CN107564791B - 通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的系统和方法。描述了用于控制应用于等离子体室内的衬底的工艺的系统和方法。所述系统和方法包括产生和供应奇次谐波信号，并且对奇次谐波信号求和以生成相加后的信号。相加后的信号被供应给等离子体室内的电极，以用于处理衬底。使用奇次谐波信号有助于衬底的高深宽比蚀刻。

Description

通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的系统和方法
技术领域
所呈现的实施方式涉及通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的系统和方法。
背景技术
等离子体系统包括一个或多个射频(RF)发生器、阻抗匹配网络和等离子体室。等离子体室包括在等离子体室的顶部处的电极和在等离子体室的底部处的另一电极。顶部的电极具有多个气体入口，以使气体能够通过进入等离子体室内。
将晶片放置在底部的电极的顶部，以处理晶片。一个或多个RF发生器被开通以提供RF信号，RF信号通过阻抗匹配网络被传送到等离子体室。此外，气体通过气体入口供应到等离子体室内。气体被RF信号点燃以在等离子体室内产生等离子体，并且使用等离子体来处理晶片。在处理晶片期间，实施各种控制以控制晶片的处理。
正是在这样的背景下出现本发明描述的实施方式。
发明内容
本公开的实施方式提供了用于通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的装置、方法和计算机程序。应当理解的是，所呈现的实施方式可以以多种方式(例如，工艺、装置、系统、硬件零件或计算机可读介质上的方法)来实现。若干实施方式在下文描述。
在一些实施方式中，提供了用于调整离子能量分布函数(IEDF)以进行等离子体处理，特别是进行高深宽比蚀刻的系统和方法。IEDF通常由单个RF功率源以电容耦合等离子体中的不同频率(例如2兆赫兹(MHz)或400千赫兹(kHz)的偏置频率，27MHz或60MHz的源频率等)确定。在多种实施方式中，本文所描述的方法涉及在修正一个或多个奇次谐波的幅值和/或相位之后混合偏置频率的多个奇次谐波，以增加峰值离子能量和/或峰值离子能量的离子通量。对于在衬底的特征的底部的高深宽比蚀刻，峰值离子能量和/或离子通量的这种增加是非常需要的。混合奇次谐波使得能够实现RF波形操作，从而能够进一步调整IEDF，以实现最佳的蚀刻工艺性能。
在一些实施方式中，描述了一种系统。该系统包括RF发生器和耦合到RF发生器的等离子体室。RF发生器包括产生n次(nth)奇次谐波RF信号的奇次谐波电源。RF发生器包括耦合到奇次谐波电源的阻抗匹配电路。阻抗匹配电路在接收到n次奇次谐波RF信号时输出n次经修正的奇次谐波RF信号。RF发生器还包括耦合到阻抗匹配电路的倍频器。倍频器接收n次经修正的奇次谐波RF信号以输出(n+2)次奇次谐波RF信号(an(n+2)th odd harmonic RFsignal)。RF发生器还包括耦合到倍频器的变量调节器。变量调节器修正(n+2)次奇次谐波RF信号的变量，以输出调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号。RF发生器包括耦合到变量调节器和阻抗匹配电路的加法器。加法器将n次经修正的奇次谐波RF信号和调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号相加，以提供相加后的RF信号。等离子体室从加法器接收相加后的RF信号以向等离子体室内的电极提供功率。
在多种实施方式中，描述了另一种系统。该系统包括RF发生器和耦合到RF发生器的等离子体室。RF发生器包括产生n次奇次谐波RF信号的一次奇次谐波RF电源和产生(n+2)次奇次谐波RF信号的二次奇次谐波RF电源。RF发生器还包括耦合到一次奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路。第一阻抗匹配电路接收n次奇次谐波RF信号以输出n次经修正的奇次谐波RF信号。RF发生器还包括耦合到二次奇次谐波RF电源的第二阻抗匹配电路。第二阻抗匹配电路接收(n+2)次奇次谐波RF信号以输出(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号。RF发生器包括耦合到第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的加法器。加法器将n次经修正的奇次谐波RF信号和(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加以输出相加后的RF信号。等离子体室从加法器接收相加后的RF信号，以改变等离子体室内的等离子体的阻抗。
在多种实施方式中，还描述另一系统。该系统包括RF发生器和耦合到RF发生器的等离子体室。RF发生器包括产生n次奇次谐波RF信号的一次奇次谐波RF电源和产生(n+2)次奇次谐波RF信号的二次奇次谐波RF电源。RF发生器还包括耦合到二次奇次谐波RF电源的变量调节器。变量调节器调节(n+2)次奇次谐波RF信号的变量，以输出调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号。RF发生器还包括耦合到一次奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路。第一阻抗匹配电路接收用于输出n次经修正的奇次谐波RF信号的n次奇次谐波RF信号。RF发生器还包括耦合到变量调节器的第二阻抗匹配电路。第二阻抗匹配电路接收调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号，以输出(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号。RF发生器包括耦合到第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的加法器。加法器将n次经修正的奇次谐波RF信号与(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加，以输出相加后的RF信号。等离子体室接收相加后的RF信号以修正等离子体室内的等离子体的阻抗。
本文描述的系统和方法的一些优点包括通过控制由RF发生器产生的RF信号的奇次谐波的相位和/或幅值来控制离子能量和/或离子通量，和/或通过混合奇次谐波来控制离子能量和/或离子通量。控制奇次谐波的相位和/或幅值和/或混合奇次谐波以增加离子通量和/或离子能量有助于提高晶片的蚀刻特征的蚀刻速率以实现高深宽比蚀刻。在一些实施方式中，通过使用偶次谐波不能实现这种高深宽比蚀刻。相反，混合偶次谐波会减小离子通量。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
奇次谐波电源，其被配置为产生n次奇次谐波RF信号；
耦合到所述奇次谐波电源的阻抗匹配电路，其中所述阻抗匹配电路被配置为在接收到所述n次奇次谐波RF信号时输出n次经修正的奇次谐波RF信号；
耦合到所述阻抗匹配电路的倍频器，其中所述倍频器被配置为接收所述n次经修正的奇次谐波RF信号以输出(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述倍频器的变量调节器，其中所述变量调节器被配置为修正所述(n+2)次奇次谐波RF信号的变量，以输出调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述变量调节器和所述阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号相加以提供相加后的RF信号；和
耦合到所述RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为从所述加法器接收所述相加后的RF信号，以向所述等离子体室内的电极提供功率。
2.根据条款1所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
3.根据条款2所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号的奇次谐波波形之和的幅值。
4.根据条款1所述的系统，其还包括：
耦合到所述变量调节器的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述变量调节器提供所述预定的变量值，
其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次奇次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
5.根据条款1所述的系统，其中所述n次奇次谐波信号是一次谐波信号，其中所述(n+2)次奇次谐波RF信号是三次谐波信号。
6.根据条款1所述的系统，其中所述阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的奇次谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
7.根据条款1所述的系统，其中所述变量是所述(n+2)次奇次谐波RF信号的幅值。
8.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
一次奇次谐波RF电源，其被配置为产生n次奇次谐波RF信号；
二次奇次谐波RF电源，其被配置为产生(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述一次奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为接收所述n次奇次谐波RF信号以输出n次经修正的奇次谐波RF信号；
耦合到所述二次奇次谐波RF电源的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为接收所述(n+2)次奇次谐波RF信号以输出(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号；
耦合到所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加以输出相加后的RF信号；和
耦合到RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为从所述加法器接收所述相加后的RF信号，以改变所述等离子体室内的等离子体的阻抗。
9.根据条款8所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
10.根据条款9所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号的奇次谐波波形的和的幅值。
11.根据条款8所述的系统，其还包括耦合到所述一次奇次谐波电源和所述二次奇次谐波电源的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述二次奇次谐波RF电源提供表示所述预定的变量值的信号，
其中所述二次奇次谐波RF电源被配置为调整所述(n+2)次奇次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
12.根据条款8所述的系统，其中n次奇次谐波RF信号是一次谐波信号，其中所述(n+2)次奇次谐波RF信号是三次谐波信号。
13.根据条款8所述的系统，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第一阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第一阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的奇次谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
14.根据条款8所述的系统，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第二阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第二阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号。
15.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
一次奇次谐波RF电源，其被配置为产生n次奇次谐波RF信号；
二次奇次谐波RF电源，其被配置为产生(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述二次奇次谐波RF电源的变量调节器，其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次奇次谐波RF信号的变量以输出调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述一次奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为接收所述n次奇次谐波RF信号以输出n次经修正的奇次谐波RF信号；
耦合到所述变量调节器的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为接收所述调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号以输出(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号；
耦合到所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加以输出相加后的RF信号；和
耦合到所述RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为接收所述相加后的RF信号，以修正所述等离子体室内的等离子体的阻抗。
16.根据条款15所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
17.根据条款16所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的奇次谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号的奇次谐波波形的和的幅值。
18.根据条款15所述的系统，其还包括：
耦合到所述变量调节器的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述变量调节器提供所述预定的变量值，
其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次奇次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
19.根据条款15所述的系统，其中所述(n+2)次奇次谐波RF信号是三次谐波信号，其中所述变量是所述三次谐波信号的幅值。
20.根据条款15所述的系统，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第一阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第一阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的奇次谐波RF信号，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第二阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第二阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述(n+2)次经修正的奇次谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
根据结合附图的以下详细描述，其它方面将变得显而易见。
附图说明
通过参考结合附图的以下描述来理解实施方式。
图1是用于说明向等离子体室提供奇次谐波信号的组合的等离子体系统的实施方式的示意图。
图2是用于说明用于处理衬底的奇次谐波的多个射频(RF)信号的组合的等离子体系统的另一实施方式的示意图。
图3是等离子体系统的另一实施方式的示意图，其用于说明奇次谐波的RF信号组合以提供给用于处理的衬底。
图4是等离子体系统的实施方式的示意图，其用于说明使用一个或多个参数来改变RF信号的相位和/或幅值以控制应用于衬底的工艺。
图5是等离子体系统的实施方式的示意图，其用于说明反馈使用一个或多个参数来改变RF信号的相位和/或幅值以控制应用于衬底的工艺。
图6是等离子体系统的另一实施方式的示意图，其用于说明反馈使用一个或多个参数来改变RF信号的相位和/或幅值以控制应用于衬底的工艺。
图7是用于说明多个奇次谐波被组合以产生接近方波的RF信号波形的曲线图的实施方式。
图8A是用于说明图7的组合奇次谐波的波形的曲线图的实施方式。
图8B是用于示出等离子体室内的离子通量和离子能量随着被组合以产生相加后的信号的奇数次谐波的数量的变化而变化的曲线图的实施方式。
图9是用于说明等离子体室内的离子通量和等离子体室内的离子能量被控制以使衬底内的特征的深宽比依赖性蚀刻能进行的曲线图的实施方式。
图10A是电容耦合等离子体(CCP)室的实施方式的示意图，其是图1的等离子体室的示例。
图10B是感应耦合等离子体(ICP)室的实施方式的示意图，其是图1的等离子体室的另一示例。
图10C是电子回旋共振(ECR)等离子体室的实施方式的示意图，其是图1的等离子体室的又一个示例。
具体实施方式
以下实施方式描述了用于通过奇次谐波混合调整离子能量分布函数的系统和方法。显然，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践这些实施方式。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使这些实施方式难以理解。
图1是等离子体系统100的实施方式的示意图，其用于说明向等离子体室116提供奇次谐波信号的组合。等离子体系统100包括射频(RF)发生器102。RF发生器102包括RF电源104(例如RF振荡器等)、阻抗匹配电路(IMC)106、倍频器108、幅值调节器110、相位调节器112、另一个幅值调节器120、倍频器122、幅值调节器124、相位调节器126和加法器114。RF电源104经由RF电缆105耦合到IMC106。在多种实施方式中，RF电源104具有400千赫兹(kHz)或2兆赫兹(MHz)的基频。在一些实施方式中，RF电源104具有27MHz或60MHz的基频。
在一些实施方式中，IMC包括一个或多个电容器、或一个或多个电感器、一个或多个电感器和一个或多个电容器的组合。幅值调节器的示例包括放大器，例如RF放大器等。相位调节器的示例包括：包括多个电阻器和多个可变电容器的电路，包括偏置的变形(varacter)二极管的电路，模拟移相器等。举例而言，相位调节器包括在一端耦合到输入节点的第一电阻器。第一电阻器的另一端经由第一节点耦合到第一可变电容器，该第一可变电容器经由第二节点耦合到第二电阻器。第二电阻器经由第三节点耦合到第二可变电容器。第二可变电容器经由输入节点耦合到第一电阻器，使得形成具有第一电阻器、第一电容器、第二电阻器和第二电容器的回路。输入节点接收RF信号。第二个节点连接到地。通过控制第一和第二电容器的电容，在第一和第三节点之间实现相位差。
倍频器的示例包括包括一个或多个电感器、一个或多个电容器和一个或多个二极管的电路。举例而言，倍频器包括在一端耦合到输入节点并且在另一端经由第一节点耦合到耦合到地的第一电容器的第一电感器。第一节点耦合到第一二极管的p结，第一二极管具有在第二节点耦合到第二电感器的n结。第二电感器耦合到地。第二节点耦合到第二二极管的n结。第二二极管的p结在第三节点处耦合到与第二电容器并联连接的第三电感器，该并联电路耦合到地。第三节点耦合到第四电感器，其进一步串联耦合到可变的第三电容器，并且第三电容器耦合到倍频器的输出节点。
例如，加法器114是一种放大器，其负输入节点耦合到多个RF电缆，例如RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146等，以经由RF电缆接收RF信号，以及其正输入节点耦合到接地电压。放大器的输出节点耦合到RF传输线118。负输入节点耦合到电阻器的一端，并且放大器的输出节点耦合到电阻器的另一端。加法器114的放大器具有1：1的增益。又例如，加法器114是连接点，例如连接多个RF电缆(例如RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146等等)的RF电缆的连接点等，RF电缆用作由加法器114接收RF信号的传送介质。
IMC106的输入节点经由RF电缆105耦合到RF电源104的输出节点。此外，IMC106的输出节点经由RF电缆128耦合到倍频器108的输入节点。倍频器108的输出节点经由RF电缆130耦合到幅值调节器110的输入节点。幅值调节器110的输出节点经由RF电缆132耦合到相位调节器112的输入节点。相位调节器112的输出节点经由RF电缆134耦合到加法器114的输入节点。此外，IMC106的另一个输出节点经由RF电缆136耦合到幅值调节器120的输入节点。幅值调节器120的输出节点经由RF电缆138耦合到加法器114的另一输入节点。IMC106的另一个输出节点经由RF电缆140耦合到倍频器122的输入节点。倍频器122的输出节点经由RF电缆142耦合到幅值调节器124的输入节点。幅值调节器124的输出节点经由RF电缆114耦合到相位调节器126的输入节点。相位调节器126的输出节点经由RF电缆146耦合到加法器114的另一个输入节点。加法器114的输出节点经由RF传输线118耦合到等离子体室116。
RF电源104产生n次谐波的RF信号，并且经由RF电缆105将RF信号发送到IMC106，其中n是奇数。例如，n等于1。例如，RF电源104生成具有为RF信号的基频的奇数倍的频率的RF信号。举例而言，RF电源104生成为1次谐波波形的RF信号。由RF电源104产生的RF信号具有相位Pn。IMC106从RF电源104接收RF信号，并且使耦合到IMC106的负载的阻抗与耦合到IMC106的源的阻抗匹配，以基于接收到的RF信号产生n次谐波的经修正的RF信号。经修正的RF信号具有相位Pn。耦合到IMC106的负载的示例包括倍频器108、幅值调节器110、相位调节器112、加法器114、幅值调节器120、倍频器122、幅值调节器124、相位调节器126、等离子体室116和RF电缆128、RF电缆130、RF电缆132、RF电缆134、RF电缆136、RF电缆138、RF电缆140、RF电缆142、RF电缆144和RF电缆146。耦合到IMC106的源的示例包括RF电缆105和RF电源104。
n次谐波的经修正的RF信号从IMC106经由RF电缆136提供给幅值调节器120。幅值调节器120使经修正的RF信号的幅值(例如幅度、包络、峰-峰幅值、均方根(RMS)值等)改变(例如增加预定量，减小预定量等)，以产生具有幅值An的放大的信号，并且将具有相位Pn和幅值An的放大的信号经RF电缆138发送到加法器114。
此外，n次谐波的经修正的RF信号经由RF电缆128从IMC106提供给倍频器108。倍频器108将n次谐波的经修正的RF信号的频率乘以2，以产生(n+2)次谐波信号，例如三次谐波的经修正的RF信号等。(n+2)次谐波信号从倍频器108经由RF电缆130发送到幅值调节器110。幅值调节器110将(n+2)次谐波信号的幅值A(n)修改(例如增加预定量，减小预定量等)成为幅值A(n+2)以产生放大的信号，并通过RF电缆132将放大的信号发送到相位调节器112。例如，幅值A(n+2)不同于(例如小于，等等)幅值A(n)。幅值A(n+2)不同于(例如小于，等等)幅值A(n)。相位调节器112将放大的信号的相位P(n)调整(例如向前移动预定量，向后移动预定量，产生预定量的滞后，产生预定量的前移等)成为相位P(n+2)以输出具有相位P(n+2)和幅值A(n+2)的RF信号，并且经由RF电缆134将RF信号发送到加法器114。
另外，n次谐波的经修正的RF信号经由RF电缆140从IMC106提供给倍频器122。倍频器122将n次谐波的经修正的RF信号的频率乘以4，以产生(n+4)次谐波信号，例如五次谐波的经修正的RF信号等。(n+4)次谐波信号从倍频器122经由RF电缆142发送到幅值调节器124。幅值调节器124将(n+4)次谐波信号的幅值A(n)修改(例如增加预定量，减小预定量等)成为幅值A(n+4)以产生放大的信号，并通过RF电缆144将放大的信号发送到相位调节器126。例如，幅值A(n+4)不同于(例如小于，等等)幅值A(n+2)。相位调节器126将放大的信号的相位P(n)调整(例如向前移动预定量，向后移动预定量，产生预定量的滞后，产生预定量的前移等)成为相位P(n+4)以输出具有相位P(n+4)和幅值A(n+4)的RF信号，并且经由RF电缆146将RF信号发送到加法器114。
加法器114将通过RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146接收的RF信号相加，以输出相加后的RF信号，并且经由RF传输线118将相加后的RF信号发送到等离子体室116的电极，以用于处理(例如清洁，蚀刻、沉积材料、溅射等)等离子体室116内的衬底(例如晶片等)。例如，加法器114将通过RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146接收的RF信号的幅值(例如峰-峰幅值、幅度、RMS值等)相加以产生相加后的RF信号。
在一些实施方式中，系统100排除倍频器122、幅值调节器124和相位调节器126。在多种实施方式中，系统100排除倍频器108、幅值调节器110和相位调节器112。在几个实施方式中，系统100排除幅值调节器110或相位调节器112。例如，倍频器108经由RF电缆130耦合到相位调节器112，而不耦合到幅值调节器110。举另一示例而言，幅值调节器110经由RF电缆134耦合到加法器114，而不耦合到相位调节器112。在一些实施方式中，系统100排除幅值调节器124或相位调节器126。
在多种实施方式中，相位调节器和幅值调节器的位置与图1所示的位置相比进行切换。例如，相位调节器112的输入节点耦合到倍频器108的输出节点，而幅值调节器110的输入节点耦合到相位调节器112的输出节点。幅值调节器112的输出节点耦合到加法器114。类似地，在一些实施方式中，相位调节器126的输入节点耦合到倍频器122的输出节点，而幅值调节器124的输入节点耦合到相位调节器126的输出节点。幅值调节器124的输出节点耦合到加法器114。
在一些实施方式中，相位或幅值在本文中有时被称为变量。
在多种实施方式中，RF发生器102排除幅值调节器120，而IMC106在没有耦合在IMC106和加法器114之间的幅值调节器120和RF电缆138的情况下经由RF电缆136耦合到加法器114。在这些实施方式中，经由RF电缆136从IMC106输出到加法器114的经修正的RF信号的幅值是An，其与由RF电源104产生的RF信号的幅值相同。此外，在这些实施方式中，加法器114将经由RF电缆136从IMC106接收的经修正的RF信号与经由RF电缆134和146接收的RF信号相加以产生相加后的信号，该相加后的信号经由RF传输线118提供到等离子体室116的电极以用于处理衬底。
图2是系统200的实施方式的示意图，其用于说明用于处理衬底的奇次谐波的多个RF信号的组合。系统200包括RF发生器201、控制器208和等离子体室116。如本文所使用的，控制器包括处理器和耦合到处理器的存储器件。处理器的示例包括中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)和可编程逻辑器件(PLD)。存储器件的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘、易失性存储器、非易失性存储器、存储盘的冗余阵列、闪存等。
RF发生器201包括RF电源203、RF电源202、RF电源216、IMC204、IMC206、IMC224和加法器114。在多种实施方式中，RF电源203、RF电源202和RF电源216中的每一个具有400kHz或2MHz的基频。在一些实施方式中，RF电源203、RF电源202和RF电源216中的每一个具有27MHz或60MHz的基频。控制器208的输出端口经由传输电缆210耦合到RF电源203的输入节点。传输电缆的示例包括：用于串行传输数据的串行传输电缆，例如一次一位等等；以并行方式传输数据的并行传输电缆，例如一次多个位等等；以及通用串行总线(USB)电缆等。RF电源203的输出节点经由RF电缆218耦合到IMC204的输入节点。IMC204的输出节点经由RF电缆226耦合到加法器114的输入节点。
类似地，控制器208的另一个输出端口经由传输电缆212耦合到RF电源202的输入节点。RF电源202的输出节点经由RF电缆220耦合到IMC206的输入节点。IMC206的输出节点经由RF电缆228耦合到加法器114的输入节点。
此外，类似地，控制器208的另一个输出端口经由传输电缆214耦合到RF电源216的输入节点。RF电源216的输出节点经由RF电缆222耦合到IMC224的输入节点。IMC224的输出节点经由RF电缆230耦合到加法器114的输入节点。
RF电源203、RF电源202和RF电源216中的每一个包括驱动器，例如一个或多个晶体管等。此外，RF电源203、RF电源202和RF电源216中的每一个包括放大器和RF振荡器。驱动器耦合到传输电缆210、传输电缆212和传输电缆214中的对应的一个。例如，RF电源203的驱动器耦合到传输电缆210，RF电源202的驱动器耦合到传输电缆212，而RF电源216的驱动器耦合到传输电缆214。RF电源(例如RF电源203、RF电源202或RF电源216等)的放大器的输入节点耦合到RF电源的驱动器。RF电源(例如RF电源203、RF电源202或RF电源216等)的放大器的输出节点耦合到RF电源的RF振荡器的输入节点。RF电源(例如RF电源203、RF电源202或RF电源216等)的RF振荡器的输出节点耦合到对应的RF电缆。例如，RF电源203的RF振荡器的输出节点耦合到RF电缆218，RF电源202的RF振荡器的输出节点耦合到RF电缆220，并且RF电源216的RF振荡器的输出节点耦合到RF电缆222。
控制器208的处理器经由传输电缆210将控制信号发送到RF电源203的驱动器，以产生电流信号。控制信号在某一时间发送到RF电源203的驱动器，以实现由RF电源203的RF振荡器产生的RF信号的相位Pn。RF电源203的驱动器发送电流信号到RF电源203的放大器以放大电流信号，从而进一步实现从RF电源203的RF振荡器输出的RF信号的幅值An。例如，控制器208的处理器经由电缆耦合到RF电源203的放大器的增益控制节点，并控制放大器的增益以实现幅值An。举例而言，处理器改变施加到RF电源203的放大器的增益控制节点的控制信号的电压，以改变放大器的增益。RF电源203的RF振荡器在从RF电源203的放大器接收到放大的电流信号时产生具有幅值An、相位Pn和频率fn的RF信号，其中fn是n次奇次谐波频率，例如，一次奇次谐波频率等。举例而言，RF电源203的RF振荡器以n次奇次谐波频率振荡。RF信号经由RF电缆218从RF电源203的RF振荡器提供给IMC204。由RF电源203产生的RF信号的示例是奇次谐波波形，例如，一次谐波波形等等。IMC204从RF电源203接收RF信号，并使与IMC204的输出节点耦合的负载(例如RF电缆226、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC204的输入节点耦合的源(例如RF电源203和RF电缆218等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆226从IMC204发送到加法器114。
类似地，控制器208的处理器经由传输电缆212将另一控制信号发送到RF电源202的驱动器，以产生电流信号。控制信号在某一时间发送到RF电源202的驱动器，以实现由RF电源202的RF振荡器产生的RF信号的相位P(n+2)。例如，为了实现相位P(n+2)，控制信号在从控制信号从处理器发送的时间起的预定时间段之后的时间从处理器发送到RF电源202。RF电源202的驱动器发送电流信号到RF电源202的放大器以放大电流信号，从而进一步实现从RF电源202的RF振荡器输出的RF信号的幅值A(n+2)。例如，控制器208的处理器经由电缆耦合到RF电源202的放大器的增益控制节点，并控制放大器的增益以实现幅值A(n+2)。举例而言，处理器改变施加到RF电源202的放大器的增益控制节点的控制信号的电压，以改变放大器的增益。RF电源202的RF振荡器在从RF电源202的放大器接收到放大的电流信号时产生具有幅值A(n+2)、相位P(n+2)和频率f(n+2)的RF信号，其中f(n+2)是(n+2)次奇次谐波频率，例如，三次奇次谐波频率等。举例而言，RF电源202的RF振荡器以(n+2)次奇次谐波频率振荡。由RF电源202产生的RF信号的示例是奇次谐波波形，例如，三次谐波波形等等。RF信号经由RF电缆220从RF电源202的RF振荡器提供给IMC206。IMC206从RF电源202接收RF信号，并使与IMC206的输出节点耦合的负载(例如RF电缆228、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC206的输入节点耦合的源(例如RF电源202和RF电缆220等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆228从IMC206发送到加法器114。
此外，类似地，控制器208的处理器经由传输电缆214将又一控制信号发送到RF电源216的驱动器，以产生电流信号。控制信号在某一时间发送到RF电源216的驱动器，以实现由RF电源216的RF振荡器产生的RF信号的相位P(n+4)。例如，为了实现相位P(n+4)，控制信号在从控制信号从处理器发送的时间起的预定时间段之后的时间从处理器发送到RF电源216。RF电源216的驱动器发送电流信号到RF电源216的放大器以放大电流信号，从而进一步实现从RF电源216的RF振荡器输出的RF信号的幅值A(n+4)。例如，控制器208的处理器经由电缆耦合到RF电源216的放大器的增益控制节点，并控制放大器的增益以实现幅值A(n+4)。举例而言，处理器改变施加到RF电源216的放大器的增益控制节点的控制信号的电压，以改变放大器的增益。该RF振荡器在接收到放大的电流信号时产生具有幅值A(n+4)、相位P(n+4)和频率f(n+4)的RF信号，其中f(n+4)是(n+4)次奇次谐波频率，例如，五次奇次谐波频率等。举例而言，RF电源216的RF振荡器以(n+4)次奇次谐波频率振荡。RF信号经由RF电缆222从RF电源216的RF振荡器提供给IMC224。由RF电源216产生的RF信号的示例是奇次谐波波形，例如，五次谐波波形等等。IMC224从RF电源216接收RF信号，并使与IMC224的输出节点耦合的负载(例如RF电缆230、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC224的输入节点耦合的源(例如RF电源216和RF电缆222等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆230从IMC224发送到加法器114。
加法器114将从IMC204、IMC 206和IMC 224接收的经修正的RF信号(例如经修正的RF信号的幅值，经修正的RF信号的RMS值，经修正的RF信号的峰-峰幅值，经修正的RF信号的包络等)相加以产生相加后的信号。相加后的信号从加法器114经由RF传输线118发送到等离子体室116的电极，以处理等离子体室116中的衬底。例如，通过由等离子体室116的电极从加法器114接收的相加后的信号修正等离子体室116内的等离子体的阻抗。
在一些实施方式中，代替耦合在RF电源203和加法器114之间的IMC204，代替耦合在RF电源202和加法器114之间的IMC206，并且代替耦合在RF电源216和加法器114之间的IMC224，将IMC(未示出)耦合在加法器114和等离子体室116之间。例如，IMC(未示出)的输入节点经由RF电缆(未示出)耦合到加法器114，并且IMC的输出节点经由RF传输线118耦合到等离子体室116。此外，加法器114经由RF电缆218耦合到RF电源203而不耦合到IMC204。加法器114经由RF电缆220耦合到RF电源202而不耦合到IMC206。加法器114经由RF电缆222耦合到RF电源216而不耦合到IMC224。从RF电源203、RF电源202和RF电源216输出的RF信号由加法器114接收并由加法器114相加以产生相加后的信号，该相加后的信号经由RF电缆(未示出)从加法器114发送到IMC(未示出)。IMC(未示出)使与IMC(未示出)的输出节点耦合的负载(例如RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和源(例如，RF电缆(未示出)，加法器114，RF电缆218、RF电缆220和RF电缆222以及RF电源203、RF电源202和RF电源216等)的阻抗匹配，以输出经修正的RF信号。经修正的RF信号从IMC(未示出)经由RF传输线118发送到等离子体室116，以用于处理衬底。
在一些实施方式中，控制器208包括多个处理器而不是一个处理器，并且该多个处理器耦合到存储器件。例如，这里描述为由控制器208的处理器执行的操作在多个处理器之间分配。在多种实施方式中，控制器108包括多个处理器而不是一个处理器，并且包括多个存储器件而不是一个存储器件，且多个处理器耦合到存储器件。例如，这里描述为由控制器208的处理器执行的操作在多个处理器之间分配，并且此处所描述的存储在存储器件中的数据被分配在多个存储器件中。
图3是系统300的实施方式的示意图，其用于说明奇次谐波的RF信号组合以提供给衬底进行处理。系统300包括RF发生器302和等离子体室116。RF发生器302包括RF电源104，例如RF振荡器等。RF发生器302还包括幅值调节器120、IMC304、加法器114以及RF电源305(例如RF振荡器)等。RF发生器还包括相位调节器112、幅值调节器110、IMC306、RF电源307、相位调节器126、幅值调节器124和IMC324。在多种实施方式中，RF电源305和RF电源307中的每一个具有400kHz或2MHz的基频。在一些实施方式中，RF电源305和RF电源307中的每一个具有27MHz或60MHz的基频。
RF电源104的输出节点经由RF电缆308耦合到幅值调节器120的输入节点。幅值调节器120的输出节点经由RF电缆310耦合到IMC304的输入节点。IMC304的输出节点经由RF电缆226耦合到加法器114的输入节点。
此外，RF电源305的输出节点经由RF电缆312耦合到相位调节器112的输入节点。相位调节器112的输出节点经由RF电缆314耦合到幅值调节器110的输入节点。幅值调节器110的输出节点经由RF电缆316耦合到IMC306的输入节点。IMC306的输出节点经由RF电缆228耦合到加法器114的输入节点。
此外，RF电源307的输出节点经由RF电缆318耦合到相位调节器126的输入节点。相位调节器126的输出节点经由RF电缆320耦合到幅值调节器124的输入节点。幅值调节器124的输出节点经由RF电缆322耦合到IMC324的输入节点。IMC324的输出节点经由RF电缆230耦合到加法器的输入节点114。
RF电源104产生具有相位Pn的RF信号，并且经由RF电缆308将RF信号提供给幅值调节器120。例如，RF电源104产生奇次谐波波形，例如，n次谐波波形、一次谐波波形等。幅值调节器120使RF信号的幅值(例如幅度、峰-峰幅值、均方根(RMS)值等)改变(例如增加预定量，减小预定量等)，以产生具有幅值An和相位Pn的放大的信号，并且将具有相位Pn和幅值An的放大的信号经RF电缆310发送到IMC304。
IMC304从幅值调节器120接收放大的信号，并使与IMC304的输出节点耦合的负载(例如RF电缆226、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC304的输入节点耦合的源(例如RF电源104、RF电缆308、幅值调节器120和RF电缆310等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆226从IMC304发送到加法器114。
类似地，RF电源305产生RF信号，并且经由RF电缆312将RF信号提供给相位调节器112。例如，RF电源104产生(n+2)次谐波波形，例如，奇次谐波波形、三次谐波波形等。相位调节器112将从RF电源305接收到的RF信号的相位调整(例如向前移动预定量，向后移动预定量，产生预定量的滞后，产生预定量的前移等)成为相位P(n+2)以输出具有相位P(n+2)的RF信号，并且经由RF电缆314将该RF信号发送到幅值调节器110。幅值调节器110使从相位调节器112接收的RF信号的幅值(例如幅度、峰-峰幅值、均方根(RMS)值等)改变(例如增加预定量，减小预定量等)，以产生具有幅值A(n+2)和相位P(n+2)的放大的信号，并且将该放大的信号经RF电缆316发送到IMC306。
IMC306从幅值调节器110接收放大的信号，并使与IMC306的输出节点耦合的负载(例如RF电缆228、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC306的输入节点耦合的源(例如RF电源305、RF电缆312、相位调节器112、RF电缆314、幅值调节器110和RF电缆316等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆228从IMC306发送到加法器114。
此外，类似地，RF电源307产生RF信号，并且经由RF电缆318将RF信号提供给相位调节器126。例如，RF电源104产生(n+4)次谐波波形，例如，奇次谐波波形、五次谐波波形等。相位调节器126将从RF电源307接收到的RF信号的相位调整(例如向前移动预定量，向后移动预定量，产生预定量的滞后，产生预定量的前移等)成为相位P(n+4)以输出具有相位P(n+4)的RF信号，并且经由RF电缆320将该RF信号发送到幅值调节器124。幅值调节器124使从相位调节器126接收的RF信号的幅值(例如幅度、峰-峰幅值、均方根(RMS)值等)改变(例如增加预定量，减小预定量等)，以产生具有幅值A(n+4)和相位P(n+4)的放大的信号，并且将该放大的信号经RF电缆230发送到IMC324。
IMC324从幅值调节器124接收放大的信号，并使与IMC324的输出节点耦合的负载(例如RF电缆228、加法器114、RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和与IMC324的输入节点耦合的源(例如RF电源307、RF电缆318、相位调节器126、RF电缆320、幅值调节器124和RF电缆322等)的阻抗匹配以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆230从IMC324发送到加法器114。
加法器114将从IMC304、IMC306和IMC324接收的经修正的RF信号(例如经修正的RF信号的幅值、经修正的RF信号的RMS值、经修正的RF信号的峰-峰幅值、经修正的RF信号的包络等)相加，以生成相加后的信号。相加后的信号从加法器114经由RF传输线118发送到等离子体室116的电极，以用于处理等离子体室116中的衬底。
在多种实施方式中，在RF发生器302内串联耦合的相位调节器和幅值调节器的位置与图3所示的位置相比进行切换。例如，幅值调节器110的输入节点耦合到RF电源305的输出节点，幅值调节器110的输出节点耦合到相位调节器112的输入节点。相位调节器112的输出节点耦合到IMC306的输入节点。类似地，在一些实施方式中，幅值调节器124的输入节点耦合到RF电源307的输出节点，并且幅值调节器124的输出节点耦合到相位调节器126的输入节点。相位调节器126的输出节点耦合到IMC324的输入节点。
在若干实施方式中，RF发生器302排除幅值调节器120，并且在这些实施方式中，IMC304经由RF电缆308耦合到加法器RF电源104，而没有耦合在RF电源104和IMC304之间的幅值调节器120和RF电缆310。在这些实施方式中，由RF电源104产生的RF信号的幅值是An。RF电源104通过RF电缆308向IMC304提供具有相位Pn和幅值An的n次奇次谐波的RF信号。IMC304使耦合到IMC304的负载的阻抗与源(例如，RF电源104和RF电缆308等)的阻抗匹配，以产生经修正的RF信号。经修正的RF信号经由RF电缆226提供给加法器114，以与经由RF电缆228和230接收的RF信号相加，以产生相加后的信号，该相加后的信号经由RF传输线118提供到等离子体室116的电极，以用于处理衬底。
在一些实施方式中，系统300排除相位调节器112或幅值调节器110。例如，相位调节器112经由RF电缆314耦合到IMC306而不耦合到幅值调节器110。作为另一个示例，RF电源305经由RF电缆312耦合到幅值调节器110，而不耦合到相位调节器112。在多种实施方式中，系统300排除相位调节器126或幅值调节器124。
在几个实施方式中，系统300排除RF电源307、相位调节器126、幅值调节器124和IMC324。在一些实施方式中，系统300排除RF电源305、相位调节器112、幅值调节器110和IMC306。
在一些实施方式中，代替耦合在幅值调节器120和加法器114之间的IMC304，代替耦合在幅值调节器110和加法器114之间的IMC306，并且代替耦合在幅值调节器124和加法器114之间的IMC324，IMC(未示出)耦合在加法器114和等离子体室116之间。例如，IMC(未示出)的输入节点经由RF电缆(未示出)耦合到加法器114，并且IMC的输出节点经由RF传输线118耦合到等离子体室116。此外，加法器114经由RF电缆226耦合到幅值调节器120不耦合到IMC304。加法器114经由RF电缆228耦合到幅值调节器110而不耦合到IMC306。加法器114经由RF电缆230耦合到幅值调节器124而不被耦合到IMC324。从幅值调节器120、幅值调节器110和幅值调节器124输出的放大的信号由加法器114接收并由加法器114相加，以生成相加后的信号，该相加后的信号从加法器114经由RF电缆(未示出)发送到IMC(未示出)。IMC(未示出)使与IMC(未示出)的输出节点耦合的负载(例如RF传输线118和等离子体室116等)的阻抗和源(例如，RF电缆(未示出)，加法器114，RF电缆226，RF电缆228和RF电缆230，幅值调节器120，幅值调节器110和幅值调节器124，RF电缆308，RF电缆314，RF电缆320，RF电缆312和RF电缆318，相位调节器112和相位调节器126，以及RF电源104，RF电源305和RF电源307等)的阻抗匹配，以输出经修正的RF信号。经修正的RF信号从IMC(未示出)经由RF传输线118发送到等离子体室116，以用于处理衬底。
在多种实施方式中，经由图1-3中任一个的RF传输线118提供的附加信号不具有偶次谐波RF信号的组合。
图4是系统400的实施方式的示意图，其用于说明使用一个或多个参数(例如离子通量、复电流、复电压、复电压和电流、复阻抗等)来改变RF信号的相位和/或幅值以用于控制应用到衬底的工艺。系统400包括系统100(图1)，并且还包括测量传感器408、平面离子通量探针410、直流(DC)偏置探针414、直流偏置传感器412和控制器208。在一些实施方式中，离子通量探针310具有单位表面积。主计算机306包括处理器404和耦合到处理器404的存储器件406。平面离子通量探针410经由电缆420耦合到测量传感器408，而测量传感器408经由传输电缆422耦合到控制器208的处理器404。类似地，DC偏置探针414经由电缆424耦合到DC偏置传感器412，并且DC偏置传感器412经由传输电缆426耦合到处理器404。平面离子通量探针410的示例是Langmuir探针。离子通量探针310的其他示例包括电容器和离子收集器。测量传感器408的示例包括复电压传感器或复电流传感器。
在一些实施方式中，平面离子通量探针410嵌入在等离子体室116的例如上电极等部件内，并且DC偏置探针414嵌入在等离子体室116的例如边缘环之类的部件内。边缘环围绕等离子体室116的卡盘。
当在等离子体室116内处理衬底时，平面离子通量探针410测量等离子体室116内的等离子体的离子通量，例如，离子通量探针410的每单位表面积和每单位时间的离子流量的量，离子通量探针410的每单位表面积的电流的量等，以产生电信号。电信号通过电缆420传送到测量传感器408，测量传感器408测量电信号的复电压或复电流。测量传感器408将测得的复电压或测得的复电流作为数据经由传输电缆422输出到处理器404。在一些实施方式中，处理器404接收所测得的复电流，并将所测得的复电流除以平面离子通量探针410的表面积以确定等离子体室116内的等离子体的离子通量。
处理器404确定所测得的参数不在(例如不匹配等)存储在存储器件406中的参数的预定值的预定范围内，并且一旦确定如此，就从存储器件406访问在由倍频器108应用的乘数的预定量的变化、由幅值调节器110实现的幅值的预定量的变化、由相位调节器112实现的相位的预定量的变化、由幅值调节器120实现的幅值的预定量的变化、由倍频器122应用的乘数的预定量的变化、由幅值调节器124实现的幅值的预定量的变化、和/或由相位调节器126实现的相位的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得(例如直到等等)测得的参数被改变为处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。处理器404调整由倍频器108应用的乘数以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器110实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器112实现的相位以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器120实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由倍频器122应用的乘数以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器124实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器126实现的相位以实现预定量的变化，使得所测得的参数改变到处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
在将所述预定量的变化应用于倍频器108、幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、倍频器122、幅值调节器124和/或相位调节器126之后，加法器118将经由RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146接收的RF信号相加，以经由RF传输线118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极。相加后的信号改变等离子体室116内的离子通量，使得等离子体室116内的离子通量(例如测得的参数等)在存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
类似地，直流偏置探针414感测等离子体室116内的部件的DC偏置电压，以产生电信号，并且DC偏置电压由等离子体室116内的等离子体的RF功率产生。电信号经由电缆424发送到DC偏置传感器412，其基于该电信号测量DC偏置电压。测得的DC偏置电压的量作为数据从DC偏置传感器412经由传输电缆426发送到控制器208的处理器404。
处理器404确定所测得的DC偏置电压不在(例如不匹配等)存储在存储器件406中的DC偏置电压的预定值的预定范围内，并且一旦确定如此，就访问存储器件406以访问在由倍频器108应用的乘数的预定量的变化、由幅值调节器110实现的幅值的预定量的变化、由相位调节器112实现的相位的预定量的变化、由幅值调节器120实现的幅值的预定量的变化、由倍频器122应用的乘数的预定量的变化、由幅值调节器124实现的幅值的预定量的变化、和/或由相位调节器126实现的相位的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得(例如直到等等)测得的DC偏置电压被改变为处于存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。处理器404调整由倍频器108应用的乘数以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器110实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器112实现的相位以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器120实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由倍频器122应用的乘数以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器124实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器126实现的相位以实现预定量的变化，使得所测得的DC偏置电压改变到处于存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。
在将所述预定量的变化应用于倍频器108、幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、倍频器122、幅值调节器124和/或相位调节器126之后，加法器118将经由RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146接收的RF信号相加，以经由RF传输线118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极。相加后的信号改变等离子体室116内的离子通量，使得等离子体室116内的DC偏置电压(例如测得的DC偏置电压等)在存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。
在多种实施方式中，通过控制倍频器108、幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、倍频器122、幅值调节器124和/或相位调节器126来调节等离子体室116内的离子通量或等离子体室116内的DC偏置电压。
在一些实施方式中，处理器404经由电机和连接机构(例如一个或多个杆、两个或更多的杆和一个或多个齿轮的组合等)耦合到倍频器。处理器404经由驱动器(例如，一个或多个晶体管等)连接到电机。处理器404向驱动器发送控制信号，并且在接收到控制信号时，驱动器产生电流信号。控制信号包括在存储于存储器件406中的对应关系中存储的电流的量，并且电流的量对应于由倍频器应用的乘数的预定量的变化。当接收到电流信号时，电机的定子产生电场。当产生电场时，电机的转子旋转以使连接机构旋转，并且连接机构的旋转改变倍频器的电容器的板之间的距离和/或这些板之间的面积，以改变电容器的电容，从而进一步实现由倍频器应用的乘数的预定量的变化，以进一步实现参数的预定值。
类似地，在多种实施方式中，处理器404通过电机和连接机构耦合到相位调节器。处理器404通过驱动器连接到电机。处理器404向驱动器发送控制信号，并且在接收到控制信号时，驱动器产生电流信号。控制信号包括在存储于存储器件406内的对应关系中存储的电流的量，并且该电流的量对应于由相位调节器实现的相位的预定量的变化。当接收到电流信号时，电机的转子旋转以使连接机构旋转，并且连接机构的旋转改变了相位调节器的电容器的板之间的距离和/或这些板之间的面积，以改变电容器的电容，从而进一步实现由相位调节器实现的相位的预定量的变化，以进一步实现参数的预定值。
在一些实施方式中，处理器404经由电缆耦合到幅值调节器的增益控制节点。处理器404改变施加到增益控制节点的控制信号的电压，以修正由幅值调节器施加的增益量。该增益被应用于由幅值调节器接收的RF信号的幅值。在多种实施方式中，处理器404经由驱动器(例如，一个或多个晶体管等)来控制经由电缆耦合到增益控制节点的信号调制器。处理器404向信号调制器发送信号以产生调制信号，该调制信号调制由幅值调节器接收的RF信号的幅值。
图5是系统500的实施方式的示意图，其用于说明反馈使用一个或多个参数以改变RF信号的相位和/或幅值，从而控制应用于衬底的工艺。系统500包括系统200(图2)，并且还包括测量传感器408、平面离子通量探针410、DC偏置探针414和DC偏置传感器412。
当衬底在等离子体室116内处理时，测量传感器408将测得的复电压或测得的复电流作为数据经由传输电缆422输出到处理器404。处理器404确定所测得的参数不在(例如不匹配等)存储在存储器件406中的参数的预定值的预定范围内，并且一旦确定如此，就从存储器件406访问在将要应用于RF电源203的相位Pn的预定量的变化、将要应用于RF电源203的幅值An的预定量的变化、将要应用于RF电源202的相位P(n+2)的预定量的变化、将要应用于RF电源202的幅值A(n+2)的预定量的变化、将要应用于RF电源216的相位P(n+4)的预定量的变化、和/或将要应用于RF电源216的幅值A(n+4)的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得(例如直到等等)测得的参数被改变为处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
处理器404经由传输电缆210向RF电源203提供控制信号，该控制信号包括(例如指示等)相位Pn的预定量的变化以及幅值An的预定量的变化。类似地，处理器404经由传输电缆212向RF电源202提供控制信号，该控制信号包括相位P(n+2)的预定量的变化以及幅值A(n+2)的预定量的变化。此外，类似地，处理器404经由传输电缆214向RF电源216提供控制信号，该控制信号包括相位P(n+4)的预定量的变化以及幅值A(n+4)的预定量的变化。
在接收到相位Pn和幅值An的预定量的变化时，RF电源203产生具有该相位Pn和幅值An的预定量的变化的RF信号，并且经由RF电缆218将该RF信号供应给IMC204。类似地，在接收到相位P(n+2)和幅值A(n+2)的预定量的变化时，RF电源202产生具有该相位P(n+2)和幅值A(n+2)的预定量的变化的RF信号，并且经由RF电缆220将该RF信号供应给IMC206。此外，类似地，在接收到相位P(n+4)和幅值A(n+4)的预定量的变化时，RF电源216产生具有该相位P(n+4)和幅值A(n+4)的预定量的变化的RF信号，并且经由RF电缆222将该RF信号供应给IMC224。
在应用相位Pn、相位P(n+2)、相位P(n+4)以及幅值An、幅值A(n+2)和幅值A(n+4)的预定量的变化之后，IMC204、IMC206和IMC224将基于预定量的变化的RF信号输出到加法器114。加法器114将基于经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230接收的预定量的变化输出的RF信号相加，以经由RF传输线118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极。相加后的信号改变等离子体室116内的离子通量，使得等离子体室116内的离子通量(例如测得的参数等)处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
类似地，DC偏置探针414感测等离子体室116内的部件的DC偏置电压，以产生电信号。基于感测到的DC偏置电压，DC偏置传感器412经由传输电缆426将测得的DC偏置电压提供给控制器208的处理器404。
处理器404从存储器件406访问在将要应用于RF电源203的相位Pn的预定量的变化、将要应用于RF电源203的幅值An的预定量的变化、将要应用于RF电源202的相位P(n+2)的预定量的变化、将要应用于RF电源202的幅值A(n+2)的预定量的变化、将要应用于RF电源216的相位P(n+4)的预定量的变化、和/或将要应用于RF电源216的幅值A(n+4)的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得测得的DC偏置电压改变为在存储在存储器件406中的DC偏置电压的预定值的预定的范围内。如上所述，处理器404向RF电源203提供相位Pn的预定量的变化，向RF电源203提供幅值An的预定量的变化，向RF电源202提供相位P(n+2)的预定量的变化，向RF电源202提供幅值A(n+2)的预定量的变化，向RF电源216提供相位P(n+4)的预定量的变化，和/或向RF电源216提供幅值A(n+4)的预定量的变化。加法器114经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230接收由IMC204、IMC206和IMC224基于相位Pn的预定量的变化、相位P(n+2)的预定量的变化、相位P(n+4)的预定量的变化、幅值An的预定量的变化、幅值A(n+2)的预定量的变化、和/或幅值A(n+4)的预定量的变化而输出的RF信号，以经由RF电缆118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极，以处理衬底。处理衬底使得等离子体室116中的DC偏置电压(例如测得的DC偏置电压等)处于存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。
在多种实施方式中，通过控制RF电源203、RF电源202和RF电源216来调整等离子体室116内的离子通量或等离子体室116内的DC偏置电压。
图6是系统600的实施方式的示意图，其用于说明幅值调节器120、相位调节器112、幅值调节器110、相位调节器126和/或幅值调节器124的控制，以改变RF信号的相位和/或幅值，从而控制应用于衬底的工艺。系统600包括系统300(图3)，并且还包括测量传感器408、平面离子通量探针410、DC偏置探针414，DC偏置传感器412和控制器208。
当衬底在等离子体室116内进行处理时，平面离子通量探针410测量离子通量，并且测量传感器408将测得的复电压或测得的复电流作为数据通过传输电缆422输出到处理器404。处理器404确定所测得的参数不在(例如不匹配等)存储在存储器件406中的参数的预定值的预定范围内，并且一旦确定如此，就从存储器件406访问在由幅值调节器110实现的幅值的预定量的变化、由相位调节器112实现的相位的预定量的变化、由幅值调节器120实现的幅值的预定量的变化、由幅值调节器124实现的幅值的预定量的变化、和由相位调节器126实现的相位的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得(例如直到等等)测得的参数被改变为处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。处理器404调整由幅值调节器110实现的幅值以实现预定量的变化、调整由相位调节器112实现的相位以实现预定量的变化、调整由幅值调节器120实现的幅值以实现预定量的变化、调整由幅值调节器124实现的幅值以实现预定量的变化、和/或调整由相位调节器126实现的相位以实现预定量的变化，使得所测得的参数改变到处于存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
在将所述预定量的变化应用于幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、幅值调节器124和/或相位调节器126之后，加法器118将经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230接收的RF信号相加，以经由RF传输线118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极。相加后的信号改变等离子体室116内的离子通量，使得等离子体室116内的离子通量(例如测得的参数等)在存储在存储器件406内的参数的预定值的预定范围内。
类似地，直流偏置探针414感测等离子体室116内的部件的DC偏置电压，以产生电信号，并且测得的DC偏置电压的量作为数据从DC偏置传感器412经由传输电缆426发送到控制器208的处理器404。处理器404确定所测得的DC偏置电压不在(例如不匹配等)存储在存储器件406中的DC偏置电压的预定值的预定范围内，并且一旦确定如此，就访问存储器件406以访问在由幅值调节器110实现的幅值的预定量的变化、由相位调节器112实现的相位的预定量的变化、由幅值调节器120实现的幅值的预定量的变化、由幅值调节器124实现的幅值的预定量的变化、和/或由相位调节器126实现的相位的预定量的变化之间的对应关系(例如，表中的行列、一对一关系、关联、映射等)，使得测得的DC偏置电压被改变为处于存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。处理器404调整由幅值调节器110实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器112实现的相位以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器120实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由幅值调节器124实现的幅值以实现预定量的变化，和/或调整由相位调节器126实现的相位以实现预定量的变化，使得所测得的DC偏置电压改变到处于存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。
在将所述预定量的变化应用于幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、幅值调节器124和/或相位调节器126之后，加法器118将经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230接收的RF信号相加，以经由RF传输线118将相加后的信号输出到等离子体室116的电极。相加后的信号改变等离子体室116内的离子通量，使得等离子体室116内的DC偏置电压(例如测得的DC偏置电压等)在存储在存储器件406内的DC偏置电压的预定值的预定范围内。
在多种实施方式中，通过控制幅值调节器110、相位调节器112、幅值调节器120、幅值调节器124和/或相位调节器126来调整等离子体室116内的离子通量或等离子体室116内等的DC偏置电压。
在一些实施方式中，上文参考图4-6描述的方法在处理衬底之前进行。
图7是曲线图700的一个实施方式，用于说明将多个奇次谐波，例如，一次谐波波形702、三次谐波波形、五次谐波波形等组合(例如，相加、求和等)以产生具有幅值(例如RMS值、峰-峰幅值等)的属于方波波形712的RF信号。例如，一次谐波波形702与三次谐波波形组合(例如相加等等)以产生作为方波波形712的近似波形的幅值波形704。类似地，举另一示例而言，一次谐波波形702与三次谐波波形和五次谐波波形组合(例如相加等等)以产生幅值波形706，其是方波波形712的另一近似波形。举例而言，从图1、图2或图3的加法器114输出的相加后的信号具有通过幅值波形706表示的幅值。在一些实施方式中，从图1、图2或图3的加法器114输出的相加后的信号具有由幅值波形704表示的幅值。在这些实施方式中，相加后的信号是经由RF电缆134和RF电缆138接收的RF信号之和(图1)或经由RF电缆226和RF电缆228接收的RF信号之和(图2或图3)。方波波形712是由RF发生器产生的RF信号的幅值(例如RMS值、峰-峰幅值等)的数字脉冲。在一些实施方式中，由RF发生器产生的RF信号是正弦形状。
此外，类似地，举另一示例而言，一次谐波波形702与三次谐波波形、五次谐波波形和七次谐波波形组合(例如相加等等)，以产生幅值波形708，其是方波波形712的另一近似波形。类似地，举另一示例而言，一次谐波波形702与三次谐波波形、五次谐波波形、七次谐波波形和九次谐波波形组合(例如相加等等)，以产生幅值波形710，其是方波波形712的另一近似波形。曲线图700绘制幅值波形的幅值与时间的关系。
应当注意，由幅值波形710提供的近似波形优于由幅值波形708提供的近似波形。此外，由幅值波形708提供的近似波形优于幅值波形706提供的近似波形，而由幅值波形706提供的近似波形优于由幅值波形704提供的近似波形。例如，在方波波形712的脉冲期间幅值波形710所示的幅值(例如，RMS值、峰-峰幅值等)处于方波波形712所示的幅值的预设范围内持续的时间量大于由幅值波形708表示的幅值处于由方波波形712所示的幅值的预设范围内的时间量。举另一示例而言，在方波波形712的脉冲期间幅值波形708所示的幅值处于方波波形712所示的幅值的预设范围内持续的时间量大于由幅值波形706表示的幅值处于由方波波形712所示的幅值的预设范围内的时间量。举又一示例而言，在方波波形712的脉冲期间幅值波形706所示的幅值处于方波波形712所示的幅值的预设范围内持续的时间量大于由幅值波形704表示的幅值处于由方波波形712所示的幅值的预设范围内的时间量。举另一示例而言，在方波波形712的脉冲期间幅值波形704所示的幅值处于方波波形712所示的幅值的预设范围内持续的时间量大于由一次波形702表示的幅值处于由方波波形712所示的幅值的预设范围内的时间量。
幅值波形702、幅值波形704、幅值波形706、幅值波形708和幅值波形710中的每一个是从加法器114输出的相加后的信号的幅值(例如RMS值、峰-峰幅值等)的示例(图1-6)。
在一些实施方式中，方波波形712由以下等式表示：
其中t是时间，f是具有幅值的RF信号(例如正弦波形等)的频率。应当注意，如图所示，在一些实施方式中，等式(1)是无限级数，并且方波波形712具有幅值1。在多种实施方式中，等式(1)收敛成具有作为幅值的方波波形712。此外，方波波形712包含4sin(2π(2k-1)ft)/π(2k-1)形式的奇数整数谐波频率的分量。例如，一次谐波波形表示为4sin(2πft)/π，三次谐波波形表示为4sin(6πft)/3π，以及五次谐波波形表示为4sin(10πft)/5π。举例而言，表示4sin(2πft)/π是由加法器114经由RF电缆138(图1)、或图2的RF电缆226或图3的RF电缆226接收的RF信号的表示。举另一示例而言，表示4sin(6πft)/3π是由加法器114经由RF电缆134(图1)、或图2的RF电缆228、或图3的RF电缆228接收的RF信号的表示。举又一示例而言，表示4sin(10πft)/5π是由加法器114经由RF电缆146(图1)、或图2的RF电缆230、或图3的RF电缆230接收的RF信号的表示。举另一示例而言，方波波形712包括通过加法器114相加的经由RF电缆134、RF电缆138和RF电缆146(图1)接收的RF信号的和。举另一示例而言，方波波形712包括通过加法器114相加的经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230(图2)接收的RF信号的和。作为另一个示例，方波波形712包括通过加法器114相加的经由RF电缆226、RF电缆228和RF电缆230(图3)接收的RF信号的和。方波波形712不包含偶数整数谐波频率的任何分量。
应当注意，由方波波形712表示的幅值和由幅值波形704、幅值波形706、幅值波形708和幅值波形710中的任何一个表示的幅值之间的差小于0.5。在一些实施方式中，由方波波形712表示的幅值和由幅值波形704、幅值波形706、幅值波形708和幅值波形710中的任何一个表示的幅值之间的差小于0.7。
图8A是用于说明幅值波形702、幅值波形704、幅值波形710和幅值波形712的曲线图800的实施方式。曲线图800绘制了幅值波形的幅值与时间的关系。曲线图800类似于曲线图700，不同之处在于曲线图800排除幅值波形706和幅值波形708。
图8B是曲线图802的实施方式，其用以说明等离子体室116内的离子通量和离子能量随着被组合以产生相加后的信号的奇次谐波的数量的变化而变化。曲线图802绘制等离子体室116内的离子通量与以电子伏特(eV)计量的离子能量的关系。离子能量与等离子体室116内的DC偏置电压成正比。例如，随着等离子体室116内的DC偏置电压的升高，等离子体室116内的平均离子能量增加，并且随着等离子体室116内的DC偏置电压的降低，等离子体室116内的平均离子能量降低。
如曲线图802所示，随着组合的奇次谐波波形的数量增加，峰值离子能量的量增加。例如，曲线810表示当正弦波(例如，一次谐波波形702等)作为相加后的信号从加法器114(图1、2或3)供应至等离子体室116(图1、2或3)时的离子能量，例如峰值离子能量等。此外，另一曲线812表示当从加法器114供应给等离子体室116的相加后的信号具有由幅值波形704表示的幅值时的离子能量，例如峰值离子能量等。此外，另一曲线814表示当从加法器114供应给等离子体室116的相加后的信号具有由幅值波形710表示的幅值时的离子能量，例如峰值离子能量等。另一曲线816表示当从加法器114供应给等离子体室116的相加后的信号具有由方波波形712表示的幅值时的离子能量，例如峰值离子能量等。如曲线图800所示，当具有由幅值波形710或幅值波形704表示的幅值的相加后的信号由加法器114供应给等离子体室116时的在等离子体室116内的离子能量(例如峰值离子能量等等)比当具有由波形702表示的幅值的相加后的信号被供应给等离子体室116时的在等离子体室116内的离子能量(例如峰值离子能量等等)大。
图9是曲线图900的实施方式，其用以说明等离子体室116内的离子通量和等离子体室116内的离子能量被控制，以使得能对衬底内的特征进行深宽比依赖性蚀刻。曲线图900绘制了归一化离子通量与刻蚀特征的深宽比的关系。曲线图900具有曲线902、曲线904和曲线908。曲线902在等离子体室116内的等离子体的等离子体鞘电压为1千伏(kV)时绘制。类似地，曲线904在等离子体室116内的等离子体的等离子体鞘电压为2kV时绘制，并且曲线906在等离子体室116内的等离子体的等离子体鞘电压为4kV时绘制。
应当注意，控制等离子体鞘电压以在等离子体室116内获得期望的离子能量和离子通量，以用于蚀刻高深宽比特征。此外，随着等离子体鞘电压的升高，离子角分布函数(IADF)变窄以实现高深宽比特征的蚀刻。
图10A是电容耦合等离子体(CCP)室1000的实施方式的示意图，其是等离子体室116的示例(图1-6)。CCP室1000包括卡盘1004和上电极1006。上电极1006面向卡盘1004，并且接地，例如耦合到参考电压，耦合到零电压，耦合到负电压等。卡盘1004的示例包括静电卡盘(ESC)和磁性卡盘。卡盘1004的下电极由金属(诸如阳极氧化铝、铝合金等)制成。在多种实施方式中，卡盘1004的下电极是被陶瓷层覆盖的薄金属层。此外，上电极1006由金属(例如铝、铝合金等)制成。在一些实施方式中，上电极1006由硅制成。上电极1006定位成与卡盘118的下电极相对并且面对卡盘118的下电极。
晶片1002放置在卡盘1004的顶表面1008上，以使用在CCP室1000内产生和保持的等离子体进行处理，例如在晶片1002上沉积材料，或清洁晶片1002，或蚀刻沉积在晶片1002上的层，或给晶片1002掺杂，或在晶片1002上注入离子，或在晶片1002上产生光刻图案，或蚀刻晶片1002，或溅射晶片1002，或它们的组合等。当来自加法器114(图1、2或3)的相加后的信号经由RF电缆118供应给卡盘1004的下电极时，并且当一种或者多种工艺气体(例如含氧气体、含氟气体等)经由上电极1006中的开口供应至上电极1006和卡盘1004之间的间隙时，在CCP室1000内产生或维持等离子体，并且晶片1002被等离子体处理。
在若干实施方式中，代替上电极1006耦合到地，上电极1006被供应来自与上电极1006耦合的一个或多个RF发生器的RF信号，而卡盘1004被提供来自加法器114的相加后的信号。在一些实施方式中，经由RF电缆118将来自加法器114的相加后的信号供应给上电极1006。RF电缆118耦合到上电极1006而不是卡盘1004，并且卡盘1004耦合到地。在多种实施方式中，上电极1006和卡盘1004两者都被提供来自不同加法器的相加后的信号。例如，向卡盘1004供应来自加法器114的相加后的信号，并且类似地，向上电极1006供应来自另一加法器(未示出)的相加后的信号，该另一加法器在结构和功能上类似于加法器114。该另一加法器(未示出)是另一RF发生器的一部分，该另一RF发生器在结构和功能方面与RF发生器102(图1)、或RF发生器201(图2)、或RF发生器302(图3)相似。
在一些实施方式中，CCP室1000使用附加部件形成，附加部件如，围绕上电极1006的上电极延伸部，围绕卡盘1004的下电极的下电极延伸部，位于上电极1006和上电极延伸部之间的介电环，位于下电极和下电极延伸部之间的介电环，位于上电极1006的边缘和卡盘1004的边缘以围绕CCP室1000内形成等离子体的区域的约束环，等等。
在多种实施方式中，供应给上电极1006的RF信号在本文中被称为源RF信号，并且具有源频率，而被供应给卡盘1004的RF信号在本文中被称为偏置RF信号，并且具有偏置频率。源RF信号用于产生或维持等离子体，并且偏置RF信号用于控制等离子体的离子通量和/或离子能量的量以控制对晶片1002的处理，例如蚀刻、沉积等。
图10B是电感耦合等离子体(ICP)室1010的实施方式的示意图，其是等离子体室116的示例(图1-6)。ICP室1010包括感应线圈1012和卡盘1004。感应线圈1012通过电介质窗1014与ICP室1010的外壳1016分离。一个或多个RF电源将功率供应至感应线圈1012，结合供应一种或多种工艺气体至外壳1016内，以在ICP室1010内产生或维持等离子体，以使用等离子体处理晶片1002。
在一些实施方式中，不是一个感应线圈位于电介质窗1014上，任何其他数量的感应线圈位于电介质窗1014上。在多种实施方式中，感应线圈1012经由RF电缆118被供应来自加法器114(图1、2或3)的相加后的信号。RF电缆118耦合到感应线圈1012而不是卡盘1004，并且卡盘1004被耦合到地或者向卡盘1004提供来自耦合到卡盘1004的一个或多个RF电源的RF信号。
在多种实施方式中，向感应线圈1012和卡盘1004两者都提供来自不同加法器的相加后的信号。例如，向卡盘1004供应来自加法器114的相加后的信号，类似地，向感应线圈1012供应来自另一加法器(未示出)的相加后的信号，该另一加法器在结构和功能上类似于加法器114。该另一加法器(未示出)是另一RF发生器的一部分，该另一RF发生器在结构和功能上类似于RF发生器102(图1)、或RF发生器201(图2)、或RF发生器302(图3)。
在多种实施方式中，供应给感应线圈1012的RF信号在本文中被称为源RF信号，并且具有源频率，而供应给卡盘1004的RF信号在本文中被称为偏置RF信号，并且具有偏置频率。
图10C是电子回旋共振(ECR)等离子体室1020的实施方式的示意图，其是等离子体室116的示例(图1-6)。ECR等离子体室1020包括微波发生器1022、微波馈电孔1028、外壳1026和感应线圈1024。微波馈电孔1028用微波馈电窗1030密封并在微波馈电窗1030处连接到波导1032的下端。波导1032的上部与微波发生器1022连接。另外，气体供给管1034耦合到外壳1026中的开口。感应线圈1024围绕波导1024的下端同轴放置。
一种或多种工艺气体通过气体供给管1034被馈送到外壳1026内。此外，向感应线圈1024供应来自一个或多个RF电源的RF信号，以在外壳1026内产生磁场。此外，微波发生器1022产生微波并将微波通过波导1032和微波馈电窗1030引入外壳1026内。然后等离子体由于在一个或多个工艺气体中由微波引发的共振激发而形成。所产生的等离子体通过电场力传送到放置在卡盘1004上的晶片1002并与放置在卡盘1004上的晶片1002接触以处理晶片1002，该电场力通过向感应线圈1024供应RF信号而产生以及通过向卡盘1004提供相加后的信号而产生。
在多种实施方式中，由微波发生器1002产生的微波在本文中被称为源信号，并且具有源频率，而供应给卡盘1004的RF信号在本文中被称为偏置RF信号，并且具有偏置频率。
在一些实施方式中，不是一个感应线圈位于外壳1026上和/或邻近外壳1026，任何其他数量的感应线圈位于外壳1026上和/或邻近外壳1026。在多种实施方式中，感应线圈1024经由RF电缆118供应来自加法器114的相加后的信号。RF电缆118耦合到感应线圈1012而不是卡盘1004，并且卡盘1004被耦合到地或者向卡盘1004提供来自一个或多个RF电源的RF信号。
在多种实施方式中，向感应线圈1024和卡盘1004两者都提供来自不同加法器的相加后的信号。例如，向卡盘1004供应来自加法器114的相加后的信号，类似地，向感应线圈1024供应来自另一加法器(未示出)的相加后的信号，该另一加法器在结构和功能上类似于加法器114。该另一加法器(未示出)是另一RF发生器的一部分，该另一RF发生器在结构和功能上类似于RF发生器102(图1)、或RF发生器201(图2)、或RF发生器302(图3)。
本发明描述的实施方式可以用包含手持式硬件单元、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、小型计算机、大型计算机等的各种计算机系统配置来实施。本发明所描述的实施方式也可以在其中由通过计算机网络链接的远程处理硬件单元执行任务的分布式计算环境中实施。
在一些实施方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实施例的一部分。这种系统包含半导体处理设备，该半导体处理设备包含一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。该系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件被称为“控制器”，该控制器可以控制系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器被编程以控制本发明公开的任何工艺，包含控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与系统连接或通过接口连接的装载锁。
宽泛地讲，在多种实施方式中，控制器定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路包含存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)、PLD的芯片、一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，该设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片上或针对半导体晶片执行工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方的一部分。
在一些实施方式中，控制器是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器在“云”中或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，从而可以允许远程访问晶片处理。控制器启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数，以设置处理步骤来跟随当前的处理或者开始新的工艺。
在一些实施方式中，远程计算机(例如，服务器)通过计算机网络给系统提供工艺配方，计算机网络包含本地网络或互联网。远程计算机包含允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传输到系统。在一些实施例中，控制器接收设置形式的用于处理晶片的指令。应当理解，设置针对将要在晶片上执行的工艺类型以及工具类型，控制器连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器例如通过包含一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的实现工艺)工作。用于这些目的的分布式控制器的实施例包含与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路，它们结合以控制室内工艺。
在多种实施方式中，系统包含但不限于，等离子体蚀刻室、沉积室、旋转清洗室、金属电镀室、清洁室、倒角边缘蚀刻室、物理气相沉积(PVD)室、化学气相沉积(CVD)室、原子层沉积(ALD)室、原子层蚀刻(ALE)室、离子注入室、轨道室、以及在半导体晶片的制备和/或制造中关联或使用的任何其他的半导体处理室。
应进一步指出的是，虽然上述的操作参照平行板等离子体室(例如，电容耦合等离子室等)进行描述，但在一些实施方式中，上述操作适用于多种类型的等离子体室，例如，包含ICP反应器的等离子体室，变压器耦合等离子体(TCP)反应器，导体工具，电介质工具，包含ECR反应器的等离子体室，等等。
如上所述，根据工具将要执行的工艺操作，控制器与一个或多个其他的工具电路或模型、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
考虑到上述实施方式，应该理解的是，一些实施方式采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些计算机实现的操作是那些操纵物理量的操作。
一些实施方式还涉及用于执行这些操作的硬件单元或装置。该装置针对专用计算机构成。当被定义为专用计算机时，该计算机执行不属于专用部分的其他的处理、程序执行或例程，同时仍能够操作以供专用。
在一些实施方式中，本发明描述的操作通过选择性地激活的计算机执行，或者由存储在计算机存储器中的一个或多个计算机程序配置，或者通过计算机网络获得。当通过计算机网络得到数据，该数据可以由计算机网络(例如，云计算资源)上的其他计算机处理。
本发明所描述的一个或多个实施方式也可以制造为在非暂时性计算机可读介质上的计算机可读代码。非暂时性计算机可读介质是存储数据的任何数据存储硬件单元(例如存储设备等等)，这些数据之后由计算机系统读取。非暂时性计算机可读介质的示例包含硬盘驱动器、网络附加存储器(NAS)、ROM、RAM、光盘只读存储器(CD-ROM)、可录光盘(CD-R)、可重写CD(CD-RW)、磁带和其他光学以及非光学数据存储硬件单元。在一些实施方式中，非暂时性计算机可读介质包含分布在与网络耦合的计算机系统中的计算机可读有形介质，使得计算机可读代码以分布的方式存储和执行。
尽管如上所述的一些方法操作以特定的顺序呈现，应当理解的是，在不同的实施方式中，其他日常操作在方法操作之间执行，或者方法操作被调整以使它们发生在稍微不同的时间，或分布在允许方法操作在不同的时间间隔发生的系统内，或以与上述不同的顺序执行。
还应该注意的是，在一个实施方式中，在不脱离本公开内容所描述的各种实施方式中描述的范围的情况下，来自上述的任何实施方式的一个或多个特征与任何其他实施方式的一个或多个特征组合。
虽然为了清晰理解的目的，已经在一定程度上详细描述了上述实施方式，但显而易见，可以在所附权利要求的范围内实践某些变化和改变方案。因此，本发明的实施方式应被视为说明性的，而不是限制性的，并且这些实施方式并不限于本文给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同方案内进行修改。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
奇次谐波电源，其被配置为产生n次谐波RF信号，其中n为奇数；
耦合到所述奇次谐波电源的阻抗匹配电路，其中所述阻抗匹配电路被配置为在接收到所述n次谐波RF信号时输出n次经修正的谐波RF信号；
耦合到所述阻抗匹配电路的倍频器，其中所述倍频器被配置为接收所述n次经修正的谐波RF信号以输出(n+2)次谐波RF信号；
耦合到所述倍频器的变量调节器，其中所述变量调节器被配置为修正所述(n+2)次谐波RF信号的变量，以输出调整后的(n+2)次谐波RF信号；
耦合到所述变量调节器和所述阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次谐波RF信号相加以提供相加后的RF信号；和
耦合到所述RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为从所述加法器接收所述相加后的RF信号，以向所述等离子体室内的电极提供功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的谐波RF信号和所述调整后的(n+2)次谐波RF信号的奇次谐波波形之和的幅值。
4.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
耦合到所述变量调节器的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述变量调节器提供所述预定的变量值，
其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述n次谐波RF信号是一次谐波信号，其中所述(n+2)次谐波RF信号是三次谐波信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述变量是所述(n+2)次谐波RF信号的幅值。
8.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
第一奇次谐波RF电源，其被配置为产生n次谐波RF信号，其中n为奇数；
第二奇次谐波RF电源，其被配置为产生(n+2)次谐波RF信号；
耦合到所述第一奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为接收所述n次谐波RF信号以输出n次经修正的谐波RF信号；
耦合到所述第二奇次谐波RF电源的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为接收所述(n+2)次谐波RF信号以输出(n+2)次经修正的谐波RF信号；
耦合到所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号相加以输出相加后的RF信号；和
耦合到RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为从所述加法器接收所述相加后的RF信号，以改变所述等离子体室内的等离子体的阻抗。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号的奇次谐波波形的和的幅值。
11.根据权利要求8所述的系统，其还包括耦合到所述第一奇次谐波RF电源和所述第二奇次谐波RF电源的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述第二奇次谐波RF电源提供表示所述预定的变量值的信号，
其中所述第二奇次谐波RF电源被配置为调整所述(n+2)次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
12.根据权利要求8所述的系统，其中n次谐波RF信号是一次谐波信号，其中所述(n+2)次谐波RF信号是三次谐波信号。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第一阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第一阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
14.根据权利要求8所述的系统，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第二阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第二阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述(n+2)次经修正的谐波RF信号。
15.一种系统，其包括：
射频(RF)发生器，其包括：
第一奇次谐波RF电源，其被配置为产生n次谐波RF信号，其中n为奇数；
第二奇次谐波RF电源，其被配置为产生(n+2)次谐波RF信号；
耦合到所述第二奇次谐波RF电源的变量调节器，其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次谐波RF信号的变量以输出调整后的(n+2)次奇次谐波RF信号；
耦合到所述第一奇次谐波RF电源的第一阻抗匹配电路，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为接收所述n次谐波RF信号以输出n次经修正的谐波RF信号；
耦合到所述变量调节器的第二阻抗匹配电路，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为接收所述调整后的(n+2)次谐波RF信号以输出(n+2)次经修正的谐波RF信号；
耦合到所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路的加法器，其中，所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号相加以输出相加后的RF信号；和
耦合到所述RF发生器的等离子体室，其中所述等离子体室被配置为接收所述相加后的RF信号，以修正所述等离子体室内的等离子体的阻抗。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述加法器被配置为将所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号相加以产生方波脉冲的近似脉冲，其中所述方波脉冲是由所述RF发生器产生的RF信号的均方根的数字脉冲。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述方波脉冲是包括所述n次经修正的谐波RF信号和所述(n+2)次经修正的谐波RF信号的奇次谐波波形的和的幅值。
18.根据权利要求15所述的系统，其还包括：
耦合到所述变量调节器的控制器，
其中所述控制器被配置为确定所述等离子体室内的离子的测得的离子通量，其中所述控制器被配置为确定所述测得的离子通量是否与预定的离子通量匹配，
其中所述控制器包括处理器和存储器件，
其中所述处理器被配置为基于预定的变量值和所述预定的离子通量之间的对应关系从所述存储器件访问所述预定的变量值，
其中所述控制器被配置为向所述变量调节器提供所述预定的变量值，
其中所述变量调节器被配置为调整所述(n+2)次谐波RF信号的变量以实现所述预定的变量值，从而进一步实现所述预定的离子通量。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述(n+2)次谐波RF信号是三次谐波信号，其中所述变量是所述三次谐波信号的幅值。
20.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第一阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第一阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述n次经修正的谐波RF信号，其中所述第二阻抗匹配电路被配置为使耦合到所述第二阻抗匹配电路的负载的阻抗与耦合到所述第二阻抗匹配电路的源的阻抗匹配以输出所述(n+2)次经修正的谐波RF信号，其中所述等离子体室经由RF传输线耦合到所述加法器。
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