CN110462798A - 在感应耦合等离子体处理室内以低偏压产生近衬底补充等离子体密度 - Google Patents

在感应耦合等离子体处理室内以低偏压产生近衬底补充等离子体密度 Download PDF

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Abstract

衬底定位于电感耦合等离子体处理室的等离子体处理容积空间内的衬底支撑结构上。从第一射频信号发生器向设置在等离子体处理容积空间外部的线圈提供第一射频信号，以产生暴露于衬底的等离子体。从第二射频信号发生器向衬底支撑结构内的电极提供第二射频信号。第一和第二射频信号发生器被彼此独立地控制。第二射频信号的频率大于或等于约27兆赫兹。第二射频信号在等离子体处理容积空间内的衬底的水平处产生补充等离子体密度，同时在衬底的水平处产生小于约200伏的偏压。

Description

在感应耦合等离子体处理室内以低偏压产生近衬底补充等离 子体密度
技术领域
本发明总体上涉及半导体器件制造。
背景技术
许多现代的半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，离子和/或自由基成分源于该等离子体，以用于直接或间接地影响暴露于等离子体的衬底的表面上的变化。例如，各种基于等离子体的工艺可用于从衬底表面蚀刻材料、沉积材料到衬底表面上、或修改已经存在于衬底表面上的材料。等离子体通常通过在受控环境中施加射频(RF)功率至工艺气体来产生，使得该工艺气体被激励并转换成所需要的等离子体。等离子体的特性受许多工艺参数的影响，这些工艺参数包括但不限于，工艺气体的材料组成、工艺气体的流率、等离子体产生区域和周围结构的几何特征、工艺气体和周围材料的温度、所施加的RF功率的频率和所施加的RF功率的幅值等等。因此，理解、监测、并且/或者控制可能影响所产生的等离子体的特性的工艺参数中的一些，特别是关于RF功率向等离子体产生区域的输送方面的参数，这是有意义的。就是这样的背景下，产生本发明。
发明内容
在一示例性实施方案中，公开了一种用于操作电感耦合等离子体处理室的方法。该方法包括：将衬底定位在所述电感耦合等离子体处理室的等离子体处理容积空间(aplasma processing volume)内的衬底支撑结构上。该方法还包括：从第一射频信号发生器向设置在所述电感耦合等离子体处理室的所述等离子体处理容积空间外部的线圈提供第一射频信号。所述第一射频信号产生暴露于所述衬底的等离子体。该方法还包括：在从所述第一射频信号发生器向所述线圈提供所述第一射频信号的同时，从第二射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的电极提供第二射频信号。所述第一射频信号发生器和所述第二射频信号发生器被彼此独立地控制。所述第二射频信号具有大于或等于约27兆赫兹的频率。所述第二射频信号在等离子体处理容积空间内的所述衬底的水平处产生补充等离子体密度。所述第二射频信号在所述衬底的所述水平处产生小于约200伏的偏置电压。
在一示例性实施方案中，公开了一种电感耦合等离子体处理系统。该系统包括：包围等离子体处理容积空间的室。所述室具有上部窗结构。该系统包括线圈，其设置在所述室外部，在使得能从所述线圈将射频信号传输穿过所述上部窗结构进入所述等离子体处理容积空间内的位置。该系统包括设置在所述室内的衬底支撑结构。所述衬底支撑结构被配置为保持暴露于所述等离子体处理容积空间的衬底。该系统还包括：设置在所述衬底支撑结构内的电极。该系统还包括：第一射频信号发生器，其被连接成向所述线圈提供第一射频信号。该系统还包括：第二射频信号发生器，其被连接成向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第二射频信号。能相对于所述第一射频信号发生器独立控制所述第二射频信号发生器。所述第二射频信号具有大于或等于约27兆赫兹的频率。所述第二射频信号被定义为当所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时在所述衬底的水平处产生补充等离子体密度。所述第二射频信号在所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时在所述衬底的所述水平处产生小于约200伏的偏置电压。
本发明的其他方面和优点将根据下文的详细描述、结合以示例性方式图解本发明的附图将变得明显。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施方案的ICP处理室的示例图。
图2示出了根据本发明的一些实施方案的图1的示例性线圈的俯视图。
图3示出了根据本发明的一些实施方案的包括两个独立受控区域的多区线圈。
图4示出了根据本发明一些实施方案的具有三个射频信号发生器的ICP处理室。
图5示出了根据本发明的一些实施方案的被修改以包括第二偏置射频信号发生器的图4的ICP处理室。
图6A示出了根据本发明的一些实施方案的在衬底上的氩离子通量与跨越衬底的中心到边缘径向距离的函数关系的曲线图。
图6B根据一些本发明的实施方案示出了对于在10MHz的频率下仅向线圈供应3.5kW的射频功率，并且在衬底水平上不提供射频功率的情况下，离子能量与离子角分布的函数关系曲线图。
图6C根据一些本发明的实施方案示出了对于在10MHz的频率下向线圈供应1kW的射频功率，并且在衬底111水平上提供在60MHz的频率下的500W的射频功率的情况下，离子能量与离子角分布的函数关系曲线图。
图7根据本发明一些实施方案示出了用于操作电感耦合等离子体处理室的方法的流程图。
具体实施方案
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方案的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，在没有这些具体细节中的一些或全部的情形下可以实施本发明。在其他情形下，未详细描述公知的处理操作，以避免不必要地使所公开的实施方案难以理解。
在半导体工业中，半导体衬底可以在电感耦合等离子体(ICP)等离子体处理室中进行制造操作。ICP处理室也可以称为变压器耦合等离子体(TCP)处理室。为了便于讨论，ICP处理室将用于指代ICP和TCP处理室。图1示出了根据本发明一些实施方案的ICP处理室100的示例图。应当理解，ICP处理室100可以是任何类型的ICP处理室，其中射频信号从设置在ICP处理室外部的线圈传输到ICP处理室内的工艺气体，以在ICP处理室内产生等离子体，其中等离子体用于影响暴露于等离子体的衬底的状况的变化。图1示出了线圈121，射频信号从该线圈121传输到等离子体处理容积空间101中，以在等离子体处理空间101内产生暴露于衬底111的等离子体102。
在一些实施方案中，衬底111是经历制造过程的半导体晶片。然而，应该理解的是，在多种实施方案中，衬底111可以基本上是经受基于等离子体的制造工艺的任何类型的衬底。例如，在一些实施方案中，这里使用的术语衬底111可以指由蓝宝石、GaN、GaAs或SiC或其他衬底材料制成的衬底，并且可以包括玻璃面板/衬底、金属箔、金属片、聚合物材料等等。另外，在多种实施方案中，这里提到的衬底111可以在形式、形状和/或尺寸上变化。例如，在一些实施方案中，这里提到的衬底111可以对应于200mm(毫米)半导体晶片、300mm半导体晶片或450mm半导体晶片。而且，在一些实施方案中，这里提到的衬底111可以对应于非圆形衬底，诸如用于平板显示器等的矩形衬底，以及其他形状的衬底。
ICP处理室100的等离子体处理容积空间101形成在周围结构103内，在上部窗结构105下方并且在衬底支撑结构107上方。在一些实施方案中，周围结构103由导电材料(金属)形成，该导电材料在ICP处理室100的操作期间与等离子体处理容积空间101内存在的环境和材料机械和化学相容。在这些实施方案中，周围结构103可以电连接到参考地电位109。
衬底支撑结构107被配置为以可靠的方式支撑暴露于在等离子体处理容积空间101产生的等离子体102的衬底111。在一些实施方案中，衬底支撑结构107是包括一个或多个夹持电极109的静电卡盘，可以向夹持电极109提供电功率以产生用于将衬底111夹持到衬底支撑结构107上的静电场。在多种实施方案中，提供给一个或多个夹持电极109的电功率可以是射频功率、直流功率、或射频功率和直流功率的组合。
衬底支撑结构107还可以包括偏置电极113，可以向偏置电极113提供射频偏置功率，以在等离子体处理容积空间101内的衬底111水平处产生偏置电压(Vb)。从偏置电极113传输到等离子体处理容积空间101内的射频功率被称为偏置射频功率。在一些实施方案中，偏置射频功率由偏置射频信号发生器115产生，并穿过阻抗匹配电路117且穿过传输杆119传输到偏置电极113。传输杆119与ICP处理室100的周围结构103电绝缘。匹配电路117包括电容器和/或电感器的布置，其被配置为确保偏置射频信号发生器115在传输杆119处遇到的阻抗足够接近负载阻抗，偏置射频信号发生器115针对该负载阻抗设计来工作，使得由偏置射频信号发生器115产生和发射的射频信号将以有效(即没有不可接受的反射)的方式传输到等离子体处理空间101中。
ICP处理室100通过以下方式来操作：使一种或多种工艺气体流入等离子体处理容积空间101，并且将射频功率从线圈121提供到一种或多种工艺气体以将一种或多种工艺气体转换成暴露于衬底111的等离子体102，以便影响衬底111上的材料或表面状态的变化。线圈121设置在上部窗结构105上方。在图1的示例中，线圈121形成为径向线圈组件，其中线圈121的阴影部分转入图纸的页面，并且线圈121的无阴影部分转出图纸的页面。图2示出了根据本发明一些实施方案的图1的示例性线圈121的俯视图。然而，应该理解的是，在其他实施方案中，线圈121可以基本上是任何适合于将射频功率传输穿过上部窗结构105并进入等离子体处理容积空间101的配置。在多种实施方案中，线圈121根据需要可具有任意数量的匝数和任何横截面尺寸和形状(圆形，椭圆形、矩形、梯形等)，以提供射频信号穿过上部窗结构105进入等离子体处理空间101的必要传输。
从线圈121传输到等离子体处理容积空间101中的射频功率被称为等离子体初级射频功率。等离子体初级射频功率由初级射频信号发生器123产生，并穿过阻抗匹配电路125且穿过电连接127传输到线圈121。匹配电路125包括电容器和/或电感器的布置，该布置被配置成确保由线圈121处的初级射频信号发生器123遇到的阻抗足够接近负载阻抗，初级射频信号发生器123被针对该负载阻抗设计来工作，使得由初级射频信号发生器123提供给线圈121的射频信号将以有效(即没有不可接受的反射)的方式传输到等离子体处理容积空间101中。
而且，在一些实施方案中，线圈121可以包括多个部分或区域，其中多个部分或区域中的每一个相对于他们提供的射频信号的功率和频率是可独立控制的。例如，图3示出了根据本发明的一些实施方案的多区线圈121A，其包括两个独立受控的区域。在图3的示例中，多区线圈121A包括内区301和外区303。内区301被连接成通过相应的匹配电路307和电连接308接收来自相应的初级射频信号发生器305的射频信号。电匹配电路307包括电容器和/或电感器的布置，该布置被配置为确保由线圈121A的内区301处的主要射频信号发生器305遇到的阻抗足够接近负载阻抗，初级射频信号发生器305被针对该负载阻抗设计来工作，使得由初级射频信号发生器305产生和发射的射频信号将以有效(即没有不可接受的反射)的方式传输到等离子体处理容积空间101中。
并且，外区303被连接成通过相应的匹配电路311和电连接312接收来自相应的初级射频信号发生器309的射频信号。电匹配电路311包括电容器和/或电感器的布置，该布置被配置为确保由线圈121A的外区303处的主要射频信号发生器309遇到的阻抗足够接近负载阻抗，初级射频信号发生器309被针对该负载阻抗设计来工作，使得由初级射频信号发生器309产生和发射的射频信号将以有效(即没有不可接受的反射)的方式传输到等离子体处理容积空间101中。
应该理解，图3的多区线圈121A是作为示例呈现的。在多种实施方案中，多区线圈121A可包括任何数量的区域，每个区域跨越上部窗结构105上方的指定的对应径向范围。此外，应当理解，示例线圈121A中的匝数通过示例的方式表示。在多种实施方案中，线圈121A可具有任何数量的匝数和任何横截面尺寸和形状(圆形、椭圆形、矩形、梯形等)，以提供射频信号穿过上部窗结构105进入等离子体处理容积空间101的必要传输。
作为示例，ICP处理室100在多种基于等离子体的半导体制造应用中(例如在等离子体蚀刻中)的等离子体处理控制中具有某些优点。ICP处理室100提供对等离子体密度(离子通量/自由基通量)和离子能量的单独控制。具体地，可以通过从线圈121穿过上部窗结构105传输到等离子体处理体积空间101中的等离子体初级射频功率在一定程度上控制等离子体密度。并且，离子能量可以通过偏置电压(Vb)来控制，该偏置电压(Vb)通过从偏置电极113传输到等离子体处理容积空间101中的偏置射频功率在衬底水平产生。在一些半导体制造应用中，对等离子体密度和离子能量的分开的控制(其与离子通量和自由基通量直接相关)是特别有用的。例如，在图案化应用中，其中需要高等离子体密度以获得所需的蚀刻速率，并且其中需要低离子能量以减少对衬底上存在的一种或多种材料(例如光致抗蚀剂材料)的损坏。应当理解，除了图案化应用之外，许多其他基于等离子体的半导体制造应用也可受益于对等离子体密度和离子能量的分开的控制。
利用ICP处理室100，可以通过控制提供给线圈121的等离子体初级射频功率来增加等离子体密度，并且可以通过控制提供给偏置电极113的偏置射频功率来控制偏置电压(Vb)。此外，可能需要同时以不同方式控制等离子体初级射频功率/频率和偏置射频功率/频率以实现期望的结果。例如，在一些实施方案中，为了结合低离子能量获得增加的等离子体密度，等离子体初级射频功率需要是高的，同时偏置射频功率需要是低的。应当理解，在电容耦合等离子体(CCP)处理室(与ICP处理室相对)中不能对等离子体密度和离子能量的分开的控制，因为在CCP处理室中，由相同的射频功率源提供/控制等离子体密度和离子能量。
在一些制造应用中，在衬底水平处需要高密度等离子体以在衬底附近获得增加的离子通量和/或增加的自由基通量以在衬底上获得增加的相互作用速率，并且同时，在衬底水平处需要低离子能量以避免损坏衬底上的材料和/或减少入射到衬底上的离子通量的方向性，即，在衬底水平处具有更多的各向同性离子通量。在这些制造应用中，需要增加在衬底水平的等离子体密度而不增加在衬底水平的偏置电压(Vb)。例如，在图案化应用中，光致抗蚀剂材料可用于在蚀刻操作期间在衬底的部分上提供保护涂层。在这种情况下，高偏置电压(Vb)可以将离子能量增加到使得入射到光致抗蚀剂材料上的离子溅射光致抗蚀剂材料使其离开衬底的程度。并且，因为在整个蚀刻工艺期间，光致抗蚀剂材料必须保留，所以有意义的是将衬底水平的偏置电压(Vb)保持在低水平，例如小于200V(伏特)，以避免光致抗蚀剂材料溅射并避免过早损失光致抗蚀剂材料。
在一些情况下，从线圈121穿过上介电窗105传输到等离子体处理容积空间101中的等离子体初级射频功率在衬底水平不提供足够的等离子体密度来获得必要的蚀刻速率和/或蚀刻选择性。关于这一点的一个原因是从线圈121传输的等离子体初级射频功率产生的等离子体102的密度随着距线圈121的距离的增加而减小。因此，随着线圈121与衬底支撑结构107之间的距离增加，变得更难以在衬底水平获得所期望的等离子体密度。而且，提供给偏置电极113的偏置射频功率的较低频率在衬底111上产生直流偏置电压(Vb)，而对衬底111附近的等离子体密度没有太大贡献。
另外，由于上部窗结构105的过热造成的潜在损坏，可能无法简单地将提供给线圈121的等离子体初级射频功率增加超过规定的最大量，例如约3kW(千瓦)。而且，减小线圈121和衬底支撑结构107之间的距离将需要昂贵的ICP处理室100的重新设计，并且潜在地引起关于在衬底111水平处的等离子体均匀性的问题，并且存在其他挑战。
本文公开了用于提供在衬底111水平处的等离子体密度的增加而不引起在衬底111水平处的离子能量增加的方法和系统。本文公开的方法和系统可以用ICP处理室100实现，并且不需要向线圈121增加提供等离子体初级射频功率。本文公开的方法和系统使用偏置电极113来传输特别受控的射频信号进入等离子体处理容积空间101以在衬底111水平处局部地产生补充等离子体密度，而不增加在衬底111水平处的离子能量。
由偏置射频信号发生器115在衬底111水平处提供的偏置射频功率在衬底111水平处(即恰好在衬底上方)产生一定量的等离子体密度。通常，由偏置射频信号发生器115提供的射频信号产生的偏置电压(Vb)与这些射频信号(Vb∝1/f)的频率(f)成反比。因为偏置射频功率(Pb)由偏置电压(Vb)和偏置电流(Ib)的乘积给出，即(Pb＝Vb*Ib)，当偏置电压(Vb)较低时，偏置电流(Ib)必须相应地较高，以具有相同的偏置射频功率(Pb)。因此，为了从给定的偏置射频功率(Pb)获得较高的等离子体密度，必须具有较低的偏置电压(Vb)和相应较高的偏置电流(Ib)。并且，因为偏置电压(Vb)与偏置射频信号的频率(f)成反比，因此对于给定的偏置射频功率(Pb)，为了获得较低偏置电压(Vb)，可以增大偏置射频信号的频率(f)。因此，为了实现在衬底111水平处产生的等离子体密度的增加，同时保持偏置电压(Vb)较低，可以将较高频率(f)的射频信号提供给偏置电极113。
在衬底111水平处，有效等离子体密度是由等离子体初级射频功率产生的等离子体密度与由提供给偏置电极113的射频信号产生的等离子体密度之和。在衬底111水平处需要较高等离子体密度而不增加衬底111水平处的离子能量的一些实施方案中，补充的等离子体密度射频功率以高频率(例如，大于或等于约27MHz(兆赫兹))提供给偏置电极113，以便以低偏置电压(Vb)(例如，小于约200V)在衬底111水平处产生补充等离子体密度，并且还以低频率(例如，小于或等于约15MHz)将偏置射频功率提供给偏置电极113，以提供对偏置电压(Vb)的控制，并且将等离子体初级射频功率提供给线圈121以在等离子体处理容积空间101内产生等离子体102。
应当理解，在ICP处理室100中使用高频(例如，大于或等于约27MHz)的衬底水平的补充等离子体密度射频功率是不直观的，因为向偏置电极113提供在如此高的频率下的射频信号，不会产生可观量的偏置电压(Vb)，这通常是向偏置电极113提供射频信号的主要目的。另外，应该注意到，在由高频衬底水平的补充等离子体密度射频功率产生的补充等离子体中存在的离子更加扩散，以至于由于等离子体鞘中更多的离子散射而具有更宽的角分布。
在一些实施方案中，为了提供改进的工艺控制并且尤其是提供对等离子体内的离子密度和离子能量的分开的控制，三个射频信号发生器与ICP处理室100结合使用。图4根据本发明的一些实施方案示出了具有三个射频信号发生器的ICP处理室100。初级射频信号发生器123用于向线圈121提供等离子体初级射频功率。衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401用于向偏置电极113提供衬底水平的补充等离子体密度射频功率，如图4中的虚线所示，在衬底111水平处产生补充等离子体402，而不会明显增加衬底111水平处的离子能量。衬底水平处的补充等离子体密度射频信号发生器401发射高频(例如，大于或等于约27MHz)的射频信号，使其穿过相应的阻抗匹配电路403，到达传输杆119。此外，偏置射频信号发生器405用于向偏置电极113提供偏置射频功率，以在衬底111水平处产生偏置电压(Vb)，从而控制衬底111水平处的离子能量。偏置射频信号发生器405发射低频(例如，小于或等于约15MHz)的射频信号，使其穿过相应的阻抗匹配电路407，到达传输杆119。
在一些实施方案中，操作初级射频信号发生器123以产生在从约10MHz延伸到约15MHz的范围内的频率的射频信号，并且提供在从约1kW延伸到约4kW的范围内的等离子体初级射频功率，以在等离子体处理空间101内产生等离子体102。关于本文所述的射频信号的频率，术语“约”表示加或减所述频率值的10％。而且，关于本文所述的射频功率值，术语“约”表示加或减所述射频功率值的10％。在一些实施方案中，操作初级射频信号发生器123以产生频率为约13.56MHz的射频信号，并提供在从约1kW延伸至约4kW范围内的等离子体初级射频功率，以产生在等离子体处理容积空间101内的等离子体102。
在一些实施方案中，操作衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401以产生在从约27MHz延伸至约140MHz的范围内的高频下并且在延伸至高达约1kW的范围内的射频功率下的射频信号，以在等离子体处理空间101内的衬底111水平处产生补充等离子体密度402。在一些实施方案中，操作衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401以产生在约27MHz或约60MHz的高频率下并且在小于或等于约1kW或小于或等于约500W(瓦)或小于或等于约200W或小于或等于约100W的射频功率的射频信号，以在等离子体处理容积空间101内的衬底111水平处产生补充等离子体密度402。
在一些实施方案中，操作偏置射频信号发生器405以产生在从约100kHz(千赫兹)延伸到约15MHz的范围内的低频率下并且在从约5W延伸到约6kW的范围内的射频功率下的射频信号，以在等离子体处理容积空间101内的衬底111水平处产生偏置电压(Vb)。在一些实施方案中，操作偏置射频信号发生器405以产生在约13.56MHz或约1MHz的低频率下并且在从约5W延伸至约6kW的范围内或在延伸至高达约3kW的范围内的射频功率下的射频信号，以在等离子体处理容积空间101内的衬底111水平处产生偏置电压(Vb)。
在图4的ICP处理室100配置中，应该理解的是，衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401以较高的频率操作，以在衬底111水平处产生补充等离子体密度，以增加衬底111水平处的离子通量和/或自由基通量，而基本上无助于在衬底111水平处的偏置电压(Vb)的产生，即，不增加衬底111水平处的离子能量。并且，以较低频率操作偏置射频信号发生器405以在衬底111水平处产生偏置电压(Vb)，以控制离子在衬底111水平处相对于与衬底支撑结构107的顶表面垂直的参考方向的能量和方向性(入射角)。
在本发明的一些实施方案中，ICP处理室100包括第四射频信号发生器以及上面关于图4描述的三个射频信号发生器。例如，图5根据本发明的一些实施方案示出了图4的ICP处理室100的修改，以包括第二偏置射频信号发生器501。在该配置中，偏置射频信号发生器405被称为第一偏置射频信号发生器405。第二偏置射频信号发生器501发射低频射频信号，使其穿过相应的阻抗匹配电路503，到达传输杆119。如同在第一偏置射频信号发生器405，第二偏置射频信号发生器501还用于向偏置电极113提供偏置射频功率，以在衬底111水平处产生偏置电压(Vb)，从而控制衬底111水平处的离子能量。然而，应该理解和认识到，第二偏置射频信号发生器501可以以与第一偏置射频信号发生器405不同的频率操作，以提供对衬底111水平的离子能量分布和在衬底111水平处的离子的角度分布两者的增强的工艺控制。而且，应该理解和认识到，第二偏置射频信号发生器501和第一偏置射频信号发生器405的频率和/或功率电平可以在连续波操作中混合和/或可以以不同的电平脉冲。
在一些实施方案中，第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501以不同的频率操作。例如，第二偏置射频信号发生器501可以相对于第一偏置射频信号发生器405以较低的频率操作，以便在衬底111水平提供较低的离子角分布，使得离子沿相对于衬底111的平面更垂直地定向的方向接近衬底111。应当理解，较低的离子角分布在一些基于等离子体的制造应用(例如如在高深宽比蚀刻应用中等等)中是有用的，这些制造应用需要在衬底111水平处的离子通量的更强方向性。在示例实施方案中，第一偏置射频信号发生器405以约13.56MHz的频率操作，而第二偏置射频信号发生器501以大约1MHz或更小的频率操作。然而，应该理解的是，在其他实施方案中，第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501可以根据需要在其他频率下操作，以在衬底111水平处获得所需的离子能量分布和离子角分布。而且，在多种实施方案中，第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501都在从约5W延伸到约6kW的范围内或在延伸至高达约3kW的范围内的射频功率下操作。
图4和图5两者的ICP处理室100包括控制系统409，其配置成控制衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401、第一偏置射频信号发生器405、第二偏置射频信号发生器501和初级射频信号发生器123中的每一个的频率和功率。在一些实施方案中，一个或多个计量设备411可以设置在ICP处理室100内，以实现对在衬底111水平存在的偏置电压(Vb)的实时测量值。在一些实施方案中，一个或多个计量设备411可以实现为一个或多个离子能量分析器。在一些实施方案中，一个或多个计量设备411可以配置为测量等离子体电位。在一些实施方案中，一个或多个计量设备411可以实现为分别针对提供到等离子体处理容积空间101的各种频率的射频功率校准的一个或多个电压探针。应当理解，一个或多个计量设备411可基本上设置在ICP处理室100中的任何位置，包括在衬底支撑结构107内，同时考虑确保一个或多个计量设备411不会不利地影响产生和控制等离子体102和补充等离子体402。
在多种实施方案中，对于给定的ICP处理室100配置，射频功率与离子能量与离子密度的频率相关趋势可凭经验产生用于各种工艺参数组合(例如工艺气体化学品、工艺气体流率、温度、压力等的组合)。这些频率相关趋势可以在控制系统409内使用，以提供对衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401、第一偏置射频信号发生器405、第二偏置射频信号发生器501和初级射频信号发生器123中的每一个的频率和功率的静态或动态(实时)控制。
另外，尽管图5的示例实现了一个衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401，但是应该理解，在多种实施方案中，可以实现多于一个的可独立控制的衬底水平的补充等离子体密度射频发生器。在这些其他实施方案中，每个衬底水平的补充等离子体密度射频发生器将具有相应的匹配电路并连接成通过其匹配电路向偏置电极113提供射频信号。此外，尽管图5的示例实现了两个偏置射频信号发生器405和501，但应该理解，在多种实施方案中，可以实现多于两个可独立控制的偏置射频信号发生器。在这些其他实施方案中，每个偏置射频发生器将具有相应的匹配电路并且被连接成通过其匹配电路向偏置电极113提供射频信号。
图6A、6B和6C示出了根据本发明的一些实施方案的模拟结果，该模拟结果证明了使用衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401的效果。氩气用作工艺气体以产生图6A、6B和6C的模拟结果。图6A根据本发明的一些实施方案显示了衬底(晶片)上的氩离子通量(以每平方厘米每秒的离子为单位)与在整个衬底上的中心到边缘的径向距离(晶片半径)(以cm为单位)的函数关系的曲线图。具体地，图6A示出了衬底上的氩离子通量与在整个衬底上的中心到边缘的径向距离的函数关系的曲线图，其对应于初级射频信号发生器123在10MHz的频率和1kW的功率下的操作并且没有衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401、第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501中的任何一个的操作。图6A还示出了衬底上的氩离子通量与在整个衬底上的中心到边缘的径向距离的函数关系的曲线图，其对应于初级射频信号发生器123在10MHz的频率和3.5kW的功率下的操作并且没有衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401、第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501中的任何一个的操作。图6A还示出了衬底上的氩离子通量与在整个衬底上的中心到边缘的径向距离的函数关系的曲线图，其对应于初级射频信号发生器123在10MHz的频率和1kW的功率下的操作，结合衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401在60MHz的频率下、在500W功率下的操作，并且不操作第一偏置射频信号发生器405或第二偏置射频信号发生器501中的任一个。
图6A的模拟结果表明，以60MHz的频率在衬底111水平(即向偏置电极113)提供500W的射频功率，同时以10MHz的频率向线圈121提供1kW射频功率的情况下，衬底111表面上的离子通量是仅通过以10MHz的频率向线圈121提供1kW的射频功率所获得的离子通量的约四倍。因此，如图6A所示的结果表明，在衬底水平仅提供60MHz的频率下的500W的射频功率的情况下，等离子体密度和离子通量增加。图6A还示出了为了仅使用线圈121来匹配通过在衬底111水平处提供以60MHz的频率供应的500W射频功率并且结合以10MHz的频率向线圈121提供1kW的射频功率而获得的等离子体密度，单独工作的线圈121必须以10MHz的频率提供3.5kW的射频功率。应当理解，由于担心上部窗结构105的热致损坏和/或其他问题，将这样的高射频功率(例如，3.5kW)施加到线圈121可能超过可以安全地供应到线圈121的最大允许射频功率。而且，应当理解，与必须以几千瓦操作线圈121以在衬底水平产生补充等离子体密度相比，通过以几百瓦操作衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401来在衬底水平产生相同的补充等离子体密度更加能量有效。
图6B根据本发明的一些实施方案示出了对于仅以10MHz的频率向线圈121提供3.5kW的射频功率，并且不在衬底111水平(即不向偏置电极113)提供射频功率的情况下，离子能量(eV)与离子角度分布(相对于垂直于衬底111的平面的参考方向)的关系曲线图。图6C根据本发明的一些实施方案示出了对于以10MHz的频率向线圈121提供1kW的射频功率，并且在衬底111水平(即向偏置电极113)以60MHz的频率提供500W的射频功率的情况下，离子能量(eV)与离子角度分布(相对于垂直于衬底111的平面的参考方向)的关系曲线图。图6B和6C表明可以在不超过50V的低偏置电压(Vb)阈值的情况下完成衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401向偏置电极113提供高频射频功率的操作。由在60MHz的频率下操作的衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401产生的偏置电压(Vb)比通过以13.56MHz的低频率向偏置电极113提供射频所获得的偏置电压(Vb)小4到10倍。另外，作为比较点，以500W的偏置射频功率和60MHz的频率工作的电容耦合等离子体(CCP)处理室将产生大于200V的偏置电压(Vb)。
在一些实施方案中，由初级射频信号发生器123供应到线圈121的等离子体初级射频功率和由衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401供应的补充等离子体密度射频功率两者都以集成方式控制，以在衬底111上提供规定的等离子体密度分布。例如，在利用图3的多区域线圈121A的情况下，线圈121A的内区301和外区303可以独立操作以补偿整个衬底111上的等离子体密度分布中的会通过操作衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401以向偏置电极113提供补充的等离子体密度射频功率而引起的扰动。例如，如果衬底水平的补充等离子体密度射频发生器401的操作导致相对于衬底111的周边，在衬底111的中心附近的等离子体密度增加较高，则可以增加提供给线圈121A的外区303的等离子体初级射频功率和/或可以减小提供给线圈121A的内区301的等离子体初级射频功率，以便在整个衬底111上获得更均匀的等离子体密度分布，即，为了控制在整个衬底111上的中心到边缘的等离子体均匀性。
本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统可特别用于基于等离子体的制造应用，其中在衬底表面附近需要较高的等离子体密度，而衬底表面附近的离子能量不增加。本文公开的方法和系统的示例性目标应用是3D NAND阶梯蚀刻应用，其中光致抗蚀剂横向修整操作在衬底水平需要高等离子体密度和低离子能量两者，并且其中下伏的氧化物和/或氮化物层蚀刻操作需要高离子能量并朝向衬底的离子方向性增强。在该示例目标应用中，衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401可以被操作以在光致抗蚀剂横向修整操作期间向偏置电极113提供较高频率(27MHz或更大)的射频信号，并且可以在下伏的氧化物和/或氮化物层蚀刻操作期间关断。而且，在该示例性目标应用中，第一偏置射频信号发生器405和第二偏置射频信号发生器501中的一个或两个可以在光致抗蚀剂横向调整操作期间关断，并且可以操作以在下伏的氧化物和/或氮化物层蚀刻操作期间提供较低的频率(15MHz或更低的)射频信号到偏置电极113。在光致抗蚀剂横向修整操作期间使用衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401向偏置电极113提供高频射频功率可以将3D NAND阶梯蚀刻应用中的蚀刻速率提高100％或更多，而不会导致由于低偏压(Vb)和相应产生的相应低离子能量而对下伏层的损坏，从而可以将整体制造产量提高30％或更多。
本文公开的方法和系统的另一个示例性目标应用是用于制造逻辑器件和/或DRAM器件的极紫外(EUV)光刻应用，其中难以实现由于EUV光致抗蚀剂材料的极低厚度(通常小于或等于约20nm(纳米))而导致的DARC(介电抗反射涂层)材料的足够量的选择性。在EUV光刻应用中，在衬底水平处需要高自由基密度(即，高等离子体密度)以提供聚合物沉积以保护EUV光致抗蚀剂材料，并且需要低离子能量以避免损坏EUV光致抗蚀剂材料。在EUV光刻应用中，使用衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器401向偏置电极113提供高频射频功率将增加衬底水平的等离子体密度而不增加衬底水平的离子能量。
应当理解，3D NAND阶梯蚀刻和EUV光刻是目标应用的示例，其中本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统可以是有用的，但绝不限制本文公开的方法和系统。本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统可用于在ICP处理室内执行的任何基于等离子体的处理应用中，其中在衬底水平需要更高的等离子体密度，同时在衬底水平保持低偏置电压(Vb)。
图7示出了根据本发明一些实施方案的用于操作电感耦合等离子体处理室(100)的方法的流程图。该方法包括操作701，其用于将衬底(111)定位在电感耦合等离子体处理室(100)的等离子体处理容积空间(101)内的衬底支撑结构(107)上。该方法还包括操作703，其用于将第一射频信号从第一射频信号发生器(123)提供给设置在电感耦合等离子体处理室(100)的等离子体处理容积空间(101)外部的线圈(121/121A)。第一射频信号产生暴露于衬底(111)的等离子体(102)。在一些实施方案中，以从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率提供第一射频信号，并且以从约1千瓦延伸到约4千瓦的范围内的功率提供第一射频信号。
该方法还包括操作705，其用于从第二射频信号发生器(401)向衬底支撑结构(107)内的电极(113)提供第二射频信号，同时从第一射频信号发生器(123)向线圈(121/121A)提供第一射频信号。彼此独立地控制第一和第二射频信号发生器(123和401)。第二射频信号的频率大于或等于约27兆赫兹。第二射频信号在等离子体处理容积空间(101)内的衬底(111)的水平处产生补充等离子体密度(402)。第二射频信号在衬底(111)的水平产生小于约200伏的偏置电压(Vb)。
在一些实施方案中，以在从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率提供第二射频信号，并且以从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供第二射频信号。在一些实施方案中，以约27兆赫兹的频率提供第二射频信号，并且以从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供第二射频信号。在一些实施方案中，以约60兆赫兹的频率提供第二射频信号，并且以从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供第二射频信号。
在一些实施方案中，线圈(121A)包括多个可独立控制的径向区域(301、303等)。该方法还包括控制提供给线圈(121A)的多个可独立控制的径向区域(301、303等)的射频信号，以补偿由通过第二射频信号在衬底(111)的水平产生的补充等离子体密度引起的整个衬底(111)上的等离子体密度分布的扰动。
在一些实施方案中，该方法还包括操作707，其用于根据在衬底(111)上执行的处理配方从第三射频信号发生器(405)向衬底支撑结构(107)内的电极(113)提供第三射频信号。第一和第二和第三射频信号发生器(123和401和405)被彼此独立地控制。在一些实施方案中，第三射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率，并且第三射频信号以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率供应。第三射频信号在衬底(111)的水平处产生大于约200伏的偏压(Vb)。
在一些实施方案中，第三射频信号具有约13.56兆赫兹的频率。在一些实施方案中，在衬底(111)的基于定向离子的处理期间，从第三射频信号发生器(405)提供第三射频信号到衬底支撑结构(107)内的电极(113)，并且在衬底(111)的各向同性处理期间，不从第三射频信号发生器(405)向衬底支撑结构(107)内的电极(113)提供第三射频信号。
在一些实施方案中，该方法还包括操作709，其用于根据在衬底(111)上执行的处理配方从第四射频信号发生器(501)向衬底支撑结构(107)内的电极(113)提供第四射频信号。第一和第二和第三和第四射频信号发生器(123,401,405和501)被彼此独立地控制。在一些实施方案中，第四射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约1兆赫兹的范围内的频率，并且以从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率供应第四射频信号。在一些实施方案中，第四射频信号控制离子在衬底(111)的水平处的方向性。在一些实施方案中，第三射频信号具有约13.56兆赫兹的频率，并且第四射频信号具有约1兆赫兹的频率。
应该理解的是，本文公开了一种电感耦合等离子体处理系统。该系统包括包围等离子体处理容积101的等离子体处理室100。室100具有上部窗结构105。线圈121设置在室100外部的位置，以使得能从线圈121通过上部窗结构105传输射频信号到等离子体处理容积空间101内。衬底支撑结构107设置在室100内。衬底支撑结构107被配置为保持暴露于等离子体处理容积空间101的衬底111。电极113设置在衬底支撑结构107内。
连接第一射频信号发生器123以向线圈121提供第一射频信号。连接第二射频信号发生器401以向衬底支撑结构107内的电极113提供第二射频信号。可相对于第一射频信号发生器123独立控制第二射频信号发生器401。第二射频信号具有大于或等于约27兆赫兹的频率。第二射频信号被定义为当衬底111存在于衬底支撑结构107上时在衬底111的水平处产生补充等离子体密度。当衬底111存在于衬底支撑结构107上时，第二射频信号在衬底111的水平处产生小于约200伏的偏置电压(Vb)。
在一些实施方案中，第一射频信号发生器123被配置为以在从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率以及在从约1千瓦到约4千瓦的范围内的功率产生第一射频信号。而且，在一些实施方案中，第二射频信号发生器401被配置为产生在从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率下以及在从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率下的第二射频信号。
在一些实施方案中，电感耦合等离子体处理系统包括第三射频信号发生器405，其连接成将第三射频信号提供给衬底支撑结构107内的电极113。可相对于第一和第二射频信号发生器(123和401)独立控制第三射频信号发生器405。在一些实施方案中，第三射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率，并且以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率供应第三射频信号。当衬底111存在于衬底支撑结构107上时，第三射频信号在衬底111的水平处产生大于约200伏的偏置电压。
在一些实施方案中，电感耦合等离子体处理系统包括第四射频信号发生器501，其被连接成将第四射频信号提供给衬底支撑结构107内的电极113。可相对于第一和第二和第三射频信号发生器(123、401、405和501)独立控制第四射频信号发生器501。在一些实施方案中，第四射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约1兆赫兹的范围内的频率，并且以从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率供应第四射频信号。在一些实施方案中，当衬底111存在于衬底支撑结构107上时，第四射频信号控制在衬底111的水平处的离子的方向性。
另外，在电感耦合等离子体处理系统的一些实施方案中，线圈121A包括多个可独立控制的径向区域(301、303等)。电感耦合等离子体处理系统可以包括控制系统409，控制系统409被配置为控制提供给线圈121A的多个可独立控制的径向区域(301、303等)的射频信号，以在衬底111存在于衬底支撑结构107上时，补偿由通过第二射频信号在衬底111的水平处产生的补充等离子体密度引起的在整个衬底111上的等离子体密度分布的扰动。
本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统提供了许多益处，包括改进由更高沉积速率导致的离子辅助沉积，ICP处理室中更好的沉积质量，以及用于在许多应用(包括高深宽比应用)中的轮廓控制的更好的钝化/沉积。此外，本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统可以结合到利用和/或需要低偏压(Vb)(低离子能量)的现有的基于等离子体的制造应用中，尤其是在存在关于吞吐量、和/或选择性、和/或轮廓控制，和/或线粗糙度等方面的挑战的情况下。
此外，通过使用高频射频信号(大于或等于约27MHz)以在衬底水平产生补充等离子体密度，衬底附近的等离子体内的自由基和离子种类可以是不同的，这提供了关于选择性控制、和/或轮廓控制、和/或线粗糙度控制以及其他工艺参数和/或结果的改进机会，以及由于增加衬底表面的反应速率而导致的更高产量的益处。另外，与增加向在离衬底相当远的距离处的线圈121施加的初级射频功率以在衬底水平处获得等离子体密度的相同的增加相比，使用高频射频信号(大于或等于约27MHz)和较低的射频功率以在衬底水平处产生补充等离子体密度是更能量有效的。例如，在给定的目标应用中，可能需要向线圈121提供3kW以实现在衬底水平处的与可通过以60MHz向衬底支撑结构107中的偏置电极113提供500W的衬底水平的补充等离子体射频功率来实现的等离子体密度的增加相同的等离子体密度的增加。
本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统可以用于基本上在衬底表面附近需要增加的等离子体密度的任何应用中。并且，因为用于在衬底水平产生补充等离子体密度的高频射频信号(大于或等于约27MHz)不会在衬底水平产生大的偏置电压(Vb)，因此本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统还可以用于需要从衬底增加各向同性地去除材料的应用中，例如在光致抗蚀剂修整操作中。此外，应当理解，本文公开的衬底水平的补充等离子体密度产生方法和系统提供使用偏置射频信号发生器405/501(在朝向衬底的方向上)对离子的方向性和相应的蚀刻的分开控制，该偏置射频信号发生器405/501操作以提供较低频率(例如，13.56MHz、或1MHz、或其他低频)的射频信号。并且，这种对离子方向性的单独控制可以与衬底水平的补充等离子体密度射频信号发生器的操作同时或在时间上分开进行，以向偏置电极113提供高频射频信号，从而在衬底表面附近产生补充等离子体密度。
虽然为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述的实施方案，但是显而易见的是，可在所附权利要求书的范围内实施某些变化和修改方案。因此，本发明的实施方案应被视为是说明性的而不是限制性的，并且所述实施方案并不限于本文所给出的细节，而是可以在所描述的实施方案的范围和等同方案内进行修改。

Claims (20)

1.一种用于操作电感耦合等离子体处理室的方法，其包括：
将衬底定位在所述电感耦合等离子体处理室的等离子体处理容积空间内的衬底支撑结构上；
从第一射频信号发生器向设置在所述电感耦合等离子体处理室的所述等离子体处理容积空间外部的线圈提供第一射频信号，所述第一射频信号产生暴露于所述衬底的等离子体；以及
在从所述第一射频信号发生器向所述线圈提供所述第一射频信号的同时，从第二射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的电极提供第二射频信号，所述第一射频信号发生器和所述第二射频信号发生器被彼此独立地控制，所述第二射频信号具有大于或等于约27兆赫兹的频率，所述第二射频信号在所述等离子体处理容积空间内的所述衬底的水平处产生补充等离子体密度，所述第二射频信号在所述衬底的所述水平处产生小于约200伏的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以在从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率提供所述第一射频信号，并且其中所述第一射频信号以从约1千瓦延伸到约4千瓦的范围内的功率提供。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，以在从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率提供所述第二射频信号，并且其中以从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供所述第二射频信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中以约27兆赫兹的频率提供所述第二射频信号，并且其中以在从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供所述第二射频信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中以约60兆赫兹的频率提供所述第二射频信号，并且其中以在从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供所述第二射频信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈包括多个能独立控制的径向区域，所述方法还包括控制提供给所述线圈的所述多个能独立控制的径向区域的射频信号，以补偿由通过所述第二射频信号在所述衬底的所述水平处产生的所述补充等离子体密度引起的在整个所述衬底上的等离子体密度分布的扰动。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
根据在所述衬底上执行的处理配方，从第三射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第三射频信号，所述第一和第二和第三射频信号发生器被彼此独立地控制，所述第三射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率，所述第三射频信号以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率提供，所述第三射频信号在所述衬底的所述水平处产生大于约200伏特的偏置电压。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，以在从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率提供所述第一射频信号，并且其中以从约1千瓦延伸到约4千瓦的范围内的功率提供所述第一射频信号，并且
其中以在从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率提供所述第二射频信号，并且其中以在从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供所述第二射频信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第三射频信号具有约13.56兆赫兹的频率。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在对所述衬底的基于定向离子的处理期间，从所述第三射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的所述电极提供所述第三射频信号，并且其中在对所述衬底的各向同性处理期间，不从所述第三射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的所述电极提供所述第三射频信号。
11.根据权利要求7所述的方法，其还包括：根据在所述衬底上执行的所述处理配方，从第四射频信号发生器向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第四射频信号，所述第一和第二和第三和第四射频信号发生器被彼此独立地控制，所述第四射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约1兆赫兹的范围内的频率，所述第四射频信号以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率提供，所述第四射频信号控制在所述衬底的所述水平处的离子的方向性。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，以在从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率提供所述第一射频信号，并且其中以从约1千瓦延伸到约4千瓦的范围内的功率提供所述第一射频信号，并且
其中以在从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率提供所述第二射频信号，并且其中以在从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率提供所述第二射频信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三射频信号具有约13.56兆赫兹的频率，并且其中所述第四射频信号具有约1兆赫兹的频率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二射频信号具有约60兆赫兹的频率。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二射频信号具有约27兆赫兹的频率。
16.一种电感耦合等离子体处理系统，其包括：
包围等离子体处理容积空间的室，所述室具有上部窗结构；
线圈，其设置在所述室外部，在使得能从所述线圈将射频信号传输穿过所述上部窗结构进入所述等离子体处理容积空间内的位置；
设置在所述室内的衬底支撑结构，所述衬底支撑结构被配置为保持暴露于所述等离子体处理容积空间的衬底；
设置在所述衬底支撑结构内的电极；
第一射频信号发生器，其被连接成向所述线圈提供第一射频信号；以及
第二射频信号发生器，其被连接成向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第二射频信号，所述第二射频信号发生器能相对于所述第一射频信号发生器独立控制，所述第二射频信号具有大于或等于约27兆赫兹的频率，所述第二射频信号被定义为当所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时在所述衬底的水平处产生补充等离子体密度，所述第二射频信号在所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时在所述衬底的所述水平处产生小于约200伏的偏置电压。
17.根据权利要求16所述的电感耦合等离子体处理系统，其中，所述第一射频信号发生器被配置为以从约10兆赫兹延伸到约15兆赫兹的范围内的频率以及在从约1千瓦延伸到约4千瓦的范围内的功率产生所述第一射频信号，并且
其中所述第二射频信号发生器被配置成以从约27兆赫兹延伸到约140兆赫兹的范围内的频率以及从约5瓦延伸到约1千瓦的范围内的功率产生所述第二射频信号。
18.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体处理系统，其还包括：
第三射频信号发生器，其被连接成向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第三射频信号，所述第三射频信号发生器能相对于所述第一和第二射频信号发生器独立控制，所述第三射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约15兆赫兹的频率，所述第三射频信号以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率提供，所述第三射频信号在所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时在所述衬底的所述水平处产生大于约200伏特的偏置电压。
19.根据权利要求18所述的电感耦合等离子体处理系统，其还包括：
第四射频信号发生器，其被连接成向所述衬底支撑结构内的所述电极提供第四射频信号，所述第四射频信号发生器能相对于所述第一和第二和第三射频信号发生器独立控制，所述第四射频信号具有在从约100千赫兹延伸到约1兆赫兹的范围内的频率，所述第四射频信号以在从约5瓦延伸到约6千瓦的范围内的功率提供，当所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时，所述第四射频信号控制在所述衬底的水平处的离子的方向性。
20.根据权利要求16所述的电感耦合等离子体处理系统，其中所述线圈包括多个能独立控制的径向区域，所述电感耦合等离子体处理系统包括控制系统，所述控制系统被配置成控制提供给所述线圈的所述多个能独立控制的径向区域的射频信号，以在所述衬底存在于所述衬底支撑结构上时补偿由通过所述第二射频信号在所述衬底的水平所产生的所述补充等离子体密度引起的在整个所述衬底上的等离子体密度分布的扰动。
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