CN108682610A - 用于用rf产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于用RF产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路，描述了一种阻抗匹配电路(IMC)。所述阻抗匹配电路包括第一电路。第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)产生器的输入。IMC包括第二电路。所述第二电路具有耦合到低频兆赫(MHz)RF产生器的输入。IMC包括第三电路。所述第三电路具有耦合到高频MHz RF产生器的输入。IMC包括第一、第二和第三电路的耦合到RF传输线的输入的输出。第一电路和第二电路提供通过第一电路发送的kHz RF信号和通过第二电路发送的低频MHz RF信号之间的隔离。

Description

用于用RF产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路
本申请是申请号为201610116444.0，申请日为2016年3月2日，申请人为朗姆研究公司，发明创造名称为“用于用RF产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方式涉及用于利用千赫(kHz)射频(RF)产生器和兆赫(MHz)RF产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路。
背景技术
在等离子体工具中，多个射频(RF)产生器被连接到等离子体室。RF产生器产生可以是脉冲化的RF信号，并提供所述RF信号至等离子体室中以控制等离子体室中的各种工艺。晶片在等离子体室内通过在接收RF信号和等离子体处理气体时产生的等离子体进行处理。
将RF产生器连接到等离子体室的方式各有不同。例如，一些RF产生器被连接到等离子体室的上电极，而其余RF产生器被连接到等离子体室的下电极。这种独立的连接有助于上电极和下电极的独立的控制。然而，独立的控制不具有成本效益。
正是在这样的背景下出现本发明的实施方式。
发明内容
本公开的实施方式提供用于利用千赫(kHz)射频(RF)产生器和兆赫(MHz)RF产生器操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配电路的装置、方法和计算机程序。应当理解的是，本发明的实施方式可以以多种方式实现，例如，这些方式如工艺、装置、系统、设备或在非临时性计算机可读介质上的方法。下面将描述若干实施方式。
在一种实施方式中，除了低频MHz和/或高频MHz RF产生器以外，kHz RF产生器也被连接到阻抗匹配电路(IMC)。IMC将通过kHz RF产生器产生的RF信号与通过所述低频或高频MHz RF产生器产生的RF信号的作用隔离，并使连接到IMC的负载的阻抗与连接到IMC的源的阻抗相匹配以产生修改的信号。修改的信号被提供给等离子体室的电极。
kHz RF产生器和低频MHz RF产生器和/或高频MHz RF产生器经由IMC与相同的电极的连接减少了与将kHz RF产生器连接到等离子体室的上电极和将低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器连接到等离子体室的下电极相关联的成本。例如，当kHz RF产生器和低频MHz RF产生器和/或高频MHz RF产生器经由IMC到相同的电极时，使用一个IMC。相比较而言，当kHz RF产生器被连接到等离子体室的上电极以及低频和高频MHz RF产生器被连接到等离子体室的下电极时，使用多个IMC。一个IMC将kHz RF产生器连接到上电极而另一个IMC将低频和高频RF产生器连接至下电极。此外，第一RF传输线将连接到kHz RF产生器的IMC连接到等离子体室，第二RF传输线将另一IMC连接到低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器。多个IMC和多个RF传输线增加了成本，例如，IMC的外壳的成本，调谐IMC的成本，多个RF传输线的成本等。
此外，经由IMC连接到kHz RF产生器的上电极包括绝缘层(例如，氮化铝层等)，这增加了上电极的成本。氮化铝层用作RF供电的上电极和地之间的绝缘体。这些成本通过使用RF传输线、IMC和不包括氮化铝层的上电极而减少。当kHz和低和/或高频MHz RF产生器被连接到等离子体室的相对放置的电极(例如，下电极等)时，电极(例如上电极等)具有氮化铝层是没有必要的。
在一种实施方式中，描述了IMC。阻抗匹配电路包括第一电路，第一电路包括第一多个调谐元件。第一电路具有耦合到kHz RF产生器的输入。IMC包括具有第二多个调谐元件的第二电路。第二电路具有耦合到低频MHz RF产生器的输入。第二电路的第二多个调谐元件被布置在与第一电路的第一多个调谐元件的邻近的方位。IMC包括具有第三多个调谐元件的第三电路。第三电路具有耦合到高频MHz RF产生器的输入。第三电路的第三多个调谐元件被布置在与第二电路的第二多个调谐元件邻近的方位。IMC包括第一、第二和第三电路的耦合到RF传输线的输入的输出。RF传输线的输出被耦合到等离子体室的电极。所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路发送的kHz RF信号和通过所述第二线路发送的低频MHz RF信号之间的隔离。所述kHz RF信号和所述低频MHz RF信号之间的隔离通过相比于所述低频MHz RF信号和通过所述第三电路发送的高频MHz RF信号之间的接口的调谐元件的数量增大在所述kHz RF信号和所述MHz RF信号之间的接口的调谐元件的数量来提供。
在一种实施方式中，提供了包括第一电路的IMC。所述第一电路包括：第一分流电路；耦合到所述第一分流电路的第一串联电路；耦合到所述第一串联电路的第二分流电路；耦合到所述第一串联电路和所述第二分流电路的第二串联电路；耦合到所述第二串联电路的第三分流电路；以及耦合到所述第三分流电路和所述第二串联电路的第三串联电路。所述第一电路具有耦合到kHz RF产生器的输入。IMC包括第二电路。第二电路包括：第四串联电路；耦合到所述第四串联电路的第四分流电路；耦合到所述第四串联电路和所述第四分流电路的第五串联电路；耦合到所述第五串联电路的第五分流电路；耦合到所述第五串联电路和所述第五分流电路的第六串联电路；耦合到所述第六串联电路的第六分流电路；以及耦合到所述第六串联电路和所述第六分流电路的第七串联电路。所述第二电路具有耦合到低频MHz RF产生器的输入。IMC包括第三电路。第三电路包括：第七分流电路；耦合到所述第七分流电路的第八分流电路；以及耦合到所述第七分流电路和第八分流电路的第八串联电路。所述第三电路具有耦合到高频MHz RF产生器的输入。此外，所述第一、第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，并且所述RF传输线的输出耦合到等离子体室的电极。所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路发送的kHz RF信号和通过所述第二电路发送的低频MHz RF信号之间的隔离。kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离通过相比于在所述低频MHz RF信号和通过所述第三电路发送的高频MHz RF信号之间的接口的调谐元件的数量增大在所述kHz RF信号和所述MHz RF信号之间的接口的调谐元件的数量来提供。
在一种实施方式中，描述了等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括用于产生第一RF信号的kHz RF信号产生器。等离子体处理系统进一步包括用于产生第二RF信号的低频MHz产生器和用于产生第三RF信号的高频MHz产生器。等离子体处理系统包括耦合到kHz RF产生器、低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器的IMC，IMC用于接收所述第一RF信号、所述第二RF信号和所述第三RF信号以产生修改的RF信号。IMC包括在一端耦合到所述kHz RF信号产生器的用于传输所述第一RF信号的第一电路；在一端耦合到所述低频MHz RF产生器的用于传输所述第二RF信号的第二电路，以及在一端耦合到所述高频MHz RF产生器的用于传输所述第三RF信号的第三电路。所述第一电路包括大于所述第三电路的调谐元件的第二数量的第一数量的调谐元件，并且所述第二电路包括大于所述第三电路的调谐元件的所述第二数量的第三数量的调谐元件，以相比于所述第二RF信号和所述第三RF信号之间的隔离度的量增大经由所述第一电路传输的所述第一RF信号和经由所述第二电路传输的所述第二RF信号之间的隔离度的量。该等离子体处理系统包括等离子体室，该等离子体室具有用于接收所述修改的RF信号以在该等离子体室中产生等离子体的电极。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种阻抗匹配电路，包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，所述RF传输线耦合到等离子体室，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过所述第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
2.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第二电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号与低频MHz RF信号之间的隔离。
3.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中每个调谐元件包括电感器或电容器。
4.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中所述kHz RF信号经由所述RF传输线和所述第一电路从所述等离子体室朝向所述kHz RF发生器反射，其中所述低频MHz RF信号经由所述RF传输线和所述第二电路从所述等离子体室朝向低频MHz RF发生器反射。
5.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中所述kHz射频发生器具有范围在20kHz和1MHz之间的频率，其中所述低频MHzRF发生器具有范围在1MHz和4MHz之间的频率，并且所述高频RF发生器具有范围在13MHz和200MHz之间的频率。
6.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中所述等离子体室包括上电极，所述上电极包括半导体层，布置在所述半导体层的顶部上的气体分配板，布置在所述气体分配板的顶部上的加热器，放置在加热器顶部的热壅塞，以及放置在所述热壅塞顶部的顶板，其中所述上电极不包括绝缘层。
7.根据条款1所述的阻抗匹配电路，
其中所述第一电路被配置为传送具有最大功率电平的kHz RF信号，并且所述第二电路被配置为传送具有最小功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第一正电位电平并且在所述RF传输线处实现第一负电位电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有最小功率电平的kHz RF信号，并且第二电路被配置成传送具有最大功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第二正电位电平并且在所述RF传输线处实现第二负电位电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的kHz RF信号，并且所述第二电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第三正电位电平并在所述RF传输线处实现第三负电位电平，其中所述第三正电位电平大于第一和第二正电位电平中的每一个，第三负电位电平小于第一和第二负电位电平中的每一个。
8.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中，所述第一电路的调谐元件的数量大于耦合到所述低频MHzRF发生器并且未耦合到所述kHz射频发生器的阻抗匹配电路的电路的调谐元件的数量。
9.根据条款1所述的阻抗匹配电路，其中，所述第二电路的调谐元件的数量大于耦合到所述高频MHz RF发生器并且未耦合到所述kHz射频发生器的阻抗匹配电路的电路的调谐元件的数量。
10.一种等离子体处理系统，包括：
用于产生第一RF信号的千赫兹(kHz)射频(RF)信号发生器；
用于产生第二RF信号的低频兆赫兹(MHz)RF发生器；
用于产生第三RF信号的高频MHz RF发生器；
具有输入的RF传输线；
耦合到所述kHzRF发生器、所述低频MHzRF发生器和所述高频MHzRF发生器的阻抗匹配电路，用于接收第一、第二和第三RF信号以生成修改的RF信号，其中所述阻抗匹配电路包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离；以及
耦合到所述RF传输线的等离子体室，其中所述等离子体室具有用于接收修改的RF信号以在所述等离子体室内产生等离子体的电极。
11.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第二电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
12.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中每个调谐元件包括电感器或电容器。
13.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所述kHz RF信号经由所述RF传输线和所述第一电路从所述等离子体室朝向所述kHz RF发生器反射，其中所述低频MHz RF信号经由所述RF传输线和所述第二电路从所述等离子体室朝向低频MHz RF发生器反射。
14.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所述kHz射频发生器具有范围在20kHz与1MHz之间的频率，其中所述低频MHz射频发生器具有范围在1MHz与4MHz之间的频率，且所述高频RF发生器具有范围在13MHz和200MHz之间的频率。
15.根据条款10所述的等离子体处理系统，
其中所述等离子体室包括上电极，所述上电极包括半导体层，布置在所述半导体层的顶部上的气体分配板，布置在所述气体分配板的顶部上的加热器，放置在加热器顶部的热壅塞，以及放置在所述热壅塞顶部的顶板，其中所述上电极不包括绝缘层。
16.根据条款10所述的等离子体处理系统，
其中所述第一电路被配置为传送具有最大功率电平的kHz RF信号，并且所述第二电路被配置为传送具有最小功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第一正电位电平并且在所述RF传输线处实现第一负电位电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有最小功率电平的kHz RF信号，并且第二电路被配置成传送具有最大功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第二正电位电平并且在所述RF传输线处实现第二负电位电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的kHz RF信号，并且第二电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第三正电位电平并在所述RF传输线处实现第三负电位电平，其中所述第三正电位电平大于第一和第二正电位电平中的每一个，第三负电位电平小于第一和第二负电位电平中的每一个。
17.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中，所述第一电路的调谐元件的数量大于耦合到所述低频MHzRF发生器并且未耦合到所述kHz射频发生器的阻抗匹配电路的电路的调谐元件的数量。
18.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中，所述第二电路的调谐元件的数量大于耦合到所述高频MHz RF发生器并且未耦合到所述kHz射频发生器的阻抗匹配电路的电路的调谐元件的数量。
19.一种等离子体处理系统，包括：
用于产生第一RF信号的千赫兹(kHz)射频(RF)信号发生器；
用于产生第二RF信号的低频兆赫兹(MHz)RF发生器；
用于产生第三RF信号的高频MHz RF发生器；
耦合到kHz射频发生器、低频MHz发生器和高频发生器中的每一个的主计算机；
具有输入的RF传输线；以及
耦合到所述kHzRF发生器、所述低频MHzRF发生器和所述高频MHzRF发生器的阻抗匹配电路，用于接收第一、第二和第三RF信号以生成修改的RF信号，其中所述阻抗匹配电路包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过所述第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
20.如条款19所述的等离子体处理系统，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第二电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
本发明描述的系统和方法的多种实施方式的一些优点包括提供有助于kHz RF产生器和低和/或高频MHz RF产生器与等离子体室的电极的耦合的IMC。IMC减少通过kHz RF产生器产生并发送的RF信号对通过低或高频MHz RF产生器产生和发送的RF信号的效应，例如串扰、电效应、电磁效应等。此外，IMC减少通过低或高频MHz RF产生器产生并发送的RF信号对通过kHz RF产生器产生并发送的RF信号的效应，例如串扰、电效应、电磁效应等。
本发明描述的系统和方法的其他优点包括通过经由IMC连接所述kHz和低频和/或高频RF产生器至等离子体室以实现可测量因子，例如RF杆电势、晶片直流(DC)偏压、等离子体电势、蚀刻速率、溅射速率、离子能量，等等。当不是kHz RF产生器而是低频和高频和较高频MHz RF产生器经由IMC耦合到等离子体室时，可测量因素在能实现的范围之外。低频RF产生器的示例包括2MHz RF产生器，高频RF产生器包括27MHz RF产生器，并且较高频RF产生器包括60MHz RF产生器。
然而，在此描述的系统和方法的其他优点包括通过控制kHz和低频MHz和/或高频MHz RF产生器的功率电平实现多种水平的可测量因子。
结合附图从下面的详细描述中其它方面将变得显而易见。
附图说明
实施方式可结合附图通过参考以下描述来最好地理解。
图1A是根据本公开的一种实施方式的等离子体系统的示意图，用于说明阻抗匹配电路(IMC)与千赫(kHz)射频(RF)产生器和低频兆赫(MHz)RF产生器和/或高频MHz RF产生器的连接。
图1B是根据本公开描述的一种实施方式的等离子体系统的上电极的示意图。
图2A是根据本公开描述的一种实施方式的IMC的示意图。
图2B是根据本公开描述的一种实施方式的另一IMC的示意图。
图3A是根据本公开描述的一种实施方式的绘出蚀刻速率与衬底的半径的关系的曲线图的示意图。
图3B是根据本公开描述的一种实施方式的绘出溅射沉积在衬底上的氧化物的溅射速率与衬底的半径的关系的曲线图。
图3C是根据本公开描述的一种实施方式的用于控制去除速率的等离子体系统的示意图。
图4A是根据本公开描述的一种实施方式的在单一状态下操作的RF产生器的示意图。
图4B是根据本公开描述的一种实施方式的在多个状态下操作的RF产生器的示意图。
图5A示出了根据本公开描述的一种实施方式的说明改变kHz RF产生器和低频MHzRF产生器的功率电平以实现当功率电平在功率电平的范围的一端或另一端时通常没有实现的RF杆电势的曲线图。
图5B是根据本公开描述的一种实施方式的等离子体系统的示意图，以说明使用RF杆电势来改变kHz RF产生器、低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器中的一个或多个的功率电平。
图6A是根据本公开描述的一种实施方式的说明晶片直流(DC)偏压与由kHz和低频MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平的关系的曲线图。
图6B是根据本公开描述的一种实施方式的等离子体系统的框图，以说明使用DC偏压传感器和电极测量放置在卡盘的顶部上的衬底的DC偏压，从而控制kHz RF产生器、低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器中的一个或多个的功率电平。
图7A是根据本公开描述的一种实施方式的绘出最大离子能量与由kHz和低频MHzRF产生器产生的RF信号的功率电平的关系的曲线图。
图7B是根据本公开描述的一种实施方式的说明根据RF杆电势计算离子能量的框图。
图7C是根据本公开描述的一种实施方式的说明根据RF杆电势计算等离子体电势的量的框图。
图8A是根据本公开描述的一种实施方式的说明通过使用kHz RF产生器控制等离子体室的边缘区域中的离子饱和电流密度和通过使用低频MHz RF产生器或高频MHz RF产生器控制在等离子体室的中央区域中的离子饱和电流密度的示意图。
图8B是根据本公开描述的一种实施方式的用于测量离子饱和电流密度的等离子体系统的框图。
图9A根据本公开描述的一种实施方式的说明使用kHz RF产生器和低频或高频MHzRF产生器与阻抗匹配电路以提供修改的RF信号至等离子体室的电极有利于产生量比通过使用低频MHz RF产生器和高频MHz RF产生器而不使用kHz RF产生器产生的离子能量的量少的离子能量的曲线图。
图9B是根据本公开描述的一种实施方式的用于说明当使用kHz和低或高频MHz RF产生器相比于使用低频或高频MHz RF产生器而不使用kHz RF产生器时的蚀刻轮廓的变化的曲线图。
具体实施方式
以下实施方式描述用于利用千赫(kHz)射频(RF)产生器和兆赫(MHz)RF产生器的操作以控制等离子体工艺的阻抗匹配的系统和方法。显而易见，本实施方式可以在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实施。在其他实例中，公知的处理操作未被详细描述，以便不会不必要地使本发明的实施方式不清楚。
图1A是等离子体系统100的实施方式的示意图，其用于说明阻抗匹配电路(IMC)104与x1kHz RF产生器和x MHz RF产生器的连接。x MHz RF产生器是产生低频RF信号的低频RF产生器。阻抗匹配电路104还连接到y MHz RF产生器，y MHz RF产生器是产生高频信号的高频RF产生器。作为一个示例，x kHz RF产生器具有介于20kHz和1MHz之间的范围的频率。此外，作为一个示例，低频x MHz RF产生器具有介于1MHz和4MHz之间的范围的频率，高频y MHz RF产生器具有介于13MHz和200MHz之间的范围的频率。
IMC 104的输入经由RF缆线112A连接到x1kHz RF产生器的输出，IMC 104的另一个输入经由另一RF缆线112B连接到x MHz RF产生器的输出，IMC 104的另一输入经由另一RF缆线112C连接到y MHz RF产生器的输出。此外，IMC 104的输出被耦合到RF传输线106。例如，IMC 104的输出经由RF带连接到RF传输线106。RF传输线106包括由绝缘体包围的RF杆。
RF传输线106连接到等离子体室110的卡盘108。作为一个示例，卡盘108包括下电极和相对于下电极放置(例如，在下电极的顶部上，等)的陶瓷层。作为另一个示例，卡盘108包括下电极、陶瓷层和相对于下电极(例如，下方，等)放置的设施板。卡盘108的下电极由金属制成，金属例如，阳极化铝、铝合金，等。
等离子体室110还包括上电极112。上电极112由导电材料(例如铝、铝合金、低电阻率硅，等)制成。上电极112位于卡盘108的下电极的相对侧并面向卡盘108的下电极。上电极112接地，例如，耦合到参考电压、耦合到零电压、耦合到负电压，等。衬底120被放置在卡盘108的顶面122上用于进行处理，例如，在衬底120上沉积材料、或清洗衬底120、或从衬底120蚀刻沉积层、或者对衬底进行掺杂、在对衬底进行溅射，或它们的组合。
主机系统116(例如，计算机、控制器、处理器，等)被连接到x1kHz RF产生器、x MHzRF产生器和y MHz RF产生器的输入，以提供配方控制信号(例如，包括功率电平的信号、包括频率电平的信号，等)至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的每一个。主机系统116的其他的示例包括中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)等。
在接收配方控制信号时，每个RF产生器产生具有频率电平和功率电平的RF信号。例如，x1kHz RF产生器包括数字信号处理器(DSP)，在接收配方控制信号时，DSP驱动RF功率源(例如，RF振荡器、RF功率源，等)以在x1kHz RF产生器的输出产生RF信号，并且所述RF信号具有都包括在配方控制信号中的功率电平以及频率电平。x1kHz RF产生器产生具有x1kHz的频率的RF信号，x kHz RF产生器产生具有x MHz的频率的RF信号，y MHz RF产生器产生具有y MHz的频率的RF信号。
IMC 104经由RF缆线112A、112B和112C接收来自x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器的RF信号，并使连接到IMC 104的一个或多个输出的负载的阻抗与连接到IMC 104的一个或多个输入的源的阻抗相匹配，以产生修改的RF信号114。源的示例包括x1kHz、x MHz和y MHzRF产生器和将RF产生器与IMC 104耦合的RF缆线112A、112B和112C。负载的示例包括RF传输线106和等离子体室110。修改的RF信号114通过IMC 104经由RF传输线106提供到卡盘108。
在修改的RF信号114被从IMC 104供给到卡盘108时，工艺气体(例如含氧气体、含氟气体、含碳和氟的气体等)经由上电极112中的气体入口被供给到上电极112和卡盘108之间。含氧气体的示例包括氧气，含氟气体的示例包括四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)、C4F6气体、C4F3气体、C3F8气体，等。当工艺气体和修改的RF信号114两者被供给到等离子体室110中时，在等离子体室110内产生等离子体或维持等离子体。
在一种实施方式中，参数(例如，频率、功率等)的电平包括一个或多个功率量。此外，参数的电平不包括在另一电平的参数的参数值。例如，2000瓦的功率电平包括从1950瓦至2050瓦的范围的功率量，而不包括1000瓦的功率电平。1000瓦的功率电平包括从950瓦至1050瓦的范围的功率量。作为另一示例，0瓦的功率电平包括从0瓦至20瓦的范围的功率量，而不包括500瓦的功率电平。500瓦的功率电平包括从490瓦特至510瓦的范围的功率量。
在一种实施方式中，等离子体系统100包括任何其它数量的RF产生器。例如，等离子体系统100包括x1kHz和低频x MHz RF产生器，而不包括高频y MHz RF产生器。作为另一个示例，等离子体系统100包括x1kHz和高频y MHz RF产生器，而不包括低频x MHz RF产生器。
在一种实施方式中，代替将RF传输线106连接到卡盘108，将RF传输线106连接到上电极112，将卡盘108的下电极接地。
在一种实施方式中，y MHz RF产生器的工作频率比x MHz RF产生器的工作频率高。例如，由y MHz RF产生器产生的RF信号的频率比由y MHz RF产生器产生的RF信号的频率高。作为另一示例，y MHz RF产生器的RF功率源的振荡频率比x MHz RF产生器的RF功率源的振荡频率高。
在一种实施方式中，源随着连接到IMC 104的多个发生器的变化而变化。例如，当x1kHz和x MHz RF产生器经由RF缆线112A和112B连接到IMC 104时，源是x1kHz RF产生器、xMHz RF产生器、将x1kHz RF产生器连接到IMC 104的RF缆线112A、将x MHz RF产生器连接到IMC 104的RF缆线112B。作为另一个示例，当x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器经由RF缆线112A、112B和112C连接到IMC 104时，源是x1kHz RF产生器、x MHz RF产生器、y MHz RF产生器、将x1kHz RF产生器连接到IMC 104的RF缆线112A、将x MHz RF产生器连接到IMC 104的RF缆线112B、将y MHz RF产生器连接到IMC 104的RF缆线112C。
图1B是等离子体系统100(图1A)的上电极150的一种实施方式的示意图。上电极150是上电极112(图1A)的一个示例。上电极150包括半导体层152(例如，硅层，等)。半导体层152用于传导RF信号(例如，修改的信号114(图1A)等)。气体分配板(GDP)154放置在半导体层152的顶部上。气体分配板包括有利于将工艺气体提供和分布到上电极150和卡盘108之间(图1A)形成的腔中的多个入口(例如，孔等)。
此外，加热器155被放置在GDP 154的顶部上。加热器加热以升高在等离子体室110内的温度，从而控制等离子体室110内正在进行的处理。热壅塞156放置在加热器的顶部155上。热壅塞156用作由加热器155产生的热与等离子体室110(图1A)的其它部件(例如，顶板158，等)的限制器(例如，绝缘件)。顶板158放置在热壅塞156的顶部上。热壅塞156被耦合到顶板158，顶板158用作热壅塞156、加热器155、GDP 154和半导体152的支撑件。
应当注意的是，上电极150在加热器155和GDP 154之间没有包含绝缘层(例如，氮化铝(AlN)层，等)。使用绝缘层大大增加了上电极(未示出)的成本。当x1kHz RF产生器被连接到具有绝缘层的上电极时，使用这种具有绝缘层的上电极(未示出)。此外，在上电极(未示出)的顶板(未示出)与连接到上电极的RF匹配电路之间设置额外的绝缘件(未示出)。额外的绝缘件进一步增加使用等离子体工具的成本，其中，上电极经由IMC(未示出)和RF传输线(未示出)连接到x1kHz RF产生器。
在一种实施方式中，半导体层152、GDP 154、热壅塞156和顶板158相对于彼此被同轴定位成同心的光盘。
图2A是IMC 200的实施方式的图，IMC 200是IMC 104(图1A)的示例。IMC 200包括电路202A、电路202B和电路202C。电路202B相邻于电路202A，电路202C相邻于电路202B。电路202A包括串联电路204A、另一串联电路204B和又一串联电路204C。此外，电路202A包括分流电路206A、另一分流电路206B和又一分流电路206C。串联电路的实例包括一个或多个电感器、一个或多个电容器，或它们的组合。分流电路的实例包括一个或多个电容器。每个分流电路一端连接到接地连接件。
另外，电路202B包括串联电路208A、串联电路208B和另一串联电路208C。此外，电路202B包括分流电路210A、分流电路210B和分流电路210C。电路202C包括串联电路212、分流电路214A和分流电路214B。每个串联电路或分流电路在本文中有时也称为调谐元件。
电路202A在其输入(例如，串联电路204A的输入、端部E1，等)经由RF缆线212A被连接至x1kHz RF产生器(图1A)的输出。此外，电路202B在其输入(例如，端部E2、串联电路208A的输入，等)经由RF缆线212B被连接至x MHz RF产生器的输出。此外，电路202C在其输入(例如，端部E3，等，串联电路212的输入，等)经由RF缆线212C被连接至y MHz RF产生器的输出。
电路(例如，电路202A、电路202B、电路202C，等)的调谐元件用作阻挡由在相邻的电路中的RF信号的传输产生的效应(例如，电场、磁场，等)的阻挡部件。例如，串联电路204A、204B、204C和分流电路206A、206B和206C阻挡经由电路202B传输的RF信号的效应。作为另一实例，串联电路208A、208B、208C和208D，以及分流电路210A、210B和210C阻挡经由电路202A传输的RF信号和经由电路202C传输的另一RF信号的效应。作为又一实例，串联电路212和分流电路214A和214B阻挡经由电路202B传输的RF信号的效应。
经由电路(例如，电路202A、电路202B、电路202C，等)传输的RF信号的示例包括通过耦合到电路的RF产生器产生以及从该RF产生器接收的信号。经由电路(例如，电路202A、电路202B、电路202C，等)传输的RF信号的另一个示例包括经由RF传输线106(图1A)和电路从等离子体室110(图1A)朝向耦合到电路的RF产生器反射的反射信号。
在一种实施方式中，分流电路产生低电阻通路，以允许电流通过。例如，分流电路206A产生接地的低电阻通路用于RF信号的电流穿过电路202A。电路202A、202B和202C在每个电路的端部220连接至RF传输线106。
电路202A接收由x1kHz RF产生器产生并供给的RF信号，电路202B接收由x MHz RF产生器产生并供给的RF信号，并且电路202C接收由y MHz RF产生器产生并供给的RF信号。电路202A隔离经由电路202B发送到端部220的RF信号的效应，电路220B隔离经由电路202A发送给端部220的RF信号的效应。同样，电路202B隔离经由电路202C发送到端部220的RF信号的效应，电路202C隔离经由电路202B发送到端部220的RF信号的效应。从x1kHz RF产生器接收的RF信号经由串联电路204A至204C发送到端部220。而且，从x MHz RF产生器接收的RF信号经由串联电路208A至208D发送到端部220，从y MHz RF产生器接收的RF信号经由串联电路212发送到端部220。如上所述，在使供给的RF信号的效应彼此隔离之后，经由电路202A至202C在端部220接收的RF信号在端部220C被组合(例如，加合，等)，IMC 200将负载的阻抗与源的阻抗相匹配以产生修改的RF信号114(图1A)。
此外，在等离子体室110(图1A)内产生或维持等离子体的时间期间，来自等离子体的功率以反射的RF信号的形式经由RF传输线106朝向x1kHz RF产生器、x MHz RF产生器和yMHz RF产生器被反射回来。反射的RF信号在电路202A至202C之间在端部220上分配。经由电路202B从端部220接收并朝向x MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率与经由电路202A从端部220接收并朝向x1MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率隔离。而且，经由电路202A从端部220接收并朝向x1kHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率与经由电路202B从端部220接收并朝向x MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率隔离。同样，经由电路202C从端部220接收并朝向y MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率与经由电路202B从端部220接收并朝向x MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率隔离。经由电路202B从端部220接收并朝向x MHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率与经由电路202C从端部220接收并朝向y kHz RF产生器反射回的反射的RF信号的部分的功率隔离。同时，反射的RF信号的部分被彼此隔离，IMC 200将负载的阻抗与源的阻抗相匹配以产生经由电路202A由x1kHz RF产生器接收的反射的RF信号、产生经由电路202B由x MHz RF产生器接收的反射的RF信号、以及产生经由电路202C由y MHz RF产生器接收的反射的RF信号。
在一种实施方式中，电路202A包括数量比当电路202A在其输入(例如，端部E1，等)耦合到x MHz RF产生器而不耦合到x1kHz RF产生器时耦合到电路202A的端部E1和220以及在所述端部E1和220之间耦合的阻挡部件的数量多的阻挡部件(例如，串联电路204A、204B和204C以及分流电路206A、206B和206C等)。另外，电路202B包括数量比当电路202B在其输入(例如，端部E2，等)耦合到y MHz RF产生器而不是x MkHz RF产生器时耦合到电路202B的端部E2和220以及在所述端部E2和220之间耦合的阻挡部件的数量多的阻挡部件(例如，串联电路208A、208B、208C和208D以及分流电路210A、210B和210C等)。在电路202A和202B的每个中的较大数量的阻挡部件有利于减少(例如，阻挡、降低、最小化，等)经由连接到x1kHzRF产生器的电路202A传输的RF信号的效应并有助于减少(例如，阻挡，等)经由连接到x MHzRF产生器的电路202B传输的RF信号的效应。例如，经由电路202A传输的RF信号的功率与经由电路202B传输的RF信号的功率之间的隔离度253(图1A)大于A分贝，例如，大于15分贝、大于20分贝、大于25分贝等。在每个电路202A和202B中较大数量的阻挡部件提供了量比当电路202A的端部E1被连接到x MHz RF产生器和电路202B的端部E2被连接到y MHz RF产生器时传输的RF信号之间提供的隔离度的量大的经由相应的电路202A和202B传输的RF信号之间的隔离度253。
在一种实施方式中，在每个电路202A和202B中的阻挡部件的数量比在电路202C中的阻挡部件的数量多。例如，电路202B包括比电路202C的电路212、214A和214B的数量更多数量的电路208A、208B、208C、208D、210A、210B、210C，以提供与经由电路202A传输的RF信号的隔离。作为另一个示例，电路202A包括数量比电路202C的电路212、214A和214B的数量更多的电路204A、204B、204C、206A、206B和206C，以提供与经由电路202B传输的RF信号的隔离。在每个电路202A和202B中的较多数量的阻挡部件使经由电路202A传输的RF信号的功率与经由电路202B传输的RF信号的功率之间的隔离度的量相比于在经由电路202B传输的RF信号的功率与经由电路202C传输的RF信号的功率之间的隔离度的量增大。例如，隔离度的量A dB大于在经由202B传输的RF信号的功率和经由电路202C传输的RF信号的功率之间的隔离度的量B dB。
在一种实施方式中，如本发明所用的RF信号的输送是在从RF产生器至RF传输线的发送方向上或在从等离子体室到RF产生器的反射方向上。在一种实施方式中，如本文中所使用的输送是在从RF产生器至RF传输线的发送方向上或在从等离子体室和RF传输线至RF产生器的反射方向上。
图2B是IMC 270的一种实施方式的示意图，IMC 270是IMC 200(图2A)的示例。IMC270包括电感器和电容器。例如，连接到x1kHz RF产生器的IMC 270的电路252A包括电感器L1、另一电感器L2、电容器C4、电感L3、电容器C1、电容器C2和电容器C3。电感器L1是串联电路204A(图2A)的示例，电感器L2是串联电路204B(图2A)的示例，电感器L3和电容器C4的串联电路是串联电路204C(图2A)的示例，电容器C1是分流电路206A(图2A)的示例，电容器C2是分流电路206B(图2A)的示例，电容器C3是分流电路206C的示例(图2A)。作为另一示例，连接到x MHz RF产生器的IMC 270的电路252B包括电容器C5、电容器C6、电感器L4，电容器C7、电感器L5、电容器C8和电感器L6。电容器C5是串联电路208A(图2A)的示例，电感器L4是串联电路208B(图2A)的示例，电感器L5是串联电路208C(图2A)的示例，电感器L6是串联电路208D(图2A)的示例，电容器C6是分流电路210A(图2A)的示例，电容器C7是分流电路210B(图2A)的示例，并且电容器C8是分流电路210C(图2A)的示例。作为又一个示例，连接到y MHzRF产生器的IMC 270的电路252C包括电感器L7、电容器C9和电容器C10。电容器C10是串联电路212(图2A)的示例，电感器L7是分流电路214A(图2A)的示例，电容器C9是分流电路214B(图2A)的示例。
电感器L1被连接到电容器C1和端部E1上。电容器C2被连接到电感器L1上。电感器L2被连接到电容器C2和电感器L1上。电容器C3被连接到电感器L2上。电容器C4被连接到电感器L2和电容器C3上。电感器L3与电容器C4串联，并连接到端部220上。
电容器C5被连接到端部E2和电容器C6上。电感器L4被连接到电容器C5和C6上。电容器C7被连接到电感器L4上。电感器L5被连接到电容器C7和电感器L4上。电容器C8被连接到电感器L5上。电感器L6被连接到电感器L5和电容器C8和端部220上。
电感器L7被连接到端部E3和电容器C9上。电容器C10被连接到电容器C9、电感器L7、以及端部220上。
在一种实施方式中，代替使用IMC 270的组件(例如，电容器、电感器，等)，多个组件相互连接以实现所述组件的性能，例如，电容、电感，等。例如，代替电容器C4，多个电容器相互并联耦合以实现电容器C4的电容。作为另一个示例，代替电容器C3，多个电容器并联耦合以实现电容器C3的电容。
在一种实施方式中，连接到x1kHz RF产生器的电路252A的阻挡部件的总电感(例如，电感器L1至L3等的总电感)比当端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器时端部E1和端部220之间的阻挡部件的总电感大。在一种实施方式中，连接到x1kHzRF产生器的电路252A的阻挡部件的总电容(例如，电容器C1至C4等的总电容)比当端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器时端部E1和端部220之间的阻挡部件的总电容大。
在一种实施方式中，连接到x1kHz RF产生器的电路252A的阻挡电感器(例如，电感器L1至L3，等)的数量比当端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器时在端部E1和220之间耦合并耦合到端部E1和220的阻挡电感器的数量多。在一种实施方式中，被连接到x1kHz RF产生器的电路252A的阻挡电容器(例如，电容器C1至C4，等)的总数量比当端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器时耦合到端部E1和220并在端部E1和220之间耦合的阻挡电容器的总数量多。
在一种实施方式中，连接到x1kHz RF产生器的电路252A的总电感(例如，电感器L1至L3的总电感，等)比阻挡部件的总电感比连接到y MHz RF产生器的电路252C的阻挡部件的总电感大。在一种实施方式中，连接到x1kHz RF产生器的电路252A的阻挡部件的总电容(例如，电容器C1至C4等的总电容)比连接到y MHz RF产生器的电路252C的阻挡部件的总电容(例如，电容器C9和C10等的总电容)大。
在一种实施方式中，连接到x MHz RF产生器的电路252B的阻挡部件的总电感(例如，电感器L4至L6的总电感，等)比当端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器时端部E2和220之间的阻挡部件的总电感大。在一种实施方式中，连接到x MHz RF产生器的电路252B的阻挡部件的总电容(例如，电容器C5至C8等的总电容)比当端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器时端部E2和220之间的阻挡部件的总电容大。
在一种实施方式中，连接到x1kHz RF产生器的电路252B的阻挡部件(例如，电感器L4至L6，等)的数量比当端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器220时在端部E2和220之间耦合并耦合到端部E2和220的阻挡部件的数量大。在一种实施方式中，连接到x MHz RF产生器的电路252B的阻挡电容器的总数量(例如，电容器C5至C8等的总电容)比当端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器时耦合到端部E2和220并在端部E2和220之间耦合的阻挡电容器的总数量大。
在一种实施方式中，连接到x MHz RF产生器的电路252B的阻挡部件的总电感(例如，电感器L4至L6等的总电感)比连接到y MHz RF产生器的电路252C的阻挡部件的总电感大。在一种实施方式中，连接到x MHz RF产生器的电路252B的阻挡部件的总电容(例如，电容器C5至C8等的总电容)比连接到y MHz RF产生器的电路252C的阻挡部件的总电容(电容器C9和C10等的总电容)大。
图3A是绘出蚀刻速率与衬底120(图1A)的半径的关系的曲线图302的一种实施方式的示意图。曲线图302包括针对x1kHz RF产生器和x MHz RF产生器的功率电平的不同组合的绘图304A、304B、304C、304D、304E、304F、304F、304G、304H和304I。例如，当400kHz RF产生器运行以产生具有0瓦的功率电平(例如，在0和10瓦之间，等)的RF信号以及2MHz RF产生器运行以产生具有5000瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304A。作为另一示例，当400kHzRF产生器运行以产生具有200瓦的功率电平的RF信号以及2MHz RF产生器运行以产生具有4800瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304B。作为又一个示例，当400KHz RF产生器运行以产生具有1000瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有4000瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304C。作为另一示例，当400kHz RF产生器运行以产生具有2000瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有3000瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304D。作为又一个示例，当400kHz RF产生器运行以产生具有2500瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有2500瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304E。作为另一示例，当400kHz RF产生器运行以产生具有3000瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有2000瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304F。作为又一个示例，当400KHz RF产生器运行以产生具有4000瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有1000瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304G。作为另一示例，当400kHz RF产生器运行以产生具有4800瓦的功率电平和2MHz RF产生器的RF信号运行以产生具有200瓦的功率电平的RF信号时，产生绘图304H。作为又一示例，当400kHz RF产生器运行以产生具有5000瓦的功率电平的RF信号和2MHz RF产生器运行以产生具有0瓦(例如0-10瓦等)的功率电平的RF信号时，产生绘图304I。
应当注意的是，通过控制由x1kHz RF产生器产生的RF信号的功率和频率的量，增大或减小在等离子体室110(图1A)的边缘区域的去除速率(例如，蚀刻速率、溅射速率等)，通过控制由x MHz RF产生器产生的RF信号的功率和频率的量，增大或减小在等离子体室10的中央区域的蚀刻速率。例如，随着由x1kHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在边缘区域的蚀刻速率的增大的速率增大，随着功率电平减小，在边缘区域的蚀刻速率的增大的速率下降。作为另一示例，随着由x1kHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在边缘区域的蚀刻速率增大，随着功率电平减小，在边缘区域的蚀刻速率减小。作为另一示例，随着由x MHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在中央区域的蚀刻速率增大，随着功率电平减小，在中央区域的蚀刻速率减小。作为又一示例，针对由x1kHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平以及由x MHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平的相同量的变化，在归属于x1kHz RF产生器的边缘区域的蚀刻速率的变化量比归属于x MHz RF产生器的边缘区域的蚀刻速率的变化量大。
在一种实施方式中，中央区域被定义为在上电极112(图1A)和卡盘108(图1A)之间的区域。此外，边缘区域被定义为不在上电极112之下也不在卡盘108之上的区域。如下所述，边缘区域比中央区域更靠近于等离子体室110的C-护罩。
在一种实施方式中，衬底的中心与下电极的中心重合。例如，在图302中，晶片的中心与下电极的中心相同，晶片的半径沿着下电极的半径延伸。
在一种实施方式中，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用来控制在等离子体室110的中央区域的蚀刻速率。
图3B是绘出溅射沉积在衬底120(图1A)上的氧化物的溅射速率与衬底120的半径的关系的曲线图306的一种实施方式。曲线图306被绘制成说明使用来自1kHz RF产生器和xMHz RF产生器的功率电平的组合来实现各种溅射速率。例如，在x1kHz RF产生器被操作以产生具有0瓦(例如，介于0和10瓦之间，等)的功率电平的RF信号，并且在x MHz RF产生器被操作以产生具有5000瓦的功率电平的RF信号的情况下，绘制绘图310A。作为另一个示例，在x MHz RF产生器被操作以产生具有2500瓦的功率电平的RF信号和x1kHz RF产生器被操作以产生具有2500瓦的功率电平的RF信号的情况下，绘制绘图310B。作为又一个示例，在xMHz RF产生器被操作以产生具有0瓦(例如，介于0和10瓦之间，等)的功率电平的RF信号并且x1kHz RF产生器被操作以产生具有5000瓦的功率电平的RF信号的情况下，绘制绘图310C。
应当注意的是，作为一个示例，随着由x1kHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在边缘区域的溅射速率的增大的速率增大，随着功率电平减小，在边缘区域的溅射速率的增大的速率减小。还应当注意的是，例如，随着由x1kHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在边缘区域的溅射速率增大，随着功率电平减小，在边缘区域的溅射速率减小。还应当注意的是，例如，随着x MHz RF产生器所产生的RF信号的功率电平增大，在中央区域溅射速率增大，随着功率电平减小，在中央区域的溅射速率减小。应当注意的是，作为一个示例，针对由x1kHz RF产生器产生的RF信号的功率电平与由x MHz RF产生器产生的RF信号的功率电平中相同的变化量，归属于x1kHz RF产生器的在边缘区域的溅射速率比归属于x MHz RF产生器的在边缘区域的溅射速率有更大的变化量。
在一种实施方式中，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用来控制在等离子体室110的中央区域的溅射速率。
图3C是用于控制去除速率的等离子体系统350的一种实施方式的示意图。系统350类似于等离子体系统100，不同之处在于系统350包括光学厚度测量设备(OTMD)352，例如，干涉仪等，其例如当衬底120被取出等离子体室110时，用于非原位地测量衬底120的厚度。将衬底120从等离子体室110的腔中取出以测量衬底120的厚度。OTMD 352测量衬底120的厚度，并提供该厚度至主机系统116。主机系统116的处理器根据厚度以及从衬底120经受在等离子体中室110中的去除操作(例如蚀刻操作，溅射操作等)开始所经过的时间量计算去除沉积在衬底120上的材料(例如氧化物层，掩模层等)的去除速率。处理器的实例包括微处理器、微控制器、CPU、ASIC、PLD，等。
主机系统116的处理器比较计算的蚀刻去除速率与预先确定的去除速率。当确定所计算的去除速率不在预先确定的去除速率的预先确定的阈值内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储装置确定对于x1kHz RF产生器、x MHz RF产生器和y MHz RF产生器中的每一个的功率电平以实现预先确定的去除速率。存储器装置的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘、易失性存储器、非易失性存储器、存储磁盘的冗余阵列、闪存存储器等。功率电平被提供至相应的x1kHz，x MHz和y MHz RF产生器的DSP。x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的每一个产生具有相应的功率电平的RF信号并经由相应的RF缆线供给RF信号到IMC 104的相应的输入，IMC 104执行本文所述的操作，并且提供修改的RF信号114至卡盘108。
重复下列操作：测量衬底120的厚度，根据测量的厚度计算去除速率，并改变x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到实现在预先确定的去除速率的预先确定的阈值内的去除速率。
如果所测得的厚度是在预先确定的厚度的预先确定的阈值内，则主机系统116的处理器不提供一个或多个功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平至x1kHz、x MHz和yMHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中所测得的厚度在预先确定的厚度的预先确定的阈值内。
图4A是在单一的状态(例如，状态S，等)下操作的RF产生器402的一种实施方式的示意图。RF产生器402包括DSP 408、功率控制器PWRS和自动频率调谐器(AFT)AFTS。RF产生器402是x1kHz RF产生器、x MHz RF产生器，和y MHz RF产生器中的任何一个的示例。主机系统116的处理器经由主机系统116的通信设备和RF产生器402的通信设备提供功率电平到主机系统116的DSP 408。通信设备促进了数据的并行通信、或数据的串行通信，或它们的组合的通信。DSP 408接收用于状态S的功率电平，并确定与状态S相关联的功率电平。
DSP 408发送功率电平到RF产生器402的功率控制器PWRS。功率控制器PWRS例如经由晶体管、一个或多个晶体管等驱动RF产生器402的RF功率源406。在状态S期间RF功率源406被驱动以产生RF连续波信号，其经由连接到RF产生器402的输出的RF缆线发送到IMC104(图1A)。连续波信号具有一种功率电平，不具有多种功率电平。
图4B是在多个状态(例如，状态S1、状态S0，等)下操作的RF产生器410的一种实施方式的示意图。RF产生器410包括DSP 412、针对状态S1的功率控制器PWRS1、针对状态S0的功率控制器PWRS0、针对状态S1的自动频率调谐AFTS1、以及针对状态S0的自动频率调谐AFTS0。RF产生器410是x1kHz RF产生器、x MHz RF产生器和y MHz RF产生器中的任何一个的示例。主机系统116的处理器经由主机系统116的通信设备和RF产生器410的通信设备提供针对状态S1和S0的功率电平和定时至DSP 412。
DSP 412从RF产生器410的通信设备接收针对状态S1和S0的功率电平和定时，并确定针对状态S0的功率电平和定时和针对状态S1的功率电平和定时。例如，DSP 412区别针对状态S0的功率电平和定时与针对状态S1的功率电平和定时。
DSP 412发送针对状态S1的功率电平和定时至RF产生器410的功率控制器PWRS1并发送针对状态S0的功率电平和定时至RF产生器410的功率控制器PWRS0。例如，每个功率控制器PWRS1和PWRS0经由晶体管、一个或多个晶体管等驱动RF产生器410的RF功率源414。例如，功率控制器PWRS1通过提供针对状态S1的功率电平和定时至RF功率源410在状态S1期间驱动RF功率源410，功率控制器PWRS0通过提供针对状态S0的功率电平和定时到RF功率源410在状态S0期间驱动RF功率源410。RF功率源410在状态S1和S0期间被驱动以产生在状态S1和S0之间(如在两个功率电平之间，等)切换的RF脉冲信号。RF脉冲信号经由连接到RF产生器410的输出的RF缆线发送至IMC 104(图1A)。
在一种实施方式中，包括在针对状态S0的功率电平内的所有功率量比包含在针对状态S1的功率电平内的功率量低。例如，状态S1是高状态，状态S0是低状态。作为另一示例，状态S1是状态1，状态S0是状态0。
在一种实施方式中，RF产生器410被修改以在两种以上的状态，例如，三种状态、四种状态，等下操作。
图5A是曲线图502、504和506的一种实施方式，以说明改变x1kHz RF产生器和xMHz RF产生器的功率电平以实现当功率电平在功率电平的范围的一端或在另一端时通常没有实现的RF杆电势。RF杆电势是在沿RF传输线106(图1A)的RF杆的点测得的电压。
每个曲线图502、504和506描绘了RF杆电势与时间的关系。当x1kHz RF产生器被操作以产生经由电路202A(图2A)发送的具有5000瓦的功率电平的RF信号，以及x MHz RF产生器被操作以产生经由电路202B(图2A)发送的具有0瓦(例如，介于0和10瓦之间，等)的功率电平的RF信号时，实现RF杆电势的最大电平514并实现RF杆电势的最小电平512。此外，当x1kHz RF产生器被操作以产生经由电路202A发送的具有0瓦(例如，介于0和10瓦之间，等)的功率电平的RF信号，以及当x MHz RF产生器被操作以产生经由电路202B发送的具有5000瓦的功率电平的RF信号时，实现RF杆电势的最大电平516并实现RF杆电势的最小电平518。另外，当x1kHz RF产生器被操作以产生经由电路202A发送的具有2500瓦的功率电平的RF信号以及x MHz RF产生器被操作以产生经由电路202B发送的具有2500瓦的功率电平的RF信号时，实现RF杆电势的最小电平508并实现RF杆电势的最大电平510。
最大电平510大于最大电平514和最大电平516。此外，最小电平508小于最小电平512和最小电平510。通过控制x1kHz RF产生器的功率电平与x MHz RF产生器的功率电平为2500瓦(例如，介于2490瓦和2510瓦之间，等)，实现小于另一RF杆电势电平的RF杆电势电平。其他RF杆电势电平通过控制x1kHz RF产生器具有0瓦或5000瓦的功率电平和通过控制xMHz RF产生器具有0瓦或5000瓦特的功率电平来实现。
应当注意的是，当卡盘108经由IMC 104被提供修改的RF信号114时，实现RF杆电势的最小和最大电平的变化。修改的RF信号114从接收自x1kHz RF产生器和x MHz RF产生器的RF信号以本文所描述的方式通过x1kHz RF产生器产生。
在一种实施方式，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用来控制RF杆的RF杆电势。
图5B是等离子体系统550的一种实施方式的示意图，以说明使用RF杆电势来改变x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的一个或多个的功率电平。等离子体系统550类似于等离子体系统100(图1A)，不同的是等离子体系统550包括测量RF杆电势的电压传感器552。电压传感器552被连接到RF传输线106的RF杆。
当衬底120在等离子体室110内被处理(例如，蚀刻、溅射、沉积有单体或聚合物，等)时，电压传感器552测量在RF杆上的点的RF杆电势。所测得的RF杆电势由电压传感器552提供给主机系统116的处理器。主机系统116的处理器将所测得的RF杆电势与预先确定的杆电势进行比较，以确定所测得的RF杆电势是否在预先确定的杆电势的预先确定的阈值之内。
当确定所测得的RF杆电势不在预先确定的杆电势的预先确定的阈值内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储器装置确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平。一个或多个功率电平对应于(例如，映射到、链接于，等)存储器装置内的预先确定的杆电势。x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中相应的一个或多个的一个或多个功率电平被提供给x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个。在接收到相应的一个或多个功率电平时，x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个产生相应的一个或多个RF信号以经由相应的一个或多个RF缆线112A、112B和112C提供至IMC 104。IMC 104根据从相应的一个或多个x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器接收到的一个或多个RF信号以本发明中所描述的方式产生修改的RF信号114，并提供修改的RF信号114到卡盘108，以在等离子体室110内产生或维持等离子体。
重复地执行下列操作：测量RF杆电势，判定所测量的RF杆电势是否在预先确定的RF杆电势的预先确定的阈值之内，以及确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到所测得的RF杆电势在预先确定的RF杆电势的预先确定的阈值之内。
在测得的RF杆电势在预先确定的RF杆电势的预先确定的阈值内的情况下，主机系统116的处理器不提供一个或多个功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平给x1kHz、xMHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中所测得的RF杆电势在预先确定的RF杆电势的预先确定的阈值之内。
图6A是曲线图602的一种实施方式，其用以说明晶片直流(DC)偏压与由x1kHz和xMHz RF产生器供给的RF信号的功率电平的关系。当具有在最小功率电平范围(例如，0-300瓦，0-400瓦，等)内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器产生并经由电路202A(图1A)发送，以及具有在最大功率电平范围(例如，4700-5000瓦、4600-5000瓦，等)内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器产生并经由电路202B发送时，晶片直流偏压的增大的速率增大。所述晶片直流偏压的增大的速率相比于当具有在剩余功率电平范围(例如，300-5000瓦，400-5000瓦，等)内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器产生并经由电路202A(图1A)发送，以及具有在剩余功率电平范围(例如，0-4600瓦，0-4700瓦，等)内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器产生时的晶片直流偏压的增大的速率增大。如在图6A中所示，在曲线图602的区域604中的晶片直流偏压的增大的速率比在曲线图602的区域606中的晶片直流偏压的增大的速率大。
应当注意的是，由x1kHz RF产生器产生的RF信号的功率电平的总的范围是RF信号的最小功率电平范围和剩余功率电平范围的总和。同样，由x MHz RF产生器产生的RF信号的功率电平的总的范围是RF信号的最大功率电平范围和剩余功率电平范围的总和。
在一种实施方式中，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用来控制等离子体室110内的晶片直流偏压。
图6B是等离子体系统650的一种实施方式的框图，其以说明使用DC偏压传感器652和电极654(例如，DC电压拾取销，等)测量在卡盘108上的衬底120的DC偏压。电极654被连接(例如，焊接，等)到卡盘108的测表面。电极654连接到DC偏压传感器652。顶面122通过衬底120带电，当在等离子体室110内产生和/或维持等离子体时衬底120被DC偏置。
当衬底120被DC偏置时，电极654捕获来自卡盘108的电信号。该电信号代表晶片DC偏压的量。DC偏压传感器652接收电信号并产生晶片DC偏压的测得值，该测得值由DC偏压传感器652提供给主机系统116的处理器。
主机系统116的处理器确定所测量的DC偏压是否在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值内。在确定所测量的DC偏压不在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储装置确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的对应的一个或多个的一个或多个功率电平。一个或多个功率电平对应于(例如，映射到、链接于，等)存储器装置内的预先确定的DC偏压。x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平被提供给x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个。在接收到相应的一个或多个功率电平时，x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的对应的一个或多个产生相应的一个或多个RF信号以经由相应的一个或多个RF缆线112A、112B和112C提供至IMC 104。IMC 104根据从x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个接收到的一个或多个RF信号以本发明中所描述的方式产生修改的RF信号114，并提供修改的RF信号114到卡盘108，以在等离子体室110内产生或维持等离子体。
重复地执行下列操作：测量晶片DC偏压，判定所测量的DC偏压是否在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值之内，以及确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到所测量的DC偏压在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值之内。
如果所测量的DC偏压在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值内，则主机系统116的处理器不提供x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平给x1kHz、x MHz和yMHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中所测量的DC偏压在预先确定的DC偏压的预先确定的阈值内。
在一种实施方式中，电极654被连接到卡盘108的顶面122或底面。
图7A是绘出最大离子能量与由x1kHz和x MHz RF产生器产生的RF信号的功率电平的关系的曲线图702的一种实施方式。曲线图702还绘出最大RF等离子体电势与由x1kHz和xMHz RF产生器产生的RF信号的功率电平的关系。
此外，当具有位于区域704中的最大功率电平范围(例如，4800-5000瓦，等)内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域704中的最小功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110(图1A)内产生以电子伏特(eV)测量的最大可实现的离子能量的区域706中的第一最小电平。同样地，当具有位于区域708中的最小功率电平范围内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域708中的最大功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110内产生最大可实现的离子能量的区域710中的第二最小电平。
此外，当具有位于区域712中的中等功率电平范围内的功率电平的RF信号由x1kHzRF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域712中的中等功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110内产生最大可实现的离子能量的区域714中的最大电平。在区域714中的最大可实现的离子能量的最大电平比在区域706中的最大可实现的离子能量的第一最小电平和在区域708中的最大可实现的离子能量的第二最小电平大。
当具有位于区域720中的最大功率电平范围内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域720中的最小功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110(图1A)内产生最大可实现的RF等离子体电势的区域722中的第一最小电平。同样地，当具有位于区域724中的最小功率电平范围内的功率电平的RF信号由x1kHz RF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域724中的最大功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110内产生最大可实现的RF等离子体电势的区域726中的第二最小电平。
此外，当具有位于区域726中的中等功率电平范围内的功率电平的RF信号由x1kHzRF产生器供给并经由电路202A(图2A)发送，以及具有位于区域726中的中等功率电平范围内的功率电平的RF信号由x MHz RF产生器供给并经由电路202B(图2A)发送时，在等离子体室110内产生最大可实现的RF等离子体电势的区域728中的最大电平。最大可实现的RF等离子体电势的最大电平比最大可实现的RF等离子体电势的第一最小电平和最大可实现的RF等离子体电势的第二最小电平大。
在一种实施方式中，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用来控制在等离子体室110内最大可实现的离子能量或最大可实现的RF等离子体电势。
图7B是说明根据RF杆电势计算离子能量的量的框图。离子能量的量由离子能量计算器计算，离子能量计算器通过主机系统116(图1A)的处理器执行。例如，离子能量计算器通过应用以下等式根据RF杆电势和晶片直流偏压Vdc计算被指定为f(E)的离子能量分布函数(IEDF)：
其中
在等式(2)中，VLFRF(PEAK)是供给到等离子体室110并通过主机系统116的处理器根据RF杆电势算得的低频RF电压VLF的峰值，Vdc是以本发明中所描述的方式测量的晶片DC偏压，t是时间，并且ω是由主机系统116的处理器计算的低频。为了说明，频率ω是通过从由所述电压传感器552(图5B)产生的电压信号过滤高频来计算的，电压传感器552用于测量RF杆电势。高频的过滤由主机系统116的处理器或由滤波器执行。在一种实施方式中，峰值VLFRF(PEAK)是由主机系统116的处理器根据使用连接到卡盘108的电压传感器测量的电压来计算的。
主机系统116的处理器判定所计算的离子能量是否在预先确定的离子能量的预先确定的阈值之内。当确定所计算的离子能量不在预先确定的离子能量的预先确定的阈值之内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储器装置确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平。一个或多个功率电平对应于(例如，映射到、链接于，等)存储器装置内的预先确定的离子能量。x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平被提供给x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个。在接收到相应的一个或多个功率电平时，x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个产生相应的一个或多个RF信号以经由相应的一个或多个RF缆线112A、112B和112C提供至IMC 104。IMC 104根据从x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个接收到的一个或多个RF信号以本发明中所描述的方式产生修改的RF信号114，并提供修改的RF信号114到卡盘108，以在等离子体室110内产生或维持等离子体。
重复地执行下列操作：计算离子能量，判定所计算的离子能量是否在预先确定的离子能量的预先确定的阈值之内，以及确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到所计算的离子能量在预先确定的离子能量的预先确定的阈值之内为止。
如果计算的离子能量在预先确定的离子能量的预先确定的阈值内，则主机系统116的处理器不提供一个或多个功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中测量的离子能量在预先确定的离子能量的预先确定的阈值内。
图7C是说明根据RF杆电势计算等离子体电势的量的框图。等离子体电势的量通过等离子体电势估值器计算，等离子体电势估值器由主机系统116(图1A)的处理器执行。等离子体电势(其是在等离子体室内的等离子体的电压)与以本发明中所描述的方式测量的RF杆电势之间的关系被存储在主机系统116的存储装置中。例如，等离子体电势和RF杆电势之间的差被存储在主机系统116的存储器装置中。主机系统116的处理器通过应用该关系到所测量的RF杆电势计算等离子体电势。
主机系统116的处理器判定所计算的等离子体电势是否在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值之内。当确定所计算的等离子体电势不在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值之内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储器装置确定x1kHz、xMHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平。一个或多个功率电平对应于(例如，映射到、与...连接，等)存储器装置内的预先确定的等离子体电势。x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平被提供给x1kHz、xMHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个。在接收到相应的一个或多个功率电平时，x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个产生相应的一个或多个RF信号以经由相应的一个或多个RF缆线112A、112B和112C提供至IMC 104。IMC 104根据从x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个接收到的一个或多个RF信号以本发明中所描述的方式产生修改的RF信号114，并提供修改的RF信号114到卡盘108，以在等离子体室110内产生或维持等离子体。
重复地执行下列操作：计算等离子体电势，判定所计算的等离子体电势是否在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值之内，以及确定x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到所计算的等离子体电势在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值之内为止。
如果计算的等离子体电势在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值内，则主机系统116的处理器不提供一个或多个功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中测量的等离子体电势在预先确定的等离子体电势的预先确定的阈值内。
图8A是说明通过使用x1kHz RF产生器控制等离子体室812的边缘区域810中的离子饱和电流密度以及通过使用x MHz RF产生器或y MHz RF产生器控制在等离子体室812的中央区域814中的离子饱和电流密度的示意图。等离子体室812是等离子体室110(图1A)的示例。
x1kHz RF产生器供应经由阻抗匹配电路104(图1A)的电路202A(图2A)发送的RF信号以控制在边缘区域810的离子饱和电流密度。例如，当由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平比由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平大时，与当由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平小于由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平时相比，在边缘区域810的离子饱和电流密度有增大。作为另一个示例，当由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平增大时，在边缘区域810的离子饱和电流密度增大，当由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平减小时，在边缘区域810的离子饱和电流密度减小。由x1kHz RF产生器供给的RF信号将等离子体从中央区域814推动至边缘区域810，所述推动增大了下电极和上电极112(图1A)之间的面积比，从而增大在边缘区域810的离子能量密度。作为另一个示例，电路202A传输由x1kHz RF产生器产生的RF信号，以增大在边缘区域810的离子饱和电流密度(以毫安/平方厘米计量)的第一初始电平804至增大的电平806。在曲线图802中示出电平804和806，曲线图802描绘了离子饱和电流密度与衬底120(图1A)的半径的关系。使用由x MHz RF产生器产生的并经由电路202B传输的RF信号实现离子饱和电流密度的第一初始电平804。
类似地，x MHz RF产生器供给经由阻抗匹配电路104的电路202B(图2A)发送的RF信号，以控制在中央区域814的离子饱和电流密度。例如，当由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平比由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平大时，与当由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平小于由x1kHz RF产生器供给的RF信号的功率电平时相比，在中央区域814的离子饱和电流密度增大。作为另一个示例，当由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平增大时，在中央区域814的离子饱和电流密度增大，当由x MHz RF产生器供给的RF信号的功率电平减小时，在中央区域814的离子饱和电流密度减小。作为另一个示例，电路202B传输由x MHz RF产生器产生的RF信号，以增大在中央区域814中的离子饱和电流密度的第二初始电平808至增大的电平809。使用由x1kHz RF产生器产生的并经由电路202A传输的RF信号实现在中央区域814中的离子饱和电流密度的第二初始电平808。
在一种实施方式中，中央区域814位于等离子体室812的上电极816的下方和等离子体室812的下电极818的上方。例如，中央区域814位于上电极816和下电极818之间。
在一种实施方式中，中央区域814比边缘区域810更远离C-罩822。例如，中央区域814不在围绕上电极816的上边缘电极820的下方。应当注意的是，在一种实施方式中，上边缘电极820和上电极816由电介质环分隔开(未示出)。
在一种实施方式中，边缘区域810不位于等离子体室812的上电极816下方，并且不是位于等离子体室812的下电极818的上方。例如，边缘区域810不位于上电极816和下电极818之间。
在一种实施方式中，边缘区域810比中央区域814更靠近C-护罩822。例如，边缘区域810在上边缘电极820下方。
在一种实施方式中，代替使用x MHz RF产生器，y MHz RF产生器或x和y MHz RF产生器的组合被用于控制等离子体室110内的离子的离子饱和电流密度。
还应当注意的是，等离子体被推动到边缘区域810，在边缘区域810的RF耦合增大，并且RF耦合的增大使等离子体室812中的负的晶片DC偏压的量增大。
在一种实施方式中，下电极818被下边缘电极824围绕。应当注意，在一种实施方式中，下电极818和下边缘电极824由电介质环(未示出)分隔开。
图8B是用于离子饱和电流密度的测量的等离子体系统850的一种实施方式的框图。等离子体系统850是等离子体系统100(图1A)的一个示例。等离子体系统850类似于等离子体系统100，不同的是等离子体系统850包括探针852(例如，平坦离子流探针、朗缪尔探针，等)以及连接到探针852的电流传感器854。电流传感器852还耦合到主机系统116。
探针852浸没在电极112和122之间的等离子体中。探针852具有表面积(例如，以平方厘米计量，等)并且在等离子体室110内旋转。当探针852转动时探针852收集在探针852的表面积上方在等离子体室110内的离子电流，以产生电信号并提供该电信号至电流传感器854。
电流传感器854测量来自电信号的电流的量，并提供该电流的量到主机系统116的处理器。主机系统116的处理器计算探针852的每单位表面积的电流量来计算离子饱和电流密度。
主机系统116的处理器比较所计算的离子饱和电流密度与预先确定的离子饱和电流密度。当确定所计算的离子饱和电流密度不在预先确定的离子饱和电流密度的预先确定的阈值内时，主机系统116的处理器从主机系统116的存储装置确定x1kHz、x MHz、y MHz RF产生器中的每个的功率电平以实现预先确定的离子饱和电流密度。功率电平被提供到相应的x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器的DSP。x1kHz、x MHz、y MHz RF产生器中的每个产生具有相应的功率电平的RF信号并经由相应的RF缆线供给所述RF信号到IMC 104的相应的输入，IMC 104执行本发明所述的操作，并且提供修改的RF信号114至卡盘108。
重复下列操作：计算离子饱和电流密度，比较所计算的离子饱和电流密度与预先确定的离子饱和电流密度，以及改变x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个的一个或多个功率电平，直到所计算的离子饱和电流密度在预先确定的离子饱和电流密度的预先确定的阈值之内为止。
如果所计算的离子饱和电流密度在预先确定的离子饱和电流密度的预先确定的阈值内，则主机系统116的处理器不提供一个或多个功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个或继续提供与在先前时钟周期中提供的功率电平相同的功率电平至x1kHz、x MHz和y MHz RF产生器中的相应的一个或多个，在先前时钟周期中计算的离子饱和电流密度在预先确定的离子饱和电流密度的预先确定的阈值内。
图9A是曲线图910的一种实施方式，以说明使用x1kHz RF产生器和x或y MHz RF产生器与阻抗匹配电路104(图1A)以提供修改的RF信号114(图1A)至等离子体室110(图1A)的电极有利于产生比通过使用x MHz RF产生器和y MHz RF产生器而不使用x1kHz RF产生器产生的离子能量的量少的离子能量的量。曲线图910描绘了离子能量分布函数，其是在等离子体室110内形成的离子的离子计数与离子的离子能量的关系的函数。
如曲线图910所示，当x1kHz和x或y MHz RF产生器被用于提供RF信号到阻抗匹配电路104，阻抗匹配电路104传输RF信号以产生修改的RF信号114，修改的RF信号114被发送到等离子体室110以在等离子体室110内产生等离子体离子时，产生绘图912。例如，当电路202A(图2A)传输从x1kHz RF产生器接收的RF信号，以及电路202B(图2A)传输从x MHz RF产生器接收的RF信号时，产生绘图912。此外，当x MHz RF产生器和y MHz RF产生器被用于提供RF信号到阻抗匹配电路，阻抗匹配电路传输RF信号以产生修改的RF信号，修改的RF信号被提供到等离子体室110以在等离子体室110内产生等离子体离子时，产生绘图914。在产生绘图914时没有使用x1kHz RF产生器。例如，当阻抗匹配电路(未示出)的电路(例如，电路202A、202B、202C，等)输送从x MHz RF产生器接收的RF信号，以及阻抗匹配电路的另一电路输送从y MHz RF产生器接收的RF信号时，产生绘图914。作为另一个示例，当电路202A(图2A)的端部E1被连接到x MHz RF产生器和电路202B(图2A)的端部E2被连接到y MHz RF产生器时，当在端部E1和220(图2B)之间使用数量比在电路202A中所使用的阻挡部件的数量少的阻挡部件时，并且当在所述端部之间使用数量比在电路202B中所使用的阻挡部件的数量少的阻挡部件时，产生绘图914。如图所示，绘图912部分地跨越区域916，区域916对应的离子能量的量比对应于由绘图914跨越的区域918的离子能量的量低。
在去除(例如，蚀刻、溅射，等)在衬底120(图1A)的顶部上覆盖的材料(例如，氧化物、单体、聚合物等)时，与区域916相关联的较低的量的离子能量有助于较高的选择比。
在一种实施方式中，选择比被定义为蚀刻蚀刻层(例如，放置在衬底的顶部上的氧化物层，覆盖在衬底120的顶部上的单体，覆盖在衬底120的顶部上的聚合物，等)的速率与蚀刻在蚀刻层的顶部上覆盖的掩模层的速率的比值。
图9B是用于说明当使用x1kHz和x或y MHz RF产生器相比于使用x和y MHz RF产生器而不使用x1kHz RF产生器时的蚀刻轮廓的变化的曲线图920的一种实施方式。曲线图920描绘蚀刻速率与衬底120(图1A)的半径的关系。曲线图920包括当电路202A(图2A)被连接到x或y MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器以及电路202B(图2A)被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器时的蚀刻速率的蚀刻轮廓922。此外，曲线图920包括当电路202A的端部E1(图2A)被连接到x1kHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器以及电路202B的端部E2(图2A)被连接到x MHz RF产生器而不连接到y MHz RF产生器时的蚀刻速率的蚀刻轮廓924。
根据蚀刻轮廓922和924所示，当电路202A被连接到x1kHz RF产生器以输送从x1kHz RF产生器接收的RF信号，以及电路202B被连接到x或y MHz RF产生器以接收由x或yMHz RF产生器产生的RF信号时，在等离子体室110的中央区域获得的蚀刻速率范围948比蚀刻速率范围954小。蚀刻速率范围954在绘图922中，蚀刻速率范围948在绘图924中。当电路202A的端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器，并且在如本文所述电路202A的端部E1和220(图2A)之间包括较少数量的阻挡部件时，在中央区域获得蚀刻速率范围954。此外，当电路202B的端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器以及在如本发明所述的电路202B的端部E2和220之间包括较少数量的阻挡部件时，在中央区域获得蚀刻速率范围954。
此外，如在蚀刻轮廓922和924所示，当电路202A被连接到x1kHz RF产生器以输送从x1kHz RF产生器接收的RF信号，以及电路202B被连接到x或y MHz RF产生器以接收由x或y MHz RF产生器产生的RF信号时，在等离子体室110的边缘区域获得的蚀刻速率范围960比蚀刻速率范围962大。当电路202A的端部E1被连接到x MHz RF产生器而不连接到x1kHz RF产生器，并且在如本文所述电路202A的端部E1和220(图2A)之间包括较少数量的阻挡部件时，在边缘区域获得蚀刻速率范围962。此外，当电路202B的端部E2被连接到y MHz RF产生器而不连接到x MHz RF产生器以及在如本发明所述的电路202B的端部E2和220之间包括较少数量的阻挡部件时，在边缘区域中获得蚀刻速率范围962。
在一个方面，本发明所述的一些实施方式可以用各种计算机系统配置实施，该计算机系统配置包括手持硬件设备、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子器件、微型计算机、大型计算机等。在一个方面，本发明所述的一些实施方式也可以在分布式计算环境中实行，在该环境中任务由通过网络链接的远程处理设备执行。
在一些实施方式，控制器是系统的一部分。该系统包括半导体处理设备，该半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、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)。系统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，控制器被编程以利用配方控制本发明公开的任何工艺，配方包括工艺气体、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)产生器设置、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/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
从广义上来说，在各种实施方式中，控制器被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洗操作、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。集成电路包括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)的芯片、PLD、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的形式(或程序文件)通信到控制器、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的指令。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、耦接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接。例如，控制器在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们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，改变当前处理的参数，设置处理步骤以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，计算机网络包括本地网络或互联网。远程计算机包括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送到系统。在一些实施方式中，控制器接收用于处理晶片的设置形式的指令。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，控制器例如通过包括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，本发明所述的完成的工艺)工作。用于这些目的分布式控制器的实例包括与结合以控制室内工艺的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。
在没有限制的条件下，在多种实施方式中，系统包括等离子体蚀刻室、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、和/或在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
还应当注意的是，在一些实施方式中，虽然上述操作参照平行板等离子体室(例如，电容耦合等离子体室，等)来描述，但上述操作适用于其他类型的等离子体室，例如，包括感应耦合等离子体(ICP)反应器、变压器耦合等离子体(TCP)反应器、导体工具、电介质工具的等离子体室，包括电子回旋共振(ECR)的反应器的等离子体室，等。例如，x MHz RF产生器、y MHz RF产生器和z MHz RF产生器被耦合到在ICP等离子体室内的ESC。
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块、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、或者将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口以及从工具位置和/或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具通信。
考虑到上述实施方式，应当理解，这些实施方式中的一些采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机执行的操作。这些计算机执行的操作是操控物理量的操作。
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。该装置被特别地构造用于特殊用途计算机。当定义为特殊用途计算机时，该计算机进行不属于特殊用途部分的其他处理、程序执行或例程，同时仍然能够操作用于特殊用途。
在一些实施方式中，本发明描述的操作由通过存储在计算机存储器中的，或通过计算机网络获得的一个或多个计算机程序选择性地激活或配置的计算机来执行。当数据在计算机网络上获得时，该数据可由计算机网络上的其他计算机进行处理，例如，由云计算资源处理
也可以将本发明所描述的一个或多个实施方式制作为在非临时性计算机可读介质上的计算机可读代码。非临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，存储器设备等)，这些数据之后由计算机系统读取。非临时性计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附加存储器(NAS)、只读存储器、随机访问存储器、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，非临时性计算机可读介质包括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
尽管以特定的顺序呈现了上述的一些方法操作，但应理解，在一些实施方式中，其他内务操作在方法操作之间执行，或者方法操作被调节使得方法操作在稍微不同的时间发生或者方法操作被分布于允许方法操作在不同的时间间隔发生的系统中或者方法操作以与上述顺序不同的顺序执行。
还应当注意的是，在一种实施方式中，在不脱离本公开内容所描述的多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，已经描述了上述实施方式中的一些细节，但显而易见，可以在所附权利要求的范围内实行某些变化和改变。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，并且本发明的实施方式并不限于本发明给出的细节，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 (10)

1.一种阻抗匹配电路，包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，所述RF传输线耦合到等离子体室，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过所述第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第二电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号与低频MHz RF信号之间的隔离。
3.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中每个调谐元件包括电感器或电容器。
4.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中所述kHz RF信号经由所述RF传输线和所述第一电路从所述等离子体室朝向所述kHz RF发生器反射，其中所述低频MHz RF信号经由所述RF传输线和所述第二电路从所述等离子体室朝向低频MHz RF发生器反射。
5.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中所述kHz射频发生器具有范围在20kHz和1MHz之间的频率，其中所述低频MHzRF发生器具有范围在1MHz和4MHz之间的频率，并且所述高频RF发生器具有范围在13MHz和200MHz之间的频率。
6.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中所述等离子体室包括上电极，所述上电极包括半导体层，布置在所述半导体层的顶部上的气体分配板，布置在所述气体分配板的顶部上的加热器，放置在加热器顶部的热壅塞，以及放置在所述热壅塞顶部的顶板，其中所述上电极不包括绝缘层。
7.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，
其中所述第一电路被配置为传送具有最大功率电平的kHz RF信号，并且所述第二电路被配置为传送具有最小功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第一正电势电平并且在所述RF传输线处实现第一负电势电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有最小功率电平的kHz RF信号，并且第二电路被配置成传送具有最大功率电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第二正电势电平并且在所述RF传输线处实现第二负电势电平，
其中所述第一电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的kHz RF信号，并且所述第二电路被配置为传送具有在最小和最大功率电平之间的电平的低频MHz RF信号以在所述RF传输线处实现第三正电势电平并在所述RF传输线处实现第三负电势电平，其中所述第三正电势电平大于第一和第二正电势电平中的每一个，第三负电势电平小于第一和第二负电势电平中的每一个。
8.根据权利要求1所述的阻抗匹配电路，其中，所述第一电路的调谐元件的数量大于耦合到所述低频MHzRF发生器并且未耦合到所述kHz射频发生器的阻抗匹配电路的电路的调谐元件的数量。
9.一种等离子体处理系统，包括：
用于产生第一RF信号的千赫兹(kHz)射频(RF)信号发生器；
用于产生第二RF信号的低频兆赫兹(MHz)RF发生器；
用于产生第三RF信号的高频MHz RF发生器；
具有输入的RF传输线；
耦合到所述kHzRF发生器、所述低频MHzRF发生器和所述高频MHzRF发生器的阻抗匹配电路，用于接收第一、第二和第三RF信号以生成修改的RF信号，其中所述阻抗匹配电路包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离；以及
耦合到所述RF传输线的等离子体室，其中所述等离子体室具有用于接收修改的RF信号以在所述等离子体室内产生等离子体的电极。
10.一种等离子体处理系统，包括：
用于产生第一RF信号的千赫兹(kHz)射频(RF)信号发生器；
用于产生第二RF信号的低频兆赫兹(MHz)RF发生器；
用于产生第三RF信号的高频MHz RF发生器；
耦合到kHz射频发生器、低频MHz发生器和高频发生器中的每一个的主计算机；
具有输入的RF传输线；以及
耦合到所述kHzRF发生器、所述低频MHzRF发生器和所述高频MHzRF发生器的阻抗匹配电路，用于接收第一、第二和第三RF信号以生成修改的RF信号，其中所述阻抗匹配电路包括：
第一电路，其包括第一多个串联电路和第一多个分流电路，所述第一电路具有耦合到千赫(kHz)射频(RF)发生器的输入；
具有第二多个串联电路和第二多个分流电路的第二电路，所述第二电路具有耦合到低频兆赫兹(MHz)RF发生器的输入，所述第二电路与所述第一电路相邻；
具有一个或多个串联电路和一个或多个分流电路的第三电路，所述第三电路具有耦合到高频MHzRF发生器的输入，所述第三电路与所述第二电路相邻；
所述第一，第二和第三电路的输出耦合到RF传输线的输入，
其中所述第一电路和所述第二电路提供通过所述第一电路传输的kHzRF信号与通过所述第二电路传输的低频MHz RF信号之间的隔离，其中，与第三电路的调谐元件的数量相比，第一电路的增加数量的调谐元件提供kHz RF信号和低频MHz RF信号之间的隔离。
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