CN103890897A

CN103890897A - 用于先进等离子体能量处理系统的离子能量控制系统

Info

Publication number: CN103890897A
Application number: CN201280047162.XA
Authority: CN
Inventors: V·布劳克; D·J·霍夫曼
Original assignee: Advanced Energy Industries Inc
Current assignee: Advanced Engineering Solutions Global Holdings Private Limited
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: US9435029B2; KR101667462B1; TWI494967B; TW201312622A; JP2014529381A; KR20140060502A; WO2013016619A1; CN103890897B; JP5894275B2; US20120052599A1

Abstract

公开了用于调节等离子腔室中的离子能量并将基板吸附到基板的支座的系统、方法和装置。示例性方法包括，将基板设置在等离子腔室中，在等离子腔室中形成等离子体，向基板可控地通断功率以将周期电压函数施加到基板，以及响应于在基板表面的期望的离子能量分布而在周期电压函数的多个周期上调节周期电压函数，从而在时间平均的基础上实现期望的离子能量分布。

Description

用于先进等离子体能量处理系统的离子能量控制系统

技术领域

本公开内容总体上涉及等离子体处理。具体地但非限制性地，本发明涉及用于等离子体辅助的蚀刻和/或沉积方法和装置。

背景技术

许多类型的半导体器件都是使用基于等离子体的蚀刻技术来制造的。如果蚀刻的是导体，就可以将相对于地的负电压施加到导电基板，以便创建横跨基板导体的表面的基本上均匀的负电压，这将带正电荷的离子吸引向导体，结果，撞击导体的正离子具有基本上相同的能量。

但如果基板是电介质，对于横跨基板表面而设置电压，不变的电压是低效的。但AC电压（例如，高频）可以施加到导电板（或夹盘），以使得AC场在基板表面上产生电压。在AC周期的正半周期过程中，基板吸引电子，其相对于正离子的质量较轻；这样在正周期部分过程中会将许多电子吸引到基板的表面。结果，基板表面会带负电荷，这导致离子被吸引向带负电荷的表面。当离子撞击基板表面时，撞击从基板表面移去了物质-实现了蚀刻。

在许多情况下，希望具有窄的离子能量分布，但向基板施加正弦曲线波形引起了宽的离子能量分布，这限制了用以实现期望的蚀刻剖面图的等离子体处理的能力。用以实现窄离子能量分布的公知技术是昂贵的、效率低、难以控制的，并且会不利地影响等离子体密度。结果，这些公知技术在商业上都没有被采用。因此，需要系统和方法来解决现有技术的不足并提供其他新的且创新特征。

发明内容

将附图中所示的本公开内容的例示实施例概述如下。在具体实施方式部分中会更充分地说明这些及其他实施例。然而，应当理解，并非旨在将本发明局限于发明内容中或具体实施方式中所述的形式。本领域技术人员应当理解，存在落入如权利要求中所表述的本发明的精神和范围内的许多变型、等同和可替换的结构。

根据一个实施例，本发明的特征在于一种用于基于等离子体的处理的系统。该实施例中的系统包括等离子体处理腔室，被配置为包含等离子体和位于等离子体处理腔室内的基板的支座，布置它用以支撑基板。另外，离子能量控制部响应于至少一个离子能量分布设定而提供至少一个离子能量控制信号，所述离子能量分布设定表示在基板表面的期望的离子能量分布。开关模式电源向基板施加功率，以在基板表面实现期望的离子能量分布，该实施例中的离子电流补偿部件提供了可控的离子能量分布宽度。

根据另一个实施例，本发明可以描述为一种用于基于等离子体的处理的方法，其包括向基板可控地通断功率，以便将周期电压函数施加到基板，并响应于在基板表面的期望的离子能量分布，在周期电压函数的多个周期上调节周期电压函数，以便在时间平均的基础上实现期望的离子能量分布。

根据另一个实施例，本发明的特征在于一种基于等离子体的处理装置，其包括开关模式电源，被配置为施加周期电压函数，及离子能量控制部，其响应于至少一个离子能量分布设定，在周期电压函数的多个周期上调节周期电压函数的至少一个参数，所述离子能量分布设定表示在基板表面的期望的离子能量分布。

本文将更详细地说明这些及其他实施例。

附图说明

结合附图，参考以下的具体实施方式和所附权利要求，本发明的各种目的和优点以及更透彻的理解是显而易见的且更易于理解的，其中，在全部几个视图中，以相同的参考标号来标明同类的或相似的元件，并且其中：

图1示出了根据本发明的一个实施方式的等离子体处理系统的框图；

图2是示出图1中所示的开关模式电源系统的示例性实施例的框图；

图3是可以用于实现参考图2所述的开关模式偏置电源的部件的略图；

图4是示出两个驱动信号波形的时序图；

图5是操作开关模式偏置电源的单模态的图示，所述开关模式偏置电源实现了集中在特定离子能量的离子能量分布；

图6是示出操作的双模态模式的图，其中产生了离子能量分布中两个分离的峰；

图7A和7B是示出在等离子体中进行的实际的直接离子能量测量的图；

图8是示出本发明的另一个实施例的框图；

图9A是示出由正弦曲线调节函数来调节的示例性的周期电压函数的图；

图9B是图9A中所示的一部分周期电压函数的分解图；

图9C示出了由周期电压函数的正弦曲线调节所产生的、在时间平均基础上的得到的离子能量分布；

图9D示出了在由正弦曲线调节函数调节周期电压函数时，在合成的时间平均的IEDF的等离子体中进行的实际的直接离子能量测量；

图10A示出了由锯齿波调节函数调节的周期电压函数；

图10B是图10A中所示的一部分周期电压函数的分解图；

图10C是示出由图10A和10B中的周期电压函数的正弦曲线调节所产生的，在时间平均基础上的得到的离子能量分布的图；

图11是在右列中显示IEDF函数且在左列中显示相关的调节函数的图；

图12是示出一实施例的框图，其中，离子电流补偿部件补偿等离子腔室中的离子电流；

图13是示出示例性离子电流补偿部件的图；

图14是示出在图13中所示的节点Vo处的示例性电压的图；

图15A-15C是响应于补偿电流而出现在基板或晶圆的表面的电压波形；

图16是电流源的示例性实施例，可以实现该电流源以实现参考图13所述的电流源；

图17A和17B是示出本发明的其他实施例的框图；

图18是示出本发明的另一个实施例的框图；

图19是示出本发明的再一个实施例的框图；

图20是框图输入参数和控制输出，其可以结合参考图1-19所述的实施例来使用；

图21是示出本发明的另一个实施例的框图；

图22是示出本发明的再一个实施例的框图；

图23是示出本发明的又一个实施例的框图；

图24是示出本发明的再一个实施例的框图；

图25是示出本发明的再一个实施例的框图；

图26是示出本发明的另一个实施例的框图；

图27是示出本发明的再一个实施例的框图；

图28示出了根据本公开内容的实施例的方法；以及

图29示出了根据本公开内容的实施例的另一种方法。

具体实施方式

在图1中总体上显示了等离子体处理系统的示例性实施例。如图所示，等离子体电源102耦合到等离子体处理腔室104，开关模式电源106耦合到室104内的支座108，在所述支座上放置基板110。还示出了耦合到开关模式电源106的控制器112。

在该示例性实施例中，等离子体处理腔室104可以由基本上传统结构的腔室（例如，包括由一个泵或多个泵（未示出）抽真空的真空外壳）来实现。而且，如同本领域普通技术人员应当理解的那样，腔室104中的等离子体激发可以由各种源中的任意一个来进行，所述各种源包括例如螺旋波型等离子体源，所述螺旋波型等离子体源包括磁线圈和天线以激发并维持反应器中的等离子体114，并且可以提供气体入口，从而将气体引入到腔室104中。

如图所示，示例性等离子腔室104被布置并配置为利用基板110的高能离子轰击来进行材料的等离子体辅助蚀刻。该实施例中的等离子体电源102被配置为经由在一个或多个频率（例如13.56MHz）的匹配网络（未示出）向腔室104施加功率（例如RF功率），以便激发并维持等离子体114。应当理解，本发明不限于用以将功率耦合到腔室104的任何特定类型的等离子体电源102或源，各种频率和功率等级都可以被容性地或感性地耦合到等离子体114。

如图所示，待处理的介质基板110（例如半导体晶圆）至少部分地由支座108支撑，所述支座可以包括传统晶圆吸盘的部分（例如，用于半导体晶圆处理）。支座108可以被形成为在支座108与基板110之间具有绝缘层，其中，基板110电容性地耦合到平台，但可能浮置在与支座108不同的电压。

如上所述，如果基板110和支座108是导体，就可以向支座108施加不变的电压，并作为通过基板110的电传导，施加到支座108的电压也施加到基板110的表面。

但当基板110是电介质时，对于横跨基板110的处理表面而设置电压，向支座108施加不变的电压是低效的。结果，示例性的开关模式电源106被配置为受控，从而实现在基板110表面上的电压，所述基板能够吸引等离子体114中的离子与基板110碰撞，以实现对基板110进行受控的蚀刻和/或沉积。

此外，如本文进一步论述的，开关模式电源106的实施例被配置为进行操作，以使得在由等离子体电源102施加（到等离子体114）的功率与由开关模式电源106施加到基板110的功率之间存在非实质性的相互作用。例如，由开关模式电源106施加的功率是可控的，从而在基本上不影响等离子体114的密度的情况下实现对离子能量的控制。

进一步，图1中所示的示例性开关模式电源106的许多实施例由相对廉价的部件来实现，所述部件可以由相对简单的控制算法来控制。与现有技术的方案相比，开关模式电源106的许多实施例有效得多；由此减少了与去除过多的热能相关的能量成本和昂贵的材料。

用于向介质基板施加电压的一个公知的技术结合复杂的控制体系利用了高功率线性放大器，用以向基板的支座施加功率，其在基板表面产生电压。但这个技术没有被商业实体采用，因为它没有证明是节约成本的或足以可管理的。具体地，所用的线性放大器通常较大，极为昂贵，效率低且难以控制。而且，线性放大器从本质上来说需要AC耦合（例如隔直流电容器），并且借助并联馈电电路来实现如吸附（chucking）的辅助功能，这损坏了具有吸附的源的系统的AC频谱纯度。

已经考虑的另一个技术是向基板施加高频功率（例如借助一个或多个线性放大器）。但已经发现这个技术不利地影响等离子体密度，因为施加到基板的高频功率影响了等离子体密度。

在一些实施例中，图1中所示的开关模式电源106可以由降压、升压、和/或降压-升压型功率技术来实现。在这些实施例中，可以控制开关模式电源106以施加变化的脉冲功率等级，以在基板110的表面上产生电位。

在其他实施例中，开关模式电源106由其他更复杂的开关模式功率和控制技术来实现。例如，接下来参考图2，参考图1所述的开关模式电源由开关模式偏置电源206来实现，其用于向基板110施加功率，以实现轰击基板110的离子的一个或多个期望的能量。还示出了，离子能量控制部件220、电弧检测部件222和与开关模式偏置电源206和波形存储器224耦合的控制器212。

这些部件的例示布置是合理的；因此，在实际实施方式中，能够组合或进一步分隔这些部件，并且能够在不改变系统的基本操作的情况下，以各种方式连接这些部件。例如在一些实施例中，控制器212可以由硬件、软件、固件或其组合来实现，其可以用于控制电源202和开关模式偏置电源206。但在可替换的实施例中，电源202和开关模式偏置电源206由完全分离的功能单元来实现。通过进一步示例的方式，控制器212、波形存储器224、离子能量控制部220和开关模式偏置电源206可以集成到单个部件中（例如，位于共同的外壳中）或可以分布在分立的部件中。

该实施例中的开关模式偏置电源206通常被配置为以可控方式向支座208施加电压，以实现对基板的表面进行轰击的离子的能量的期望的分布。更具体地，开关模式偏置电源206被配置为通过向基板施加特定功率等级的一个或多个特定波形，来实现离子能量的期望的分布。更具体地，响应于来自离子能量控制部220的输入，开关模式偏置电源206施加特定功率等级，以实现特定的离子能量，并使用由波形存储器224中的波形数据限定的一个或多个电压波形来施加特定功率等级。结果，可以借助离子控制部分来选择一个或多个特定离子轰击能量，从而对基板进行受控的蚀刻。

如图所示，开关模式电源206包括开关部件226’、226’’（例如，高功率场效应晶体管），所述开关部件用于响应于来自相应的驱动部件228’、228’’的驱动信号而向基板210的支座208通断功率。控制器212基于由波形存储器224的内容所限定的时序，控制由驱动部件228’、228’’产生的驱动信号230’、230’’。例如，许多实施例中的控制器212适于解译波形存储器的内容，并产生驱动-控制信号232’、232’’，其由驱动部件228’、228’’用于控制到开关部件226’、226’’的驱动信号230’、230’’。尽管出于示例性目的示出了以半桥结构布置的两个开关部件226’、226’’，但当然可以考虑以各种架构（例如H桥结构）来实施更少或另外的开关部件。

在许多操作模式中，控制器212（例如使用波形数据）调节驱动-控制信号232’、232’’的时序，以在基板210的支座208实现期望的波形。另外，开关模式偏置电源206适于基于离子能量控制信号234向基板210供电，离子能量控制信号可以是DC信号或时变波形。因此，本实施例实现了通过控制到开关部件的时序信号并控制由开关部件226’、226’’施加的功率（由离子能量控制部件220控制）来控制离子分布能量。

另外，该实施例中的控制器212被配置为响应于由电弧检测部件222检测到的等离子腔室204中的电弧来实施电弧管理功能。在一些实施例中，当检测到电弧时，控制器212改变驱动-控制信号232’、232’’，以使得施加在开关模式偏置电源206的输出236的波形熄灭等离子体214中的电弧。在其他实施例中，控制器212通过简单地中断驱动-控制信号232’、232’’的施加以中断施加在开关模式偏置电源206的输出236的功率来熄灭电弧。

接下来参考图3，该图是部件的示意图，所述部件可以用于实现参考图2所述的开关模式偏置电源206。如所示的，以半桥（也称为图腾柱）型布局来布置该实施例中的开关部件T1和T2。R2、R3、C1和C2共同表示等离子体负载，C3是可任选的物理电容器，用以使得DC电流免于在基板表面上产生的电压，或者来自流过电路的静电吸盘（未示出）的电压。如图所示，L1是杂散电感（例如向负载馈送功率的导体的固有电感）。并且在这个实施例中，存在三个输入：Vbus、V2和V4。

V2和V4表示驱动信号（例如，由参考图2所述的驱动部件228’、228’’输出的驱动信号230’、230’’），并且在这个实施例中，能够安排V2和V4的时间（例如脉冲的长度和/或相互延迟），以可以调节T1和T2的结束，从而控制在施加到基板支座的Vout的电压输出的形状。在许多实施方式中，用于实现开关部件T1和T2的晶体管不是理想的开关，所以为了达到期望的波形，考虑了特定的晶体管特性。在许多操作模式中，简单地改变V2和V4的时序实现了将要施加在Vout的期望的波形。

例如，可以操作开关T1、T2以使得在基板110、210的表面的电压总体上为负，其中，周期电压脉冲接近和/或略微超过正电压参考。在基板110、210的表面的电压的值限定了来自的量，其可以按照离子能量分布函数（IEDF）来表征。为了在基板110、210的表面实现期望的电压，在Vout的脉冲总体上可以为矩形并具有长得足以在基板110、210的表面产生出短暂的正电压的宽度，以便将足够的电子吸引到基板110、210的表面，从而实现期望的电压和相应的离子能量。

该实施例中的Vbus限定了施加到Vout的脉冲的振幅，它限定了在基板表面的电压，及作为结果的离子能量。再次简要地参考图2，Vbus可以耦合到离子能量控制部，它可以由DC电源来实现，所述DC电源适用于将DC信号或时变波形施加到Vbus。

可以调节两个信号V2、V4的脉冲宽度、脉冲形状和/或相互延迟，以在Vout得到期望的波形，并且施加到Vbus的电压可以影响脉冲的特性。换言之，电压Vbus可以影响信号V2、V4的脉冲宽度、脉冲形状和/或相对相位。例如简要地参考图4，所示的是时序图，示出了可以施加到T1和T2（作为V2和V4）的两个驱动信号波形，以便在Vout产生如图4所示的周期电压函数。为了调节在Vout的脉冲的形状（例如为了实现在Vout的脉冲的最小时间，但仍达到脉冲的峰值），可以控制两个栅极驱动信号V2、V4的时序。

例如，两个栅极驱动信号V2、V4可以施加到开关部件T1、T2，所以施加在Vout的每一个脉冲的时间相比于在脉冲之间的时间T可以较短，但长得足以在基板110、210的表面产生正电压以将电子吸引到基板11-、210的表面。此外，已经发现通过改变在脉冲之间的栅极电压电平，可以控制在脉冲之间施加到Vout的电压的斜率（例如为了实现在脉冲之间的基板表面基本上恒定的电压）。在一些操作模式中，栅极脉冲的重复率约为400kHz，但这个速率当然可以在不同应用中改变。

尽管没有要求，但实际上，基于在实际实施方式上的模拟和细化，可以限定可用于产生期望的离子能量分布的波形，并能够存储波形（例如，在参考图1所述的波形存储器部中作为一系列电压电平）。另外，在许多实施方式中，能够直接产生波形（例如，在没有来自Vout的反馈的情况下）；这样避免了反馈控制系统的不希望的方面（例如，稳定时间）。

再次参考图3，能够调节Vbus以控制离子的能量，并且存储的波形可以用于控制栅极驱动信号V2、V4，从而实现在Vout的期望的脉冲振幅同时使得脉冲宽度最小。同样，这是根据晶体管的特定特性而完成的，可以模拟或实现并依据经验设立其特定特性。例如，参考图5，所示的是示出Vbus相对于时间、在基板110、210的表面的电压相对于时间以及相应的离子能量分布的图示。

在图5中的图示出了操作开关模式偏置电源106、206的单模态，其实现了在特定离子能量所集中的离子能量分布。如图所示，在该实施例中为了实现离子能量的单一集中，在Vbus施加的电压维持恒定，同时控制施加到V2和V4的电压（例如，使用图3中所示的驱动信号），从而在开关模式偏置电源106、206的输出产生脉冲，这实现了图5中所示的相应的离子能量分布。

如图5所示，在基板110、210的表面的电位通常为负以吸引对基板110、210的表面进行轰击并蚀刻的离子。施加到基板110、210的周期性短脉冲（通过向Vout施加脉冲）具有由施加到Vbus的电位限定的量值，这些脉冲导致基板110、210的电位中的短暂变化（例如接近于正或略微为正电位），这将电子吸引到基板的表面，以实现沿基板110、210的表面的大致的负电位。如图5所示，施加到Vbus的恒压实现了离子流在特定离子能量的单一集中；因此，可以通过简单地将Vbus设定为特定电位而可以选择特定离子轰击能量。在其他操作模式中，可以产生两个或更多个分离的离子能量的集中。

接下来参考图6，例如，所示的是描绘操作的双模态模式的图，其中，产生了离子能量分布中两个分离的峰。如图所示，在这个操作模式中，基板经受到电压和周期脉冲的两个不同电平，结果，引起了分开的两个离子能量的集中。如图所示，为了实现两个不同的离子能量集中，在Vbus处所施加的电压在两个电平之间交替，并且每一个电平都限定了两个离子能量集中的能量级。

尽管图6将在基板110、210处的两个电压描绘为在每个脉冲之后进行交替，但这当然不是必需的。例如在其他操作模式中，施加到V2和V4的电压相对于施加到Vout的电压而切换（例如使用图3中所示的驱动信号），以使得在基板表面所产生的电压在两个或更多个脉冲之后从第一电压改变为第二电压（反之亦然）。

在现有技术中，已经尝试将两个波形的组合（由波形发生器产生的）施加到线性放大器，并将放大的两个波形的组合施加到基板，以便实现成倍的离子能量。但这个方案比参考图6所述的方案复杂得多，并且需要昂贵的线性放大器和波形发生器。

接下来参考图7A和7B，所示的是描绘分别对应于施加到Vbus的DC电压的单能调节和双级调节的在等离子体中进行的实际的直接离子能量测量的图。如图7A所示，响应于施加到Vbus的不变的电压，离子能量分布集中在80eV周围（例如如图5所示的）。如图7B所示，响应于Vbus的双级调节，两个分离的离子能量的集中出现在85eV与115eV周围（例如如图6所描绘的那样）。

接下来参考图8，所示的是描绘本发明的另一个实施例的框图。如图所示，开关模式电源806经由电弧检测部件822耦合到控制器812、离子能量控制部820和基板支座808。控制器812、开关模式电源806和离子能量控制部820共同操作以向基板支座808施加功率，以便在时间平均的基础上实现在基板810的表面的期望的离子能量分布。

例如简要地参考图9A，所示的是由约5kHz的正弦曲线调节函数在周期电压函数的多个周期上调节的、具有约400kHz的频率的周期电压函数。图9B是图9A中圆圈圈出的部分周期电压函数的分解图，图9C示出了在时间平均基础上的得到的离子能量分布，它是由周期电压函数的正弦曲线调节所产生的。图9D示出了在由正弦曲线调节函数调节周期电压函数时，在合成的时间平均的IEDF的等离子体中进行的实际的直接离子能量测量。如本文进一步论述的，可以通过简单地改变施加到周期电压的调节函数来实现在时间平均基础上获得期望的离子能量分布。

参考作为另一个示例的图10A和10B，由约5kHz的锯齿波调节函数来调节400kHz周期电压函数，以在时间平均基础上达到图10C中所示的离子能量的分布。如图所示，结合图10所使用的周期电压函数与图9中的相同，除了图10中的周期电压函数由锯齿波函数代替正弦曲线函数来调节以外。

应当理解，图9C和10C中所描绘的离子能量分布函数不表示在基板810的表面处的离子能量的瞬时分布，而是表示离子能量的时间平均。例如参考图9C，在时间段中的瞬间，离子能量的分布将是所描绘的、存在于调节函数的整个周期的过程中的离子能量分布的子集。

还应当理解，调节函数不一定是固定的函数，也不一定是固定频率。例如，在一些示例中，希望以特定调节函数的一个或多个周期来调节周期电压函数，以实现特定的时间平均的离子能量分布，随后以另一个调节函数的一个或多个周期来调节周期电压函数，以实现另一个时间平均的离子能量分布。对调节函数（其调节周期电压函数）的这种改变在许多情况下是有益的。例如，如果需要特定的离子能量分布来蚀刻特定几何结构或通过特定材料进行蚀刻，可以使用第一调节函数，随后可以使用另一个调节函数，以实现不同的蚀刻几何图案或通过另一种材料进行蚀刻。

类似地，周期电压函数（例如图9A、9B、10A和10B中的400kHz成分和图4中的Vout）不一定是严格固定的（例如周期电压函数的形状和频率可以改变），但其频率总体上由腔室内的离子的渡越时间来设立，以使得腔室中的离子受到施加到基板810的电压的影响。

返回来参考图8，控制器812向开关模式电源806提供驱动-控制信号832’、832’’，以使得开关模式电源806产生周期电压函数。开关模式电源806可以由图3中所示的部件来实现（例如用以产生图4中所示的周期电压函数），但当然能够设想可以利用其他的开关架构。

通常，离子能量控制部件820起到向周期电压函数（它由控制器812结合开关模式电源806产生）施加调节函数的作用。如图8所示，离子能量控制部件820包括调节控制器840，其与自定义IEDF部850、IEDF函数存储器848、用户接口846和功率部件844通信。应当理解，描绘这些部件旨在表达功能性部件，实际上它们可以由共同的或不同的部件来实现。

该实施例中的调节控制器840通常基于限定调节函数的数据来控制功率部件844（由此控制其输出834），并且功率部件844产生调节函数834（基于来自调节控制器840的控制信号842），所述调节函数应用于由开关模式电源806产生的周期电压函数。该实施例中的用户接口846被配置为使得用户能够选择存储在IEDF函数存储器848中的预定IEDF函数，或者结合自定义IEDF部件850来限定自定义IEDF。

在许多实施方式中，功率部件844包括DC电源（例如，DC开关模式电源或线性放大器），其向开关模式电源（例如，向图3中所描绘的开关模式电源的Vbus）施加调节函数（例如变化的DC电压）。在这些实施方式中，调节控制器840控制由功率部件844输出的电压电平，以使得功率部件844施加符合调节函数的电压。

在一些实施方式中，IEDF函数存储器848包括多个数据集，所述多个数据集对应于多个IEDF分布函数中的每一个。用户接口846使得用户能够选择期望的IEDF函数。例如参考图11，右列中所示的是示例性IEDF函数，其可以由用户用于选择。左列示出了相关调节函数，调节控制器840会结合功率部件844将它施加到周期电压函数，以实现相应的IEDF函数。应当理解，图11中所描绘的IEDF函数仅是示例性的，其他IEDF函数也可以用于选择。

自定义IEDF部件850通常起到使得用户能够经由用户接口846限定期望的离子能量分布函数的作用。例如，在一些实施方式中，自定义IEDF部件850使得用户能够设立限定离子能量的分布的特定参数的值。

例如，自定义IEDF部件850可以结合在高级（IF-高）、中级（IF-中）和低级（IF-低）的这些能及之间限定IEDF的函数，按照在这些能量级的相对流量等级（例如按照流量的百分比）来实现对IEDF函数进行限定。在许多示例中，仅需IF-高、IF-低和这些等级之间的IEDF函数就足以限定IEDF函数。作为特定示例，用户可以要求在20%贡献级（对总体IEDF的贡献）的1200eV，在30%贡献级的700eV，其中，在这两个等级之间具有正弦形IEDF。

还会设想自定义IEDF部850可以使得用户能够以一个或多个（例如多个）能量级和相应的每一个能量级对IEDF的贡献百分比的列表来填充表格。在另一可替换的实施例中，设想自定义IEDF部件850结合用户接口846通过为用户提供图形工具，使得用户能够图形化地产生期望的IEDF，所述图形工具使得用户能够绘制期望的IEDF。

另外，还设想IEDF函数存储器848和自定义IEDF部件850可以互操作，以使得用户能够选择预定IEDF函数，并随后改变预定IEDF函数，从而产生从预定IEDF函数得到的自定义IEDF函数。

一旦限定了IEDF函数，调节控制器840就将限定期望的IEDF函数的数据转化为控制信号842，所述控制信号控制功率部件844，以使得功率部件844实现对应于期望的IEDF的调节函数。例如，控制信号842控制功率部件844，以使得功率部件844输出由调节函数限定的电压。

接下来参考图12，它是描绘实施例的框图，其中，离子电流补偿部件1260补偿等离子腔室1204中的离子电流。申请人发现在较高能量级，腔室内较高的离子电流等级影响在基板表面的电压，结果也影响了离子能量分布。例如，简要地参考图15A-15C，所示的是当它们出现在基板1210或晶圆的表面时的电压波形及其与IEDF的关系。

更具体地，图15A描绘了当离子电流I_I等于补偿电流I_C时，在基板1210的表面的周期电压函数；图15B示出了当离子电流I_I大于补偿电流I_C时，在基板1210的表面的电压波形；图15C示出了当离子电流小于补偿电流I_C时，在基板的表面的电压波形。

如图15A所示，当I_I=I_C时，离子能量的扩散1470与当如图15B所示的I_I>I_C时的离子能量的均匀扩散1472相比，或者与如图15C所示的I_I<I_C时的离子能量的均匀扩散1474相比相对较窄。因此，在离子电流高时，离子电流补偿部件1260实现了离子能量的窄的扩散（例如通过补偿离子电流的影响），并且它还使得均匀的离子能量的扩散1572、1574的宽度得到控制（例如当希望得到离子能量的扩散时）。

如图15B所示，在没有离子电流补偿的情况下（当I_I>I_C时），在周期电压函数的正部分之间，在基板表面的电压以类似斜坡的方式变得不太为负，这产生了更宽的离子能量的扩散1572。类似地，当利用离子电流补偿以将补偿电流的程度增大到超过如图15C所示的离子电流（I_I<I_C）的程度时，在周期电压函数的正部分之间，在基板表面的电压按类似斜坡的方式变得更负，产生了更宽的均匀离子能量的扩散1574。

返回来参考图12，离子补偿部件1260可以实现为分立的附件，该附件可任选地添加到开关模式电源1206和控制器1212。在其他实施例中，（例如如图13所示的那样），离子电流补偿部件1260可以与本文所述的其他部件（例如开关模式电源106、206、806、1206和离子能量控制220、820部件）共用共同的外壳1366。

如图13所示，示出了示例性的离子电流补偿部件1360，该离子电流补偿部件1360包括耦合到开关模式电源的输出1336的电流源1364，和耦合到电流源1364与输出1336的电流控制器1362。图13同样示出的是等离子腔室1304，在等离子腔室内是电容性元件C₁、C₂和离子电流I_I。如图所示，C₁表示与腔室1304相关的部件的固有电容，并且C₂表示鞘层电容和杂散电容，所述腔室可以包括绝缘材料、基板、基板的支座和静电吸盘。

应当指出，因为该实施例中的C₁是与腔室1304相关的部件的固有电容，它不是易于得到的增加用以增进处理的控制的电容。例如，利用线性放大器的一些现有技术方案以隔直流电容器将偏置功率耦合到基板，随后利用横跨隔直流电容器的监控电压作为反馈来控制其线性放大器。尽管在本文公开的许多实施例中电容器可以将开关模式电源耦合到基板支座，但不一定要这样做实施，因为在本发明的几个实施例中无需使用隔直流电容器的反馈控制。

在参考图13时，同时参考图14，它是描绘在图13中所描绘的Vo的示例性电压的图。在操作中，电流控制器1362监控在Vo的电压，在间隔t上（图14中所描绘的那样）离子电流被计算为：

I_{I} = C_{I} \frac{dVo}{dt}

因为C₁对于给定工具基本上恒定并且可测量，仅需监控Vo以实现正在进行的补偿电流的控制。如上所述，为了获得离子能量更为单能的分布（例如，如图15A所示的那样），电流控制器控制电流源1364，以使得I_C与I_I基本上相同。以此方式，即使在离子电流达到影响在基板表面的电压的程度时，也可以保持窄的离子能量扩散。另外，如希望的话，可以如图15B和15C所示地那样来控制离子能量的扩散，从而在基板表面获得额外的离子能量。

同样在图13中示出的是反馈线路1370，该反馈线路可以结合控制离子能量分布来使用。例如，图14中所示的ΔV的值表示瞬时离子能量，并可以作为部分反馈控制回路用于许多实施例中。

接下来参考图16，示出了电流源1664的示例性实施例，可以实施该电流源1664以获得参考图13所描述的电流源1364。在这个实施例中，可控负DC电压源结合串联电感器L2一起起到电流源的作用，但本领域普通技术人员应当理解，根据本说明书，电流源可以由其他部件和/或结构来实现。

接下来参考图17A和17B，示出了描绘本发明的其他实施例的框图。如图所示，在这些实施例中的基板支座1708包括静电吸盘1782，静电吸盘电源1780用于向静电吸盘1782施加功率。在一些变型中，如图17A所示，定位静电吸盘电源1780以便直接向基板支座1708施加功率，在其他变型中，定位静电吸盘电源1780以便结合开关模式电源来施加功率。应当注意，可以由单独的电源或者通过使用控制器来执行连续吸附（serial chucking），从而实现纯DC吸盘功能。在这个DC耦合的（例如，没有隔直流电容器）连续吸盘功能中，能够使得与其他RF源的不希望的干扰最小化。

图18中示出了描绘本发明另一个实施例的框图，其中，通常运行以产生等离子体密度的等离子体电源1884还被配置为与开关模式电源1806和静电吸盘电源1880一起驱动基板的支座1808。在这个实施方式中，等离子体电源1884、静电吸盘电源1880和开关模式电源1806中的每一个都可以位于分立的部件中，或者两个或多个电源1806、1880、1884可以构架为位于相同的物理部件中。实质上，图18中所描绘的实施例实现了上电极1886（例如喷头）电接地，从而获得电气对称以及由于较少的电弧事件而得到的程度减小的损害。

参考图19，示出了描绘本发明再一个实施例的框图。如所示的，该实施例中的开关模式电源1906被配置为向基板的支座和腔室1904施加功率，以便在无需额外的等离子体电源的情况下（例如没有等离子体电源102、202、1202、1702、1884）同时使基板偏置且激发（并维持）等离子体。例如，开关模式电源1806可以工作在足以激发并维持等离子体，同时又向基板支座提供偏置的占空比。

接下来参考图20，它是描绘控制部的输入参数和控制输出的框图，所述控制部可以结合参考图1-19所述的实施例来使用。控制部的描绘旨在提供示例性控制输入和输出的简化描绘，它们可以结合本文所述的实施例来使用-并非旨在作为硬件图。在实际的实施方式中，所描绘的控制部可以分布在几个分立部件中，这些部件可以由硬件、软件、固件或其组合来实现。

参考本文前述的实施例，图20中所描绘的控制器可以提供参考图1所述的控制器112；参考图2所述的控制器21和离子能量控制220部件；参考图8所述的控制器812和离子能量控制部820；参考图12所述的离子补偿部件1260；参考图13所述的电流控制器1362；图16中所示的Icc控制，图17A和17B中分别所示的控制器1712A、1712B；图18和19中分别所示的控制器1812、1912的一个或多个的功能。

如图所示，可以用作到控制部的输入的参数包括dVo/dt和ΔV，参考图13和14更详细地论述了它们。如图所示，dVo/dt可以用于结合离子能量分布扩散输入ΔE来提供控制信号Icc，其控制离子能量分布扩散的宽度，如参考图12、13、14、15A-C和图16所述的。另外，离子能量控制输入（Ei）结合可任选的反馈ΔV可以用于产生离子能量控制信号（例如其影响图3中所示的Vbus），以实现期望的离子能量分布，如参考图1-11更详细说明的。可以结合许多静电吸盘实施例而使用的另一个参数是DC偏移输入，所述DC偏移输入为了高效的热控制而提供静电力以将晶圆保持在吸盘。

图21示出了根据本公开内容的实施例的等离子体处理系统2100。系统2100包括等离子体处理腔室2102，包含用于蚀刻基板2106的顶表面2118的等离子体2104。等离子体由以等离子体电源2122（例如现场的或远程的或发射的）供电的等离子体源2112产生。在等离子体2104与基板2106的顶表面2118之间测量的等离子体鞘层电压V_sheath使来自等离子体2104的离子加速越过等离子体鞘层2115，导致加速的离子撞击基板2106的顶表面2118，并蚀刻基板2106（或者基板2106未受光致抗蚀剂保护的部分）。等离子体2104处于相对于地（例如等离子体处理腔室2102的壁）的等离子体电位V₃。基板2106具有下表面2120，将其借助静电吸盘2111和在静电吸盘2111的顶表面2121与基板2106之间的吸附电位V_chuck静电固定到支座2108。基板2106是电介质，因此可以在顶表面2188具有第一电位V₁，在下表面2120具有第二电位V₂。静电吸盘2121的顶表面与基板的下表面2120接触，这两个表面2120、2121从而处于相同的电位V₂。借助具有DC偏置或偏移的AC波形来控制第一电位V₁、吸附电位V_chuck和第二电位V₂，其中，AC波形由开关模式电源2130产生，并经由第一导体2124提供到静电吸盘2111。可任选地，经由第一导体2124提供AC波形，并经由可任选的第二导体2125提供DC波形。开关模式电源2130的AC和DC输出能够通过控制器2132来控制，所述控制器2132还被配置为控制开关模式电源2130的多个方面。

离子能量和离子能量分布是第一电位V₁的函数。开关模式电源2130提供AC波形，其专门用于实现已知用以产生期望的离子能量和离子能量分布的期望的第一电位V₁。AC波形可以是RF，并具有非正弦曲线波形，例如图5、6、11、14、15a、15b和15c所示的。第一电位V₁可以与图14中所示的电压ΔV中的变化成比例。第一电位V₁还等于等离子体电压V₃减去等离子体鞘层电压V_sheath。但由于与等离子体鞘层电压V_sheath（例如50V-200V）相比，等离子体电压V₃通常较小（例如小于20V），第一电位V₁与等离子体鞘层电压V_sheath大致相等，为了实施可以按相等来对待。这样，由于等离子体鞘层电压V_sheath规定了离子能量，就第一电位V₁与离子能量分布成比例。通过保持恒定的第一电位V₁，等离子体鞘层电压V_sheath恒定，从而基本上全部离子都借助相同的能量加速，因此实现了窄的离子能量分布。等离子体电压V₃由借助等离子体源2112给予等离子体2104的能量产生。借助来自静电吸盘2111的电容性充电和通过鞘层2115的电子和离子的电荷累积的组合来形成在基板2106的顶表面2118的第一电位V₁。特别调整来自开关模式电源2130的AC波形以抵消离子和电子迁移通过鞘层2115以及在基板2106的顶表面2118产生的电荷累积的影响，从而使得第一电位V₁保持基本上恒定。

将基板2106固定到静电吸盘2111的吸附力是吸附电位V_chuck的函数。开关模式电源2130向AC波形提供DC偏置或DC偏移，以使得第二电位V₂与第一电位V₁处于不同的电位。这个电位差导致了吸附电压V_chuck。可以从静电吸盘2111的顶表面2221到基板2106内的参考层来测量吸附电压V_chuck，其中，参考层包括除了基板2106的下表面2120以外的基板内的任意高度（参考层的基板2106内的准确位置可以改变）。因此，吸附由第二电位V₂控制并与第二电位V₂成比例。

在实施例中，第二电位V₂等于由AC波形来改变的开关模式电源2130的DC偏移（换言之，AC波形具有DC偏移，其中，DC偏移大于AC波形的峰峰电压）。DC偏移可以基本上大于AC波形，以使得开关模式电源2130输出的DC分量支配第二电位V₂，并且能够忽略或忽视AC分量。

基板2106内的电位在第一电位V₁和第二电位V₂之间进行变化。吸附电位V_chuck可以为正或负（例如，V₁>V₂或V₁<V₂），因为无论吸附电位V_chuck极性如何，在基板2106与静电吸盘2111之间都存在库仑引力。

开关模式电源2130结合控制器2132能够确切地监控多个电压而无需传感器。具体地，基于AC波形的参数（例如斜率和梯级）确定性地监控离子能量（例如平均能量和离子能量分布）。例如，等离子体电压V₃、离子能量和离子能量分布与由开关模式电源2130产生的AC波形的参数成比例。具体地，AC波形的下降沿的ΔV（例如参见图14）与第一电位V₁成比例，从而与离子能量成比例。通过保持第一电位V₁恒定，可以保持离子能量分布较窄。

尽管不能直接测量第一电位V₁，并且在开关模式电源输出与第一电位V₁之间相关性可以基于基板2106的电容和处理参数而改变，但可以在经过了较短的处理时间后，依据经验确定在ΔV与第一电位V₁之间的比例常数。例如，在C波形的下降沿ΔV为50V，且对于给定基板和处理，依据经验得到比例常数为2的情况下，预计第一电位V₁为100V。这样，在等离子体处理腔室2102内无需任何传感器的情况下，可以基于开关模式电源的AC波形的知识来确定第一电位V₁连同离子能量和离子能量分布。另外，开关模式电源2130结合控制器2132能够监控吸附何时以及是否发生（例如，基板2106是否借助吸附电位V_chuck固定到静电吸盘2111）。

通过消除或减小吸附电位V_chuck来执行去吸附。这可以通过将第二电位V₂设定为等于第一电位V₁来进行。换言之，可以调整DC偏移和AC波形，以便使得吸附电位V_chuck接近0V。与传统去吸附方法相比，由于DC偏移和AC波形都可以调整以实现去吸附，系统2100实现了更快的去吸附，及因此的更大的处理能力。此外，当DC和AC电源在开关模式电源2130中时，它们的电路更统一，更为靠近，可以借助单一控制器2132来控制（与典型的DC和AC电源的并联布置相比），并且改变输出更快。由本文公开的实施例实现的去吸附的速度还实现了在熄灭了等离子体2104后，或者至少在关闭了来自等离子体源2112的功率后的去吸附。

等离子体源2112可以采用各种形式。例如，在一个实施例中，等离子体源2112包括在等离子体处理腔室2102中的电极，其在腔室2102中建立RF场，其激发并维持等离子体2104。在另一个实施例中，等离子体源2112包括远距离发射的等离子体源，其远距离产生电离电磁场，将电离电磁场发射或扩展到处理腔室2102中，使用电离电磁场激发并维持等离子体处理腔室内的等离子体2104。另外，远距离发射的等离子体源还包括场传送部（例如导电管），电离电磁场通过它取道前往等离子体处理腔室2102，在其时间过程中，电离电磁场衰减，以致于等离子体处理腔室2102内的场强仅是在远程发射的等离子体源中首次产生的场的场强的十分之一或百分之一或千分之一，或者设置更小的部分。等离子体源2112没有按比例来进行绘制。

开关模式电源2130能够浮置，并且由此能够被偏置在通过串联连接在地与开关模式电源2130之间的DC电源（未示出）的任意DC偏移。开关模式电源2130可以借助开关模式电源2130内部的AC和DC电源（例如参见图22、23、26），或者借助在开关模式电源2130内部的AC电源和在开关模式电源2130外部的DC电源（例如参见图24、27）来提供具有DC偏移的AC波形。在实施例中，开关模式电源2130可以接地，并串联耦合到浮置DC电源，该浮置DC电源串联耦合在开关模式电源2130与静电吸盘2111之间。

在开关模式电源2130包括AC和DC电源时，控制器2132可以控制开关模式电源2130的AC和DC输出。当开关模式电源2130与DC电源串联连接时，控制器2132可以仅控制开关模式电源2130的AC输出。在可替换的实施例中，控制器2130可以控制耦合到开关模式电源2130的DC电源和开关模式电源2130。本领域技术人员应当理解，尽管示出了单个控制器2132，但也可以实现其他控制器来控制提供给静电吸盘2111的AC波形和DC偏移。

静电吸盘2111可以是电介质（例如陶瓷），从而基本上阻挡了DC电压的通过，或者它可以是半导体材料，例如掺杂陶瓷。在任一情况下，静电吸盘2111都可以具有在静电吸盘2111的顶表面2121上的第二电压V₂，静电吸盘2111将电压电容性地耦合到基板2106（通常上电介质）的顶表面2118，以形成第一电压V₁。

不必按比例绘制等离子体2104形状和尺寸。例如，等离子体2104的边缘可以由特定等离子体密度来限定，在此情况下，在没有考虑任何特定等离子体密度的情况下绘制了所示的等离子体2104。类似地，不管所示的等离子体2104形状是什么，至少一些等离子体密度填充了整个等离子体处理腔室2102。所例示的等离子体2104形状主要旨在显示鞘层2115，该鞘层确实具有比等离子体2104基本上更小的等离子体密度。

图22例示了等离子体处理系统2200的另一个实施例。在所示实施例中，开关模式电源2230包括串联连接的DC电源2234和AC电源2236。控制器2232被配置为通过控制AC电源2236的波形和DC电源2234的偏置或偏移来控制具有开关模式电源2234的DC偏移输出的AC波形。这个实施例还包括静电吸盘2211，具有内置在吸盘2211中的栅格或网状电极2210。开关模式电源2230向栅格电极2210提供AC和DC偏置。DC偏置连同AC分量一起在栅格电极2210上建立第三电位V₄，其中，AC分量基本上小于DC偏置，从而可以被忽略。当第三电位V₄与在基板2206内任意位置（除了基板2206的下表面2220以外）的参考层的电位不同时，建立了吸附电位V_chuck和库仑吸附力，其将基板2206固定到静电吸盘2211。参考层是与格栅电极2210平行的虚平面。AC波形从格栅电极2210电容性地耦合通过一部分静电吸盘2211，并通过基板2206以控制在基板2206的顶表面2218上的第一电位V₁。由于等离子体电位V₃相对于等离子体鞘层电压V_sheath可忽略，第一电位V₁和等离子体鞘层电压V_sheath就大致相等，出于实践的目的，认为相等。因此，第一电位V₁等于用于使离子加速通过鞘层2215的电位。

在实施例中，可以掺杂静电吸盘2211，以便具有足够的导电性，使得通过吸盘2211本体的任何电位差都可忽略，从而格栅或网状电极2210可以处于与第二电位V₂基本上相同的电压。

格栅电极2210可以是内置在静电吸盘221中与基板2206平行的任何导电平面器件，被配置为由开关模式电源2230偏置，以建立吸附电位V_chuck。尽管将格栅电极2210示出为内置在静电吸盘2211的较低部分中，但格栅电极2210也可以距基板2206更近或更远地定位。格栅电极2210也不必具有格栅图形。在一个实施例中，格栅电极2210可以是固体电极或具有非格栅形状的（例如棋盘图形）非固态结构。在一个实施例中，静电吸盘2211是陶瓷或其他电介质，从而格栅电极2210上的第三电位V₄不等于静电吸盘2211的顶表面2221上的第一电位V₁。在另一个实施例中，静电吸盘2211是略微导电的掺杂陶瓷，并且由此格栅电极2210上的第三电位V₄可以等于静电吸盘2211的顶表面2221上的第二电位V₂。

开关模式电源2230产生AC输出，其可以是非正弦形的。开关模式电源2230能够串联地操作DC和AC电源2234、2236，因为DC电源2234是导通AC的，AC电源2236是导通DC的。部导通DC的示例性AC电源是某些线性放大器，其在被提供DC电压或电流时会受损。使用导通AC的和导通DC的电源减少了用于开关模式电源2230中的部件数量。例如，如果DC电源2234阻挡AC，那么就必须与DC电源2234并联地设置AC旁路或DC阻挡的部件（例如电容器）。如果AC电源2236阻挡DC，那么就必须与AC电源2236并联地设置DC旁路或AC阻挡部件（例如，电感器）。

在这个实施例中，AC电源2238通常被配置为以可控方式将电压偏置施加到静电吸盘2211，以便为轰击基板2206的表面2218的离子实现期望的离子能量分布。更具体地，AC电源2236被配置为通过向格栅电极2210施加在特定功率等级的一个或多个特定波形来实现期望的离子能量分布。并且更具体地，AC电源2236施加特定功率等级，以实现特定离子能量，并使用由存储在波形存储器（未示出）中的波形数据限定的一个或多个电压波形来施加特定功率等级。结果，可以选择一个或多个特定离子轰击能量，以实现受控的基板2206的蚀刻。在一个实施例中，AC电源2236可以利用开关模式结构（例如参见图25－27）。开关模式电源2230，尤其是AC电源2236可以产生如本公开内容那样的多个实施例所述的AC波形。

本领域技术人员应当理解，格栅电极2210不是必需的，可以在无需格栅电极2210的情况下实施其他实施例。本领域技术人员还应当理解，格栅电极2210仅是可以用于建立吸附电位V_chuck的多个器件的一个示例。

图23示出了等离子体处理系统2300的另一个实施例。所示的实施例包括开关模式电源2330，用于向静电吸盘2311提供AC波形和DC偏置。开关模式电源2330包括DC电源2334和AC电源2336，二者都可以接地。AC电源2336产生AC波形，将其经由第一导体2324提供给内置在静电吸盘2311中的第一格栅或网状电极2310。AC电源2336在第一格栅或网状电极2310上建立电位V₄。DC电源2334产生DC偏置，将其经由第二导体2325提供给内置在静电吸盘2311中的第二格栅或网状电极2312。DC电源2334在第二格栅或网状电极2312上建立电位V₅。可以借助AC和DC电源2336和2334分别独立地控制电位V₄和V₅。但第一和第二格栅或网状电极2310、2312也可以电容性地耦合，和/或借助一部分静电吸盘2311在格栅或网状电极2310、2312之间可以存在DC耦合。如果AC或DC耦合的任意一个存在，那么电位V₄和V₅就可以耦合。本领域技术人应当理解，能够将第一和第二格栅或网状电极2310、2312布置在遍及静电吸盘2311中的多个位置，包括将第一格栅电极2310布置为比第二格栅电极2312更接近于基板2306。

图24示出了等离子体处理系统2400的另一个实施例。在这个实施例中，开关模式电源2430向静电吸盘2411提供AC波形，其中，开关模式电源2430的输出由DC电源2434提供的DC偏置来偏移。开关模式电源2430的AC波形具有由控制器2435选择的波形，用以借助来自具有窄离子能量分布的等离子体2404的离子轰击基板2406。AC波形可以是非正弦曲线形的（例如方波或脉冲的），并可以借助开关模式电源2430的AC电源2436来产生。借助来自DC电源2434的DC偏移来控制吸附，DC电源2434由控制器2433控制。DC电源2434可以串联耦合在地与开关模式电源2430之间。开关模式电源2430是浮置的，以使得其DC偏置能够由DC电源2434来设定。

本领域技术人员应当理解，虽然例示的实施例显示了两个独立的控制器2433、2435，但它们可以组合到单一功能单元、设备或系统中，例如可任选的控制器2432。另外，控制器2433和2434能够进行耦合以使得彼此通信并共享处理资源。

图25示出了等离子体处理系统2500的进一步的实施例。所示的实施例包括开关模式电源2530，其产生AC波形，它可以具有由DC电源（未示出）提供的DC偏移。开关模式电源可以借助可任选的控制器2535来控制，其包含电压和电流控制器2537、2539。开关模式电源2530可以包括可控电压源2538，具有由电压控制器2537控制的电压输出，以及可控电流源2540，具有由电流控制器2539控制的电流输出。可以并联布置可控电压和电流源2538、2540。可控电流源2540被配置为补偿在等离子体2504与基板2506之间的离子电流。

电压和电流控制器2537、2539能够被耦合并彼此通信。电压控制器2537还可以控制可控电压源2538的开关输出2539。开关输出2539可以包括所示的并联的两个开关，或者可以包括将可控电压源2538的输出转换为期望的AC波形（例如非正弦曲线形）的任何电路。通过两个开关，来自可控电压源2538的受控的电压或AC波形能够与可控电流源2540的受控的电流输出相结合，以产生开关模式电源2530的AC波形输出。

可控电压源2538被例示为具有给定极性，但本领域技术人员应当理解，与所例示的相反的极性也是等效的。可任选地，可控电压和电流源2538、2540连同开关输出2539一起可以是AC电源2546的一部分，AC电源2546与在开关模式电源2530内部或外部的DC电源（未示出）串联布置。

图26例示了等离子体处理系统2600的又一个实施例。在所示实施例中，开关模式电源2630向静电吸盘2611提供具有DC偏移的AC波形。借助可控电压源2638和可控电流源2640的并联组合来产生波形的AC分量，可控电压源2638和可控电流源2640通过开关输出2639彼此连接。DC偏移由串联耦合在地与可控电压源2638之间的DC电源2634产生。在一个实施例中，DC电源2634可以浮置，而不是接地。类似的，开关模式电源2630可以浮置或接地。

系统2600可以包括一个或多个控制器，用于控制开关模式电源2630的输出。第一控制器2632例如可以借助第二控制器2633和第三控制器2635来控制开关模式电源2630的输出。第二控制器2633可以控制由DC电源2634产生的开关模式电源2630的DC偏移。第三控制器2635可以通过控制可控电压源2638和可控电流源2640来控制开关模式电源2630的AC波形。在一个实施例中，电压控制器2637控制可控电压源2638的电压输出，电流控制器2639控制可控电流源2640的电流。电压和电流控制器2637、2639可以彼此通信，并可以是第三控制器2635的一部分。

本领域技术人员应当理解，以上的实施例说明了控制器相对于电源2634、2638、2640的各种结构，它是非限制性的，在不脱离本公开内容的情况下，也可以实施各种其他结构。例如，第三控制器2635或电压控制器2637可以控制在可控电压源2637与可控电流源2640之间的开关输出2639。作为另一个示例，第二和第三控制器2633、2635可以彼此通信（即使没有如此示出）。还应当理解，可控电源和电流源2638、2640的极性仅是示例性的，并非旨在进行限制。

开关输出2639可以通过交替通断两个并联开关来操作，以便构成AC波形的形状。开关输出2639可以包括任意各种开关，包括但不限于，MOSFET和BJT。在一个变型中，DC电源2634可以布置在可控电流源2640与静电系统盘2611之间（换言之，DC电源2634可以浮置），开关模式电源2630可以接地。

图27例示了等离子体处理系统2700的另一个实施例。在这个变型中，开关模式电源2734同样接地，但代替包含在开关模式电源2730中，在此，DC电源2734是分立部件，向整个开关模式电源2730提供DC偏移，而不仅仅是在开关模式电源2730内的部件。

图28例示出根据本公开内容的实施例的方法2800。方法2800包括在等离子腔室操作2802中基板的设置。方法2800进一步包括在等离子腔室操作2804中形成等离子体。这个等离子体可以在现场形成，或借助远程发射的源形成。方法2800还包括开关功率操作2806。开关功率操作2806包括向基板可控地通断功率，以便向基板施加周期电压函数。周期电压函数可以认为是脉冲波形（例如，方波）或者AC波形，包括由与开关模式电源串联的DC电源产生的DC偏移。在一个实施例中，DC电源可以包含在开关模式电源中，从而与开关模式电源的AC电源串联。DC偏移在静电吸盘的顶表面与基板内的参考层之间产生电位差，这个电位差称为吸附电位。在静电吸盘与基板之间的吸附电位将基板固定到静电吸盘，从而避免了基板在处理过程中移动。方法2800进一步包括调节操作2808，其中，在多个周期上调节周期电压函数。调节响应于在基板表面的期望的离子能量分布，从而在时间平均的基础上实现期望的离子能量分布。

图29例示了根据本公开内容的另一个方法2900。方法2900包括在等离子腔室操作2902中基板的设置。方法2900进一步包括在等离子腔室操作2904中形成等离子体。这个等离子体可以在现场形成，或借助远程发射的源形成。方法2900还包括接收至少一个离子能量分布设定操作2906。在接收操作2906中接收的设定可以表示在基板表面的一个或多个离子能量。方法2900进一步包括通断功率操作2908，其中，向基板可控地通断功率，以便实现以下内容：（1）在时间平均基础上的离子能量的期望的分布；及（2）在时间平均基础上的期望的吸附电位。功率可以具有AC波形和DC偏移。

总之，本发明尤其提供了一种方法和装置，用于使用开关模式功率来选择性地产生期望的离子能量。本领域技术人员显而易见的是，在本发明中、其使用中和其结构中可以做出多个变型和替换，以实现与由本文所述实施例所实现的基本上相同的结果。因此，并非旨在将本发明局限于所公开的示例性形式。许多变型、修改和可替换的结构都落入所公开的发明的范围和精神内。

Claims

1.一种用于基于等离子体的处理的系统，包括：

等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室被配置为包含等离子体；

静电吸盘，所述静电吸盘位于所述等离子体处理腔室内并耦合到基板，

离子能量控制部，所述离子能量控制部响应于至少一个离子能量分布设定而提供至少一个离子能量控制信号，所述离子能量分布设定表示在所述基板的表面的离子能量分布的期望的分布；

开关模式电源，所述开关模式电源耦合到所述静电吸盘和所述离子能量控制部，所述开关模式电源包括一个或多个开关部件，所述开关部件被配置为响应于所述离子能量控制信号而向所述静电吸盘提供周期电压函数，其中，所述周期电压函数具有AC波形和DC偏移，所述AC波形与在所述基板的所述表面的所述等离子体的所述期望的离子能量分布成比例，所述DC偏移与吸附电位成比例，所述吸附电位保持所述基板与所述静电吸盘之间的耦合；以及

离子电流补偿部件，所述离子电流补偿部件耦合到所述静电吸盘，所述离子电流补偿部件实现所述离子能量分布的可控宽度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关模式电源浮置，且在所述开关模式电源外部产生所述DC偏移。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关模式电源包括产生所述DC偏移的DC偏移。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述开关模式电源包括产生所述AC波形的AC电源，并且其中，所述AC电源串联耦合在所述DC电源与所述静电吸盘之间。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述DC电源串联耦合在地与所述开关模式电源之间。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述AC波形由所述AC电源产生，并且其中，所述DC偏移由所述DC电源产生，并且其中，所述AC电源和所述DC电源并联耦合到所述静电吸盘。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，经由第一导体将所述AC波形提供给所述静电吸盘，并且经由第二导体将所述DC偏移提供给所述静电吸盘。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述吸附电位存在于所述静电吸盘的顶表面与所述基板内的参考层之间。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关模式电源被配置为响应于所述一个或多个驱动信号而向所述基板的支座施加周期电压函数；

其中，所述离子能量控制部被配置为响应于所述至少一个离子能量分布设定而在所述周期电压函数的多个周期上调节所述周期电压函数的至少一个参数，从而在时间平均的基础上，在所述基板的所述表面产生所述期望的离子能量分布。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个参数包括电压振幅。

11.一种用于基于等离子体的处理的装置，包括：

控制器，所述控制器被配置为提供一个或多个驱动-控制信号；

开关模式电源，所述开关模式电源响应于所述一个或多个驱动-控制信号而向等离子体处理腔室的静电吸盘提供周期电压函数，其中，所述周期电压函数具有AC波形，所述AC波形与耦合到所述静电吸盘的基板的表面处的等离子体的离子能量密度成比例，其中，所述AC波形由所述开关模式电源的AC电源产生，并且其中，所述开关模式电源被配置为与DC电源串联连接，所述DC电源用于将DC偏移提供给所述AC波形。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述开关模式电源浮置。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述开关模式电源至少包括可控电压源和可控电流源的并联布置，并且其中，所述AC波形是所述并联布置的输出。

14.一种用于基于等离子体的处理的方法，包括：

将基板设置在等离子腔室中；

在所述等离子腔室中形成等离子体；

向所述基板可控地通断功率，从而将周期电压函数施加到所述基板，其中，所述周期电压函数具有由与开关模式电源串联的DC电源产生的DC偏移，并且其中，所述DC偏移在所述基板与所述静电吸盘之间产生吸附电位；及

响应于所述基板的所述表面处的期望的离子能量分布而在所述周期电压函数的多个周期上调节所述周期电压函数，从而在时间平均的基础上实现所述期望的离子能量分布。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，调节所述周期电压函数包括调节所述周期电压函数的振幅。

16.根据权利要求14所述的方法，包括：

获得限定所述基板的所述表面处的离子的能量的期望的分布的参数的值；

将所获得的参数值转换为调节数据；以及

使用所述调节数据来调节所述周期电压函数。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，从管理所述基于等离子体的处理的操作者获得所述参数的值。

18.根据权利要求14所述的方法，包括：

从包含限定多个离子能量分布函数的数据的存储器选择离子能量的所述期望的分布，从而选择特定离子能量分布函数；以及

调节所述周期电压函数，从而在时间平均的基础上实现所述特定离子能量分布函数。

19.根据权利要求14所述的方法，包括向所述基板的支座施加所述可控通断的功率，以在所述等离子体处理腔室中激发并维持等离子体。

20.根据权利要求14所述的方法，包括：

控制离子补偿电流，从而在时间平均基础上实现对所述基板的所述表面处的均匀离子能量的扩散的控制。

21.一种用于基于等离子体的处理的方法，包括：

将基板设置在等离子腔室中；

在所述等离子腔室中形成等离子体；

接收至少一个离子能量分布设定，所述离子能量分布设定表示在所述基板表面处的一个或多个离子能量；以及

向所述基板可控地通断具有AC波形和DC偏移的功率，从而实现：

在时间平均基础上的离子能量的期望的分布；及

在时间平均基础上的期望的吸附电位。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，可控地通断功率包括：

串联组合DC偏移与在周期电压函数的多个周期上所调节的AC波形，所述周期电压函数响应于表示在基板表面的一个或多个离子能量的所述至少一个离子能量分布设定，从而实现在时间平均的基础上的离子能量的所述期望的分布。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，接收至少一个离子能量分布设定包括：接收限定离子能量分布函数的数据。