以保持窄的離子能量擴散。另外，如希望的話，可以如圖15B和15C所示地那樣來控制離子能量的擴散，從而在基板表面獲得額外的離子能量。
[0102]同樣在圖13中示出的是反饋線路1370，該反饋線路可以結合控制離子能量分布來使用。例如，圖14中所示的AV的值表示瞬時離子能量，並可以作為部分反饋控制迴路用於許多實施例中。
[0103]接下來參考圖16，示出了電流源1664的示例性實施例，可以實施該電流源1664以獲得參考圖13所描述的電流源1364。在這個實施例中，可控負DC電壓源結合串聯電感器L2 一起起到電流源的作用，但本領域普通技術人員應當理解，根據本說明書，電流源可以由其他部件和/或結構來實現。
[0104]接下來參考圖17A和17B，示出了描繪本發明的其他實施例的框圖。如圖所示，在這些實施例中的基板支座1708包括靜電吸盤1782，靜電吸盤電源1780用於向靜電吸盤1782施加功率。在一些變型中，如圖17A所示，定位靜電吸盤電源1780以便直接向基板支座1708施加功率，在其他變型中，定位靜電吸盤電源1780以便結合開關模式電源來施加功率。應當注意，可以由單獨的電源或者通過使用控制器來執行連續吸附(serialchucking),從而實現純DC吸盤功能。在這個DC耦合的(例如，沒有隔直流電容器)連續吸盤功能中，能夠使得與其他RF源的不希望的幹擾最小化。
[0105]圖18中示出了描繪本發明另一個實施例的框圖，其中，通常運行以產生等離子體密度的等離子體電源1884還被配置為與開關模式電源1806和靜電吸盤電源1880 —起驅動基板的支座1808。在這個實施方式中，等離子體電源1884、靜電吸盤電源1880和開關模式電源1806中的每一個都可以位於分立的部件中，或者兩個或多個電源1806、1880、1884可以構架為位於相同的物理部件中。實質上，圖18中所描繪的實施例實現了上電極1886(例如噴頭)電接地，從而獲得電氣對稱以及由於較少的電弧事件而得到的程度減小的損害。
[0106]參考圖19，示出了描繪本發明再一個實施例的框圖。如所示的，該實施例中的開關模式電源1906被配置為向基板的支座和腔室1904施加功率，以便在無需額外的等離子體電源的情況下(例如沒有等離子體電源102、202、1202、1702、1884)同時使基板偏置且激發(並維持)等離子體。例如，開關模式電源1806可以工作在足以激發並維持等離子體，同時又向基板支座提供偏置的佔空比。
[0107]接下來參考圖20，它是描繪控制部的輸入參數和控制輸出的框圖，所述控制部可以結合參考圖1-19所述的實施例來使用。控制部的描繪旨在提供示例性控制輸入和輸出的簡化描繪，它們可以結合本文所述的實施例來使用-並非旨在作為硬體圖。在實際的實施方式中，所描繪的控制部可以分布在幾個分立部件中，這些部件可以由硬體、軟體、固件或其組合來實現。
[0108]參考本文前述的實施例，圖20中所描繪的控制器可以提供參考圖1所述的控制器112 ;參考圖2所述的控制器21和離子能量控制220部件；參考圖8所述的控制器812和離子能量控制部820 ;參考圖12所述的離子補償部件1260 ;參考圖13所述的電流控制器1362 ;圖16中所示的Icc控制，圖17A和17B中分別所示的控制器1712A、1712B ;圖18和19中分別所示的控制器1812、1912的一個或多個的功能。
[0109]如圖所示，可以用作到控制部的輸入的參數包括dVo/dt和AV，參考圖13和14更詳細地論述了它們。如圖所示，dVo/dt可以用於結合離子能量分布擴散輸入ΛΕ來提供控制信號Icc，其控制離子能量分布擴散的寬度，如參考圖12、13、14、15A-C和圖16所述的。另外，離子能量控制輸入(Ei)結合可任選的反饋AV可以用於產生離子能量控制信號(例如其影響圖3中所示的Vbus)，以實現期望的離子能量分布，如參考圖1-11更詳細說明的。可以結合許多靜電吸盤實施例而使用的另一個參數是DC偏移輸入，所述DC偏移輸入為了高效的熱控制而提供靜電力以將晶圓保持在吸盤。
[0110]圖21不出了根據本公開內容的實施例的等尚子體處理系統2100。系統2100包括等離子體處理腔室2102，包含用於蝕刻基板2106的頂表面2118的等離子體2104。等離子體由以等離子體電源2122 (例如現場的或遠程的或發射的)供電的等離子體源2112產生。在等離子體2104與基板2106的頂表面2118之間測量的等離子體鞘層電壓Vsheath使來自等離子體2104的離子加速越過等離子體鞘層2115，導致加速的離子撞擊基板2106的頂表面2118，並蝕刻基板2106 (或者基板2106未受光致抗蝕劑保護的部分)。等離子體2104處於相對於地(例如等離子體處理腔室2102的壁)的等離子體電位V3。基板2106具有下表面2120，將其藉助靜電吸盤2111和在靜電吸盤2111的頂表面2121與基板2106之間的吸附電位Vehuek靜電固定到支座2108。基板2106是電介質，因此可以在頂表面2188具有第一電位V1，在下表面2120具有第二電位\。靜電吸盤2121的頂表面與基板的下表面2120接觸，這兩個表面2120、2121從而處於相同的電位V2。藉助具有DC偏置或偏移的AC波形來控制第一電位V1、吸附電位Vdiudi和第二電位V2,其中，AC波形由開關模式電源2130產生，並經由第一導體2124提供到靜電吸盤2111。可任選地，經由第一導體2124提供AC波形，並經由可任選的第二導體2125提供DC波形。開關模式電源2130的AC和DC輸出能夠通過控制器2132來控制，所述控制器2132還被配置為控制開關模式電源2130的多個方面。
[0111]離子能量和離子能量分布是第一電位V1的函數。開關模式電源2130提供AC波形，其專門用於實現已知用以產生期望的離子能量和離子能量分布的期望的第一電位V115 AC波形可以是RF，並具有非正弦曲線波形，例如圖5、6、11、14、15a、15b和15c所示的。第一電位V1可以與圖14中所示的電壓AV中的變化成比例。第一電位V1還等於等離子體電壓V3減去等離子體鞘層電壓Vsheath。但由於與等離子體鞘層電壓Vsheath (例如50V-200V)相比，等離子體電壓V3通常較小(例如小於20V)，第一電位V1與等離子體鞘層電壓Vsheath大致相等，為了實施可以按相等來對待。這樣，由於等離子體鞘層電壓Vsteath規定了離子能量，就第一電位V1與離子能量分布成比例。通過保持恆定的第一電位V1，等離子體鞘層電壓Vsteath恆定，從而基本上全部離子都藉助相同的能量加速，因此實現了窄的離子能量分布。等離子體電壓V3由藉助等離子體源2112給予等離子體2104的能量產生。藉助來自靜電吸盤2111的電容性充電和通過鞘層2115的電子和離子的電荷累積的組合來形成在基板2106的頂表面2118的第一電位％。特別調整來自開關模式電源2130的AC波形以抵消離子和電子遷移通過鞘層2115以及在基板2106的頂表面2118產生的電荷累積的影響，從而使得第一電位V1保持基本上恆定。
[0112]將基板2106固定到靜電吸盤2111的吸附力是吸附電位Vehudt的函數。開關模式電源2130向AC波形提供DC偏置或DC偏移，以使得第二電位V2與第一電位V1處於不同的電位。這個電位差導致了吸附電壓V-。,。可以從靜電吸盤2111的頂表面2221到基板2106內的參考層來測量吸附電壓Vctadt,其中，參考層包括除了基板2106的下表面2120以外的基板內的任意高度(參考層的基板2106內的準確位置可以改變)。因此，吸附由第二電位V2控制並與第二電位V2成比例。
[0113]在實施例中，第二電位V2等於由AC波形來改變的開關模式電源2130的DC偏移(換言之，AC波形具有DC偏移，其中，DC偏移大於AC波形的峰峰電壓)。DC偏移可以基本上大於AC波形，以使得開關模式電源2130輸出的DC分量支配第二電位V2,並且能夠忽略或忽視AC分量。
[0114]基板2106內的電位在第一電位V1和第二電位V2之間進行變化。吸附電位Vchuck可以為正或負(例如，或)，因為無論吸附電位V.k極性如何，在基板2106與靜電吸盤2111之間都存在庫侖引力。
[0115]開關模式電源2130結合控制器2132能夠確切地監控多個電壓而無需傳感器。具體地，基於AC波形的參數(例如斜率和梯級)確定性地監控離子能量(例如平均能量和離子能量分布)。例如，等離子體電壓V3、離子能量和離子能量分布與由開關模式電源2130產生的AC波形的參數成比例。具體地，AC波形的下降沿的AV (例如參見圖14)與第一電位V1成比例，從而與離子能量成比例。通過保持第一電位V1恆定，可以保持離子能量分布較窄。
[0116]儘管不能直接測量第一電位V1,並且在開關模式電源輸出與第一電位V1之間相關性可以基於基板2106的電容和處理參數而改變，但可以在經過了較短的處理時間後，依據經驗確定在AV與第一電位V1之間的比例常數。例如，在C波形的下降沿AV為50V，且對於給定基板和處理，依據經驗得到比例常數為2的情況下，預計第一電位V1為100V。這樣，在等離子體處理腔室2102內無需任何傳感器的情況下，可以基於開關模式電源的AC波形的知識來確定第一電位V1連同離子能量和離子能量分布。另外，開關模式電源2130結合控制器2132能夠監控吸附何時以及是否發生(例如，基板2106是否藉助吸附電位Vctadt固定到靜電吸盤2111)。
[0117]通過消除或減小吸附電位Vctadt來執行去吸附。這可以通過將第二電位V2設定為等於第一電位V1來進行。換言之，可以調整DC偏移和AC波形，以便使得吸附電位Vctadt接近0V。與傳統去吸附方法相比，由於DC偏移和AC波形都可以調整以實現去吸附，系統2100實現了更快的去吸附，及因此的更大的處理能力。此外，當DC和AC電源在開關模式電源2130中時，它們的電路更統一，更為靠近，可以藉助單一控制器2132來控制(與典型的DC和AC電源的並聯布置相比)，並且改變輸出更快。由本文公開的實施例實現的去吸附的速度還實現了在熄滅了等離子體2104後，或者至少在關閉了來自等離子體源2112的功率後的去吸附。
[0118]等離子體源2112可以採用各種形式。例如，在一個實施例中，等離子體源2112包括在等離子體處理腔室2102中的電極，其在腔室2102中建立RF場，其激發並維持等離子體2104。在另一個實施例中，等離子體源2112包括遠距離發射的等離子體源，其遠距離產生電離電磁場，將電離電磁場發射或擴展到處理腔室2102中，使用電離電磁場激發並維持等離子體處理腔室內的等離子體2104。另外，遠距離發射的等離子體源還包括場傳送部(例如導電管)，電離電磁場通過它取道前往等離子體處理腔室2102，在其時間過程中，電離電磁場衰減，以致於等離子體處理腔室2102內的場強僅是在遠程發射的等離子體源中首次產生的場的場強的十分之一或百分之一或千分之一，或者設置更小的部分。等離子體源2112沒有按比例來進行繪製。
[0119]開關模式電源2130能夠浮置，並且由此能夠被偏置在通過串聯連接在地與開關模式電源2130之間的DC電源(未示出)的任意DC偏移。開關模式電源2130可以藉助開關模式電源2130內部的AC和DC電源(例如參見圖22、23、26 )，或者藉助在開關模式電源2130內部的AC電源和在開關模式電源2130外部的DC電源(例如參見圖24、27)來提供具有DC偏移的AC波形。在實施例中，開關模式電源2130可以接地，並串聯耦合到浮置DC電源，該浮置DC電源串聯耦合在開關模式電源2130與靜電吸盤2111之間。
[0120]在開關模式電源2130包括AC和DC電源時，控制器2132可以控制開關模式電源2130的AC和DC輸出。當開關模式電源2130與DC電源串聯連接時，控制器2132可以僅控制開關模式電源2130的AC輸出。在可替換的實施例中，控制器2130可以控制耦合到開關模式電源2130的DC電源和開關模式電源2130。本領域技術人員應當理解，儘管示出了單個控制器2132，但也可以實現其他控制器來控制提供給靜電吸盤2111的AC波形和DC偏移。
[0121]靜電吸盤2111可以是電介質(例如陶瓷)，從而基本上阻擋了 DC電壓的通過，或者它可以是半導體材料，例如摻雜陶瓷。在任一情況下，靜電吸盤2111都可以具有在靜電吸盤2111的頂表面2121上的第二電壓V2，靜電吸盤2111將電壓電容性地耦合到基板2106(通常上電介質)的頂表面2118，以形成第一電壓％。
[0122]不必按比例繪製等離子體2104形狀和尺寸。例如，等離子體2104的邊緣可以由特定等離子體密度來限定，在此情況下，在沒有考慮任何特定等離子體密度的情況下繪製了所示的等離子體2104。類似地，不管所示的等離子體2104形狀是什麼，至少一些等離子體密度填充了整個等離子體處理腔室2102。所例示的等離子體2104形狀主要旨在顯示鞘層2115，該鞘層確實具有比等離子體2104基本上更小的等離子體密度。
[0123]圖22例示了等離子體處理系統2200的另一個實施例。在所示實施例中，開關模式電源2230包括串聯連接的DC電源2234和AC電源2236。控制器2232被配置為通過控制AC電源2236的波形和DC電源2234的偏置或偏移來控制具有開關模式電源2234的DC偏移輸出的AC波形。這個實施例還包括靜電吸盤2211，具有內置在吸盤2211中的柵格或網狀電極2210。開關模式電源2230向柵格電極2210提供AC和DC偏置。DC偏置連同AC分量一起在柵格電極2210上建立第三電位V4，其中，AC分量基本上小於DC偏置，從而可以被忽略。當第三電位V4與在基板2206內任意位置(除了基板2206的下表面2220以外)的參考層的電位不同時，建立了吸附電位Vctadt和庫侖吸附力，其將基板2206固定到靜電吸盤2211。參考層是與格柵電極2210平行的虛平面。AC波形從格柵電極2210電容性地耦合通過一部分靜電吸盤2211，並通過基板2206以控制在基板2206的頂表面2218上的第一電位V1O由於等離子體電位V3相對於等離子體鞘層電壓Vsheath可忽略，第一電位V1和等離子體鞘層電壓Vsheath就大致相等，出於實踐的目的，認為相等。因此，第一電位V1等於用於使離子加速通過鞘層2215的電位。
[0124]在實施例中，可以摻雜靜電吸盤2211，以便具有足夠的導電性，使得通過吸盤2211本體的任何電位差都可忽略，從而格柵或網狀電極2210可以處於與第二電位V2基本上相同的電壓。
[0125]格柵電極2210可以是內置在靜電吸盤221中與基板2206平行的任何導電平面器件，被配置為由開關模式電源2230偏置，以建立吸附電位Vehuek。儘管將格柵電極2210示出為內置在靜電吸盤2211的較低部分中，但格柵電極2210也可以距基板2206更近或更遠地定位。格柵電極2210也不必具有格柵圖形。在一個實施例中，格柵電極2210可以是固體電極或具有非格柵形狀的(例如棋盤圖形)非固態結構。在一個實施例中，靜電吸盤2211是陶瓷或其他電介質，從而格柵電極2210上的第三電位V4不等於靜電吸盤2211的頂表面2221上的第一電位Vp在另一個實施例中，靜電吸盤2211是略微導電的摻雜陶瓷，並且由此格柵電極2210上的第三電位V4可以等於靜電吸盤2211的頂表面2221上的第二電位V2。
[0126]開關模式電源2230產生AC輸出，其可以是非正弦形的。開關模式電源2230能夠串聯地操作DC和AC電源2234、2236，因為DC電源2234是導通AC的，AC電源2236是導通DC的。部導通DC的示例性AC電源是某些線性放大器，其在被提供DC電壓或電流時會受損。使用導通AC的和導通DC的電源減少了用於開關模式電源2230中的部件數量。例如，如果DC電源2234阻擋AC，那麼就必須與DC電源2234並聯地設置AC旁路或DC阻擋的部件(例如電容器)。如果AC電源2236阻擋DC，那麼就必須與AC電源2236並聯地設置DC旁路或AC阻擋部件(例如，電感器)。
[0127]在這個實施例中，AC電源2238通常被配置為以可控方式將電壓偏置施加到靜電吸盤2211，以便為轟擊基板2206的表面2218的離子實現期望的離子能量分布。更具體地，AC電源2236被配置為通過向格柵電極2210施加在特定功率等級的一個或多個特定波形來實現期望的離子能量分布。並且更具體地，AC電源2236施加特定功率等級，以實現特定離子能量，並使用由存儲在波形存儲器(未示出)中的波形數據限定的一個或多個電壓波形來施加特定功率等級。結果，可以選擇一個或多個特定離子轟擊能量，以實現受控的基板2206的蝕刻。在一個實施例中，AC電源2236可以利用開關模式結構(例如參見圖25 — 27)。開關模式電源2230，尤其是AC電源2236可以產生如本公開內容那樣的多個實施例所述的AC波形。
[0128]本領域技術人員應當理解，格柵電極2210不是必需的，可以在無需格柵電極2210的情況下實施其他實施例。本領域技術人員還應當理解，格柵電極2210僅是可以用於建立吸附電位Vctadt的多個器件的一個示例。
[0129]圖23示出了等離子體處理系統2300的另一個實施例。所示的實施例包括開關模式電源2330，用於向靜電吸盤2311提供AC波形和DC偏置。開關模式電源2330包括DC電源2334和AC電源2336，二者都可以接地。AC電源2336產生AC波形，將其經由第一導體2324提供給內置在靜電吸盤2311中的第一格柵或網狀電極2310。AC電源2336在第一格柵或網狀電極2310上建立電位V4。DC電源2334產生DC偏置，將其經由第二導體2325提供給內置在靜電吸盤2311中的第二格柵或網狀電極2312。DC電源2334在第二格柵或網狀電極2312上建立電位V5。可以藉助AC和DC電源2336和2334分別獨立地控制電位V4和V5。但第一和第二格柵或網狀電極2310、2312也可以電容性地耦合，和/或藉助一部分靜電吸盤2311在格柵或網狀電極2310、2312之間可以存在DC耦合。如果AC或DC耦合的任意一個存在，那麼電位V4和V5就可以耦合。本領域技術人應當理解,能夠將第一和第二格柵或網狀電極2310、2312布置在遍及靜電吸盤2311中的多個位置，包括將第一格柵電極2310布置為比第二格柵電極2312更接近於基板2306。
[0130]圖24示出了等離子體處理系統2400的另一個實施例。在這個實施例中，開關模式電源2430向靜電吸盤2411提供AC波形，其中，開關模式電源2430的輸出由DC電源2434提供的DC偏置來偏移。開關模式電源2430的AC波形具有由控制器2435選擇的波形，用以藉助來自具有窄離子能量分布的等離子體2404的離子轟擊基板2406。AC波形可以是非正弦曲線形的(例如方波或脈衝的)，並可以藉助開關模式電源2430的AC電源2436來產生。藉助來自DC電源2434的DC偏移來控制吸附，DC電源2434由控制器2433控制。DC電源2434可以串聯耦合在地與開關模式電源2430之間。開關模式電源2430是浮置的，以使得其DC偏置能夠由DC電源2434來設定。
[0131]本領域技術人員應當理解，雖然例示的實施例顯示了兩個獨立的控制器2433、2435，但它們可以組合到單一功能單元、設備或系統中，例如可任選的控制器2432。另外，控制器2433和2434能夠進行耦合以使得彼此通信並共享處理資源。
[0132]圖25示出了等離子體處理系統2500的進一步的實施例。所示的實施例包括開關模式電源2530，其產生AC波形，它可以具有由DC電源(未示出)提供的DC偏移。開關模式電源可以藉助可任選的控制器2535來控制，其包含電壓和電流控制器2537、2539。開關模式電源2530可以包括可控電壓源2538，具有由電壓控制器2537控制的電壓輸出，以及可控電流源2540，具有由電流控制器2539控制的電流輸出。可以並聯布置可控電壓和電流源2538、2540。可控電流源2540被配置為補償在等離子體2504與基板2506之間的離子電流。
[0133]電壓和電流控制器2537、2539能夠被耦合併彼此通信。電壓控制器2537還可以控制可控電壓源2538的開關輸出2539。開關輸出2539可以包括所示的並聯的兩個開關，或者可以包括將可控電壓源2538的輸出轉換為期望的AC波形(例如非正弦曲線形)的任何電路。通過兩個開關，來自可控電壓源2538的受控的電壓或AC波形能夠與可控電流源2540的受控的電流輸出相結合，以產生開關模式電源2530的AC波形輸出。
[0134]可控電壓源2538被例示為具有給定極性，但本領域技術人員應當理解，與所例示的相反的極性也是等效的。可任選地，可控電壓和電流源2538、2540連同開關輸出2539 —起可以是AC電源2546的一部分，AC電源2546與在開關模式電源2530內部或外部的DC電源(未示出)串聯布置。
[0135]圖26例示了等離子體處理系統2600的又一個實施例。在所示實施例中，開關模式電源2630向靜電吸盤2611提供具有DC偏移的AC波形。藉助可控電壓源2638和可控電流源2640的並聯組合來產生波形的AC分量，可控電壓源2638和可控電流源2640通過開關輸出2639彼此連接。DC偏移由串聯耦合在地與可控電壓源2638之間的DC電源2634產生。在一個實施例中，DC電源2634可以浮置，而不是接地。類似的，開關模式電源2630可以浮置或接地。[0136]系統2600可以包括一個或多個控制器,用於控制開關模式電源2630的輸出。第一控制器2632例如可以藉助第二控制器2633和第三控制器2635來控制開關模式電源2630的輸出。第二控制器2633可以控制由DC電源2634產生的開關模式電源2630的DC偏移。第三控制器2635可以通過控制可控電壓源2638和可控電流源2640來控制開關模式電源2630的AC波形。在一個實施例中，電壓控制器2637控制可控電壓源2638的電壓輸出，電流控制器2639控制可控電流源2640的電流。電壓和電流控制器2637、2639可以彼此通信，並可以是第三控制器2635的一部分。
[0137]本領域技術人員應當理解，以上的實施例說明了控制器相對於電源2634、2638、2640的各種結構，它是非限制性的，在不脫離本公開內容的情況下，也可以實施各種其他結構。例如，第三控制器2635或電壓控制器2637可以控制在可控電壓源2637與可控電流源2640之間的開關輸出2639。作為另一個示例，第二和第三控制器2633、2635可以彼此通信(即使沒有如此示出)。還應當理解，可控電源和電流源2638、2640的極性僅是示例性的，並非旨在進行限制。
[0138]開關輸出2639可以通過交替通斷兩個並聯開關來操作，以便構成AC波形的形狀。開關輸出2639可以包括任意各種開關，包括但不限於，MOSFET和BJT。在一個變型中，DC電源2634可以布置在可控電流源2640與靜電系統盤2611之間(換言之，DC電源2634可以浮置)，開關模式電源2630可以接地。
[0139]圖27例示了等離子體處理系統2700的另一個實施例。在這個變型中，開關模式電源2734同樣接地，但代替包含在開關模式電源2730中，在此，DC電源2734是分立部件，向整個開關模式電源2730提供DC偏移，而不僅僅是在開關模式電源2730內的部件。
[0140]圖28例示出根據本公開內容的實施例的方法2800。方法2800包括在等離子腔室操作2802中基板的設置。方法2800進一步包括在等離子腔室操作2804中形成等離子體。這個等離子體可以在現場形成，或藉助遠程發射的源形成。方法2800還包括開關功率操作2806。開關功率操作2806包括向基板可控地通斷功率，以便向基板施加周期電壓函數。周期電壓函數可以認為是脈衝波形(例如，方波)或者AC波形，包括由與開關模式電源串聯的DC電源產生的DC偏移。在一個實施例中,DC電源可以包含在開關模式電源中，從而與開關模式電源的AC電源串聯。DC偏移在靜電吸盤的頂表面與基板內的參考層之間產生電位差，這個電位差稱為吸附電位。在靜電吸盤與基板之間的吸附電位將基板固定到靜電吸盤，從而避免了基板在處理過程中移動。方法2800進一步包括調節操作2808，其中，在多個周期上調節周期電壓函數。調節響應於在基板表面的期望的離子能量分布，從而在時間平均的基礎上實現期望的離子能量分布。
[0141]圖29例示了根據本公開內容的另一個方法2900。方法2900包括在等離子腔室操作2902中基板的設置。方法2900進一步包括在等離子腔室操作2904中形成等離子體。這個等離子體可以在現場形成，或藉助遠程發射的源形成。方法2900還包括接收至少一個離子能量分布設定操作2906。在接收操作2906中接收的設定可以表示在基板表面的一個或多個離子能量。方法2900進一步包括通斷功率操作2908，其中，向基板可控地通斷功率，以便實現以下內容:(1)在時間平均基礎上的離子能量的期望的分布；及(2)在時間平均基礎上的期望的吸附電位。功率可以具有AC波形和DC偏移。
[0142]總之，本發明尤其提供了一種方法和裝置，用於使用開關模式功率來選擇性地產生期望的離子能量。本領域技術人員顯而易見的是，在本發明中、其使用中和其結構中可以做出多個變型和替換，以實現與由本文所述實施例所實現的基本上相同的結果。因此，並非旨在將本發明局限於所公開的示例性形式。許多變型、修改和可替換的結構都落入所公開的發明的範圍和精神內。
【權利要求】
1.一種用於基於等離子體的處理的系統，包括: 等離子體處理腔室，所述等離子體處理腔室被配置為包含等離子體； 靜電吸盤，所述靜電吸盤位於所述等離子體處理腔室內並耦合到基板， 離子能量控制部，所述離子能量控制部響應於至少一個離子能量分布設定而提供至少一個離子能量控制信號，所述離子能量分布設定表示在所述基板的表面的離子能量分布的期望的分布； 開關模式電源，所述開關模式電源耦合到所述靜電吸盤和所述離子能量控制部，所述開關模式電源包括一個或多個開關部件，所述開關部件被配置為響應於所述離子能量控制信號而向所述靜電吸盤提供周期電壓函數，其中，所述周期電壓函數具有AC波形和DC偏移，所述AC波形與在所述基板的所述表面的所述等離子體的所述期望的離子能量分布成比例，所述DC偏移與吸附電位成比例，所述吸附電位保持所述基板與所述靜電吸盤之間的奉禹合；以及 離子電流補償部件，所述離子電流補償部件耦合到所述靜電吸盤，所述離子電流補償部件實現所述離子能量分布的可控寬度。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述開關模式電源浮置，且在所述開關模式電源外部產生所述DC偏移。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述開關模式電源包括產生所述DC偏移的DC偏移。
4.根據權利 要求3所述的系統，其中，所述開關模式電源包括產生所述AC波形的AC電源，並且其中，所述AC電源串聯耦合在所述DC電源與所述靜電吸盤之間。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述DC電源串聯耦合在地與所述開關模式電源之間。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述AC波形由所述AC電源產生，並且其中，所述DC偏移由所述DC電源產生，並且其中，所述AC電源和所述DC電源並聯耦合到所述靜電吸盤。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，經由第一導體將所述AC波形提供給所述靜電吸盤，並且經由第二導體將所述DC偏移提供給所述靜電吸盤。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述吸附電位存在於所述靜電吸盤的頂表面與所述基板內的參考層之間。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述開關模式電源被配置為響應於所述一個或多個驅動信號而向所述基板的支座施加周期電壓函數； 其中，所述離子能量控制部被配置為響應於所述至少一個離子能量分布設定而在所述周期電壓函數的多個周期上調節所述周期電壓函數的至少一個參數，從而在時間平均的基礎上，在所述基板的所述表面產生所述期望的離子能量分布。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述至少一個參數包括電壓振幅。
11.一種用於基於等離子體的處理的裝置，包括: 控制器，所述控制器被配置為提供一個或多個驅動-控制信號； 開關模式電源，所述開關模式電源響應於所述一個或多個驅動-控制信號而向等離子體處理腔室的靜電吸盤提供周期電壓函數，其中，所述周期電壓函數具有AC波形，所述AC波形與耦合到所述靜電吸盤的基板的表面處的等離子體的離子能量密度成比例，其中，所述AC波形由所述開關模式電源的AC電源產生，並且其中，所述開關模式電源被配置為與DC電源串聯連接，所述DC電源用於將DC偏移提供給所述AC波形。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述開關模式電源浮置。
13.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述開關模式電源至少包括可控電壓源和可控電流源的並聯布置，並且其中，所述AC波形是所述並聯布置的輸出。
14.一種用於基於等離子體的處理的方法，包括: 將基板設置在等離子腔室中； 在所述等離子腔室中形成等離子體； 向所述基板可控地通斷功率，從而將周期電壓函數施加到所述基板，其中，所述周期電壓函數具有由與開關模式電源串聯的DC電源產生的DC偏移，並且其中，所述DC偏移在所述基板與所述靜電吸盤之間產生吸附電位；及 響應於所述基板的所述表面處的期望的離子能量分布而在所述周期電壓函數的多個周期上調節所述周期電壓函數，從而在時間平均的基礎上實現所述期望的離子能量分布。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，調節所述周期電壓函數包括調節所述周期電壓函數的振幅。
16.根據權利要求14所述的方法，包括: 獲得限定所述基板的所述表面處的離子的能量的期望的分布的參數的值； 將所獲得的參數值轉換為調節數據；以及 使用所述調節數據來調節所述周期電壓函數。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，從管理所述基於等離子體的處理的操作者獲得所述參數的值。
18.根據權利要求14所述的方法，包括: 從包含限定多個離子能量分布函數的數據的存儲器選擇離子能量的所述期望的分布，從而選擇特定離子能量分布函數；以及 調節所述周期電壓函數，從而在時間平均的基礎上實現所述特定離子能量分布函數。
19.根據權利要求14所述的方法，包括向所述基板的支座施加所述可控通斷的功率，以在所述等離子體處理腔室中激發並維持等離子體。
20.根據權利要求14所述的方法，包括: 控制離子補償電流，從而在時間平均基礎上實現對所述基板的所述表面處的均勻離子能量的擴散的控制。
21.一種用於基於等離子體的處理的方法，包括: 將基板設置在等離子腔室中； 在所述等離子腔室中形成等離子體； 接收至少一個離子能量分布設定，所述離子能量分布設定表示在所述基板表面處的一個或多個離子能量；以及 向所述基板可控地通斷具有AC波形和DC偏移的功率，從而實現: 在時間平均基礎上的離子能量的期望的分布；及 在時間平均基礎上的期望的吸附電位。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，可控地通斷功率包括: 串聯組合DC偏移與在周期電壓函數的多個周期上所調節的AC波形，所述周期電壓函數響應於表示在基板表面的一個或多個離子能量的所述至少一個離子能量分布設定，從而實現在時間平均的基礎上的離子能量的所述期望的分布。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，接收至少一個離子能量分布設定包括:接收限定離子能量分布函 數的數據。
【文檔編號】H01J37/30GK103890897SQ201280047162
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年7月27日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】V·布勞克, D·J·霍夫曼 申請人:先進能源工業公司