CN112534544A

CN112534544A - 控制等离子体加工的系统和方法

Info

Publication number: CN112534544A
Application number: CN201980051970.5A
Authority: CN
Inventors: 彼得·文特泽克; 陈志英; 阿洛科·兰詹
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-03-19
Also published as: JP7369896B2; JP2021534544A; TW202025218A

Abstract

一种等离子体加工方法包括：生成源功率脉冲的第一序列；生成偏置功率脉冲的第二序列；将该第二序列中的这些偏置功率脉冲与该第一序列中的这些源功率脉冲组合，以形成交替的源功率脉冲和偏置功率脉冲的组合序列；以及使用该组合序列生成包括离子的等离子体并且通过将这些离子传送到衬底的主表面来加工该衬底。

Description

控制等离子体加工的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月14日提交的美国临时申请号62/718,454和于2018年8月30日提交的美国临时申请号62/724,879以及于2018年12月17日提交的美国非临时申请号16/221,971的优先权，这些申请特此通过援引以其全文并入。

技术领域

本发明总体上涉及等离子体加工，并且在具体实施例中，涉及控制等离子体加工的系统和方法。

背景技术

微电子工件内的器件形成可以涉及包括衬底上多个材料层的形成、图案化和去除在内的一系列制造技术。为了实现当前和下一代半导体器件的物理和电气规格，对于各种图案化工艺而言，期望在维持结构完整性的同时减小特征尺寸的加工流程。

等离子体工艺通常用于在微电子工件中形成器件。例如，等离子体刻蚀和等离子体沉积是半导体器件制作期间的常见工艺步骤。在等离子体加工期间，可以使用源功率和偏置功率的组合来生成和引导等离子体。图18展示了在等离子体加工期间用于施加源功率和偏置功率的常规时序图。在顶部的图中，源功率或偏置功率不存在明显的脉冲。在中间的图中，施加没有脉冲的连续偏置功率，同时施加源脉冲。在底部图中，施加没有脉冲的连续源功率，同时施加偏置脉冲。

发明内容

根据本发明的实施例，一种等离子体加工方法包括：生成源功率脉冲的第一序列；生成偏置功率脉冲的第二序列；将该第二序列中的这些偏置功率脉冲与该第一序列中的这些源功率脉冲组合，以形成交替的源功率脉冲和偏置功率脉冲的组合序列；以及使用该组合序列生成包括离子的等离子体并且通过将这些离子传送至衬底的主表面来加工该衬底。

根据本发明的另一个实施例，一种等离子体加工方法包括将源功率提供至等离子体加工室以生成等离子体。该源功率包括多个源功率脉冲。该方法进一步包括将包括多个偏置功率脉冲的偏置功率提供至该等离子体加工室。将该多个源功率脉冲和该多个偏置功率脉冲组合以形成脉冲序列。该脉冲序列中的每个脉冲包括该多个源功率脉冲中的源功率脉冲、该多个偏置功率脉冲中的偏置功率脉冲以及该SP脉冲的一部分或者该BP脉冲的一部分处于高振幅状态的时间间隔。

根据本发明的仍另一个实施例，一种等离子体加工系统包括控制器，该控制器被配置成生成源功率脉冲的第一序列和偏置功率脉冲的第二序列。该控制器被进一步配置成将该第二序列中的这些偏置功率脉冲与该第一序列中的这些源功率脉冲组合，以形成交替的源功率脉冲和偏置功率脉冲的组合序列。该等离子体加工系统进一步包括等离子体加工室，该等离子体加工室耦合到该控制器并且被配置成生成包括使用该组合序列生成的离子的等离子体。该等离子体加工室被配置成支撑用于接收所生成的离子的衬底。

附图说明

为了更完整地理解本发明和其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：

图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的脉冲序列的示意性时序图和对应的定性曲线图；

图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示例等离子体加工系统的框图；

图3展示了根据本发明的实施例的包括反同步偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图4展示了根据本发明的实施例的包括高频射频(RF)源功率脉冲和低频RF偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图5展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和低频方波偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图6展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和脉冲式DC偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图7展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和交替极性脉冲式DC偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图8展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括等离子体电位耦合元件的示例等离子体加工系统的框图；

图9展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括电位控制功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图10展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括电子束源的示例等离子体加工系统的框图；

图11展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括电子束功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图12展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括导电网格的示例等离子体加工系统的框图；

图13展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括网格控制脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图；

图14展示了根据本发明的实施例的生成可用于在等离子体加工期间主动控制离子角度分布函数的控制律的示例方法的流程图；

图15展示了根据本发明的实施例的前馈控制等离子体工艺的示例方法的流程图；

图16展示了根据本发明的实施例的在等离子体加工期间进行控制的示例方法；

图17展示了根据本发明的实施例的示例等离子体加工方法；以及

图18展示了包括源功率和偏置功率的若干个常规时序图。

除非另外指示，否则不同图中的对应标记和符号通常指代对应的部分。绘制图以清楚地展示实施例的相关方面，并且这些图不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征范围的终止。

具体实施方式

下文详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例可应用于各种各样的具体情况。所讨论的具体实施例仅是制作和使用各种实施例的具体方式的说明并且不应在有限的范围内解释。

离子能和离子角度可能会影响各种等离子体工艺的质量、均匀性、选择性和可预测性。例如，为了实现高纵横比特征的各向异性刻蚀，可能期望生成完全单向的竖直离子束。另外，也可能期望能够使用操纵角度的离子分布来调整、校正和控制这些定向离子。这种操纵角度的离子分布例如可以用于形成触点、鳍、栅极线、其他前端或后端加工和一般的图案化步骤以及其他工艺。

然而，被广泛接受的是，本领域中没有主动控制机制来控制在等离子体加工期间入射到微电子器件的形貌特征上的离子的角度。将绝对竖直或基本竖直的离子传送至衬底表面可以是有益的。另外地，在考虑和/或校正图案化结构的侧壁上的散射的同时控制传送至结构中的离子束的角度也可以是有益的。例如，对离子分布角度的这种控制对于高纵横比接触(HARC)型刻蚀和图案化应用以及其他刻蚀/沉积工艺可能有用。

如本文描述的，提供了控制离子角度分布以用于微电子工件(或衬底)的等离子体加工的实施例。所披露的实施例控制在等离子体加工期间向微电子工件(例如，半导体晶片)施加交流(AC)功率和/或施加脉冲式直流(DC)功率。通过这些技术，所披露的实施例可以提供各种优点(包括控制被传送至微电子工件的离子的角度分布)。鉴于以下描述，另外的实施方式和优点对于本领域技术人员而言也可以是显而易见的。

在各种实施例中，一种加工微电子工件的方法包括将源功率提供至等离子体加工室以生成等离子体。等离子体例如可以用于比如刻蚀、沉积、清洁、灰化等等离子体工艺。对提供至等离子体加工室的源功率施以脉冲。具体地，对到等离子体加工室的功率施以脉冲可以包括使功率在导通状态与关断状态之间交替，由此形成一系列时间上不同的脉冲。该方法进一步包括将偏置功率提供至等离子体加工室。偏置功率可以使所生成的等离子体中的带电粒子朝安置在等离子体加工室中的微电子工件加速。对提供至等离子体加工室的偏置功率也施以脉冲。然而，源功率脉冲和偏置功率脉冲在时间上至少部分地不重叠。

本文描述的各种实施例提供用于控制离子角度分布以及离子能量以用于将离子传送至表面以比如在反应性离子刻蚀或等离子体沉积等中进行等离子体加工的系统和方法。这些用于离子角度分布的控制技术也可以有助于原子级刻蚀(ALE)和原子级沉积(ALD)以及空间ALE/ALD和/或其他工艺。如本文描述的各种实施例提供反相、反同步和/或异相源功率和偏置功率脉冲施加。另外，通过并入用于控制等离子体电位的一种或多种另外的机制，可以进一步增强这些技术。还可以以延迟的方式从源等离子体或在与源等离子体相同的时间对这些另外的机制施以脉冲。可以使用如本文描述的实施例来调制和控制比如离子温度(T_i)、电子温度(T_e)、电子密度(n_e)、鞘电压降(V_s)等各种等离子体特性。

下文提供的实施例描述了操作等离子体加工系统的各种系统和方法，并且具体地，包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的方法。以下描述描述了实施例。使用图1描述了包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的实施例方法的示例示意性时序图和定性曲线图。使用图2描述了包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的实施例等离子体加工系统。使用图3描述了包括反同步偏置功率脉冲的控制等离子体加工的实施例方法的两个示例示意性时序图。使用图4至图7描述了展示包括一个源功率脉冲和一个偏置功率脉冲的单个循环的控制等离子体加工的实施例方法的若干个示例示意性时序图。使用图8和图9描述了包括等离子体电位耦合元件的实施例等离子体加工系统和实施例方法的对应示意性时序图。使用图10和图11描述了包括电子束源的实施例等离子体加工系统和实施例方法的对应示意性时序图。使用图12和图13描述了包括导电网格的实施例等离子体加工系统和实施例方法的对应示意性时序图。使用图14描述了生成可用于在等离子体加工期间主动控制离子角度分布函数(IADF)的控制律的实施例方法的示例流程图。使用图15描述了前馈控制等离子体工艺的实施例方法的示例流程图。使用图16和图17描述了两种实施例方法。

图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的脉冲序列的示意性时序图和对应的定性曲线图。源功率耦合到等离子体加工系统的等离子体加工室并且用于生成用于加工微电子工件的等离子体。偏置功率也耦合到等离子体加工室并且除了其他功能之外还可以用于使离子朝微电子工件的表面加速。

参考图1，时序图100包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件(例如，半导体晶片)的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图100包括具有在时间上至少部分地不重叠的一个或多个源功率(SP)脉冲11和偏置功率(BP)脉冲12的脉冲序列。例如，源功率1可以是AC功率，该AC功率在导通状态与关断状态之间切换以生成SP脉冲11(AC功率的频率高于SP脉冲11的频率)。类似地，偏置功率2也可以是AC功率。例如，偏置功率2可以被实施为RF功率并且可以具有DC自偏置。替代性地，源功率1和偏置功率2中的一者或两者可以是DC功率。

在各种实施例中，脉冲序列是周期性的(具有脉冲调制周期5)并且包括多个SP脉冲11和BP脉冲12。然而，在一些情况下，脉冲序列可以指单个SP脉冲和单个BP脉冲。进一步，尽管周期性可以是有益的，但是不存在脉冲序列是周期性的或者SP脉冲具有与BP脉冲相同的周期的严格要求。

如曲线图102所示，所生成的等离子体的温度曲线31和密度曲线32根据时序图100的所施加的源功率1来改变。SP脉冲11生成由比如电子密度n_e、电子温度T_e和离子温度T_i等各种等离子体参数的增加表征的等离子体辉光相。SP脉冲11的初始施加可能产生等离子体温度(例如，T_e和T_i)的尖峰21，对于SP脉冲的剩余部分，该尖峰松弛到伪平衡状态23。SP脉冲结束之后，等离子体进入余辉相，在该余辉相期间，离子和电子可以冷却下来，从而导致T_e、T_i降低。电子和离子通过双极扩散而扩散到壁上，从而导致n_e降低。在各种实施例中，在余辉相期间，施加BP脉冲以使离子朝微电子工件的表面加速。

如曲线图102所展示的，在余辉相中，T_e和T_i可以比n_e更迅速地降低。由于电子密度n_e与可用离子相关，因此在余辉相期间施加BP脉冲可能特别有效，以便使低温离子向微电子工件的表面加速。在余辉相期间，等离子体电流也可以减小。当施加偏置功率(例如，使用BP脉冲)时，此电流降可以允许跨余辉相中的等离子体鞘V_DC(RF DC自偏置电压)的大的电压差V_p。增加的电压差V_p和时间平均DC电压降V_DC连同较低的离子温度一起可以改善离子通量的定向性。

因此，SP脉冲和BP脉冲在时间上至少部分地不重叠。在各种实施例中，如时序图100所展示的，SP脉冲和BP脉冲是完全异相的。在其他实施例中，SP脉冲和BP脉冲可以部分地重叠。因此，该方法的实施例既包括在没有偏置功率2的情况下施加源功率1的非零时间间隔，也包括在没有源功率1的情况下施加偏置功率2的非零时间间隔。

在一些情况下，将基本上竖直的离子传送至被加工的表面可以被认为是有利的。离子在表面处的入射角度的平均偏差可以被称为角展度。角展度可能是由于离子在等离子体鞘中的散射以及离子在通过等离子体鞘朝表面加速之前在等离子体内的随机热运动引起的。可以通过从等离子体鞘中存在的电场得到的定向性来实现角展度的变窄，而随机热运动可以导致角展度加宽。在等离子体鞘中生成电场的一种方法可以是施加偏置功率。通常，给定离子角度分布的角展度<θ>可以由以下比例方程描述：

从方程(1)可以看出，随着离子温度T_i增加，角展度<θ>增加，从而产生较少的竖直离子。类似地，根据方程(1)，随着偏置电压V_DC增加，角展度<θ>减小，导致较多的竖直离子。因此，在T_i相对较低时向等离子体加工室施加偏置功率2以增加工件表面处的离子的竖直度可能是有利的。应当注意的是，在方程1中，离子温度T_i通常以电子伏特(eV)表示，而偏置电压V_DC以伏特(V)表示，这方便地允许从方程(1)的分母中省略离子的电荷(+1)。

仍参考图1，可以通过脉冲调制工艺参数来定义时序图100的脉冲序列。脉冲调制工艺参数可以包括与源功率1序列相对应的SP脉冲宽度3和SP脉冲振幅4以及与偏置功率2序列相对应的前缘偏置偏移6、BP脉冲宽度7、BP脉冲振幅8和后缘偏置偏移9。具体地，每个SP脉冲11包括SP脉冲宽度3和SP脉冲振幅4，而每个BP脉冲12包括BP脉冲宽度7和BP脉冲振幅8。应该提到的是，除非另有说明，否则如本文使用的振幅是指给定脉冲的平均峰间振幅。

如图1所示，SP脉冲11和BP脉冲12可以在时间上完全不重叠。在此特定情况下，SP脉冲宽度3是在没有偏置功率2的情况下施加源功率1作为SP脉冲的时间间隔，而BP脉冲宽度7是在没有源功率1的情况下施加偏置功率2作为BP脉冲的时间间隔。在SP脉冲11和BP脉冲12部分地不重叠的实施例中，不重叠的时间间隔可以包括SP脉冲宽度3和/或BP脉冲宽度7的各部分。

对于SP脉冲11和BP脉冲12两者，可以通过选择给定脉冲调制周期5的占空比(％)来实施特定脉冲宽度。例如，如果将脉冲调制周期设置为150μs，则56％的源功率占空比(％)和28％的偏置功率占空比(％)将产生84μs SP脉冲宽度和42μs BP脉冲宽度。在一个实施例中，源功率1和偏置功率2具有相同的脉冲调制周期。替代性地，源功率1和偏置功率2可以利用单独的脉冲调制周期操作。

可以有利地使用SP脉冲11的关断时间来控制离子和/或其他自由基到微电子工件的表面的通量。例如，诸位发明人已经发现，当将SP关断时间(6/7/9)设置为小于L²/sD时，可以维持恒定的自由基通量，其中，L是等离子体加工室的关键尺寸，D是维持恒定通量的物种的扩散系数，并且s是物种的粘附系数。例如，L可以是产生离子/自由基的位置与最近的壁之间的距离。在一个实施例中，L是源区域(即，离子/自由基出现的位置)与SP耦合元件之间的距离。在各种实施例中，对SP关断时间的调整可以增加或减少离子和/或其他自由基到工件表面的通量。

如图1所展示的，SP脉冲11与BP脉冲12之间的延迟可以被称为前缘偏置偏移6。前缘偏置偏移6可以被实施为脉冲调制周期5的百分比。例如，前缘偏置偏移可以在脉冲调制周期5的-10％至+10％之间变化。替代性地，前缘偏置偏移6可以被设置为特定时间值。例如，继续源功率1和偏置功率2具有设置为150μs的相同脉冲调制周期的以上情况，10％的前缘偏置偏移将导致SP脉冲的后缘与BP脉冲之间有15μs的延迟。在前述示例中，前缘偏置偏移6被设置为正。然而，前缘偏置偏移6也可以为零或负。

类似地，BP脉冲12与SP脉冲11之间的延迟可以被称为后缘偏置偏移9并且可以通过SP脉冲宽度3、前缘偏置偏移6和BP脉冲宽度7的组合来实施。继续以上示例，56％的源功率占空比(％)、10％的前缘偏置偏移和28％的偏置功率占空比(％)占整个脉冲调制周期的94％。因此，在此特定示例中，在BP脉冲的后缘与SP脉冲的前缘之间存在等于脉冲调制周期的6％的延迟。由于脉冲调制周期为150μs，因此作为后缘偏置偏移9的此延迟等于9μs。类似于前缘偏置偏移6，后缘偏置偏移9不需要为正，也可以为零或负。

脉冲振幅可以由对应的高振幅状态和低振幅状态定义。例如，高振幅和低振幅可以是电压电平。具体地，SP脉冲11中的每一个可以在SP低振幅状态13与SP高振幅状态14之间振荡，而BP脉冲12中的每一个可以在BP低振幅状态17与BP高振幅状态18之间振荡。可以将正DC偏置或负DC偏置施加到源功率1或偏置功率2中的一者或两者，使得相应的高振幅和低振幅达到期望的电平。

应该提到的是，温度曲线31和密度曲线32两者本质上都是定性的。因此，尽管该温度曲线和该密度曲线都可以指示与脉冲序列对比如T_e、T_i和n_e等等离子体参数的影响相关联的重要现象，但该温度曲线和该密度曲线都不旨在以特定比例绘制或定量准确。此外，为了清楚起见，可以进行简化。例如，电子温度T_e和离子温度T_i已经在曲线图102中表示为单个曲线，因为曲线的形状是类似的，即使T_e比冷等离子体中的T_i大至少一个数量级。

图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示例等离子体加工系统的框图。图2的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，比如图1的方法。

参考图2，等离子体加工系统200包括耦合到等离子体加工室210的SP耦合元件15。SP耦合元件可以允许将源功率施加到等离子体加工室210，从而导致等离子体60的生成。在各种实施例中，SP耦合元件15是定位于等离子体加工室210周围的导电线圈并且在一个实施例中是四分之一波螺旋谐振器。在另一个实施例中，SP耦合元件15是半波螺旋谐振器，该半波螺旋谐振器可以被实施为定位于等离子体加工室210上方的平面螺旋线圈。替代性地，作为示例，可以采用比如天线、板电极或波导等其他SP耦合元件。

等离子体加工系统200进一步包括耦合到等离子体加工室205的BP耦合元件19。BP耦合元件19可以实现将偏置功率施加到被加工的微电子工件。在各种实施例中，BP耦合元件19是衬底固持器并且在一个实施例中是静电吸盘。

可以使用包括SP脉冲调制电路51的SP控制路径201将源功率耦合到等离子体加工室210。SP脉冲调制电路51可以在SP高振幅状态14与SP低振幅状态13之间调制源信号。例如，如关于图1所描述的，经调制源信号可以与SP脉冲11相对应。经调制源信号可以由SP函数发生器20接收，该SP函数发生器可以将波形叠加到经调制源信号上。SP函数发生器20还可以可选地包括被配置为增加经调制源信号的振幅的放大电路。

叠加波形的频率可以高于脉冲调制频率。在各种实施例中，叠加波形的频率可以是RF频率并且在一个实施例中为约13.56MHz。因此，所得的SP脉冲中的每一个可以包括叠加波形的若干个循环。波形形状可以包括比如正弦波、方波、锯齿波等周期性波形。替代性地，波形形状可以包括非周期性波，比如各种频率的多个正弦波的叠加以生成任意波形形状。

SP控制路径201可以包括可选的SP阻抗匹配网络25。由SP函数发生器20生成的SP脉冲可以在通过SP耦合元件15耦合到等离子体加工室210之前穿过可选的SP阻抗匹配网络25。在某些等离子体加工系统中，比如当SP耦合元件15是以感应方式耦合到等离子体60的谐振结构时，可以省略可选的SP阻抗匹配网络25。相反，当SP耦合元件15是非谐振的时，可以包括可选的SP阻抗匹配网络25。可选的SP阻抗匹配网络25可以用于通过将负载的阻抗与电源的阻抗匹配来确保源功率被高效地耦合到等离子体60。

仍参考图2，偏置功率可以使用BP控制路径202耦合到等离子体加工室210。BP控制路径202可以通过脉冲调制定时电路252耦合到SP控制路径201。脉冲调制定时电路252可以相对于对由SP控制路径201生成的SP脉冲的定时来确定对BP脉冲的定时。脉冲调制定时电路252可以从SP脉冲调制电路51接收信号并且引入由SP脉冲的前缘或后缘触发的延迟。例如，如果前缘偏置偏移参数被设置为脉冲调制周期的8％，则脉冲调制定时电路252可以在由SP脉冲的后缘触发之后引入等于脉冲调制周期的8％的延迟。替代性地，如果脉冲调制定时电路252被配置成由SP脉冲的前缘触发，则可以由脉冲调制定时电路252引入脉冲调制周期的8％加上源功率占空比(％)的延迟。替代性地，脉冲调制定时电路252可以相对于对由BP控制路径202生成的BP脉冲的定时来确定对SP脉冲的定时。

类似于SP控制路径201，BP控制路径202可以包括由脉冲调制定时电路252触发的可选的BP脉冲调制电路53。可选的BP脉冲调制电路53可以在BP高振幅状态与BP低振幅状态之间调制偏置信号。例如，如关于图1所描述的，经调制偏置信号可以与BP脉冲12相对应。替代性地，可以省略可选的BP脉冲调制电路53，并且延迟的经调制源信号可以与BP脉冲相对应。

经调制偏置信号可以由可选的BP函数发生器30接收。可选的BP函数发生器30可以将波形叠加到经调制偏置信号上。该波形可以与叠加在经调制源信号上的波形类似或不同并且可以具有如先前描述的任何期望的波形形状。可选的BP函数发生器30还可以可选地包括用于增加经调制偏置信号的振幅的放大电路。在一个实施例中，传送至等离子体加工室210的偏置功率为DC功率。在此情况下，可以省略可选的BP函数发生器30。在需要放大但不需要函数生成的一些情况下，可以代替可选的BP函数发生器30包括放大电路。

在可选的BP函数发生器30与BP耦合元件19之间的BP控制路径202中还包括BP阻抗匹配网络35。BP阻抗匹配网络可以用于通过将负载的阻抗与电源的阻抗匹配来确保偏置功率被高效地耦合到等离子体加工室210。

上文描述的元件中的一个或多个元件可以包括在控制器中。例如，如图2所示，SP脉冲调制电路51、脉冲调制定时电路252和可选的BP脉冲调制电路53可以包括在控制器250中。控制器250可以相对于等离子体加工室210本地定位。替代性地，控制器250可以相对于等离子体加工室210远程定位。控制器250可以能够与SP控制路径201和BP控制路径202中包括的元件中的一个或多个元件交换数据。阻抗匹配网络中的每一个可以由控制器250控制或可以包括单独的控制器。

控制器250可以被配置成设置、监测和/或控制与生成等离子体以及将离子传送至微电子工件的表面相关联的各种控制参数。控制参数可以包括但不限于源功率和偏置功率两者的功率电平、频率和占空比(％)以及偏置偏移百分比。也可以使用其他控制参数集。例如，SP脉冲和BP脉冲的脉冲宽度以及偏置偏移可以直接输入，而不是被定义为脉冲调制周期的占空比(％)。

图3展示了根据本发明的实施例的包括反同步偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。例如，图3的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图3，时序图300包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图300包括具有一系列50％SP脉冲311和50％BP脉冲312的共享脉冲调制周期305的周期性脉冲序列。50％SP脉冲311和50％BP脉冲312两者在共享脉冲调制周期305的一半内被施以脉冲，该共享脉冲调制周期对应于100％占空比(％)。即，50％SP脉冲311具有带有50％占空比(％)的50％SP脉冲宽度303，并且50％BP脉冲312具有带有50％占空比(％)的50％BP脉冲宽度307。

在一个实施例中，共享脉冲调制周期305为约200μs。因此，在此实施例中，50％SP脉冲宽度303为约100μs，并且50％BP脉冲宽度307为约100μs。在其他实施例中，共享脉冲调制周期305可以是任何期望的长度。例如，共享脉冲调制周期305可以小于或大于200μs。在各种实施例中，共享脉冲调制周期305为大约几微秒(μs)。在其他实施例中，共享脉冲调制周期305可以为大约几毫秒(ms)或秒(s)。在一个实施例中，共享脉冲调制周期305为约1s。

仍参考图3，时序图320与包括利用共享脉冲调制周期305被施以脉冲的源功率1和偏置功率2的时序图300类似。然而，在时序图320中，在50％SP脉冲311与<50％BP脉冲322之间包括非零前缘偏置偏移326。由于50％SP脉冲311的关断时间等于50％占空比(％)，因此<50％BP脉冲322的<50％BP脉冲宽度327等于小于50％的占空比(％)。具体地，<50％BP脉冲宽度327等于50％占空比(％)减去非零前缘偏置偏移326。

在一个实施例中，共享脉冲调制周期305为约200μs，非零前缘偏置偏移326为约20μs并且<50％BP脉冲宽度327为约80μs。因此，在此实施例中，50％SP脉冲宽度303为约100μs。这对应于约10％占空比(％)的非零前缘偏置偏移326和约40％占空比(％)的<50％BP脉冲宽度327。在其他实施例中，非零前缘偏置偏移326可以是小于共享脉冲调制周期305的任何期望的长度。例如，非零前缘偏置偏移326可以小于或大于20μs。

由于50％SP脉冲311和50％BP脉冲312在时间上完全不重叠并且共享共享脉冲调制周期305，因此50％SP脉冲311和50％BP脉冲312是反同步的。即，50％SP脉冲311与50％BP脉冲312是异相的，因为当50％BP脉冲312处于低振幅状态时，50％SP脉冲311仅处于高振幅状态。此外，在50％SP脉冲311和50％BP脉冲312共享相同调制周期的意义上，这些50％SP脉冲和这些50％BP脉冲是同步的。这种异相同步关系可以被称为反同步关系。类似地，50％SP脉冲311和<50％BP脉冲322也彼此反同步。

将反同步BP脉冲传送至等离子体加工室可以有益地增加BP脉冲的有效性。例如，在SP脉冲的高振幅状态期间，能量被耦合到等离子体以生成离子。离子的热能在增加，这可以增加热运动。离子的随机热运动通常可以将水平速度分量引入到由偏置功率赋予的竖直速度。另外，在SP脉冲的高振幅状态期间，到被加工的衬底的电流可以较大，这在功率固定时可以降低到衬底的电压。因此，与在SP脉冲的低振幅状态期间施加BP脉冲相比，在SP脉冲的高振幅状态期间施加偏置功率在生成竖直或近竖直离子方面可能不那么有效。

除了其他因素之外，还可以基于等离子体的冷却速率来确定非零前缘偏置偏移326。例如，由于在SP脉冲与BP脉冲之间的延迟期间关断了源功率1，因此生成的等离子体可能失去功率，并且带电粒子的温度和密度可能降低。因此，与由接下来的BP脉冲感应的鞘电压V_S相比，非零前缘偏置偏移326可以有利地允许离子温度T_i较低。

时序图300和时序图320是如先前描述的时序图100的特定情况。例如，时序图300与这样的场景相对应：其中，SP脉冲宽度3等于50％占空比(％)并且前缘偏置偏移6和后缘偏置偏移9两者等于零。类似地，时序图320与这样的场景相对应：其中，SP脉冲宽度3等于50％占空比(％)，前缘偏置偏移6为非零且为正，并且后缘偏置偏移9等于零。鉴于本文描述的实施例，通过改变脉冲调制工艺参数，许多其他时序图对于本领域技术人员将是显而易见的。即，在仍然利用如本文描述的技术的同时，还可以使用不同的偏移、脉冲宽度和脉冲调制周期。

图4展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和低频RF偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。作为示例，图4的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100或图3的时序图320)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图4，时序图400包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图400包括具有一个或多个SP脉冲11和一个或多个BP脉冲12的脉冲调制周期5，该一个或多个SP脉冲和该一个或多个BP脉冲具有SP脉冲宽度3、前缘偏置偏移6和BP脉冲宽度7。SP脉冲11中的每一个包括具有SP频率f_SP的周期性波形，该周期性波形可以由函数发生器叠加在SP脉冲11上。在一个实施例中，周期性波形可以是正弦波，并且源功率可以是AC功率。然而，如先前描述的，其他波形也是可能的。BP脉冲12中的每一个还可以包括具有BP频率f_BP的周期性波形，该周期性波形可以与SP脉冲11的周期性波形类似或不同。

诸位发明人已经发现，在一些实例中，在余辉相中施加高频脉冲可能导致不期望的电子加热和等离子体生成(例如，在卤素等离子体中)，这潜在地可能减少和/或消除如本文描述的脉冲序列的有效性。通过在余辉相期间施加低频AC功率、DC功率或交替极性DC电压，可以缓解此潜在问题。如先前描述的，当源功率处于低振幅状态时，余辉间隔可以开始。因此，包括低频AC功率、DC功率或交替极性DC电压的BP脉冲可以有利地减少或消除余辉相中不期望的电子加热和等离子体生成。

因此，在各种实施例中，f_BP小于f_SP。在一个实施例中，f_BP小于20MHz。在另一个实施例中，f_BP小于400kHz。在一个实施例中，f_SP为约13.56MHz并且f_BP小于400kHz。SP频率f_SP是比如RF、特高频(VHF)、微波(MW)等任何频率。在一个实施例中，f_SP大于10MHz并且f_BP小于5MHz。在另一个实施例中，f_SP大于50MHz并且f_BP小于5MHz。在仍另一个实施例中，f_SP介于约50MHz与约150MHz之间，而f_BP介于约1MHz与约5MHz之间。

图5展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和低频方波偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。作为示例，图5的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100或图3的时序图320)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图5，时序图500包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图400包括具有一个或多个SP脉冲11和一个或多个BP脉冲12的脉冲调制周期5，该一个或多个SP脉冲和该一个或多个BP脉冲具有SP脉冲宽度3、前缘偏置偏移6和BP脉冲宽度7。除了BP脉冲12中的每一个包括具有方波频率f_SW和方波脉冲宽度517的周期性方波之外，时序图500类似于图4的时序图400。方波频率f_SW可以小于f_SP并且可以在幅值上与如先前描述的时序图400的BP频率f_BP类似。在各种实施例中，可以通过函数发生器根据谐波正弦波形的叠加来生成周期性方波。

图6展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和脉冲式DC偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。作为示例，图6的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100或图3的时序图320)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图6，时序图600包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图400包括具有一个或多个SP脉冲11和一个或多个BP脉冲12的脉冲调制周期5，该一个或多个SP脉冲和该一个或多个BP脉冲具有SP脉冲宽度3、前缘偏置偏移6和BP脉冲宽度7。除了BP脉冲12中的每一个包括具有DC频率f_DC和DC脉冲宽度617的一个或多个DC脉冲612之外，时序图600类似于图4的时序图400。除了DC脉冲612中的每一个可以通过关断和接通DC电压来生成之外，DC频率f_DC类似于方波频率f_SW。DC频率f_DC可以小于f_SP并且可以在幅值上与如先前描述的时序图400的BP频率f_BP类似。

SP脉冲11可以包括用于等离子体生成的AC功率，而被加工的微电子工件(例如，晶片)可以利用包括DC电压的BP脉冲12而被施以脉冲。包括在BP脉冲12中的每一个中的DC脉冲612的数量可以相对较小。因此，在各种实施例中，DC频率f_DC远远小于SP频率f_SP。例如，在一个实施例中，BP脉冲12中的每一个可以包括仅一个连续DC脉冲612。替代性地，BP脉冲12中的每一个中可以包括少于五个DC脉冲612。然而，BP脉冲12中的每一个中可以包括任何适合数量的DC脉冲612。

图7展示了根据本发明的实施例的包括高频RF源功率脉冲和交替极性脉冲式DC偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。作为示例，图7的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100或图3的时序图320)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图7，时序图700包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图400包括具有一个或多个SP脉冲11和一个或多个BP脉冲12的脉冲调制周期5，该一个或多个SP脉冲和该一个或多个BP脉冲具有SP脉冲宽度3、前缘偏置偏移6和BP脉冲宽度7。除了BP脉冲12中的每一个包括具有交替极性(AP)频率f_AP的AP DC脉冲712之外，时序图700类似于图6的时序图600。除了AP DC脉冲712被配置成相对于参考电位在正电压电平与负电压电平之间交替之外，AP DC脉冲712类似于图6的DC脉冲612。

例如，当被加工的衬底包括可以充电的介电层(这可能导致不期望的电弧放电)时，交替极性DC电压是有用的。在一些实施例中，正AP DC脉冲712的宽度和高度可以与负APDC脉冲712的宽度和高度不同。例如，正DC脉冲可以将离子吸引到工件的表面。然而，接下来的负DC脉冲可以排斥离子远离表面。因此，实施更长的正DC脉冲和更大的负DC脉冲可以是有利的。在一个实施例中，正DC脉冲的宽度大于负DC脉冲的宽度。

在一个实施例中，正DC脉冲的高度小于负DC脉冲的高度。在一个实施例中，正DC脉冲的宽度大于负DC脉冲的宽度，并且正DC脉冲的高度小于负DC脉冲的高度。在其他实施例中，正DC脉冲和负DC脉冲的高度和或宽度可以相同。在各种实施例中，BP脉冲12中的每一个包括单个正AP DC脉冲和单个负AP DC脉冲。在一个实施例中，单个正AP DC脉冲在源功率关断(即，低振幅状态)时出现，并且单个负AP DC脉冲在源功率导通(即，在时间上与接下来的SP脉冲的高振幅状态重叠)时出现。

图8展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括等离子体电位耦合元件的示例等离子体加工系统的框图。例如，图8的等离子体加工系统可以是其他实施例等离子体加工系统(比如图2的等离子体加工系统200)的特定实施方式。图8的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，比如图9的方法。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图8，等离子体加工系统800包括使用BP定时电路52耦合到SP控制路径801的BP控制路径802，该BP定时电路将源功率和偏置功率提供至等离子体加工室810。SP控制路径801和BP控制路径802可以类似于图2的SP控制路径201和BP控制路径202。另外，等离子体加工系统800还包括电位控制功率(PCP)控制路径803。PCP控制路径803使用等离子体电位耦合元件816将功率耦合到等离子体60。在一个实施例中，等离子体电位耦合元件816是板电极。然而，可以使用先前描述的耦合元件中的任何耦合元件。

PCP控制路径803可以通过可选的PCP定时电路854耦合到SP控制路径801。可选的PCP定时电路854可以耦合到SP脉冲调制电路51和/或BP定时电路52。类似于BP定时电路52，可选的PCP定时电路854可以相对于由SP控制路径801和BP控制路径802传送的SP脉冲和/或BP脉冲来控制对向等离子体加工室810施加电位控制功率的定时。PCP控制路径803可以通过可选的PCP脉冲调制电路855将PCP脉冲提供至等离子体电位耦合元件816。

在各种实施例中，SP脉冲调制电路51、BP定时电路52、可选的BP脉冲调制电路53、可选的PCP定时电路854和可选的PCP脉冲调制电路855中的一个或多个可以包括在控制器850中。与先前描述的控制器一样，控制器850可以相对于等离子体加工室810本地或远程定位。

使用等离子体电位耦合元件816耦合到等离子体的功率可以有利地在SP脉冲的高振幅状态期间降低等离子体的电位。在一个实施例中，在SP脉冲期间提供负DC(-V_PCP)脉冲。在此情况下，-V_PCP脉冲可以降低等离子体60的主体电位。例如，在等离子体电位耦合元件816处的负电位可以将电子从等离子体鞘排斥到等离子体主体中。此负电荷注入可以降低主体电位，该主体电位然后可以降低等离子体温度(例如，T_e和T_i)。因此，当与仅利用施加的源功率生成等离子体相比时，在等离子体生成间隔期间向等离子体施加负的DC电位可以有利地允许在降低的等离子体温度增益下生成等离子体。

使用等离子体电位耦合元件816耦合到等离子体的功率可以提供在BP脉冲期间增加到微电子工件的表面的离子速度的另外的益处。在一个实施例中，在BP脉冲期间提供正DC(+V_PCP)脉冲。+V_PCP脉冲可以将离子朝工件排斥，由此增加离子相对于工件表面的竖直速度。因此，在BP脉冲的高振幅状态期间将正DC电位施加到等离子体可以有利地增加离子的竖直度以及到工件表面的离子能量。应当注意，尽管可以在相同的脉冲序列中利用-V_PCP和+V_PCP脉冲，但是在一些实施例中可以省略一者或两者。

图9展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括电位控制功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。例如，图9的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图9，时序图900包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1、偏置功率2和电位控制功率903。时序图900包括包含-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912的另外的脉冲序列。与BP脉冲12一样，使用各种偏移参数相对于SP脉冲11延迟-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912。例如，-V_PCP脉冲911包括允许对-V_PCP脉冲911的定时和持续时间进行控制的前缘-PCP偏移916、-V_PCP脉冲宽度917和后缘-PCP偏移918。类似地，+V_PCP脉冲912包括允许对+V_PCP脉冲912的定时和持续时间进行控制的前缘+PCP偏移926、+V_PCP脉冲宽度927和后缘+PCP偏移928。

与先前描述的脉冲一样，-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912可以在必要时包括任何适合的脉冲宽度和偏移以在工件表面的等离子体加工期间对所生成的等离子体进行期望的控制。然而，-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912必须在时间上不重叠。-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912两者的脉冲高度也可以得到控制。在一个实施例中，-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912的脉冲高度的幅值基本上相等。然而，在其他实施例中，-V_PCP脉冲911和+V_PCP脉冲912的脉冲高度的幅值可以不同。

图10展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括电子束源的示例等离子体加工系统的框图。例如，图10的等离子体加工系统可以是其他实施例等离子体加工系统(比如图2的等离子体加工系统200)的特定实施方式。图10的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，比如图11的方法。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图10，等离子体加工系统1000包括使用BP定时电路52耦合到SP控制路径1001的BP控制路径1002，该BP定时电路将源功率和偏置功率提供至等离子体加工室1010。SP控制路径1001和BP控制路径1002可以类似于图2的SP控制路径201和BP控制路径202。另外，等离子体加工系统1000还包括电子束(e-beam)控制功率(eCP)控制路径1004。eCP控制路径1004生成电子1065并且使用e-beam源1017在等离子体60处或附近将这些电子引入等离子体加工室1010。在各种实施例中，e-beam源1017生成定向电子流。在一个实施例中，由e-beam源1017生成的定向电子流例如在垂直于离子通量方向的方向上被向内朝等离子体60引导。

eCP控制路径1004可以通过可选的eCP定时电路1056耦合到SP控制路径1001。可选的eCP定时电路1056可以耦合到SP脉冲调制电路51和/或BP定时电路52。类似于BP定时电路52，可选的eCP定时电路1056可以相对于由SP控制路径1001和BP控制路径1002传送的SP脉冲和/或BP脉冲来控制定时e-beam控制功率。eCP控制路径1004可以使用从可选的eCP定时电路1056接收的信号通过可选的eCP脉冲调制电路1057使e-beam源1017在导通状态与关断状态之间交替。

在各种实施例中，SP脉冲调制电路51、BP定时电路52、可选的BP脉冲调制电路53、可选的eCP定时电路1056和可选的eCP脉冲调制电路1057中的一个或多个可以包括在控制器1050中。与先前描述的控制器一样，控制器1050可以相对于等离子体加工室1010本地或远程定位。

类似于上文关于图8和图9所描述的-V_PCP脉冲911，通过电子1065注入到等离子体60中的负电荷可以有利地降低等离子体60的主体电位和温度。由于将电子1065直接提供至等离子体加工室1010中的等离子体60，因此eCP控制路径1004可以有利地实现相比于其他方法增强对T_e和T_i的控制。可以在SP脉冲和/或BP脉冲期间提供电子1065。在一个实施例中，在SP脉冲期间提供电子1065。在各种实施例中，可以在SP脉冲与BP脉冲之间提供电子1065。替代性地，电子1065可以被施以脉冲，使得这些电子与SP脉冲的尾端的仅小区域重叠并且不与BP脉冲重叠。

图11展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括电子束功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。例如，图11的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图11，时序图1100包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1、偏置功率2和e-beam控制功率1104。时序图1100包括包含eCP脉冲1111的另外的脉冲序列。与BP脉冲12一样，使用各种偏移参数相对于SP脉冲11延迟eCP脉冲1111。例如，eCP脉冲1111包括允许对eCP脉冲1111的定时和持续时间进行控制的前缘eCP偏移1116、eCP脉冲宽度1117和后缘eCP偏移1118。与先前描述的脉冲一样，eCP脉冲1111可以在必要时包括任何适合的脉冲宽度和偏移，以在工件表面的等离子体加工期间对所生成的等离子体进行期望的控制。尽管时序图1100示出了同步eCP脉冲1111，但是也可以代替同步脉冲或除了同步脉冲之外还施加反同步eCP脉冲。

图12展示了根据本发明的实施例的除源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路之外还包括导电网格的示例等离子体加工系统的框图。例如，图12的等离子体加工系统可以是其他实施例等离子体加工系统(比如图2的等离子体加工系统200)的特定实施方式。图12的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，比如图13的方法。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图12，等离子体加工系统1200包括使用BP定时电路52耦合到SP控制路径1201的BP控制路径1202，该BP定时电路将源功率和偏置功率提供至等离子体加工室1210。SP控制路径1201和BP控制路径1202可以类似于图2的SP控制路径201和BP控制路径202。另外，等离子体加工系统1200还包括网格控制功率(GCP)控制路径1205。GCP控制路径1205使用导电网格1218将功率提供至等离子体60。

在一个实施例中，导电网格1218是主要尺寸基本上垂直于要加工的工件表面的导电板网络。在一个实施例中，导电网格1218被配置成增加传送至工件表面的离子的竖直度。在一些实施例中，导电网格可以是孔板、带电粒子滤波器或导管。在一些实施例中，导电网格1218被配置成滤除远程等离子体的带电粒子。

GCP控制路径1205可以通过可选的GCP定时电路1258耦合到SP控制路径1201。可选的GCP定时电路1258可以耦合到SP脉冲调制电路51和/或BP定时电路52。类似于BP定时电路52，可选的GCP定时电路1258可以相对于由SP控制路径1201和BP控制路径1202传送的SP脉冲和/或BP脉冲来控制对向等离子体加工室1210施加网格控制功率的定时。GCP控制路径1205可以通过可选的GCP脉冲调制电路1259将GCP脉冲提供至导电网格1218。

在各种实施例中，SP脉冲调制电路51、BP定时电路52、可选的BP脉冲调制电路53、可选的GCP定时电路1258和可选的GCP脉冲调制电路1259中的一个或多个可以包括在控制器1250中。与先前描述的控制器一样，控制器1250可以相对于等离子体加工室1210本地或远程定位。

类似于上文关于图8和图9所描述的-V_PCP脉冲911，接近等离子体60的负电位可以有利地降低等离子体60的主体电位和温度。与图8的等离子体电位耦合元件816形成对比，导电网格1218可以定位于等离子体60与工件表面之间。因此，与BP耦合元件19的电位相比，在BP脉冲期间施加到导电网格1218的任何电位可以保持较小，使得离子上的主导力朝着工件表面。

图13展示了根据本发明的实施例的除源功率脉冲和偏置功率脉冲之外还包括网格控制脉冲的控制等离子体加工的示例方法的示意性时序图。例如，图13的时序图可以是其他实施例时序图(比如图1的时序图100)的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。

参考图13，时序图1300包括被施以脉冲以生成离子并且将这些离子传送至微电子工件的源功率1、偏置功率2和网格控制功率1305。时序图1300包括包含SP GCP脉冲1311和BP GCP脉冲1312的另外的脉冲序列。与BP脉冲12一样，使用各种偏移参数相对于SP脉冲11延迟SP GCP脉冲1311和BP GCP脉冲1312。例如，SP GCP脉冲1311包括允许对SP GCP脉冲1311的定时和持续时间进行控制的前缘SP GCP偏移1316、SP GCP脉冲宽度1317和后缘SPGCP偏移1318。类似地，BP GCP脉冲1312包括允许对BP GCP脉冲1312的定时和持续时间进行控制的前缘BP GCP偏移1326、BP GCP脉冲宽度1327和后缘BP GCP偏移1328。

SP GCP脉冲1311包括SP GCP脉冲振幅1304，而BP GCP脉冲1312包括BP GCP脉冲振幅1314。SP GCP脉冲振幅1304和BP GCP脉冲振幅1314相对于参考电位可以为正或负。在一个实施例中，SP GCP脉冲振幅1304和BP GCP脉冲振幅1314均为负。替代性地，SP GCP脉冲振幅1304为负，并且BP GCP脉冲振幅1314为正。

SP GCP脉冲振幅1304在幅值上大于BP GCP脉冲振幅1314可以是有利的。例如，在SP脉冲期间，可以使用SP GCP脉冲来降低等离子体的主体电位。因此，可以使SP GCP脉冲振幅1304足够大，以便影响等离子体的主体。相比之下，在BP脉冲期间，可以使用BP GCP脉冲对朝相对于工件表面的竖直线穿过导电网格的离子的速度进行小的调整。因此，可以使BPGCP脉冲振幅1314足够小，以便不使离子朝等离子体反射回。在一个实施例中，SP GCP脉冲振幅1304在幅值上大于BP GCP脉冲振幅1314，但在符号上相反。

与先前描述的脉冲一样，SP GCP脉冲1311和BP GCP脉冲1312可以在必要时包括任何适合的脉冲宽度和偏移，以在工件表面的等离子体加工期间对所生成的等离子体进行期望的控制。

图14展示了根据本发明的实施例的生成可用于在等离子体加工期间主动控制离子角度分布函数的控制律的示例方法的流程图。可以使用图14的方法来确定适当的延迟和/或偏移，以用于如本文描述的实施例方法(比如图1的方法)中，例如以便在等离子体加工期间实现期望的角展度。由于难以测量离子角度分布函数(IADF)，因此在线控制可能是不适合的解决方案。相反，可以将对IADF的基于模型的控制实施为解决方案，以实现对IADF的主动控制。

参考图14，用于生成控制律的流程图1400包括步骤1401包括确定脉冲调制工艺参数的输入阵列。例如，输入阵列可以包括各种延迟、功率、脉冲宽度、占空比等。在步骤1402中，可以利用输入参数阵列，在该步骤期间，可以进行实验以确定给定等离子体加工系统的输入参数阵列的经验结果。在步骤1403中，可以测量各种等离子体参数。例如，等离子体参数可以包括等离子体物种的最大、最小和平均能量、离子能量分布函数(IEDF)、离子角度分布函数(IADF)、离子角度分布的半最大值全宽(δθ_fwhm)、开发关键尺寸(DCD)、刻蚀关键尺寸(ECD)和在等离子体加工室中的一个或多个定位处的其他参数。可以通过引入测试晶片以最佳地近似于实际工艺条件来进行测量。

在步骤1404中，等离子体模型中也可以利用输入参数阵列。例如，等离子体模型可以是特定于等离子体加工系统以便在给定一组输入参数的情况下预测等离子体参数的一维(1D)模型。在一些情况下，等离子体模型也可以是多维模型。等离子体模型可以是统计的和/或可以包括等离子体室中的等离子体的基于物理学的模型。在步骤1405中，可以使用等离子体模型来计算与测得的等离子体参数相对应的一组模拟等离子体参数。

在步骤1406中，可以将计算出的等离子体参数和测得的等离子体参数进行比较以确定等离子体模型的准确性。例如，如果某些预选参数处于预定范围内，则可以确定计算出的参数与测得的参数之间有一致性。预选参数和预定范围的同一性可以取决于等离子体工艺的具体设计细节。如果在步骤1406中确定计算出的参数和测得的参数不一致，则可以在步骤1407中修订等离子体模型。模型修订可以包括调整比例常数、更改边界条件和回归分析以及用更复杂的模型替换简单的模型。在已经修订等离子体模型之后，该方法返回到步骤1404。

如果发现测得的等离子体参数和计算出的等离子体参数一致，则可以在步骤1408中生成控制律。控制律可以根据一个或多个延迟参数的变化f(Δt_延迟)来定义离子角度分布δθ_fwhm的变化(表示为Δδθ_fwhm)之间的关系。具体地，控制律可以有利地允许针对一个或多个延迟参数的给定变化准确地预测离子分布的角展度的变化。

图15展示了根据本发明的实施例的前馈控制等离子体工艺的示例方法的流程图。例如，图15的方法可以由等离子体加工系统执行，以通过实施控制律(比如可以通过图14的方法确定的控制律)以前馈方式控制等离子体工艺。前馈控制方法可以允许例如通过基于期望值的预期和/或测得的变化(比如关键尺寸(CD)、角度分布等的变化)确定新的脉冲延迟来控制等离子体加工系统。

参考图15，前馈控制方法的流程图1500包括测量关键尺寸的变化ΔCD的步骤1501。例如，CD可以是特定等离子体工艺的DCD的ECD。在一些实施例中，步骤1501可以测量多个ΔCD，或者步骤1501可以省略。步骤1502包括测量角度分布的变化Δδθ_fwhm。类似于步骤1501，在一些实施例中，可以在步骤1502中测量多个物种的角度分布的变化。替代性地，步骤1502可以省略。

在步骤1503中，可以使用控制律来应用校正模型。在一个实施例中，校正模型是线性校正模型。作为示例，例如，可以使用比如图14的方法等适合的方法来预先确定控制律。基于线性校正模型的结果，可以确定一个或多个新的延迟参数t_延迟。

图16展示了根据本发明的实施例的在等离子体加工期间进行控制的示例方法。应注意，尽管图14和图15的流程图旨在展示事件的特定顺序，但是如图16所示的方法并不旨在将方法步骤限于特定顺序。因此，下文的方法步骤可以按如对于本领域技术人员而言可以显而易见的任何适合的顺序执行。

在等离子体加工期间进行控制的方法1600的步骤1601包括生成SP脉冲的第一序列。步骤1602包括生成BP脉冲的第二序列。例如，可以根据本文描述的实施例方法中的任何实施例方法(比如图1的方法)利用各种脉冲调制参数生成SP脉冲和BP脉冲。进一步，例如，可以使用本文描述的实施例系统中的任何实施例系统(比如图2的系统)形成SP脉冲和BP脉冲。在一个实施例中，使用脉冲调制电路生成SP脉冲。脉冲调制电路可以包括在控制器中。

在等离子体加工期间进行控制的方法1600的步骤1603包括相对于第一序列中的SP脉冲延迟第二序列中的BP脉冲，以形成交替的SP脉冲和BP脉冲的组合序列。例如，每个SP脉冲之后可以是BP脉冲，而每个BP脉冲之后是SP脉冲。在一个实施例中，使用定时电路使BP脉冲延迟。定时电路可以包括在控制器中。

步骤1604包括使用组合序列生成包括离子的等离子体，并且步骤1605包括使用组合序列将离子传送至工件的表面。组合序列可以用于在等离子体加工室中生成等离子体。等离子体可以包括离子，并且组合序列可以进一步用于将离子传送至工件的表面。

图17展示了根据本发明的实施例的示例等离子体加工方法。应注意，尽管图14和图15的流程图旨在展示事件的特定顺序，但是如图17所示的方法并不旨在将方法步骤限于特定顺序。因此，下文的方法步骤可以按如对于本领域技术人员而言可以显而易见的任何适合的顺序执行。

等离子体加工方法1700的步骤1701包括将源功率提供至等离子体加工室以生成等离子体。源功率包括多个SP脉冲。例如，可以根据本文描述的实施例方法中的任何实施例方法(比如图1的方法)利用各种脉冲调制参数生成SP脉冲。进一步，例如，可以使用本文描述的实施例系统中的任何实施例系统(比如图2的系统)形成SP脉冲。

等离子体加工方法1700的步骤1702包括将偏置功率提供至等离子体加工室。偏置功率包括在时间上至少部分地不重叠的多个BP脉冲。在各种实施例中，SP脉冲和BP脉冲在时间上完全不重叠。例如，可以根据本文描述的实施例方法中的任何实施例方法(比如图1的方法)利用各种脉冲调制参数生成BP脉冲。进一步，例如，可以使用本文描述的实施例系统中的任何实施例系统(比如图2的系统)形成BP脉冲。

如本文描述的实施例可以通过控制源脉冲与偏置脉冲之间的定时来有利地控制离子在微电子工件表面处的入射角度。例如，给定离子到达微电子工件的表面的入射角度是偏置功率赋予离子的基本上竖直的速度和由于离子的温度而引起的随机速度的组合。离子的温度在等离子体生成期间随源功率而增加并且在源功率关断时降低。实施例还可以有益地实现向等离子体加工室施加源功率和偏置功率的灵活性，使得基本上竖直的速度增加并且随机速度降低。

本文描述的实施例还可以提供将等离子体生成限制到特定时间段的益处。例如，将高频施加到等离子体余辉相可能导致电子和离子加热以及等离子体生成。进一步，实施例可以有利地允许偏置功率脉冲，同时源功率关断，使得离子在余辉相中被加速而无另外的等离子体生成或加热。除了控制离子的角度分布之外，这还可以有益地产生对离子能量的增强控制。

作为示例，所描述的实施例的另外的优点可以是包括低频RF功率(例如，<400kHz)、DC功率脉冲或交替极性DC电压脉冲的偏置功率的灵活施加。由于源功率关断，因此较低频偏置功率脉冲和/或DC偏置功率脉冲的有效性可能增加。交替极性DC脉冲可以有利地防止电荷积聚在被加工的衬底上。例如，如果微电子工件的衬底包括介电层，则交替极性DC偏置功率脉冲可以减少或消除对衬底进行不期望的充电。

所描述的实施例的另一个可能的益处是维持朝微电子工件引导的恒定粒子通量。例如，可以选择源功率脉冲关断时间，使得离子和其他期望的粒子(比如自由基)以一致的速率到达微电子工件的表面。选择源功率关断时间时，可以考虑包括特定物种的扩散系数和粘附系数以及等离子体加工室的关键尺寸等在内的若干个参数。

这里总结了本发明的示例实施例。从说明书的整体以及本文提出的权利要求中也可以理解其他实施例。

示例1.一种等离子体加工方法，该方法包括：生成源功率(SP)脉冲的第一序列；生成偏置功率(BP)脉冲的第二序列；将该第二序列中的这些BP脉冲与该第一序列中的这些SP脉冲组合，以形成交替的SP脉冲和BP脉冲的组合序列；以及使用该组合序列生成包括离子的等离子体并且通过将这些离子传送至衬底的主表面来加工该衬底。

示例2.如示例1所述的方法，进一步包括调整这些SP脉冲的后缘与这些BP脉冲的前缘之间的偏移持续时间。

示例3.如示例1和2中的一项所述的方法，进一步包括调整该第二序列中的这些BP脉冲的脉冲宽度持续时间。

示例4.如示例1至3中的一项所述的方法，进一步包括调整该第一序列中的SP脉冲之间的关断时间持续时间。

示例5.如示例1至4中的一项所述的方法，进一步包括生成电位控制功率(PCP)脉冲的第三序列，其中，该第三序列中的这些PCP脉冲在时间上与该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲重叠。

示例6.如示例5所述的方法，其中，这些PCP脉冲包括负直流(DC)脉冲，并且其中，在这些SP脉冲期间将这些负DC脉冲提供至该等离子体。

示例7.如示例5所述的方法，其中，这些PCP脉冲包括正直流(DC)脉冲，并且其中，在这些BP脉冲期间将这些正DC脉冲提供至该等离子体。

示例8.如示例1至7中的一项所述的方法，进一步包括在该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲期间在该等离子体处提供电子流。

示例9.一种等离子体加工方法，包括：将源功率(SP)提供至等离子体加工室以生成等离子体，该SP包括多个SP脉冲；以及将包括多个偏置功率(BP)脉冲的BP提供至该等离子体加工室，其中，将该多个SP脉冲和该多个BP脉冲组合以形成脉冲序列，其中，该脉冲序列中的每个脉冲包括该多个SP脉冲中的SP脉冲和该多个BP脉冲中的BP脉冲以及该SP脉冲的一部分或者该BP脉冲的一部分处于高振幅状态的时间间隔。

示例10.如示例9所述的方法，其中，该SP包括第一频率下的交流(AC)功率；该BP包括第二频率下的AC功率；并且该第二频率小于该第一频率。

示例11.如示例10所述的方法，其中，该第一频率大于约10MHz，并且该第二频率小于约5MHz。

示例12.如示例10所述的方法，其中，该第二频率小于约400kHz。

示例13.如示例9所述的方法，其中，该SP包括交流(AC)功率；并且该BP包括直流(DC)功率。

示例14.如示例13所述的方法，其中，将SP和BP提供至该等离子体加工室包括使该多个SP脉冲中的这些SP脉冲与该多个BP脉冲中的这些BP脉冲交替；并且其中，该多个BP脉冲中的每一个包括单个DC脉冲。

示例15.如示例13所述的方法，其中，该多个BP脉冲中的每一个包括交替极性DC脉冲。

示例16.如示例9至15中的一项所述的方法，其中，该脉冲序列是周期性序列，其中，将该SP和该BP提供至该等离子体加工室包括将包括该多个SP脉冲和该多个BP脉冲的该周期性序列传送至该等离子体加工室；该周期性序列的每个循环包括该多个SP脉冲中的恰好一个SP脉冲；并且该多个SP脉冲中的每一个的占空比为约50％。

示例17.如示例16所述的方法，其中，该周期性序列的每个循环包括该多个BP脉冲中的恰好一个BP脉冲；并且将该SP和该BP提供至该等离子体加工室包括延迟该多个BP脉冲中的每一个，使得该多个BP脉冲中的每一个的占空比小于50％。

示例18.一种等离子体加工系统，包括：控制器，该控制器被配置成生成源功率(SP)脉冲的第一序列和偏置功率(BP)脉冲的第二序列并且将该第二序列中的这些BP脉冲与该第一序列中的这些SP脉冲组合以形成交替的SP脉冲和BP脉冲的组合序列；以及等离子体加工室，该等离子体加工室耦合到该控制器并且被配置成生成包括使用该组合序列生成的离子的等离子体，该等离子体加工室被配置成支撑用于接收所生成的离子的衬底。

示例19.如示例18所述的系统，其中，该控制器被进一步配置成调整这些SP脉冲的后缘与这些BP脉冲的前缘之间的偏移持续时间、调整该第二序列中的这些BP脉冲的脉冲宽度持续时间或者调整该第一序列中的SP脉冲之间的关断时间持续时间。

示例20.如示例18和19中的一项所述的系统，其中，该控制器被进一步配置成生成电位控制功率(PCP)脉冲的第三序列，其中，该第三序列中的这些PCP脉冲在时间上与该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲重叠。

如本文描述的功率控制技术可以由控制器控制。还应注意的是，可以使用被编程成提供本文描述的功能的一个或多个可编程集成电路来实施控制器。例如，一个或多个处理器(例如，微处理器、微控制器、中央处理单元等)、可编程逻辑器件(例如，CPLD(复杂可编程逻辑器件)、FPGA(现场可编程门阵列)等)和/或其他可编程集成电路可以用软件或其他编程指令进行编程，以实施本文描述的任何功能。应进一步注意的是，可以将软件或其他编程指令存储在一个或多个非暂态计算机可读介质(例如，存储器存储设备、闪速存储器、DRAM存储器、可重编程存储设备、硬盘驱动器、软盘、DVD、CD-ROM等)中，并且软件或其他编程指令当由可编程集成电路执行时使可编程集成电路执行本文所描述的过程、功能和/或能力。还可以实施上文的其他变体。

可以使用一种或多种沉积工艺来形成本文描述的材料层。例如，可以使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)和/或其他沉积工艺来实施一种或多种沉积。对于等离子体沉积工艺，可以在多种压力、功率、流量和温度条件下与一种或多种稀释气体(例如，氩气、氮气等)组合地使用前驱气体混合物(包括但不限于碳氢化合物、碳氟化合物或含氮碳氢化合物)。可以使用光学光刻、极紫外(EUV)光刻和/或其他光刻工艺来实施关于光刻胶(PR)层的光刻工艺。可以使用等离子体刻蚀工艺、放电刻蚀工艺和/或其他期望的刻蚀工艺来实施刻蚀工艺。例如，可以使用包含碳氟化合物、氧气、氮气、氢气、氩气和/或其他气体的等离子体来实施等离子体刻蚀工艺。另外，可以控制用于工艺步骤的操作变量以确保在通孔形成期间实现通孔的CD目标参数。操作变量可以包括例如室温度、室压力、气体的流速、在生成等离子体时施加到电极组件的频率和/或功率和/或用于加工步骤的其他操作变量。还可以实施上文的变体，同时仍然利用本文描述的技术。

尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是此描述并不旨在以限制性的意义来解释。参考描述，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，图8、图10和图12的实施例可以在另外的实施例中组合。类似地，关于图2描述的实施例(比如图2至图7)可以与图9、图11或图13组合。因此，意图是所附权利要求涵盖任何这种修改或实施例。

Claims

1.一种等离子体加工方法，该方法包括：

生成源功率(SP)脉冲的第一序列；

生成偏置功率(BP)脉冲的第二序列；

将该第二序列中的这些BP脉冲与该第一序列中的这些SP脉冲组合，以形成交替的SP脉冲和BP脉冲的组合序列；以及

使用该组合序列生成包括离子的等离子体并且通过将这些离子传送至衬底的主表面来加工该衬底。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

调整这些SP脉冲的后缘与这些BP脉冲的前缘之间的偏移持续时间。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

调整该第二序列中的这些BP脉冲的脉冲宽度持续时间。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

调整该第一序列中的SP脉冲之间的关断时间持续时间。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

生成电位控制功率(PCP)脉冲的第三序列，其中，该第三序列中的这些PCP脉冲在时间上与该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲重叠。

6.如权利要求5所述的方法，其中，这些PCP脉冲包括负直流(DC)脉冲，并且其中，在这些SP脉冲期间将这些负DC脉冲提供至该等离子体。

7.如权利要求5所述的方法，其中，这些PCP脉冲包括正直流(DC)脉冲，并且其中，在这些BP脉冲期间将这些正DC脉冲提供至该等离子体。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲期间在该等离子体处提供电子流。

9.一种等离子体加工方法，包括：

将源功率(SP)提供至等离子体加工室以生成等离子体，该SP包括多个SP脉冲；以及

将包括多个偏置功率(BP)脉冲的BP提供至该等离子体加工室，其中，将该多个SP脉冲和该多个BP脉冲组合以形成脉冲序列，其中，该脉冲序列中的每个脉冲包括该多个SP脉冲中的SP脉冲和该多个BP脉冲中的BP脉冲以及该SP脉冲的一部分或者该BP脉冲的一部分处于高振幅状态的时间间隔。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

该SP包括第一频率的交流(AC)功率；

该BP包括第二频率的AC功率；并且

该第二频率小于该第一频率。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该第一频率大于约10MHz，并且该第二频率小于约5MHz。

12.如权利要求10所述的方法，其中，该第二频率小于约400kHz。

13.如权利要求9所述的方法，其中：

该SP包括交流(AC)功率；并且

该BP包括直流(DC)功率。

14.如权利要求13所述的方法，其中，将SP和BP提供至该等离子体加工室包括使该多个SP脉冲中的这些SP脉冲与该多个BP脉冲中的这些BP脉冲交替；并且其中，该多个BP脉冲中的每一个包括单个DC脉冲。

15.如权利要求13所述的方法，其中，该多个BP脉冲中的每一个包括交替极性DC脉冲。

16.如权利要求9所述的方法，其中，该脉冲序列是周期性序列，其中：

将该SP和该BP提供至该等离子体加工室包括将包括该多个SP脉冲和该多个BP脉冲的该周期性序列传送至该等离子体加工室；

该周期性序列的每个循环包括该多个SP脉冲中的恰好一个SP脉冲；并且

该多个SP脉冲中的每一个的占空比为约50％。

17.如权利要求16所述的方法，其中：

该周期性序列的每个循环包括该多个BP脉冲中的恰好一个BP脉冲；并且

将该SP和该BP提供至该等离子体加工室包括延迟该多个BP脉冲中的每一个，使得该多个BP脉冲中的每一个的占空比小于50％。

18.一种等离子体加工系统，包括：

控制器，该控制器被配置成：

生成源功率(SP)脉冲的第一序列和偏置功率(BP)脉冲的第二序列，并且

等离子体加工室，该等离子体加工室耦合到该控制器并且被配置成生成包括使用该组合序列生成的离子的等离子体，该等离子体加工室被配置成支撑用于接收所生成的离子的衬底。

19.如权利要求18所述的系统，其中，该控制器被进一步配置成：

调整这些SP脉冲的后缘与这些BP脉冲的前缘之间的偏移持续时间，

调整该第二序列中的这些BP脉冲的脉冲宽度持续时间，或者

调整该第一序列中的SP脉冲之间的关断时间持续时间。

20.如权利要求18所述的系统，其中，该控制器被进一步配置成生成电位控制功率(PCP)脉冲的第三序列，其中，该第三序列中的这些PCP脉冲在时间上与该组合序列中的这些交替的SP脉冲和BP脉冲重叠。