CN114730688A - 调谐电路中基于频率的阻抗调整 - Google Patents

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卡尔·弗雷德里克·利瑟
大卫·弗伦奇
吉恩·吉米·王
布兰特·亨利
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Abstract

一种用于在处理室内处理衬底的衬底处理系统包括匹配网络、第一调谐电路和控制器。所述匹配网络从RF产生器接收具有第一频率的第一RF信号并且使所述匹配网络的输入与所述RF产生器的输出阻抗匹配。所述调谐电路不同于所述匹配网络且包含具有第一阻抗的电路部件。所述调谐电路接收所述匹配网络的输出并且将第二RF信号输出至衬底支撑件的第一电极。所述控制器确定用于所述电路部件的目标阻抗并且基于所述目标阻抗，对所述RF产生器发出信号，以将在所述匹配网络处接收到的所述第一RF信号的所述第一频率调整为第二频率，从而改变所述电路部件的所述第一阻抗以匹配所述目标阻抗。

Description

调谐电路中基于频率的阻抗调整
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年11月15日申请的美国临时申请No.62/935,976的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及利用静电吸引的电支撑装置，尤其涉及电支撑装置的夹持用的调谐电路以及射频(RF)电极。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可用于例如半导体晶片之类的衬底的蚀刻、沉积和/或其他处理。可以在衬底上进行的示例性处理包含但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理、物理气相沉积(PVD)处理、离子植入处理和/或其他蚀刻、沉积以及清理处理。举例而言，在蚀刻处理期间，可将衬底放置在衬底处理系统中的静电卡盘(ESC)上并蚀刻衬底上的薄膜。
发明内容
提供一种用于在处理室内处理衬底的衬底处理系统。所述衬底处理系统包括匹配网络、第一调谐电路和控制器。所述匹配网络被配置成从射频产生器接收具有第一频率的第一射频信号并且使所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出阻抗匹配。所述第一调谐电路不同于所述匹配网络且包含具有第一阻抗的第一电路部件。所述第一调谐电路被配置成接收所述匹配网络的输出并且将第二射频信号输出至衬底支撑件的第一电极。所述控制器被配置成确定用于所述第一电路部件的目标阻抗并且基于所述目标阻抗，对所述射频产生器发出信号，以将在所述匹配网络处接收到的所述第一射频信号的所述第一频率调整为第二频率，从而改变所述第一电路部件的所述第一阻抗以匹配所述目标阻抗。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含具有中央频率的所述射频产生器，并且所述射频产生器被配置成基于控制信号而产生具有所述第一频率的所述第一射频信号。所述控制器被配置成产生所述控制信号。所述第一频率与所述中央频率相差在预定范围内。
在其他特征中，所述匹配网络不改变所述第一射频信号的所述第一频率且将所述第一射频信号提供至所述第一调谐电路。
在其他特征中，所述控制器被配置成独立于使所述匹配网络的所述输入与所述射频产生器的所述输出阻抗匹配而将所述第一频率调整为所述第二频率。
在其他特征中，所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率，但不影响所述匹配网络与所述射频产生器之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述匹配网络被配置成在所述控制器将所述第一频率调整为所述第二频率时维持所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述第一调谐电路包含所述第一电路部件和第二电路部件。所述第一电路部件连接至所述第一电极。所述第二电路部件连接至所述衬底支撑件中的第二电极。所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率以调整所述第一电路部件的所述第一阻抗和所述第二电路部件的第二阻抗，以改变从所述第一调谐电路至所述第一电极和所述第二电极的功率分配。
在其他特征中，所述第二射频信号的频率与所述第一射频信号的频率相同。
在其他特征中，所述控制器被配置成在调整所述第一阻抗以匹配所述目标阻抗时除了将所述第一频率调整为所述第二频率外还调整所述第一电路部件的电容或电感。
在其他特征中，所述控制器被配置成在调整所述第一阻抗时将所述第一电路部件的电容或电感中的至少一者维持在固定值。
在其他特征中，所述第一调谐电路包含将从所述匹配网络所接收的功率的总量分配至所述第一电路部件和第二电路部件。所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率以调整被提供至所述第一电路部件的所述功率的总量的第一部分以及被提供至所述第二电路部件的所述功率的总量的第二部分。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含：源终端；以及所述衬底支撑件，其包含所述第一电极和第二电极。所述第一电极和所述第二电极经由所述源终端从所述匹配网络接收功率。所述第一调谐电路包含下列至少一者：第一阻抗组，其在所述第一电极与所述匹配网络之间串联连接，其中所述第一阻抗组经由所述源终端从所述匹配网络接收所述第二射频信号，或第二阻抗组，其在所述匹配网络的输出与参考终端之间连接，其中所述第二阻抗组经由所述源终端从所述匹配网络接收所述第二射频信号。
在其他特征中，所述第一调谐电路包括第一阻抗组和第二阻抗组。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含第二调谐电路、第三调谐电路和第三电极。所述第一调谐电路被连接至所述第一电极以修改所述匹配网络的输出，从而产生所述第二射频信号。所述第二调谐电路被连接至所述第二电极且被配置成修改所述匹配网络的输出以产生提供至所述第二电极的第三射频信号。所述第三调谐电路被连接至所述第三电极且被配置成修改所述匹配网络的输出以产生提供至所述第三电极的第四射频信号。
在其他特征中，所述衬底支撑件为静电卡盘。所述第一电极与所述第二电极为夹持电极且被配置成接收夹持电压以将所述衬底夹持至所述衬底支撑件上。所述第三电极为偏置电极且被配置成接收偏置电压。
在其他特征中，所述衬底支撑件是静电卡盘。所述第一电极是夹持电极。所述第二电极与所述第三电极是偏置电极。
在其他特征中，在(i)所述源终端与(ii)所述第一电极以及所述第二电极之间没有连接任何匹配网络。
在其他特征中，所述第一电路部件被连接至所述衬底支撑件中的所述第一电极和第二电极并且影响对所述第一电极和所述第二电极的功率分配。
在其他特征中，提供一种衬底处理系统的操作方法。所述方法包含：选择处理；针对已选择的所述处理确定配方，所述配方包含系统操作参数；基于所选择的所述处理及所述系统操作参考，确定射频产生器的频率和调谐电路的阻抗的第一目标阻抗值；向所述射频产生器发送信号以产生第一射频信号；通过匹配网络而阻抗匹配所述射频产生器的输出，其中所述匹配网络不同于所述调谐电路；通过所述匹配网络调谐所述匹配网络的信号输出以产生第二射频信号；将所述第二射频信号提供至衬底支撑件中的第一电极；以及将所述第一射频信号的第一频率调整为第二频率以调整所述调谐电路的阻抗，从而匹配所述第一目标阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含独立于使所述匹配网络的输出与所述射频产生器的输出阻抗匹配而将所述第一频率调整为所述第二频率。
在其他特征中，所述方法还包含将所述第一频率调整为所述第二频率，但不影响所述匹配网络与所述射频产生器之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述方法还包含在将所述第一频率调整为第二频率时通过所述匹配网络维持所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述方法还包含：收集传感器输出数据；基于所述传感器输出数据，确定第二目标阻抗值；以及将所述第一频率调整至第三频率以调整所述调谐电路的阻抗，从而匹配所述第二阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含调整所述阻抗中的电容值或电感值中的至少一者以使所述阻抗匹配所述第一目标阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含将所述第一频率调整为所述第二频率以调整所述阻抗，从而匹配所述第一阻抗值，但不调整所述阻抗的电容值。
在其他特征中，所述方法还包含将所述第一频率调整为所述第二频率以调整所述阻抗，从而匹配所述第一阻抗值，但不调整所述阻抗的电感值。
在其他特征中，所述阻抗被并联连接至所述衬底支撑件中的所述第一电极和所述第二电极并且影响对所述第一电极和所述第二电极的功率分配。
在其他特征中，所述方法还包含：将衬底放置到处理室中的所述衬底支撑件上；以及针对已选择的所述处理进行处理操作，其包含从所述匹配网络提供功率至所述衬底支撑件中的所述第一电极和所述第二电极。所述调谐电路包含下列至少一者：第一阻抗组，其串联连接在所述第一电极与所述匹配网络之间，其中所述第一阻抗组从所述匹配网络接收所述第二射频信号；或第二阻抗组，其连接在所述匹配网络的输出与参考终端之间，其中所述第二阻抗组从所述匹配网络接收所述第二射频信号。
在其他特征中，所述方法还包含在进行所述处理操作时(i)将所述第一频率调整至所述第二频率；以及(ii)调整所述第一阻抗组或所述第二阻抗组的电容值或电感值中的至少一者。
在其他特征中，所述方法还包含在执行所述处理操作时调整所述第一调谐电路的所述阻抗值。在其他特征中，所述方法还包含在执行所述处理操作时：收集传感器输出数据；基于所述传感器输出数据确定一或多个参数；以及基于所述一或多个参数调整所述第一阻抗组或所述第二阻抗组的所述阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含：确定所述处理室的特征或特性；以及基于所述特征或所述特性设定所述第一阻抗组或所述第二阻抗组的所述阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含：确定所述衬底支撑件的特征或特性；以及基于所述特征或所述特性设定所述第一阻抗组或所述第二阻抗组的所述阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含：基于所述特性的变化调整所述第一阻抗组或所述第二阻抗组中的至少一者的阻抗以跟随相应的轨迹。
在其他特征中，所述方法还包含基于以下至少一者计算或确定所述轨迹：所述特征；所述特性；所述衬底、所述衬底支撑件或处理室的一或多个其他特征；以及所述衬底、所述衬底支撑件或所述处理室的一或多个其他特性。
在其他特征中，所述方法还包含：确定所述衬底的特征或特性；以及基于所述特征或所述特性设定所述调谐电路的所述阻抗值。
在其他特征中，所述方法还包含：通过所述匹配网络将夹持电压供给至所述第一电极以将所述衬底夹持至所述衬底支撑件上；将偏置电压供给至所述第二电极；以及通过所述调谐电路或另一调谐电路调谐所述夹持电压以及所述偏置电压。所述衬底支撑件是静电卡盘。
在其他特征中，提供一种衬底处理系统，其包含匹配网络、调谐电路、以及控制器。所述匹配网络被配置成从射频产生器接收具有第一频率的第一射频信号并且使所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出阻抗匹配。所述调谐电路不同于所述匹配网络。所述调谐电路被配置成基于所述匹配网络的输出而将第二射频信号输出至衬底支撑件中的第一电极并且将第三射频信号输出至所述衬底支撑件中的第二电极。所述控制器被配置成通过下列方式调整对所述衬底支撑件中的所述第一电极和所述第二电极的功率分配：向所述射频产生器发出信号以将在所述匹配网络处接收到的所述第一射频信号的所述第一频率调整为第二频率。
在其他特征中，所述匹配网络不改变所述第一射频信号的所述第一频率并且将所述第一射频信号提供至所述调谐电路。
在其他特征中，所述控制器被配置成独立于使所述匹配网络的所述输入与所述射频产生器的所述输出阻抗匹配而将所述第一频率调整为所述第二频率。
在其他特征中，所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率，但不影响所述匹配网络与所述射频产生器之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述匹配网络被配置成在所述控制器将所述第一频率调整为所述第二频率时维持所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出之间的阻抗匹配。
在其他特征中，所述调谐电路包含第一电路部件和第二电路部件。所述第一电路部件被连接至所述第一电极。所述第二电路部件被连接至所述第二电极；并且将所述第一频率调整为所述第二频率使所述第一电路部件的第一阻抗和所述第二电路部件的第二阻抗改变。
在其他特征中，所述调谐电路将功率的总量供给至所述第一电极和所述第二电极。将所述第一频率调整为所述第二频率将第一阻抗调整为第二阻抗，从而调整供给至所述第一电极的功率的总量的第一百分比以及供给至所述第二电极的功率的总量的第二百分比。
在其他特征中，所述控制器被配置成在将所述第一频率调整为所述第二频率时调整所述第一电路部件的电容值或电感值。
在其他特征中，控制器被配置成在将所述第一频率调整为所述第二频率时将所述第一电路部件的电容值或电感值中的至少一者维持在固定值。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1为根据本发明的一实施方案的包含频率控制器、具有电极的ESC以及对应的匹配网络和一或多个调谐电路的衬底处理系统的一示例的功能框图；
图2为根据本发明的一实施方案的包含用于夹持电极与偏置电极的调谐电路的一示例性电容耦合电路的功能框图；
图3为根据本发明的一实施方案的包含用于两个夹持电极与偏置电极的调谐电路的电容耦合电路的一示例的功能框图；
图4为根据本发明的一实施方案的包含用于夹持电极与两个偏置电极的调谐电路的电容耦合电路的一示例的功能框图；
图5为根据本发明的一实施方案的包含用于夹持电极与三个偏置电极的调谐电路的电容耦合电路的一示例的功能框图；
图6为根据本发明的一实施方案的用于夹持电极与偏置电极的调谐电路的一示例的功能框图；
图7为根据本发明的一实施方案的调谐电路的一示例的功能框示意图，该调谐电路连接至单一RF电源且包含用于两个夹持电极与偏置电极环的串联连接的电感器与电容器；
图8为根据本发明的一实施方案的调谐电路的一示例的功能框示意图，该调谐电路连接至单一RF电源且包含用于两个夹持电极与偏置电极环的并联的电感器与电容器；
图9为根据本发明的一实施方案的调谐电路的一示例的功能框示意图，该调谐电路连接至双RF电源且包含用于两个夹持电极与偏置电极环的串联连接的电感器与电容器以及并联的电感器与电容器；
图10为根据本发明的一实施方案的两调谐电路的一示例的功能框示意图，该两调谐电路连接至各自的RF电源且包含用于两个夹持电极与偏置电极环的串联连接的电感器与电容器或并联的电感器与电容器；
图11为根据本发明的一实施方案的调谐电路的一示例的功能框示意图，该调谐电路包含用于两个夹持电极与偏置电极环的并联连接的电容器和电感器；
图12示出了根据本发明的一实施方案的一种衬底处理系统的操作方法，其包含设定以及调整RF产生器频率和静电卡盘的电极的调谐电路的阻抗值；以及
图13为根据本发明的一实施方案的包含外环电极及两个内电极的衬底支撑件的一示例。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在电容耦合等离子体(CCP)系统中，可将RF电压信号供给至处理室中的喷头和/或衬底支撑件(如静电卡盘或平台)以在衬底处理期间产生并且维持等离子体(如在蚀刻或沉积处理期间提供的等离子体)。例如，衬底支撑件可包含用于接收RF电压的多个电极。所述电极可以具有不同的尺寸与形状且可设置于衬底支撑件内的不同位置处。
本文中所阐述的示例包含：(i)频率控制器，其用于设定及调整RF产生器频率；(ii)调谐电路，其用于控制被供给至衬底支撑件的电极的RF电压。调谐电路不同于连接在RF产生器与调谐电路之间的匹配网络。由于不同，因此调谐电路并未被包含在匹配网络中且与匹配网络分离。频率控制器调整RF产生器频率以调整衬底支撑件内以及整个衬底支撑件的功率分配。调整RF产生器频率，该调整独立于阻抗匹配和/或最小化反射功率。频率控制器调整频率而有效地调整调谐电路的阻抗，这影响功率分配和对晶片的处理。可进行所公开的频率调整而不直接改变包含于调谐电路中的电路部件的可变电容值和电感值，或者可以在直接调整电路部件的电容值和电感值之外还进行所公开的频率调整。在一实施方案中，RF产生器频率的变化落在预定频率范围内，在该频率范围内不会发生RF产生器与匹配网络之间的阻抗不匹配。在另一实施方案中，RF产生器频率的变化落在操作频率范围内，该操作频率范围会造成RF产生器与匹配网络之间的一或多个阻抗不匹配。在该后一实施方案中，匹配网络被配置成主动地将阻抗匹配维持在RF产生器的操作频率范围内。
调整RF产生器频率以调整调谐电路的阻抗而改变衬底支撑件中的功率分配不同于调整RF产生器的频率而实现阻抗匹配的目的。可调整RF产生器频率而改变匹配网络的阻抗以匹配RF产生器的输出的阻抗。这是在不改变衬底支撑件中的功率分配和/或晶片均匀性的情况下实现的。相对地，可进行RF产生器频率调整而调整功率分配和晶片上的处理以提供或改变晶片均匀性。
调谐电路包含可变和/或固定阻抗，该可变和/或固定阻抗可针对正在执行的衬底处理进行调谐。可控制供给至电极的RF电压以及对应的电流，以改变所生成的等离子体的方面。在处理过程中，衬底被放置在衬底支撑件上且衬底的一或多个层(如薄膜层)可例如被蚀刻或沉积。通过定制供给至不同电极的RF电压，可根据电极的位置在整个晶片上以空间方式改变和/或调谐一或多个层的参数。例如，一或多个层的参数可包含均匀度值、应力值、折射率、蚀刻速率、沉积速率、厚度值、和/或其他经测量的量的本质特性值。
所公开的RF功率由一或多个RF电源提供。在一实施方案中，通过从单一RF电源馈送共同节点RF功率而提供RF功率。接着将从共同节点所提供的RF功率通过各自的路径而提供至衬底支撑件的多个不同电极。所述路径包含调谐电路和/或能改变相应的RF电压、电流电平、相位、和/或频率内容的阻抗。阻抗可包含串联或并联连接的阻抗。文中所公开的其他实施方案包含多个电源、多个节点以及各种路径。
还可通过调整多个电极的尺寸、形状和图案而改变提供至衬底支撑件中的多个电极的RF电压与电流电平。例如，通过改变电极的半径可改变和/或调谐自环形和/或圆形电极提供至等离子体的RF电压、利用环形和/或圆形电极所进行的衬底处理、和/或所得到的衬底特性。
衬底处理系统可具有能提供自由度的多个特征、特性和/或参数，这些特征、特性和/或参数可被设定和/或调整以控制衬底处理期间衬底的膜层的结果方面。例如，可设定和/或控制RF功率电平、室几何特征、聚焦环的使用、喷头孔洞图案、喷头形状、电极图案、气体压力、气体组成等等以提供具有目标膜层组成及轮廓的所得衬底。
所公开的示例对调谐衬底的一或多个层提供另一自由度。自由度是通过设定和/或调整调谐电路的阻抗(例如选择、改变、和/或控制电容、电感、电抗、电阻、布局等)提供的。轮廓是指一或多个层的上述参数。
例如通过改变靠近衬底圆周边缘处的金属或介电环形元件可改变衬底的径向轮廓。这可包含调整参数，例如气体压力、气体流率、气体组成、RF释放的功率、提供至衬底支撑件的电极的RF信号的频率、和/或其他参数。改变在特定位置处的这些参数而提供目标层特征(如特定层厚度或在圆周边缘处的形状)可改变相同位置处和/或其他位置处的其他参数和/或影响其他特征。因此，这些参数并非独立地调整某些特征。又例如，可通过在衬底的圆周边缘外使用聚焦环而改变衬底的圆周边缘。然而使用聚焦环可影响在衬底中心处的气体流率，其可影响处理，因而影响衬底中心处的结果。其他示例性的层特征为特定的沟槽深度或宽度、沟槽之间的距离、导电元件之间的距离、层组成等。
在衬底的一或多个层的轮廓的设定及控制调谐中参数和自由度越多，则越有可能在不负面影响其他特征的情况下提供特定特征。此外，随着参数的数目及自由度增加，可形成的特征的数目、组成及布局(或图案)增加。本文中所公开的示例增加衬底膜层设计的弹性以及位置特定设计的选择性，并且使衬底处理系统能提供多样化的特征组。
图1显示了包含ESC(或衬底支撑件)101的衬底处理系统100。ESC是指包含夹持电极的衬底支撑件，电压被供给在该电极处以产生吸引力而将衬底夹持至ESC上。ESC 101可以被配置成与本文中所公开的任何ESC相同或类似。虽然图1显示电容耦合等离子体(CCP)系统，但本文中所公开的实施方案可应用至变压器耦合等离子体(TCP)系统、电子回旋共振(ECR)等离子体系统、感应耦合等离子体(ICP)系统和/或包含衬底支撑件的其他系统和等离子体源。实施方案可应用至PVD处理、PECVD处理、化学强增等离子体气相沉积(CEPVD)处理、离子植入处理、等离子体蚀刻处理、和/或其他蚀刻、沉积以及清理处理。
ESC 101可包含顶板102和底板103。虽然ESC 101被显示为具有两个板，但ESC 101可包含单一板。板102、103可由陶瓷和/或其他材料形成。虽然图1-5和7-11中的每一ESC都被显示为具有特定的特征而不具有其他的特征，但可以修改每一ESC以使其包含本文中所公开的和图1-5及7-11中的任何特征。
虽然ESC 101被显示为安装于处理室的底部且并非设置成旋转，但ESC 101以及本文中所公开的其他ESC可设置于处理室的底部或上部处且可配置作为旋转卡盘以在处理衬底期间进行旋转。如果安装于处理室的上部，则ESC 101可以与本文中所公开的其他ESC具有类似的构造但上下翻转且可包含外围衬底支撑、夹持、和/或扣紧硬件。
衬底处理系统100包含处理室104。ESC 101被包围于处理室104内。处理室104还围绕其他部件，例如上电极105，并且容纳RF等离子体。在操作期间，衬底107被放置在且静电夹持至ESC 101的顶板102。
仅举例而言，上电极105可包含喷头109，喷头109导入气体并分散气体。喷头109可包含杆部111，杆部111的一端连接至处理室104的上表面。喷头109大致上呈柱形且从杆部111的在与处理室104的上表面分离的位置处的相对端向外径向延伸。喷头109的面向衬底的表面包含多个孔洞，处理气体或清扫气体流经这些孔洞。或者，上电极105可包含导电板且可以其他方式引导气体。板102、103中的一或两者可用作为下电极。
板102、103中的一或两者可包含温度控制元件(TCE)。例如，图1显示了包含TCE110且可以用作加热板的顶板102。中间层114设置于板102、103之间。中间层114可以将顶板102接合至底板103上。例如，中间层可由适合用于将顶板102接合至底板103的粘附性材料形成。底板103可包含一或多个气体通道115和/或用于使背侧气体流至衬底107的背侧并使冷却剂流经底板103的一或多个冷却剂通道116。
RF产生系统120生成RF电压并将RF电压输出至上电极105及下电极(如板102、103中的一或多者)。上电极105和ESC 101中的一者可以是DC接地的、AC接地的、或浮动电位。仅例如，RF产生系统120可以由系统控制器121所控制且包含一或多个能产生RF电压的RF产生器122(例如电容耦合等离子体RF功率产生器、偏置功率产生器、和/或其他RF功率产生器)，所生成的RF电压通过一或多个匹配和分配网络124而馈送至上电极105和/或ESC 101。系统控制器121包含频率控制器119，频率控制器119设定和调整从RF产生器123、125所输出的RF信号的频率。可调整频率以调整ESC 101内以及整个ESC 101的功率分配。
例如，显示第一RF产生器123、第二RF产生器125、第一RF匹配网络127以及第二RF匹配网络129。第一RF生成器123与第一RF匹配网络127可提供RF电压或可单纯地将喷头109连接至接地参考电位。第二RF产生器125与第二RF匹配网络129可以各自或共同被称为电源并将RF/偏置电压提供至ESC 101。在一实施方案中，第一RF产生器123与第一RF匹配网络127提供能离子化气体以及驱动等离子体的功率。在另一实施方案中，第二RF产生器125与第二RF匹配网络129提供能离子化气体及驱动等离子体的功率。RF产生器123、125中的一者可以是高功率RF产生器，其产生例如6-10千瓦(kW)或更高的功率。
第二RF匹配网络129提供阻抗匹配，以使第二RF匹配网络129的输入阻抗与第二RF产生器125的输出阻抗匹配。第二RF匹配网络129可以(i)维持第二RF匹配网络129的电路部件(如电容器和电感器)的固定电容值和电感值，以提供RF产生器125的操作频率范围内的阻抗匹配；或(ii)调整匹配网络129的阻抗128的电容值和/或电感值，以针对RF产生器125的操作频率范围维持阻抗匹配。这样做以最小化被反射回RF产生器125的反射功率。第二阻抗匹配网络129提供阻抗匹配，其独立于从第二RF产生器125输出的RF信号的频率。第二RF匹配网络129包含阻抗(如电容器和电感器)128并将功率供给至RF电极，例如板102、103中的RF电极131、133。RF电极可位于板102、103中的一者或两者中。RF电极的位置可靠近ESC101的上表面(例如当ESC 101被用作为夹持电极时)和/或位于ESC 101中的其他位置中(例如当ESC 101被用于RF偏置用途时)。所述电极中的一些可以用作夹持电极和RF偏置电极两者。
RF电极可从其他电源接收功率。例如，RF电极中的一些可从电源135而不是从第二RF匹配网络129接收功率，或者RF电极中的一些除了从第二RF匹配网络129接收功率外，还可以从电源135接收功率。在一些实施方案中，电源135不包含匹配网络和/或无匹配网络设置于电源135与RF电极之间。RF电极中的一些可以从第二RF匹配网络129和/或电源135接收功率以将衬底静电夹持至顶板102。电源135可以由系统控制器121控制。调谐电路139可连接于(i)第二RF匹配网络129与多个电极131、133、137中的对应电极之间，以及(ii)电源135与多个电极131、133、137中的对应电极之间。在一实施方案中，调谐电路139被设置在处理室104外部，与第二RF匹配网络129分离且位于其下游。调谐电路139的示例显示于图2-11中。
气体输送系统130包含一或多个气体源132-1、132-2、…以及132-N(统称为气体源132)，其中N为大于零的整数。气体源132供给一或多种前体及其混合物。气体源132也可供给蚀刻气体、载气、和/或清扫气体。也可使用经蒸发的前体。气体源132通过阀134-1、134-2、...及134-N(统称为阀134)以及质量流量控制器136-1、136-2、…及136-N(统称为质量流量控制器136)连接至歧管140。歧管140的输出被馈送至处理室104。仅例如，歧管140的输出被馈送至喷头109。
衬底处理系统100还包含冷却系统141，冷却系统141包含连接至TCE 110的温度控制器142。在一实施方案中，不包含TCE 110。虽然显示与系统控制器121分离，但温度控制器142可实现为系统控制器121的一部分。板102、103中的一或多者可包含多个温度控制区域(例如4个区域，每个区域皆包含4个温度传感器)。
温度控制器142可控制操作，因而控制TCE 110的温度，以控制板102、103及衬底(例如衬底107)的温度。温度控制器142和/或系统控制器121可通过控制从气体源132中的一或多者流向气体通道115的气流来控制背侧气体(如氦气)流向气体通道115以用于冷却衬底的气体的流率。温度控制器142也可与冷却剂组件146通信以控制通过通道116的第一冷却剂的流动(冷却流体的压力及流率)。第一冷却剂组件146可从贮存器(未显示)接收冷却流体。例如，冷却剂组件146可包含冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以使冷却剂流过通道116而冷却底板103。温度控制器142可控制冷却剂的流率及其温度。温度控制器142基于处理室104内的传感器143、144所检测到的参数，控制被供给至TCE110的电流以及被供给至通道115、116的气体和/或冷却剂的压力与流率。传感器143、144可包含电阻式温度装置、热电耦、数位温度传感器、温度探针、和/或其他适合的温度传感器。可使用传感器143、144和/或衬底处理系统100中所包含的其他传感器检测参数，例如温度、气体压力、电压、电流电平等。在蚀刻处理期间，可在高功率等离子体的存在下将衬底107加热至预定温度(例如120摄氏度(℃))。流过通道115、116的气体和/或冷却剂流使底板103的温度降低，从而使衬底107的温度降低(例如从120℃冷却至80℃)。
阀156与泵158可用于从处理室104排放反应物。系统控制器121可控制衬底处理系统100的部件，包含控制被供给的RF功率的电平、被供给的气体的压力与流率、RF匹配等。系统控制器121控制阀156与泵158的状态。机械手170可用于将衬底传送至ESC 101并且从ESC101移除。例如，机械手170可在ESC 101与装载锁172之间传送衬底。机械手170可由系统控制器121控制。系统控制器121可控制装载锁172的操作。
阀、气体和/或冷却剂泵、电源、RF产生器等可被称为致动器。TCE、气体通道、冷却剂通道等可被称为温度调整元件。
系统控制器121可直接通过调整调谐电路139的电路部件的可变电容值和/或电感值或间接通过频率控制器119来控制调谐电路139的阻抗的状态。频率控制器119可控制和/或指示RF产生器125输出具有预定频率的RF信号以调整调谐电路139的阻抗。系统控制器121可发送信号至调谐电路139，以通过调整调谐电路139的电容器和电感器的电容值及/或电感值而直接调整调谐电路139的阻抗，以替代调整所述的频率或作为调整所述的频率的补充。电容器和电感器的示例被显示于图7-11中。可基于从传感器143、144、145和/或ESC101、处理室104、第二RF匹配网络129、和/或电源125、135中的一或多者的其他感应器接收的反馈信号，调整调谐电路139的阻抗。传感器145可检测第二RF匹配网络129中的电压、电流电平、功率电平。虽然在底板103中显示传感器144，但传感器中的一或多者可位于顶板102中。传感器144可位于ESC 101中的任何位置处。传感器143可位于处理室104中的任何位置处。
系统控制器121还可以控制阻抗128的状态。可以设定阻抗128的状态以使第二RF匹配网络129的一或多个输出的一或多个阻抗匹配调谐电路139的输入处所遇见的阻抗。在调谐电路139的输入处所遇见的阻抗是基于ESC101和调谐电路139的阻抗。当调整调谐电路139的阻抗时，系统控制器121也可因此而调整第二RF匹配网络129的阻抗。
虽然在下面图2-11的说明中显示了特定数量的调谐电路、阻抗、夹持电极、RF电极和/或其他元件，但是可以包含任何数量的每一者。另外，虽然显示了特定排列的调谐电路、阻抗、夹持电极以及RF电极，并且其具有特定的尺寸、形状、图案，但所述的元件可以不同方式排列且具有不同的尺寸、形状、图案。
图2显示了电容耦合电路200，其包含夹持调谐电路202、RF调谐电路204、夹持电极206以及RF电极208。调谐电路202、204的元件(如电容器和/或电感器)的阻抗可以是频率相关的。显示喷头(或上电极)210以及ESC 212的横剖面图。喷头210可连接至参考电位或接地214。在一实施方案中，喷头210由图1的第一RF匹配网络127提供RF功率。等离子体216被提供在喷头210与ESC 212之间。衬底218被放置在ESC 212上。
夹持调谐电路202可用于控制提供至夹持电极206的夹持电压、电流电平、相位、功率电平和/或频率。RF调谐电路204可用于控制提供至RF电极208的偏置电压、电流电平、功率电平、和/或频率。调谐电路202、204可以从例如图1的第二RF匹配网络129(或第一电源)、和/或图1的电源135(或第二电源)接收功率P内、P外并用于调整跨越等离子体的压降。这可包含调整跨越图1的ESC 101的表面上方的各成对的点之间的电压差。图6显示了调谐电路202、204的示例。如图6中所示，调谐电路202、204可包含阻抗中的一或多者。调谐电路202、204可不包含并联阻抗路径，或者可以包含传输线而非串联阻抗路径。可被包含于调谐电路202、204中的阻抗的示例显示于图7-11中。阻抗可以是串联或并联连接的，可以是分流电抗，和/或可以包含电容器、电感器、电阻器、电抗、传输线、短路或开路的电路、过滤元件(或过滤器)、和/或其他阻抗。例如，夹持电极206可以是圆形的而RF电极206可以是环形的。
图3显示了电容耦合电路300，其包含第一夹持调谐电路302、第二夹持调谐电路303、外RF调谐电路304、第一夹持电极306、第二夹持电极307以及RF电极308。调谐电路302、303、304的元件(如电容器和/或电感器)的阻抗可以是频率相关的。显示了喷头(或上电极)310及ESC 312的横剖面图。喷头310可连接至参考电位或接地314。在一实施方案中，喷头310由图1的第一RF匹配网络127提供RF功率。等离子体316被提供在喷头310与ESC 312之间。衬底318被放置在ESC 312上。
夹持调谐电路302、303可用于控制提供至夹持电极306、307的夹持电压、电流电平、功率电平和/或频率。RF调谐电路304可以用于控制提供至RF电极308的偏置电压、电流电平、功率电平和/或频率。调谐电路302、303、304可以从例如图1的第二RF匹配网络129(或第一电源)、图1的电源135(或第二电源)和/或从一或多个其他电源接收功率P夹持1、P夹持2与P外。调谐电路302、303、304可以用于调整跨越等离子体的压降。在一实施方案中，P夹持1等于P夹持2。图6显示了调谐电路302、303、304的示例。如图6中所示，调谐电路302、303、304可包含阻抗中的一或多者。调谐电路302、303、304可不包含并联阻抗路径，或可以包含传输线而非串联阻抗路径。可被包含于调谐电路302、303、304中的阻抗的示例显示于图7-11中。阻抗可以是串联或并联连接的，可以是分流电抗，和/或可以包含电容器、电感器、电阻器、电抗、传输线、短路或开路的电路、过滤元件和/或其他阻抗。例如，夹持电极306、307可以是圆形的，而RF电极308可以是环形的。
图4显示了电容耦合电路400，其包含夹持调谐电路402、内RF调谐电路404、外RF调谐电路405、夹持电极406、内偏置电极408以及外偏置电极409。调谐电路402、404、405的元件(如电容器和/或电感器)的阻抗可以是频率相关的。显示了喷头(或上电极)410以及ESC412的横剖面图。喷头410可以连接至参考电位或接地414。在一实施方案中，喷头410由图1的第一RF匹配网路127提供RF功率。等离子体416被提供在喷头410与ESC 412之间。衬底418被放置在ESC 412上。
夹持调谐电路402可用于控制提供至夹持电极406的夹持电压、电流电平、相位、功率电平和/或频率。RF调谐电路404、405可用于控制提供至偏置电极408、409的偏置电压、电流电平、功率电平和/或频率。调谐电路402、404、405可以从例如图1的第二RF匹配网络129(或第一电源)、图1的电源135(或第二电源)、和/或从一或多个其他电源接收功率P夹持、P内、P外。调谐电路402、404、405可以用于调整跨越等离子体的压降。图6显示了调谐电路402、404、405的示例。如图6中所示，调谐电路402、404、405可以包含阻抗中的一或多者。调谐电路402、404、405可以不包含并联阻抗路径、或可以包含传输线而非串联阻抗路径。可以被包含于调谐电路402、404、405中的阻抗的示例被显示于图7-11中。阻抗可以是串联或并联连接的，可以是分流电抗，和/或可以包含电容器、电感器、电阻器、电抗、传输线、短路或开路的电路、过滤元件、和/或其他阻抗。例如，夹持电极406与内偏置电极408可以是圆形的，而外偏置电极409可以是环形的。
图5显示了电容耦合电路500，其包含夹持调谐电路502、第一内RF调谐电路504、第二内调谐电路505、外RF调谐电路506、夹持电极507、第一内偏置电极508、第二内偏置电极509以及外偏置电极510。调谐电路502、504、505、506的元件(如电容器和/或电感器)的阻抗可以是频率相关的。显示了喷头(或上电极)511以及ESC 512的横剖面图。喷头511可连接至参考电位或接地514。在一实施方案中，喷头511由图1的第一RF匹配网络127提供RF功率。等离子体516被提供在喷头511与ESC 512之间。衬底518被放置在ESC 512上。
夹持调谐电路502可用于控制提供至夹持电极507的夹持电压、电流电平、功率电平和/或频率。RF调谐电路504、505、506可用于控制提供至偏置电极508、509、510的偏置电压、电流电平、相位、功率电平和/或频率。调谐电路502、504、505、506可从例如图1的第二RF匹配网络129(或第一电源)、图1的电源135(或第二电源)、和/或从一或多个其他电源接收功率P夹持、P内1、P内2、P外。调谐电路502、504、505、506可用于调整跨越等离子体的压降。图6显示了调谐电路502、504、505、506的示例。如图6中所示，调谐电路502、504、505、506可包含阻抗中的一或多者。调谐电路502、504、505、506可以不包含并联阻抗路径，或可以包含传输线而非串联阻抗路径。可以被包含于调谐电路502、504、505、506中的阻抗的示例被显示于图7-11中。阻抗可以是串联或并联连接的，可以是分流电抗，和/或可以包含电容器、电感器、电阻器、电抗、传输线、短路或开路的电路、过滤元件、和/或其他阻抗。例如，夹持电极507与偏置电极508、509可以是圆形的，而外偏置电极510可以是环形的。
图6显示了用于电极(或负载)602(例如夹持电极或偏置电极)的调谐电路600。调谐电路600可取代图2-5的调谐电路202、204、302、304、305、402、404、405、502、504、505以及506中的任何一者。在图9-10中显示了调谐电路600的示例。调谐电路600可以从RF电源604(例如图1的电源129、135中的一者)接收RF功率。RF电源604可以包含匹配网络和/或RF产生器，例如匹配网络129和RF产生器125。调谐电路600可以包含串联阻抗路径605与串联阻抗组606以及并联阻抗路径607与并联阻抗组608。阻抗组606、608的阻抗可以是频率相关的。串联阻抗组606包含串联连接于RF电源604与负载602之间的一或多个阻抗609。串联阻抗组606与一或多个阻抗609被连接于负载602与源终端610之间。源终端610被连接至RF电源604。并联阻抗组608被连接于(i)连接于RF电源604与串联阻抗组606之间的源终端610与(ii)参考终端或接地612之间。并联阻抗组608可包含并联连接于源终端610与参考终端612之间的一或多个阻抗613。
阻抗609、613中的一或多者可以是固定阻抗。附加地或替代地，阻抗609、613中的一或多者可以是可变阻抗，可变阻抗可通过图1的系统控制器121基于例如下列项而调整；电流处理配方；电流操作参数；测量到的参数、和/或基于一或多个传感器(如图1的传感器143)的输出所判定出的参数；和/或处理系统、ESC以及衬底的特征和/或特性。
虽然在下列的图7-11中显示了某些阻抗，但可包含其他阻抗。阻抗可包含从电线和/或其他导电电路元件的“杂散”电感。
图7显示了调谐电路700可连接至单一RF电源702。调谐电路700包含用于两个夹持电极706、708与偏置电极环710的串联连接的电感器L1-L3与电容器C1-C3。电感器L1-L3和电容器C1-C3的阻抗是频率相关的。RF电源702可以类似于图1的电源129、135的方式操作且可连接至参考终端或接地711。RF电源702可包含匹配网络和/或RF产生器，例如匹配网络129和RF产生器125。在一实施方案(被称为接地平台构造)中，并未包含RF电源702，并且电容器C1-C3被连接至接地711。
在图7中显示了多个电极706、708、710的横剖面图。多个电极706、708、710可同心设置。L1与C1被串联连接于(i)RF电源702及共同终端712与(ii)第一内夹持电极706之间。L2与C2被串联连接于(i)RF电源702及共同(或源)终端712与(ii)中央终端714之间，中央终端714连接至偏置电极环710上的两点。L3与C3被串联连接于(i)RF电源702及共同终端712与(ii)第二内夹持电极708之间。
电感器L1-L3与电容器C1-C3可以具有固定值或可以是由如上所述的图1的系统控制器121所控制的可变装置。虽然显示了电感器L1-L3与电容器C1-C3，但调谐电路700中可包含其他阻抗。
图7提供了当功率被提供至共同节点(或终端)并且分流以对多个电极提供功率的示例。每一电极的每一路径的阻抗可通过对应路径中的阻抗(或串联连接的电感及电容)改变。
图8显示了调谐电路800可以连接至单一RF电源802。调谐电路800包含用于两个夹持电极804、806以及偏置电极环808的分流电感器L1-L3与分流电容器C1-C3。分流电感器L1-L3与分流电容器C1-C3的阻抗是频率相关的。RF电源802可以类似于图1的电源129、135的方式操作且可连接至参考终端或接地811。RF电源802可以包含匹配网络和/或RF产生器，例如匹配网络129和RF产生器125。RF电源802连接至共同(或源)终端812，共同(或源)终端812连接至夹持电极804、806并连接至中央终端814。
在一实施方案(被称为接地平台构造)中，并未包含RF电源802且终端812连接至接地811。当终端812连接至接地811时，一或多个串联连接的阻抗可连接于(i)节点820与接地811之间、(ii)节点822与接地811之间、和/或节点824与接地811之间。所述的一或多个串联连接的阻抗可类似于阻抗L1-L3与C1-C3、或可包含其他阻抗。这可在例如当向对应的喷头提供RF功率时发生。
显示了电极804、806、808的横剖面图。电极804、806、808可同心设置。L1与C1并联连接于节点(或第一终端)820与接地811之间。第一终端820连接于共同终端812与第一夹持电极804之间。L2与C2并联连接于节点(或第二终端)822与接地811之间。第二终端822连接于共同终端812与第一夹持电极804之间。L3与C3并联连接于节点(或第三终端)824与接地811之间。第三终端824连接于共同终端812与第二夹持电极806之间。
电感器L1-L3与电容器C1-C3可具有任意和/或预定的固定数值，或者可以是由如上所述的图1的系统控制器121所控制的可变装置。虽然显示电感器L1-L3与电容器C1-C3，但调谐电路800中可包含其他阻抗。
图8提供了当功率提供至共同节点并且分流以对多个电极提供功率。每一电极的每一路径的阻抗可通过连接至对应路径的分流阻抗(或分流电感及电容)改变。
图9显示了连接至双RF电源902、904的调谐电路900。调谐电路900包含用于两个夹持电极906、908以及偏置电极环910的串联连接的电感器L1-L3与电容器C1-C3以及分流电感器L4-L6与电容器C4-C6。电感器L1-L6与电容器C1-C6的阻抗是频率相关的。RF电源902、904可以以类似于图1的电源129、135的方式操作且可连接至参考终端或接地911。RF电源902、904可以包含匹配网络和/或RF产生器，例如匹配网络129和RF产生器125。RF电源902、904连接至共同(或源)终端912且可提供相同频率或不同频率的功率。
在一实施方案(被称为接地平台构造)中，并未包含RF电源902、904，并且终端912连接至接地911。当终端912连接至接地911时，一或多个串联连接的阻抗可连接于(i)节点920与接地911之间、(ii)节点922与接地911之间、和/或节点924与接地911之间。所述的一或多个串联连接的阻抗可类似于阻抗L1-L3与C1-C3、或可包含其他阻抗。这可在例如当向对应的喷头提供RF功率时发生。
电感器L1与电容器C1串联连接于共同终端912与第一夹持电极906之间，电感器L2与电容器C2串联连接于中央终端914与共同终端912之间。中央终端连接至偏置电极环910上的两点。
显示了多个电极906、908、910的横剖面图。多个电极906、908、910可同心设置。L4与C4并联连接于节点(或第一终端)920与接地911之间。第一终端920连接于电容器C1与共同终端912之间。L5与C5并联连接于节点(或第二终端)922与接地911之间。第二终端922连接于电容器C2与共同终端912之间。L6与C6并联连接于节点(或第三终端)924与接地911之间。第三终端924连接于电容器C3与共同终端912之间。
电感器L1-L6与电容器C1-C6可具有任意和/或预定的固定数值或可为如上所述由图1的系统控制器121所控制的可变装置。虽然显示电感器L1-L6与电容器C1-C6，但调谐电路900可包含其他阻抗。L4-L6与C4-C6可以是任意网络，其可不包含电感器和/或电容器。
图10显示了两调谐电路1000、1002可连接至相应的RF电源1004、1006。第一调谐电路1000包含用于两个夹持电极1010、1012的串联连接的电感器L1、L3与电容器C1、C3以及分流电感器L4、L6与电容器C4、C6。电感器L1-L6与电容器C1-C6的阻抗是频率相关的。第二调谐电路1002包含用于偏置电极环1014的串联连接的电感器L2与电容器C2以及分流电感器L5与电容器C5。RF电源1004、1006可以类似于图1的电源129、135的方式操作且可连接至参考终端或接地1016。RF电源1004、1006可以包含匹配网络和/或RF产生器，例如匹配网络129和RF产生器125。RF电源1004被连接至共同(或源)终端1018，共同(或源)终端1018连接至C1、C3、C4、C6、L4、L6。RF电源1006通过C2与L2而连接至中央终端1020。RF电源1004、1006可提供相同频率或不同频率的功率。
电感器L1与电容器C1串联连接于共同终端1018与第一夹持电极1010之间。电感器L2与电容器C2串联连接于中央终端1020与RF电源1006之间。中央终端1020连接至偏置电极环1014上的两点。
显示了多个电极1010、1012、1014的横剖面图。电极1010、1012、1014可同心设置。L4与C4并联连接于第一终端1030与接地1016之间。第一终端1030连接于电容器C1与共同终端1018之间。L5与C5并联连接于第二终端1032与接地1016之间。第二终端1032连接于电容器C2与共同终端1018之间。L6与C6并联连接于第三终端1034与接地1016之间。第三终端1034连接于电容器C3与共同终端1018之间。
电感器L1-L6与电容器C1-C6可具有任意和/或预定的固定数值或可为如上所述由图1的系统控制器121所控制的可变装置。虽然显示电感器L1-L6与电容器C1-C6，但调谐电路1000中可包含其他阻抗。L4-L6与C4-C6可为任何网络，其可不包含电感器和/或电容器。
在一实施方案中，未包含RF电源1004，并且终端1018连接至接地1016。在另一实施方案中，未包含RF电源1006，且终端1032连接至接地1016。在又一实施方案中，RF电源1004、1006都未包含，且终端1018与1032两者都连接至接地1016。当终端1018和/或终端1032连接至接地1016时，一或多个串联连接的阻抗可连接于(i)节点1030与接地1016之间、(ii)节点1034与接地1016之间、和/或节点1032与接地1016之间。所述的一或多个串联连接的阻抗可类似于阻抗L1-L3与C1-C3，或可包含其他阻抗。这可在例如当对一对应的喷头提供RF功率时发生。
图11显示了调谐电路1100，其包含用于两个夹持电极1102、1104与偏置电极环1106的并联连接的电容器C1、C2与电感器LI、L2。电容器C1-C2与电感器L1-L2的阻抗为频率相关的。电极1102、1104、1106可同心设置。电容器C1与C2串联连接于(i)夹持电极1102、1104之间、以及(ii)电源终端1110、1112之间。电感器L1、L2分别与电容器C1、C2并联连接且串联连接于(i)夹持电极1102、1104之间、以及(ii)电源终端1110、1112之间。中央终端1114、1116分别连接于电容器C1、C2之间与电感器LI、L2之间。中央终端1114、1116连接至下列两者；(i)偏置电极环1106上的两点、以及(ii)第三(或中央)电源终端1118。电源终端1110、1112分别连接至夹持电极1102、1104。电源终端1110、1112、1118可连接至各自的电源，例如本文中所公开的任何电源。在一实施方案中，电源终端1110、1112、1118中的一或多者并未连接至RF电源而是连接至参考终端或接地。
电感器L1-L2与电容器C1-C2可具有任意和/或预定的固定数值或可以是由如上所述的图1的系统控制器121所控制的可变装置。虽然显示了电感器L1-L2与电容器C1-C2，但可以在调谐电路1100中包含其他阻抗。电感器L1-L2与电容器C1-C2为连接于电极之间的耦合元件，对每一电极提供多个频率的功率。
调谐电路1100可以与图3、5及7-10中所示的任何电路一起使用。例如，电容器C1、C2与电感器L1、L2可类似地连接至：图3的电极306、307与电极环308；图5的电极508、509与电极环510；图7的电极706、708与电极环710；图8的电极804、806与电极环808；图9的电极906、908与电极环910；以及图10的电极1010、1012与电极环1014。
在图2-11的上述示例中，如果提供多个频率的功率，到达一特定电极的路径可包含和频率相关的过滤元件以对该电极提供特定频率的功率。上述的阻抗可包含和频率相关的过滤元件。此外，提供至不同电极的功率可通过在相同频率或不同频率下操作的分离(或不同)电源所提供，以使电源所提供的功率具有相同频率或不同频率。图9-10显示了包含多个电源的示例。作为替代方案，可以不包含电源中的一或多者，并且对应的终端(如终端912、1018、1032)可连接至参考终端或接地。
图12显示了衬底处理系统的操作方法的一示例，其包含设定和调整用于静电卡盘的电极的调谐电路的电容值和电感值。在一实施方案中，当调整一或多个频率以调整整个ESC(例如图1的ESC 101)的空间功率分配时，调谐电路的电容器和电感器被维持在固定值。空间功率分配是指整个ESC的功率的分布。该分布可包含横向、径向、轴向、竖直、方位角等的分布。虽然下列的操作主要针对图1-11的实施方案说明，但是可以容易修改操作以应用至本发明的其他实施方案。操作可重复性地进行。操作可以例如通过图1的系统控制器121和/或频率控制器执行。
方法可开始于1200。在1202处，选择待进行的处理。示例性的处理是清理处理、蚀刻处理、沉积处理、退火处理等。在1204处，针对进行的已选定处理确定包含系统操作参数的配方。示例性的系统操作参数为：气体压力与流率；处理室、ESC以及衬底的温度；从RF产生器输出的RF信号的中央频率以及对应的频率操作范围；被供给至电极的多个区域的每一区域中的一或多个电极的每一组的总功率；RF偏置电压；夹持电压；电极电压、电流电平、功率电平和/或频率等。例如，频率操作范围可以是与中央频率相差±5％或更多。例如，RF产生器可以具有13.56兆赫(MHz)的中央频率且可将在处理期间从RF产生器所输出的RF信号的频率调整为介于12.882MHz-14.238MHz之间。又例如，RF产生器可具有20MHz的中央频率且可将在处理期间从RF产生器所输出的RF信号的频率调整为介于18MHz-22 MHz之间。频率调整并非为了阻抗匹配以最小化反射功率的目的进行，而是在处理期间例如等离子体激励之后进行以调整ESC中的功率分配。
在1206处，确定处理室、ESC以及衬底的特征和/或特性。示例性的特征及特性是处理室几何数值、ESC的组成、ESC的加热及冷却特性(如加热及冷却率)、ESC的尺寸、衬底的组成、ESC和/或衬底的材料等。这还可以包含：每一区域的电极数量：夹持电极、RF电极、和/或组合的夹持电极与RF电极的数量。可将ESC 101中的一些电极用于夹持和RF偏置两个目的，因此可以被提供夹持电压与RF偏置电压两者。
在1208处，系统控制器121和/或频率控制器119可设定系统操作参数。这可以包含控制上述致动器的操作。在1210处，基于已选定的处理、配方、以及系统操作参数设定调谐电路的阻抗值。阻抗值还可以基于处理室、ESC、和/或衬底的特征和/或特性设定，或者阻抗值可以替代地基于处理室、ESC、和/或衬底的特征和/或特性设定。举例而言，查找表可储存于系统控制器121的存储器中和/或由系统控制器121访问，从而将阻抗值与其中所述的其他参数、特征和/或特性关联。如上所述，系统控制器121也可以设定第二RF匹配网络129的阻抗128。
在1212处，可将衬底放置于ESC上。这可包含提供夹持电压以将衬底夹持至ESC。在1214处，进行处理操作。示例性的处理操作是清理操作、气体流动、等离子体流动以及激励、蚀刻操作、沉积操作、退火操作、退火后的操作、清扫处理室等。
在进行操作1212时可进行操作1216、1218、1220、1222。在1216处，监测传感器输出信号，传感器输出信号包含衬底处理系统的传感器输出数据。这可包含从图1的传感器143、144、145接收信号。
在1218处，可基于来自传感器143、144、145和/或其他传感器的传感器输出信号、数据、和/或对应的测量值，例如温度、气体压力、由RF产生器所产生的RF信号的频率、电压、电流电平、功率电平等确定参数。可以在将相同量的总功率施加至RF和/或夹持电极时调整频率。例如并且参考图7，RF电源702可通过L1-L3和C1-C3将具有特定频率的RF信号提供至电极706、708、710。
分配至电极706、708、710的功率分配取决于频率以及L1-L3和C1-C3的阻抗值。可调整RF信号的频率以调整功率分配。通过调整频率，L1-L3和C1-C3的有效阻抗改变。L1-L3和C1-C3的电感值以及电容值可固定或可调整以调整功率分配。分配至电极706、708、及710的功率量可以相同或不同，具体取决于RF信号的频率以及L1-L3和C1-C3的阻抗值。在一实施方案中，在改变被供给至调谐电路的RF信号的频率和/或阻抗值、电感值、和/或电容值时，供给至电极706、708、以及710的功率的总量维持在固定水平。
在1220处，系统控制器121和/或频率控制器119可基于测量值和/或已确定的参数确定是否调整RF生成信号的频率、调谐电路的阻抗值、和/或调谐电路的电容值以及电感值。在一实施方案中，确定目标阻抗值，并且接着基于目标阻抗值设定频率。可基于目标阻抗值和设定频率调整调谐电路的电容器和电感器的电容值和电感值。这些确定可基于已选定的处理、配方、系统操作参数和/或处理室、ESC、和/或衬底的特征和/或特性。特性可动态改变。在一实施方案中，基于特性的变化而调整阻抗值以跟随预定的轨迹。预定的轨迹可例如是储存在存储器中的曲线。表格可储存在存储器中以使阻抗值与其他数值及参数相关联。如果要改变一或多个阻抗值，进行操作1222，否则可进行操作1216。在一实施方案中，通过改变对应阻抗的数值而调制供给至一或多个电极的功率。这可改变应力、厚度、均匀性、折射率、蚀刻率、沉积率、和/或衬底的其他固有值和/或轮廓参数。
在1222处，系统控制器121例如通过改变调谐电路的一或多个电容器或电感器的电感、电容、阻抗、和/或电阻而调整调谐电路的一或多个阻抗值。调整(或调整量)可基于测量到和/或确定的参数、经选定的处理、配方、系统操作参数、和/或处理室、ESC、和/或衬底的特征和/或特性。系统控制器121也可如上所述调整第二RF匹配网络129的阻抗128。在操作1222后，可进行操作1216。
在1224处，系统控制器121确定是否修改现行处理或进行另一处理。如果要修改现行处理或要进行另一处理，则可进行操作1202。如果不修改现行处理且不期望进行更进一步的处理，方法可在1226处结束。
上述操作可代表示例性示例。取决于应用，操作可依顺序、同步、同时、连续、在重叠的时间期间内、或以不同的顺序进行。另外，取决于事件的进行和/或顺序可不进行或跳过操作中的任何操作。
图13显示了衬底支撑件1300的一示例，ESC(或衬底支撑件)1300包含外环电极1302和两个内电极1304、1306。如图3、5以及7-11所示，提供电极1302、1304、1306作为两个内电极及外环电极的示例。内电极1304、1306可以“D”形电极且径向朝向外环电极1302向内设置。间隙1308与1310存在于内电极1304、1306与外环电极1302之间。外环电极1302可包含外环1311及在内电极1304、1306之间延伸的线性形中央构件1312。间隙1314与1316可存在于内电极1304、1306与中央构件1312之间。中央构件1312在内电极1304、1306之间延伸并通过外环1311的中间区域1320以平均两分中间区域1320。在一实施方案中，在中央构件1312的中央处将功率提供至外环电极1302。可在中央构件1312的中央附近将功率提供至内电极1304、1306的部分。
上述示例提供了用于间接和直接调整调谐电路的阻抗以改变对ESC中的电极的功率分配的RF调谐系统。可使用RF产生器处的频率调整以快速且明显地改变功率分配，从而影响晶片上的处理结果。RF调谐系统可针对电极经由调谐电路的频率调整和/或阻抗的直接物理调整而进行功率调制。使用频率调整和阻抗直接调整的组合可增大调谐范围和/或改善调谐精准度。调谐电路具有用于设定及调整静电卡盘和/或其他基座(或衬底支撑件)中的电极的参数的阻抗。基座可能不是静电卡盘。这提供被输送至处理室(如PECVD反应器)中的等离子体的功率的空间调谐。示例提供膜沉积与均匀性的新的控制参数。作为包含外环形电极与内圆形电极的示例，可以通过调制供给至电极的功率改变衬底的外周边附近的等离子体的相对密度。如上所述，这可通过调制(或调整)对应的阻抗来完成。不同于改变气体参数或整体功率，调制提供至电极的功率不一定会改变影响整个衬底的全局参数，这使得能改变衬底的膜的选定区域(如衬底的膜的圆周边缘)。这不同于包含了使用金属或介电环改变等离子体外部的传统技术，传统技术会导致气流变化，因而会造成全局影响，从而改变衬底膜中的膜超过膜的圆周边缘。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括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/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、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、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、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。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以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、和/或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。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、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、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (20)

1.一种衬底处理系统，其包含：
匹配网络，其被配置成从射频产生器接收具有第一频率的第一射频信号并且使所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出阻抗匹配；
第一调谐电路，其不同于所述匹配网络且包含具有第一阻抗的第一电路部件，所述第一调谐电路被配置成接收所述匹配网络的输出并且将第二射频信号输出至衬底支撑件中的第一电极；以及
控制器，其被配置成确定用于所述第一电路部件的目标阻抗并且基于所述目标阻抗，对所述射频产生器发出信号，以将在所述匹配网络处接收到的所述第一射频信号的所述第一频率调整为第二频率，从而改变所述第一电路部件的所述第一阻抗以匹配所述目标阻抗。
2.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含具有中央频率的所述射频产生器，并且所述射频产生器被配置成基于控制信号而产生具有所述第一频率的所述第一射频信号，其中：
所述控制器被配置成产生所述控制信号；且
所述第一频率与所述中央频率相差在预定范围内。
3.根据权利要求1的衬底处理系统，其中所述匹配网络不改变所述第一射频信号的所述第一频率且将所述第一射频信号提供至所述第一调谐电路。
4.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成独立于使所述匹配网络的所述输入与所述射频产生器的所述输出阻抗匹配而将所述第一频率调整为所述第二频率。
5.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率，但不影响所述匹配网络与所述射频产生器之间的阻抗匹配。
6.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述匹配网络被配置成在所述控制器将所述第一频率调整为所述第二频率时维持所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出之间的阻抗匹配。
7.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中：
所述第一调谐电路包含所述第一电路部件和第二电路部件；
所述第一电路部件连接至所述第一电极；
所述第二电路部件连接至所述衬底支撑件中的第二电极；及
所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率以调整所述第一电路部件的所述第一阻抗和所述第二电路部件的第二阻抗，以改变从所述第一调谐电路至所述第一电极和所述第二电极的功率分配。
8.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述第二射频信号的频率与所述第一射频信号的频率相同。
9.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成在改变所述第一阻抗以匹配所述目标阻抗时除了将所述第一频率调整为所述第二频率外还调整所述第一电路部件的电容或电感。
10.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成在调整所述第一阻抗时将所述第一电路部件的电容或电感中的至少一者维持在固定值。
11.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中：
所述第一调谐电路包含将从所述匹配网络所接收的功率的总量分配至所述第一电路部件和第二电路部件；以及
所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率以调整被提供至所述第一电路部件的所述功率的总量的第一部分以及被提供至所述第二电路部件的所述功率的总量的第二部分。
12.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含：
源终端；以及
所述衬底支撑件，其包含所述第一电极和第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极经由所述源终端从所述匹配网络接收功率，
所述第一调谐电路包含下列至少一者：
第一阻抗组，其在所述第一电极与所述匹配网络之间串联连接，其中所述第一阻抗组经由所述源终端从所述匹配网络接收所述第二射频信号，或
第二阻抗组，其在所述匹配网络的输出与参考终端之间连接，其中所述第二阻抗组经由所述源终端从所述匹配网络接收所述第二射频信号。
13.根据权利要求12所述的衬底处理系统，其还包含第二调谐电路、第三调谐电路和第三电极，其中：
所述第一调谐电路被连接至所述第一电极以修改所述匹配网络的输出，从而产生所述第二射频信号；
所述第二调谐电路被连接至所述第二电极且被配置成修改所述匹配网络的输出以产生提供至所述第二电极的第三射频信号；以及
所述第三调谐电路被连接至所述第三电极且被配置成修改所述匹配网络的输出以产生提供至所述第三电极的第四射频信号。
14.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述第一电路部件被连接至所述衬底支撑件中的所述第一电极和第二电极并且影响对所述第一电极和所述第二电极的功率分配。
15.一种衬底处理系统，其包含：
匹配网络，其被配置成从射频产生器接收具有第一频率的第一射频信号并且使所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出阻抗匹配；
调谐电路，其不同于所述匹配网络，所述调谐电路被配置成基于所述匹配网络的输出而将第二射频信号输出至衬底支撑件中的第一电极并且将第三射频信号输出至所述衬底支撑件中的第二电极；以及
控制器，其被配置成通过下列方式调整对所述衬底支撑件中的所述第一电极和所述第二电极的功率分配：向所述射频产生器发出信号以将在所述匹配网络处接收到的所述第一射频信号的所述第一频率调整为第二频率。
16.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其中所述匹配网络不改变所述第一射频信号的所述第一频率并且将所述第一射频信号提供至所述调谐电路。
17.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成独立于使所述匹配网络的所述输入与所述射频产生器的所述输出阻抗匹配而将所述第一频率调整为所述第二频率。
18.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成将所述第一频率调整为所述第二频率，但不影响所述匹配网络与所述射频产生器之间的阻抗匹配。
19.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其中所述匹配网络被配置成在所述控制器将所述第一频率调整为所述第二频率时维持所述匹配网络的输入与所述射频产生器的输出之间的阻抗匹配。
20.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其中：
所述调谐电路包含第一电路部件和第二电路部件；
所述第一电路部件被连接至所述第一电极；
所述第二电路部件被连接至所述第二电极；并且
将所述第一频率调整为所述第二频率使所述第一电路部件的第一阻抗和所述第二电路部件的第二阻抗改变。
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