CN104521322B - 用于控制等离子体边缘区域的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于控制等离子体边缘区域的系统和方法。所述系统之一包括上电极和下电极。该系统还包括上电极延伸部和下电极延伸部。所述等离子体边缘区域的至少一部分形成在所述上电极延伸部和所述下电极延伸部之间。该系统包括电路以控制所述上电极延伸部处的射频信号。

Description

用于控制等离子体边缘区域的系统和方法
技术领域
本文所描述的各种实施方式涉及用于控制等离子体边缘区域的系统和方法。
背景技术
将等离子体激发场施加到真空室的区域以等离子体处理工件是已知的。通常通过该室中的一对上下电极或者该室中的一个电极和位于该室外部的线圈将等离子体激发场供应到该区域。处理区域形成在上电极和下电极之间。处理区域耦合到被所述场转变成处理等离子体的气体。工件通常是半导体晶片，或者介电板，而等离子体被用于在工件上形成集成电路特征。真空室中的等离子体通常干法蚀刻工件，但在一些情况下会导致材料沉积在工件上。
随着工件的尺寸持续增大且随着处理区域的尺寸持续增大，对等离子体处理工件的各种参数的精确控制的需求增大。
在该背景下提出了本公开的各种实施方式。
发明内容
随着等离子体产生系统的等离子体室内的工件和/或处理区域的尺寸增大，控制等离子体边缘区域的等离子体变得重要。在一实施方式中，等离子体边缘区域形成在等离子体产生装置的上电极延伸部和等离子体产生装置的下电极延伸部之间。对等离子体边缘区域中的等离子体的这种控制通过控制施加到等离子体边缘区域的RF信号的电压幅度来实现。等离子体边缘区域内的等离子体的密度利用对该RF信号的电压幅度的控制进行控制。
在一实施方式中，描述了一种用于控制等离子体边缘区域的系统。该系统包括用于产生电场的上电极和用于产生所述电场的下电极。该系统进一步包括围绕所述上电极的一部分的一或多个上绝缘环以及围绕所述下电极的一部分的下绝缘环。该系统还包括围绕所述一或多个上绝缘环的一部分的上电极延伸部以及围绕所述下绝缘环的一部分的下电极延伸部。等离子体中心区域的至少一部分形成在所述上电极和所述下电极之间。此外，所述等离子体边缘区域的至少一部分形成在所述上电极延伸部和所述下电极延伸部之间。该系统进一步包括用于产生施加到所述上电极延伸部的第一射频信号的控制电路。在一些实施方式中，所述等离子体边缘区域位于工件的周界之外，该工件的一部分在所述等离子体中心区域中。
在一些实施方式中，当所述上电极延伸部与所述控制电路的无源元件耦合时，所述上电极与接地装置耦合。此外，在所述上电极延伸部与所述控制电路的某有源元件或另一有源元件耦合时，所述上电极与所述控制电路的所述某有源元件耦合。
在另一实施方式中，描述了一种用于控制等离子体边缘区域的系统。该系统包括用于产生施加到上电极延伸部的第一射频信号的控制电路。所述上电极延伸部不是(other than)等离子体室的上电极。所述等离子体边缘区域形成在所述等离子体室的所述上电极延伸部和下电极延伸部之间。
在各种实施方式中，所述控制电路包括有源元件或无源元件。所述无源元件在所述上电极与接地装置耦合时与所述上电极延伸部耦合。此外，所述有源元件在其与所述上电极延伸部耦合时或在不同的有源元件与所述上电极延伸部耦合时与所述上电极耦合。
在一些实施方式中，描述了一种用于控制等离子体边缘区域的方法。该方法包括通过上电极延伸部接收与等离子体边缘区域的耦合(coupling)。所述等离子体边缘区域位于等离子体区域内。所述等离子体边缘区域位于上电极延伸部和下电极延伸部之间。所述等离子体区域包括形成在上电极和下电极之间的等离子体中心区域。该方法进一步包括产生射频信号并将所述射频信号施加到所述上电极延伸部。所述射频信号的施加包括施加从有源元件在所述上电极从相同的该有源元件或者不同的有源元件接收功率时产生的射频信号。此外，当所述上电极与接地装置耦合时，所述射频信号的施加包括施加受无源元件控制的射频信号。
从接下来的附图，结合附随的详细描述，本文所描述的系统和各种方法的优点会变得显而易见。
附图说明
图1A是根据本发明一实施方式的用于产生等离子体的系统的一部分的视图。
图1B是根据本发明一实施方式的图1的系统的其余部分的视图。
图2是根据本发明一实施方式的用于控制RF信号的电压的系统的俯视图，该RF信号提供到等离子体的部分的顶鞘。
图3是根据本发明一实施方式的图1的系统的包括控制电路的部分的全貌图。
图4是根据本发明另一实施方式的图1的系统的包括控制电路的部分的全貌图。
图5是根据本发明另一实施方式的图1的系统的包括控制电路的部分的全貌图。
图6是根据本发明另一实施方式的图1的系统的包括控制电路的部分的全貌图。
图7是根据本发明另一实施方式的图1的系统的包括控制电路的部分的全貌图。
图8示出了根据本发明另一实施方式的图示在类似于上电极延伸部和下电极延伸部的电极处接收的RF信号之间的锁相和所述RF信号的相位的相位差以及图示在电容有所改变的顶鞘处接收的RF信号的电压幅度的变化的不同图形。
图9示出了根据本发明另一实施方式的图示当施加到上电极延伸部和下电极延伸部的RF信号同相时上电极延伸部和下电极延伸部之间的电子的运动的不同图形。
具体实施方式
在接下来的描述中，许多具体细节被阐述以便提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。但是，对本领域技术人员而言，显而易见的是，本发明的一些实施方式可在没有这些具体细节中的一些的情况下实施。另一方面，已知的工艺操作和实施细节没有被详细描述以免不必要地模糊本发明的实施方式。
图1A是用于产生等离子体的系统102的一部分的实施方式的视图而图1B是系统102的其余部分的实施方式的视图。如图1B中所示，气体源103包括流过上电极组件105(见图1A)中的一或多个开口到包括等离子体中心区域和等离子体边缘区域的等离子体区域中的一或多种气体。在一实施方式中，C-罩125的内壁164形成等离子体区域的边缘以将等离子体约束在等离子体区域内。C-罩125由半导体制成且电接地。气体的示例包括氢气、氮气、氧气、氨气、三氟化氮气体以及氟化铵气体。应当注意，“接地”或“与接地电压耦合”在本文中可交换使用。此外，接地电压是零电压或非零参考电压。而且，在一些实施方式中，“与……耦合”表示与……电耦合。
上电极组件105包括气体分配板101、上电极104、第一层119和第二层121。在各种实施方式中，第一层119是介电层，比如由氮化铝或其它介电材料制成的层。第一层119位于气体分配板101和第二层121之间。在一些实施方式中，上电极组件105包括任意数量的层。在一实施方式中，上电极组件105排除了第二层121。在一实施方式中，上电极104由诸如硅或碳化硅之类的半导体制成。在一实施方式中，第二层121是加热器，由金属制成，通过施加传导经由第一层119和气体分配板101加热上电极104。在一些实施方式中，第二层121接收来自AC电源(未图示)的交流电(AC)或来自DC电源(未图示)的直流电(DC)以产生热。此外，第二层121接地以提供来控制上电极104的温度。加热器和气体分配板的各种实施方式在美国专利No.7,712,434中进行了描述，该专利在此通过参考整体并入。
工件93，比如晶片衬底，被置于下电极108的顶上。在一实施方式中，工件93具有大于下电极108的直径的直径。在一些实施方式中，工件93具有小于或等于下电极108的直径的直径。在一实施方式中，工件93包括涂在晶片衬底上的介电层，且该介电层的一部分被等离子体蚀刻掉。在一些实施方式中，材料层通过等离子体被沉积在工件93上。在各种实施方式中，工件93包括晶片以及该晶片中和/或该晶片上所构建的一或多个微电子器件。
参考图1B，控制器107控制一或多个射频(RF)源128、130和132以发送一或多个RF信号给组合器134。此处所使用的控制器是处理器和存储设备的组合。在一些实施方式中，处理器是微处理器、中央处理器(CPU)、专用集成电路(ASIC)、或者可编程逻辑器件(PLD)。存储设备包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、或者它们的组合。注意，RF信号是电压信号或电流信号。应当注意，虽然图1B中示出了三个RF源，但在一些实施方式中，可使用任意数量的RF源。
在一实施方式中，控制器107发送信号给RF源以指示RF源的操作的频率和/或电压幅度。RF源的操作的频率确定由RF源产生的信号的频率，而RF源的操作的电压幅度确定RF源的电压幅度。在一些实施方式中，RF源是RF振荡器。
继续参考图1B，组合器134组合由RF源128、130和132中的一或多个产生的RF信号以产生组合RF信号110。在一实施方式中，组合器134合计RF信号109、111和113中的一或多个以产生组合RF信号110。组合器134的进一步讨论在美国专利申请公布2005/0264218中提供，该申请在此通过参考整体并入。RF信号109由RF源128产生，RF信号111由RF源130产生，而RF信号113由RF源132产生。在一实施方式中，RF信号109具有2兆赫兹(MHz)的频率，RF信号111具有27MHz的频率，而RF信号113具有60MHz的频率。在一些实施方式中，RF信号109具有约2MHz的频率，RF信号111具有约27MHz的频率，而RF信号113具有约60MHz的频率。
组合RF信号110由组合器134提供给图1A中所示的下电极108。在一些实施方式中，另一组合RF信号由组合器134经由气体分配板101提供给上电极104。其它组合RF信号是一或多个RF信号的组合。在一实施方式中，上电极104与接地电压耦合。
将组合RF信号110提供给下电极108和将接地电压或其它组合RF信号提供给上电极104导致下电极108和上电极104之间的电场106的产生。
此外，在一实施方式中，如图1B中所示，控制器107发送信号以驱动马达123。基于接收该信号，马达123运转以移动下电极108从而改变等离子体中心区域的容积。在一些实施方式中，工件93的至少一部分位于等离子体中心区域内。
参考图1A，在一些实施方式中，一或多个绝缘环112围绕上电极组件105的一部分，比如外围，以使上电极组件105与上电极延伸部组件129绝缘。在一实施方式中，上电极延伸部组件129围绕一或多个绝缘环112的一部分，比如外围。
上电极延伸部组件129包括上电极延伸部116、第一层131和第二层133。在一些实施方式中，上电极延伸部组件129包括任意数量的层。在一实施方式中，上电极延伸部116由半导体制成。在一些实施方式中，第一层131由诸如石英或氮化铝之类的电介质制成。在一实施方式中，第二层133是与AC电源(未图示)或DC电源(未图示)耦合且接地以控制热度的加热器。从第二层133产生的热被提供给上电极延伸部116。在若干实施方式中，上电极延伸部组件129排除了第二层133。
在一些实施方式中，一或多个绝缘环97围绕上电极延伸部组件129的一部分。在一实施方式中，金属层99围绕一或多个绝缘环97的一部分。金属层137覆盖一或多个绝缘环97A、金属层99、上电极延伸部组件129、绝缘环112以及上电极组件105。在一些实施方式中，金属层137接地。
此外，一或多个RF耦合环114围绕下电极108的一部分以使下电极108与由半导体制成的下电极延伸部118绝缘。一或多个耦合环114由绝缘材料制成。在一实施方式中，下电极延伸部118围绕一或多个RF耦合环114的一部分。
在一些实施方式中，下电极延伸部118具有面向等离子体边缘区域的等于或小于下电极108的表面积的表面积以帮助拥有自工件93上的等离子体入射的适量的离子能量。在该实施方式中，下电极108的表面积是面向等离子体中心区域的表面的面积。在其它实施方式中，下电极延伸部118具有面向等离子体边缘区域的大于下电极108的表面积的表面积。在这些实施方式中，下电极108的表面积是面向等离子体中心区域的表面的面积。
等离子体处理真空室141的侧壁139是涂有电介质的金属层。例如，侧壁139的内表面由电介质制成而侧壁139的外表面由金属制成。侧壁139的内表面面向区域147而侧壁139的外表面面向与内表面面向的方向相反的方向。
在各种实施方式中，等离子体区域由C-罩125、一或多个绝缘环97、上电极延伸部116、一或多个绝缘环112、上电极组件105、绝缘环89、下电极延伸部118和下电极108约束。在一实施方式中，绝缘环89覆盖诸如石英之类的绝缘体149的一部分。在一实施方式中，下电极延伸部118经由一或多个耦合环114从下电极108接收功率。
等离子体边缘区域内的等离子体的一部分具有顶鞘173和底鞘175。等离子体中心区域是等离子体区域中非等离子体边缘区域的其余区域。顶鞘173代表等离子体边缘区域内的等离子体的上边界，且该上边界邻近上电极延伸部116。此外，底鞘175代表等离子体边缘区域内的等离子体的下边界，且该下边界邻近下电极延伸部118。顶鞘173和底鞘175的电位由工艺参数限定，所述工艺参数如等离子体边缘区域内的等离子体的压强、等离子体的等离子体密度、所施加的RF电压，等等。处理真空室141的接地壳体143通过绝缘环95与下电极108隔开。
等离子体区域中的任何中性气体穿过C-罩125中的槽145逸出到处理真空室141的在侧壁139和C-罩125之间的区域147，并由真空泵151从区域147抽送穿过槽145。在一实施方式中，绝缘体149位于接地壳体143和下电极延伸部118之间。
在一些实施方式中，上电极组件105、一或多个绝缘环112、上电极延伸部组件129、一或多个绝缘环97、C-罩125、下电极108、一或多个耦合环114、下电极延伸部118、绝缘体149和电绝缘环95与穿过电极104和108的中心的中心轴135同轴。在不同的实施方式中，一或多个绝缘环112、上电极延伸部组件129、一或多个绝缘环97、C-罩125、下电极108、一或多个耦合环114、下电极延伸部118、绝缘体149和/或电绝缘环95与中心轴135不同轴。
当电场106被产生且气体从气体源103被供应到等离子体区域时，所述气体被电场106电激发以在等离子体区域内产生等离子体。在一实施方式中，气体被电场106电激发以电离所述气体。
图1B中所示的控制电路124经由耦合器件166(coupling)耦合到上电极延伸部116。在一些实施方式中，此处所使用的耦合器件是金属导体，比如金属线。在不同的实施方式中，耦合器件是金属线和诸如板、杆、导管或插孔(hub)之类的一或多个导体的组合。在一些实施方式中，耦合器件是金属导体。
通道183穿过处理真空室141的诸如金属层137、第二层133A和第一层131A之类的部分而形成，以将耦合器件166插到通道183中。在一些实施方式中，通道183由诸如钻头之类的孔形成工具制成。在一实施方式中，使用小孔的放电机(EDM)钻作为孔形成工具。通道183被由金属层137、第一层131A和第二层133A形成的壁191围绕。在一些实施方式中，间隔或用介电材料填充的间隔形成在耦合器件166和壁191之间。例如，用诸如石英或氮化铝之类的介电材料填充通道183以使耦合器件166与金属层137、第一层131A和第二层133A绝缘。
此外，在一些实施方式中，控制电路124经由耦合器件195耦合到上电极104。在一实施方式中，通道199穿过处理真空室141的诸如金属层137、第一层119和第二层121之类的部分而形成，以将耦合器件195插到通道199中。通道199以与形成通道183的方式相同或类似的方式形成。例如，通道199由孔形成工具制成。通道199被由金属层137、第一层119和第二层121的组合形成的壁197围绕。
在一些实施方式中，间隔或用介电材料填充的间隔形成在耦合器件195和壁197之间。例如，用诸如石英或氮化铝之类的介电材料填充通道199以使耦合器件与金属层137以及与层119和121绝缘。
在一些实施方式中，控制器107控制电控电路124。例如，控制器107发送表示控制电路124运行所处的RF频率的信号。又例如，控制器107发送表示控制电路124的电容的信号。又例如，控制器107发送表示控制电路124的电感的信号。又例如，控制器107发送表示RF信号的电压幅度的信号给控制电路124。在一实施方式中，控制器107与控制电路124解耦，而控制电路124的各种参数(比如电容、RF信号的电压、电感和/或频率)由用户手动控制。
控制电路124提供RF信号126，RF信号126经由耦合器件166发送到上电极延伸部116。RF信号126具有频率和电压幅度。基于接收RF信号126，顶鞘173的频率和电压幅度被改变。例如，顶鞘173具有与RF信号126的频率相同的频率。又例如，顶鞘173具有与RF信号126的电压幅度相同的电压幅度。再例如，顶鞘173具有与RF信号126的频率类似的频率，比如在RF信号的频率的变异度内。
此外，在一些实施方式中，RF信号126的施加导致等离子体边缘区域内的等离子体的密度的改变。例如，经由上电极延伸部116在顶鞘173处接收的RF信号126的电压幅度的改变导致等离子体边缘区域内的等离子体的密度的改变。类似地，在一些实施方式中，RF信号126和155的施加导致等离子体密度比的改变，等离子体密度比是等离子体中心区域内的等离子体的密度和等离子体边缘区域内的等离子体的密度的比。
图2是用于控制顶鞘173的频率的系统200的实施方式的俯视图。上电极延伸部116的顶表面上的点202是与耦合器件166耦合的点。此外，点204是气体分配板101的顶表面上的点，耦合器件195被耦合到该点。应当注意，上电极104在形状上是圆形的，气体分配板101在形状上也是圆形的，而上电极延伸部116具有环形形状。在一实施方式中，上电极延伸部116包括任意数量的同心环。在一些实施方式中，上电极104或气体分配板101是不同形状的，比如椭圆或多边形。在一实施方式中，气体分配板101或上电极104包括多个同心环，每个同心环有独立的RF源。在该实施方式中，RF源提供RF信号给气体分配板101的同心环以控制等离子体密度。此外，在该实施方式中，RF源独立地提供RF信号给气体分配板101的各个同心环以帮助实现等离子体中心区域中的等离子体密度的均匀性。此外，在不同的实施方式中，上电极延伸部116是不同形状的，比如具有多边形横截面的形状或者具有椭圆横截面的形状。此外，在各种实施方式中，虽然示出了C-罩125的环形形状，但在一些实施方式中，C-罩125是不同形状的，比如具有多边形横截面的形状或者具有椭圆横截面的形状。
应当注意，在一些实施方式中，耦合器件166与上电极延伸部166的顶表面上的任意点耦合。此外，在一实施方式中，耦合器件195与气体分配板101的顶表面上的任意点耦合。
图3是包括控制电路252的系统250的实施方式的全貌图，控制电路252是控制电路124(图1)的实施例。控制电路252的RF滤波器138经由耦合器件254与上电极延伸部116耦合，耦合器件254是耦合器件166(图1)的实施例。此外，上电极104经由耦合器件256与接地装置266耦合，耦合器件256是耦合器件195(图1)的实施例。
RF滤波器138包括可变电容器140和电感器142。在一些实施方式中，可变电容器140的电容范围从7皮法(pF)到1453pF。在若干实施方式中，电感器142的电感被固定在4微亨(μH)。在一实施方式中，电感器142的电感被固定在约4μH。此外，可变电容器140和电感器142与接地装置262耦合。
在从RF滤波器138排除阻塞电容器144的一实施方式中，可变电容器140与电感器142并联耦合。阻塞电容器144阻止，比如滤波器，DC以免通过耦合器件254传导。在一实施方式中，阻塞电容器144具有9.2纳法(nF)的电容。在各种实施方式中，阻塞电容器144具有约9.2nF的电容。在一些实施方式中，诸如电容或电感之类的参数的量级的近似值是从量级和变异度之间的差到量级和变异度的和的范围。例如，如果电容的量级是9.2nF而该量级的变异度是0.2nF，则约9.2nF表示量级的范围在9nF到9.4nF。
在一实施方式中，可变电容器140的电容被改变以改变RF信号258的电压幅度，RF信号258是RF信号126(图1)的实施例。RF信号258自RF滤波器138提供。在一实施方式中，可变电感器的电感被改变以改变RF信号258的频率和/或电压幅度。耦合器件254的内部或杂散电容264被示出。在一些实施方式中，控制电路252排除了内部电容264。诸如电容器或电感器之类的电路元件的杂散电容是所述电路元件由于其它电路元件而具有的电容。
图4是包括控制电路282的系统280的实施方式的全貌图，控制电路282是控制电路124(图1)的实施例。控制电路282包括RF滤波器284。RF滤波器284经由耦合器件286与上电极延伸部116耦合，耦合器件286是耦合器件166(图1)的实施例。RF滤波器284包括电感器142和可变电容器140。
可变电容器140与电感器142串联耦合。此外，可变电容器140和电感器142与接地装置262耦合。
在一实施方式中，可变电容器140的电容被改变以改变RF信号288的振幅，RF信号288是RF信号126(图1)的实施例。施加在上电极延伸部116的RF信号288受RF滤波器284控制。在一实施方式中，替代电感器142而使用的可变电感器的电感被改变以改变RF信号288的频率和/或振幅。耦合器件286的内部或杂散电容290被示出。在一些实施方式中，控制电路282排除了内部电容290。
参考图3和4，在一些实施方式中，具有固定电容的电容器替代可变电容器140而使用。在这些实施方式中，用户用另一电容器替代一个电容器以改变固定电容器的电容的值。在一实施方式中，可变电容器140的电容由控制器107(图1)改变，控制器107发送信号给马达(未图示)。马达响应于接收所述信号而操作以改变可变电容器140的板之间的距离从而改变可变电容器140的电容。
继续参考图3和4，在一实施方式中，具有可变电感的可变电感器替代电感器142而使用。在一些实施方式中，可变电感器的电感由控制器107改变，控制器107发送信号给马达(未图示)。在这些实施方式中，马达响应于接收所述信号而操作以改变可变电感器的长度从而改变可变电感器的电感。在一实施方式中，用户用另一电感器替代电感器142以改变可变电感器的电感的值。
图5是包括控制电路302的系统300的实施方式的全貌图，控制电路302是控制电路124(图1)的实施例。控制电路302的RF源148经由耦合器件304与上电极延伸部116耦合，耦合器件304是耦合器件166(图1)的实施例。此外，上电极104经由耦合器件256和气体分配板101与接地装置266耦合。
在一实施方式中，RF源148的RF功率被改变以改变RF信号306的电压，RF信号306是RF信号126(图1)的实施例。RF信号306由RF源148产生。在一些实施方式中，RF源148的操作的射频是400kHz或2MHz，且并不局限于这些驱动频率值。
在若干实施方式中，RF源148的RF功率由控制器107改变。在这些实施方式中，控制器107发送表示RF信号306的电压幅度的信号给RF源148，RF源148产生并发送具有电压幅度的RF信号306给上电极延伸部116。在一实施方式中，RF源148的功率由用户手动改变。
匹配网络310被调谐以促进RF源148的阻抗和第一负载的阻抗之间的匹配。在一些实施方式中，第一负载包括上电极延伸部116和等离子体。在一实施方式中，第一负载的阻抗是RF源148所见到的等离子体处理真空室141的部分的阻抗。阻抗匹配的一个示例在美国专利No.5,889,252中提供，该专利在此通过参考整体并入。阻抗匹配的另一示例在美国专利No.5,689,215中提供，该专利在此通过参考整体并入。
图6是包括控制电路352的系统350的实施方式的全貌图，控制电路352是控制电路124(图1)的实施例。控制电路352的RF源150经由耦合器件354与气体分配板101耦合，耦合器件354是耦合器件195(图1)的实施例。在一些实施方式中，RF源150的操作的射频是400kHz或2MHz，且并不局限于这些驱动频率值。此外，上电极延伸部116与RF源148耦合，如图4中所示。
在一实施方式中，RF源150的射频被改变以改变RF信号356的频率，RF信号356是RF信号155(图1)的实施例。在一些实施方式中，RF源150的电压幅度被改变以改变RF信号356的振幅。RF源150产生RF信号155。
在一些实施方式中，RF源150的射频和/或振幅由控制器107改变。在这些实施方式中，控制器107发送表示RF源150的电压幅度的信号给RF源150，RF源150产生并发送具有电压幅度的RF信号356给上电极104。在一实施方式中，RF源150的功率由用户手动改变。
匹配网络360被调谐以促进RF源150的阻抗和第二负载的阻抗之间的匹配。在一些实施方式中，第二负载包括气体分配板101、上电极104和等离子体的组合。在一实施方式中，第二负载的阻抗是等离子体处理真空室141的部分的RF源150所遇到的阻抗。
图7是包括控制电路402的系统400的实施方式的全貌图，控制电路402是控制电路124(图1)的实施例。控制电路402的RF源152经由耦合器件404与气体分配板101耦合，耦合器件404是耦合器件195(图1)的实施例。在一实施方式中，RF源152的操作的频率是400kHz或2MHz，且并不局限于这些驱动频率值。此外，RF源152经由耦合器件406与上电极延伸部116耦合，耦合器件406是耦合器件166(图1)的实施例。
RF源152产生RF信号160，在RF信号160经过电压控制电路154和156(其被示意性地示出为可变电容器)之后，RF信号160被分割成两个RF信号161和162。信号161是RF信号155(图1)的实施例而信号162是RF信号126(图1)的实施例。
在一实施方式中，RF源152的射频被改变以改变RF信号160的频率，这实际上改变了RF信号161和162的频率。在一实施方式中，RF源152的振幅被改变以改变RF信号160的振幅，这实际上改变了RF信号161和162的振幅。
应当注意，电容器和电感器是无源元件而RF源是有源元件。在一实施方式中，无源元件消耗但不产生能量。在一些实施方式中，有源元件产生能量。
注意，有时本文所使用的A和B是相同结构的部件。例如，部件118A和部件118B是下电极延伸部118的部分。又例如，部件116A和部件116B是上电极延伸部116的部分。
图8示出了图示在类似于上电极延伸部和下电极延伸部116和118的电极处接收的RF信号之间的锁相和所述RF信号的相位的相位差以及图示在电容C1有所改变的顶鞘处接收的RF信号126的电压幅度的变化的不同图形。在一实施方式中，电容C1是电容器142(图3和4)的电容。在一些实施方式中，电容C1是控制电路124(图1)的电容。
图形401示出了在上电极(类似于上电极延伸部116)处测得的作为时间的函数的RF信号405。此外，图形401示出了RF信号409，RF信号409是在下电极(类似于下电极延伸部118)处的作为时间的函数的等离子体鞘电压的测量结果。注意，RF信号405和409是异相的。当电容C1在第一范围内，比如在0和约650pF之间时，RF信号405的频率和振幅(图形401中所示)产生。
此外，图形407示出了在上电极处测得的作为时间的函数的RF信号408。此外，图形407示出了RF信号410，RF信号410是在下电极处的作为时间的函数的等离子体鞘电压的测量结果。注意，RF信号408和410接近同相或锁相状态。当RF信号408和410同相时，电子被困在形成于上电极延伸部116和下电极延伸部118之间的等离子体边缘区域中的等离子体内。困住电子导致等离子体边缘区域内的等离子体的密度的增大。当电容C1的电容在第二范围内，比如在约650pF和约1200pF之间时，RF信号408的同相状态和振幅(图形407中所示)产生。
此外，图形412示出了在上电极处测得的作为时间的函数的RF信号414。此外，图形412示出了RF信号416，RF信号416是在下电极处的作为时间的函数的等离子体鞘电压的测量结果。注意，RF信号414和416是异相的。当电容C1在第三范围内，比如在约1200pF和约2000pF之间时，RF信号414的频率和振幅(图形412中所示)产生。在一实施方式中，第三范围高于第二范围，第二范围高于第一范围。此外，RF信号405、408和414是RF信号126(图1)的实施例。
图形420描绘了上电极的阻抗422(以欧姆计)。图形420还示出了在下电极处测得的DC偏压426的变化。图形420示出了在上电极处测得的DC偏压424的变化。注意，阻抗422的变化类似于DC偏压424的变化。据此，通过改变控制电路124(图1)的电容，RF信号126的频率和/或振幅被改变，且RF信号126的振幅和/或状态(比如同相或异相)的改变导致顶鞘173的相位和/或频率的改变。类似地，通过改变控制电路124(图1)的电感，RF信号126的频率和/或振幅被改变，而RF信号126的振幅和/或状态(比如同相或异相)的改变导致顶鞘173的相位和/或频率的改变。
图9示出了图示当RF信号408和410同相时上电极延伸部116和下电极延伸部118之间的电子的运动的不同图形。当RF信号408和410同相时，如图形450中所示，大部分电子(bulk electrons)从顶鞘173被反射回等离子体边缘区域中的等离子体中以增加等离子体的密度。大部分电子的反射导致等离子体边缘区域的等离子体内的电离的增加。
此外，当RF信号408和410同相时，在底鞘175处产生的二次电子也被困在等离子体团(plasma bulk)中。二次电子从底鞘175到顶鞘173的移动以及自顶鞘173的反射导致等离子体边缘区域中的等离子体内的电离的增加。
此外，由于顶鞘173的振幅比底鞘175的振幅高，因而在顶鞘173处产生的二次电子会有增加。顶鞘173处的二次电子的增加导致等离子体边缘区域中的等离子体内的电离的增加。
虽然已结合具体的最佳模式对本发明进行了描述，但要理解的是鉴于前述记载，对本领域技术人员而言，许多替代方式、修改方式和变化方式会是显而易见的。据此，意在包括落在所含权利要求的范围内的所有这样的替代方式、修改方式和变化方式。至此本文前述的或附图中所示的所有事项均被解释为说明性的且非限制意义的。

Claims (10)

1.一种用于控制等离子体边缘区域的系统，其包括：
用于产生电场的上电极和下电极；
围绕所述上电极的一部分的一或多个上绝缘环；
围绕所述下电极的一部分的下绝缘环；
围绕所述一或多个上绝缘环的一部分的上电极延伸部；
围绕所述下绝缘环的一部分的下电极延伸部，其中等离子体中心区域的至少一部分形成在所述上电极和所述下电极之间，其中等离子体边缘区域的至少一部分形成在所述上电极延伸部、所述下电极延伸部和C-罩之间；以及
控制电路，该控制电路具有电感器，该控制电路与所述上电极延伸部连接以用于控制施加到所述上电极延伸部的第一射频信号，其中所述上电极与接地装置耦合，并且所述上电极延伸部与可变电容器和电感器耦合，其中所述可变电容器与所述电感器并联耦合，其中所述可变电容器的电容被调节以使得所述等离子体边缘区域内的等离子体顶鞘的电位与所述等离子体边缘区域内的等离子体底鞘的电位同相。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述下电极经由组合器与多个射频源耦合，所述一或多个上绝缘环用于使所述上电极与所述上电极延伸部绝缘，而所述下绝缘环用于使所述下电极与所述下电极延伸部绝缘。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述等离子体顶鞘的电位与所述等离子体底鞘的电位同相以增加所述等离子体边缘区域的密度。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述可变电容器用于改变所述第一射频信号的振幅。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述控制电路包括多个无源滤波器元件。
6.一种用于控制等离子体边缘区域的系统，其包括用于控制施加到上电极延伸部的射频信号的控制电路，所述上电极延伸部不是等离子体室的上电极，所述等离子体边缘区域形成在所述等离子体室的所述上电极延伸部、下电极延伸部和C-罩之间，当所述上电极与接地装置耦合时，所述控制电路与所述上电极延伸部耦合，所述控制电路包括电感器和可变电容器，所述电感器与所述可变电容器并联，其中所述可变电容器的电容被调节以使得所述等离子体边缘区域内的等离子体顶鞘的电位与所述等离子体边缘区域内的等离子体底鞘的电位同相。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述等离子体边缘区域比等离子体区域的等离子体中心区域更靠近所述等离子体室内的所述等离子体区域的边缘。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述等离子体顶鞘的电位与所述等离子体底鞘的电位同相以增加所述等离子体边缘区域的密度。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述可变电容器用于改变所述射频信号的振幅。
10.一种用于控制等离子体边缘区域的方法，其包括：
通过上电极延伸部接收与等离子体边缘区域的耦合，所述等离子体边缘区域位于等离子体区域内，所述等离子体边缘区域位于上电极延伸部、下电极延伸部和C-罩之间，所述等离子体区域包括等离子体中心区域，所述等离子体中心区域形成在上电极和下电极之间；
经由可变电容器和电感器控制射频信号，其中所述可变电容器与所述电感器并联，其中控制所述射频信号包括调节所述可变电容器的电容以使得所述等离子体边缘区域内的等离子体顶鞘的电位与所述等离子体边缘区域内的等离子体底鞘的电位同相，其中执行控制所述射频信号以产生滤波后的射频信号；以及
当所述上电极与接地装置耦合时，将所述滤波后的射频信号施加到所述上电极延伸部。
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