CN116075917A

CN116075917A - 通过rf耦合结构对等离子体形成的控制

Info

Publication number: CN116075917A
Application number: CN202180056281.0A
Authority: CN
Inventors: 赫马·斯沃普·莫皮迪维; 陈利; 托马斯·W·安德森; 肖恩·泰勒·史密斯; 尼尔·M·P·本杰明
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2023-05-05
Also published as: US20230326720A1; WO2021252353A1; KR20230021739A; US12283462B2; TW202213431A

Abstract

等离子体形成装置可以包括一个或更多个耦合端口以接收射频(RF)电流。该装置可额外包括一个或更多个耦合结构，其可包括一个或更多个导电回路以允许该RF电流从该一个或更多个耦合端口中的至少第一端口传导至该一个或更多个耦合端口中的至少第二端口。该一个或更多个导电回路可各自配置成在不存在该等离子体的情况下显示第一电感值，以及在存在该等离子体的情况下显示第二电感值。该一个或更多个耦合结构可各自包括电抗元件，其中每个电抗元件耦合至该一个或更多个导电回路的相应一者以形成相应数量的耦合结构。每个RF耦合结构可具有响应于该等离子体的存在而增大的谐振频率。

Description

通过RF耦合结构对等离子体形成的控制

交叉引用

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

在晶片制造工艺期间(例如，使用多站集成电路制造室在衬底上沉积膜)，可将一种或更多射频(RF)电流耦合至该室的处理站中。将充足能量的RF电流耦合至处理站中可实现或增强离子化等离子体材料的形成。离子化等离子体材料可操作以形成气体前体的自由基物质，使得该前体能被例如半导体晶片的暴露表面吸附。经由建构非常薄的材料层的多个层(其数量可为数百或数千)，可在半导体衬底上或上方建构集成电路。然而，在一些实例中，在制造室中形成离子化等离子体材料会涉及精密程序，其中某些参数受到严格控制以实现高度可重复且一致的结果。因此，对于形成离子化等离子体材料的各种层面的改善控制方法持续是活跃的研究领域。

这里提供的背景描述是为了总体显示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。

发明内容

一个总体的方面包括一种用于形成等离子体的装置，其包括一个或更多个耦合端口，所述耦合端口用于接收射频(RF)电流。所述装置还包括：一个或更多个导电回路，其被配置成允许所述RF电流从所述一个或更多个耦合端口中的至少第一端口传导至所述一个或更多个耦合端口中的至少第二端口，所述一个或更多个导电回路各自被配置成在存在所述等离子体的情况下显示第二电感值。所述装置还包括一个或更多个电抗元件，每一个电抗元件耦合至所述一个或更多个导电回路中的相应一者以形成相应数量的耦合结构。所述装置的每个耦合结构都可以具有谐振频率，所述谐振频率被配置成响应于所述等离子体的存在而增大。

在一些实施方案中，所述装置的所述一个或更多个导电回路被配置成形成在感应模式中操作的等离子体。所述装置的所述一个或更多个导电回路可以包括两个或更多个导电回路。所述一个或更多个电抗元件中的每一者可以包括一个或更多个电容元件，所述一个或更多个电容元件与所述一个或更多个导电回路中的相应导电回路协作以在低于所述RF电流的频率的频率下产生谐振。所述导电回路的所述谐振频率可以是落在与所述RF电流的所述频率相差在约10％以内的值。所述形成所述等离子体会产生比所述第一电感值小的第二电感值。所述装置的耦合因子可以是介于约0.35与约0.5之间的值。所形成的所述等离子体中的至少一部分可以位于所述一个或更多个导电回路中的每一者的区段之间的区域中。所形成的所述等离子体中的至少一部分可以位于比所述一个或更多个导电回路中的每一者的相邻区段之间的分隔距离的两倍小的区域中。所述一个或更多个导电回路中的至少一者可以包括发夹形状。所述装置还可以包括延迟网络，所述延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的电流传导保持在至少是被传导至所述一个或更多个耦合端口中的所述第一端口的所述电流的值的两倍的值。所述延迟网络可以进一步被配置成在RF匹配网络的输出端口与所述一个或更多个耦合端口中的所述第一端口之间引进约二分之一波长的延迟。

另一个总体的方面包括一种装置，其包括一个或更多个输入端口以接收RF电流。所述装置还可以包括：一个或更多个导电回路，其耦合至所述一个或更多个输入端口的相应一者，所述一个或更多个导电回路中的每一者被配置成显示电感。所述装置还包括一个或更多个电容元件，所述一个或更多个电容元件中的每一者被耦合至所述一个或更多个导电回路中的相应一者以在第一频率下谐振，所述第一频率低于所述RF电流的频率。所述装置还可以包括：所述导电回路被配置成响应于所述RF电流的传导而将紧邻所述导电回路的气体转化为等离子体。

实施方案可以包括装置，其中所述第一频率与所述RF电流的所述频率的差异小于约10％。所述气体可以至少部分地围绕所述一个或更多个导电回路。所述气体可以位于所述一个或更多个导电回路的相邻区段之间的间隔的两倍的距离中。所述一个或更多个导电回路被配置成在低于约13.56MHz的频率下谐振。所述一个或更多个导电回路中的至少一者可以包括发夹形状。所述装置还可以包括时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的尖峰电流传导保持在至少是所述一个或更多个输入端口中的第一输入端口所传导的所述电流的值的两倍的值。

另一个总体的方面包括一种多站集成电路制造室，其包括：匹配网络，其用于从RF电流产生器的输出端口接收RF电流。所述多站集成电路制造室还可以包括一个或更多个耦合结构，其用于从所述匹配网络接收电流，其中所述一个或更多个耦合结构具有至少一个导电回路和至少一个电容元件，并且所述一个或更多个耦合结构被配置成在谐振频率下谐振，所述谐振频率低于所述RF电流的频率。所述多站集成电路制造室还可以包括容积，其被配置成允许将一个或更多个气体转化为等离子体，以在所述多站集成电路制造室内进行一个或更多个制造操作。

实施方案可以包括所述多站集成电路制造室，其具有时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的尖峰电流传导保持在至少是从所述匹配网络所接收的所述RF电流的值的两倍的值。在一实施方案中，所述制造室可以包括时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成在所述RF匹配网络的输出端口与所述一个或更多个耦合结构的输入端口之间引进约二分之一波长的延迟。所述多站集成电路制造室内的气体可以至少部分地围绕所述一个或更多个导电回路。所述一种或更多种气体的至少一部分可以位于所述一个或更多个导电回路的相邻区段之间的间隔的两倍的距离中。介于所述一个或更多个导电回路与所述等离子体之间的耦合因子可以包括介于约0.2与约0.5之间的值。所述一个或更多个耦合结构中的每一者的所述RF电流的第一频率与所述谐振频率的差异小于约10％。所述一个或更多个耦合结构可以包括三个或更多个RF耦合结构。

另一个总体的方面包括一种用于形成等离子的系统，其包括射频(RF)电流产生器。所述系统还包括第一RF耦合结构，其被配置成接收由所述RF电流产生器所产生的电流，以及将至少部分地围绕所述第一RF耦合结构的气体材料转化为离子化等离子体。所述第一RF耦合结构被配置成显示响应于所述离子化等离子体的密度增加而下降的阻抗。所述RF电流产生器被配置成响应于下降的所述阻抗而降低被输送至所述第一RF耦合结构的输出电流。

在一实施方案中，所述系统还可以包括第二RF，其被配置成接收由所述RF电流产生器产生的电流，以及将至少部分地围绕所述第二RF耦合结构的气体材料转化为离子化等离子体。所述系统还可以包括RF电流分配器，其具有与所述RF电流产生器的输出端口耦合的输入端口，以及具有与所述第一RF耦合结构耦合的第一输出端口和与所述第二RF耦合结构耦合的第二输出端口，所述第二RF耦合结构被配置成显示响应于所述离子化等离子体的密度增加而下降的阻抗。在一实施方案中，输送至所述第一RF耦合结构的电流会涉及使用所述RF功率分配器，其中，通过所述RF功率分配器而输送至所述第二RF耦合结构的所述电流被配置成在通过所述第一RF耦合结构所转化的所述离子化等离子体的密度增加期间和在通过所述第二RF耦合结构所转化的所述离子化等离子体的密度增加期间是大致相等的。所述第一RF耦合结构和所述第二RF耦合结构可以包括导电回路，其被配置成在H模式中形成所述离子化等离子体。

附图说明

本文所公开的各种实施方案是以示例性方式而非限制性方式绘示于附图的图中，其中类似得附图标记代表类似元件。

图1根据实施方案显示了使用任意数量的工艺在衬底上或上方沉积或蚀刻膜所用的示例性装置。

图2根据实施方案显示了使用主动式部件的多站集成电路制造室的示意图。

图3根据实施方案显示了用于形成离子化等离子体材料的单一导电回路。

图4根据实施方案显示了用于形成离子化等离子体材料的导电回路的导体的端视图。

图5根据实施方案显示用于形成离子化等离子体材料的三导电回路。

图6根据实施方案显示了RF电流产生器、匹配网络，以及表示导电回路及电容器组合的等效电路。

图7根据实施方案显示了在形成等离子体材料之前等效电路的阻抗与频率的关系图，其中该等效电路对应于图6的导电回路和电容器组合。

图8根据实施方案显示了在形成等离子体材料之后等效电路的阻抗与频率的关系图，其中该等效电路对应于图6的导电回路和电容器组合。

图9根据实施方案显示了RF电流产生器、匹配网络、传输线，以及用于形成离子化等离子体材料的三个导电回路的等效电路。

图10根据实施方案显示了单一发夹形导电回路的储能电路阻抗、储能电路电流和匹配网络电流使用公共频率尺度而形成离子化等离子体材料的图。

图11A根据实施方案显示了与离子化等离子体材料耦合的谐振RF耦合结构的等效电路。

图11B根据实施方案显示了与离子化等离子体材料耦合的谐振RF耦合结构的等效电路。

图12根据实施方案显示了浸没在离子化等离子体材料内的导电回路的导体侧视图。

具体实施方式

在某些类型的集成电路制造室中，射频(RF)电源可用于提供具有充足电流和电压的信号以在制造室内实现等离子体形成，其中该等离子体可包括离子化气体化合物和/或元素。在一些实例中，可利用例如导电回路之类的RF耦合结构将RF能量耦合至制造室中。响应于将RF能量充分耦合至制造室中，室内的离子化气体材料可彼此进行反应以允许形成前体气体的一种或更多种自由基化物质。当该前体气体的自由基化物质被允许与半导体衬底的表面上存在的材料接触时，可以在半导体衬底的表面处进行材料薄层(例如，厚度与单一原子或分子的厚度相当的层)的沉积。在将衬底暴露于离子化等离子体材料后，可清扫制造室，并且可允许第二气体材料进入制造室以实现将半导体衬底暴露于第二气体材料。在将第二气体前体材料从制造室清扫掉后，可再次将离子化气体材料引导至制造室中，从而可导致额外材料薄层(例如，原子层)的形成。在某些实例中，可将此工艺重复进行数百或数千个循环(或甚至更大数量的循环)，直到在半导体衬底上或上方形成或沉积所期望厚度的膜。

然而，使用RF源形成集成电路制造室中所使用的等离子体材料可能代表精密工艺。举例而言，在某些情况下，响应于制造室的内表面处存在着不连续部(例如狭槽阀、孔洞、其他类型的孔口)，来自RF耦合结构的RF电流可能会不均匀地被吸引朝向该不连续部。这种RF能量往不连续部的方向的不均匀吸引可能造成离子化等离子体材料的不均匀形成，其中等离子体可能会相较于制造室的其他区域而在制造室的特定区域处以较大的密度形成。在一些实例中，制造室内的等离子体密度差异可能会造成离子化前体气体的不均匀分布，其可能因此在进行处理时，在半导体衬底各处造成非所期望的材料沉积速率差异。

为采用进一步的复杂性，在一些实例中，即使是制造室内的RF能量分布的微量差异也可能在短时间后造成越来越大的差异。这种正性反馈(其中RF能量分布的微小差异迅速造成制造室中的RF能量分布或密度的较大差异)可能会导致引入许多非所期望的结果。举例而言，制造室中的RF能量分布或密度的差异可能使制造室内的RF耦合结构处存在的电压和/或电流幅值改变。这种电压和/或电流幅值改变可能会造成等离子体模式的突然转换，例如从高密度且感应式(或H模式)到低密度且电容式(或E模式)的转换。为了使等离子体产生转变回到感应模式，RF电流产生器的输出功率可能会下降，或可能被完全中断。RF输出电流的这种偶发性功率降低和/或中断可能会减少等离子体产生，这进而例如可能迫使半导体处理时间的非所期望的增加和/或可能影响晶片与晶片之间的工艺再现性。

对于多站集成电路制造室的处理站处的耦合结构所耦合的RF功率进行改变，可能会额外影响在其他处理站处所进行的操作。举例而言，如果将来自单一RF电流产生器的功率分配至两个或更多个站，则使耦合至第一处理站的RF功率增加可能会造成与其他站耦合的功率降低。在一些实例中，响应于与多站制造室的第一站耦合的功率的增加，通往制造室的第二站的功率可能低于阈值量，从而可能使第二站中的等离子体熄灭。在这种实例中，第二站处的制造工艺可能会耗费较长时间，从而可能使成本增加、使其他处理操作的装置可用性降低、和/或使膜的品质降低。在一些实例中，等离子体熄灭的过度发生可能导致额外处理和/或计量(其用于确定制造晶片的质量是否受到负面影响)的需要。

因此，可以理解的是，在等离子体产生中实现均匀性可能是许多集成电路制造操作中所期望的。因此，在制造室内的等离子体产生中实现均匀性的一种方法涉及使用多个RF耦合结构，而非使用单一RF耦合结构，其中这些RF耦合结构可操作以将RF能量较均匀地分布于制造室内。制造室内的较均匀RF能量分布可因此使离子化等离子体材料较均匀分布地产生，其可用于在进行处理时将离子化前体气体均匀分布于半导体晶片各处。然而，尽管制造室中的多个RF耦合结构具有优点，但这种额外耦合结构可能会因为使RF能量不均衡地耦合至制造室的某些区域(与其他区域相关)的机会提高，从而引入进一步的复杂性。如上所述，制造室内的这种RF能量的不均衡耦合可能导致正性反馈，其中RF功率的微小空间和/或时间差异可能导致RF耦合结构各处的RF电流和电压分布的巨大差异。

因此，对于上方已验证和其他潜在的理由，实现一个或更多RF耦合结构的等离子体-形成配置可能是有优势的，其中在制造室内耦合的RF功率的不均匀性经由负性反馈而受控制和/或减少。在这种配置中，响应于RF能量对制造室的区域的不均衡耦合，耦合至等离子体形成RF耦合结构的功率可被迅速减小。在特定实施方案中，这种将耦合至等离子体形成RF耦合结构的电流减小可能是近乎瞬间发生的，并且是作为RF耦合结构的固有设计的结果。因此，在特定实施方案中，随着RF耦合结构开始将RF能量不均衡地耦合至制造室的区域，从而提高该区域中的等离子体密度时，可调整与该耦合结构耦合的RF功率的参数。这种RF功率参数的调整可减小该区域中的等离子体密度，从而使室内的RF能量分布恢复到更均匀的状态。

在特定实施方案中，可使用固有电气特性(例如，谐振RF耦合结构的阻抗)而引进这种负性反馈。举例而言，如本文所述，等离子体密度的增大可造成由谐振RF耦合结构所显示的阻抗降低，其中该谐振RF耦合结构至少部分地被离子化等离子体材料环绕。这种谐振RF耦合结构的阻抗降低可提高对于待由谐振结构传导的电流的需求。因此，提高的电流可从RF电流产生器流动至RF耦合结构。然而，随着谐振RF耦合结构的电流需求增加，在RF电流产生器的输出节点处可能会产生电压降。这种电压降会响应于RF电流产生器具有无法忽略的源极阻抗而产生。因此，在RF电流产生器的输出端口的电压降可能造成减小的电流流动，其可操作以降低被输往谐振电路的电流。因此，由谐振RF耦合结构传导的电流可迅速(例如，接近瞬间)恢复到标称电平。

可理解的是，保持通往RF耦合结构的基本恒定的电流的上述方法代表具有可忽略或接近于零(0)的响应时间的负性-反馈控制系统。换言之，(例如，响应于由谐振结构所形成的离子化等离子体材料的密度局部增加)通往谐振结构的电流传导的瞬间增加可几乎在瞬间恢复至稳定状态值。在一些实例中，通往谐振RF耦合结构的电流传导可在小于约1.0μs内恢复到标称操作点。在特定实施方案中，可将传输线长度(例如，对应于传输线介质中的RF电流的二分之一波长的长度)用于变换谐振结构的阻抗。这种阻抗变换可提供对于RF电流产生器所显示的阻抗的额外控制。

在其他实例中，可将单一RF电流产生器耦合至两个或更多个谐振RF耦合结构，其中所述谐振RF耦合结构至少部分浸没在离子化等离子体材料内。在这种实例中，即使这些谐振RF耦合结构中的一者的局部等离子体密度增加，负性反馈仍可实现通往各谐振结构的基本恒定的电流。举例而言，在涉及第一和第二谐振RF耦合结构的配置中，通往第一谐振RF耦合结构的电流传导的瞬间增加可接着立即恢复至标称电流传导。同时，通往第二谐振RF耦合结构的电流传导可保持稳定且不变。

此外，特定实施方案可使独立耦合结构内的相对大的RF电流的耦合成为可能，而无需RF电流产生器的输出端口处的相应大的电流。举例而言，在特定实施方案中，RF耦合结构可操作为电路，其中使用极小的输入电流使RF电流在信号频率(例如，13.56MHz)处振荡。在例如本文参照图10所描述的示例中，可使用约10A的输入电流形成值约为85A的振荡电流。在这种电路中，例如等离子体密度的增大使该电路所显示的电感减小，因此使该电路的电容增大。因此，响应于该电路所显示的较大电容，可减小与等离子体-形成RF耦合结构耦合的功率。

在特定实施方案中，等离子体形成RF耦合结构可在至少部分浸没在离子化等离子体材料内时进行操作。这种在离子化等离子体材料内的部分或完全浸没用于提高RF耦合结构之间的耦合。在某些实施方案中，RF耦合结构与离子化等离子体材料之间的被提高的耦合可用于强化被提高的等离子体密度与谐振电路所显示的电容之间的负性反馈关系。因此，在制造室的区域处的等离子体密度的微小空间和/或时间差异可造成这种等离子体密度的空间和时间差异的更快速校正。

某些实施方案可以与数种晶片制造工艺(例如，各种等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺(例如，PEALD1、PEALD2)，各种等离子体-增强化学气相沉积(例如，PECVD1、PECVD2、PECVD3)工艺)结合使用，或者可在单一沉积工艺期间实时运用。在某些实施方案中，可在任何频率下使用具有多个输出端口的RF电流产生器，所述频率例如是介于300kHz与60MHz之间的频率，其可包括约400kHz、约440kHz、约1MHz、约2MHz、约4MHz、约13.56MHz、约20MHz和约27.12MHz的频率。然而，在其他实施方案中，具有多个输出端口的RF电流产生器可在任何频率进行操作，其中所述频率可包括相对低的频率(例如，介于50kHz与300kHz之间)以及较高频率(例如，介于约60MHz与约100MHz之间的频率)，而实际上是没有限制的。

本文所述的特定实施方案可显示和/或描述包括4个处理站的多站半导体制造室。然而，所公开的实施方案意在将包含任何数量处理站的多站集成电路制造室包括在内。因此，在某些实施方案中，可将RF电流产生器的输出信号分配至例如制造室的2个处理站或3个处理站之间。可将来自RF电流产生器的输出电流分配至较大数量的处理站(实际上无限制)之间，例如5个处理站、6个处理站、8个处理站、10个处理站。本文所述的特定实施方案可显示和/或描述使用单一且相对低频率的RF信号(例如，介于约300kHz与约2MHz之间的频率)，以及单一且相对高的频率的RF电流(例如，介于2MHz与100MHz之间的频率)。然而，所公开的实施方案意在包括使用任何值的射频，例如低于约2MHz的频率以及高于约2MHz的射频。

半导体设备的制造可涉及与集成电路制造工艺相关且对于平坦或不平坦衬底上或上方的一个或更多个薄膜所进行的沉积或蚀刻。在集成电路制造工艺的一些方面中，沉积保形在独特衬底形貌的薄膜会是有用的。在许多实例中有用的一种反应类型可以涉及化学气相沉积(CVD)。在某些CVD工艺中，引入反应室的站的气相反应物同时经历气相反应。气相反应的产物沉积在衬底表面上。此类型的反应可以通过等离子体的存在进行驱动或增强，在这种情况下，该工艺可以称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应。如本文所使用的，除非另外指出，否则术语“CVD”意在包括PECVD。

在另一个示例中，如上文提及的，一些沉积工艺涉及多个膜沉积循环，每个循环产生离散的膜厚度。例如，在原子层沉积(ALD)中，沉积层的厚度可能受到会吸附在衬底表面上的一种或多种膜前体反应物的量限制，以在成膜化学反应本身之前形成吸附限制层。因此，ALD的特征包含膜的薄层(诸如具有单原子或分子的宽度的层)的形成，其是以重复和顺序方式进行使用。随着设备和特征大小的尺寸持续减小，且随着三维设备和结构在集成电路(IC)设计中变得越来越普遍，沉积薄保形膜(例如，相对于下层结构的形状具有均匀厚度的材料膜)的能力持续变得越来越重要。因此，鉴于ALD是其中每个沉积循环操作以沉积材料的单原子或分子层的成膜技术，所以ALD可以很好地适合于保形膜的沉积。在一些实例中，涉及ALD的设备制造工艺可以包括多个ALD循环，其可以成百上千个，然后可以用来形成基本上任何期望厚度的膜。此外，鉴于每一层都是薄的且保形的，所以由这种工艺产生的膜可以符合任何下层设备结构的形状。在某些实施方案中，ALD循环可以包括以下步骤：

衬底表面对第一前体的暴露。

内部定位有衬底的反应室的清扫。

例如通过将衬底表面暴露于等离子体和/或第二前体而活化衬底表面的反应。

内部定位有衬底的反应室的清扫。

每个ALD循环的持续时间至少在具体实施方案中可以小于约25秒，或小于约10秒，或小于约5秒。ALD循环的一个(或多个)等离子体暴露步骤可以具有短的持续时间，例如约1秒或更短的持续时间。

现参考附图，图1根据各种实施方案显示了适合使用任何数量的工艺对衬底上或上方的膜进行沉积或蚀刻的示例性装置。图1的处理装置100使用在内部容积中具有单一衬底保持器108(例如基座)的处理室的单一处理站102，该内部容积可通过真空泵118维持在真空下。可流体耦合至处理室的喷头106以及气体输送系统130可容许例如膜前体以及载体和/或清扫和/或工艺气体、第二反应物等的输送。处理室内等离子体的产生所使用的设施也显示于图1。示意性显示于图1中的装置可调整为用于执行尤其是等离子体增强CVD。

在图1中，气体输送系统130包含混合容器104以供混合和/或调节输送至喷头106的工艺气体。一或更多个混合容器入口阀120可控制工艺气体向混合容器104的导入。特定反应物可在汽化及后续的输送至处理室的处理站102之前以液体形式储存。图1的实施方案包含汽化点103以供使待供应至混合容器104的液体反应物汽化。在一些实施方案中，汽化点103可包含加热液体喷射模块。在一些其他实施方案中，汽化点103可包含加热汽化器。在还有的其他实施方案中，可从处理站将汽化点103去除。在一些实施方案中，可设置汽化点103上游的液体流控制器(LFC)，以供控制用于汽化及输送至处理站102的液体的质量流量。

喷头106可操作成在处理站沿衬底112的方向分配工艺气体和/或反应物(例如膜前体)，该工艺气体和/或反应物的流动可由喷头上游的一个或更多个阀(例如阀120、120A、105)控制。在图1的实施方案中，衬底112被描绘为位于喷头106下方，且显示为安置于基座108上。喷头106可以是任何合适形状，且可包含任何合适数量及配置的端口以供分配工艺气体至衬底112。在涉及两个或更多个站的一些实施方案中，气体输送系统130包含喷头上游的阀或其他流动控制结构，其可独立控制工艺气体和/或反应物通往各站的流动，以容许气体流向一站同时禁止气体流向第二站。此外，气体输送系统130可被配置成独立控制输送至多站装置中各站的工艺气体和/或反应物，使得提供至不同站的气体组成不同(例如，气体成分的分压可同时在多站之间不同)。

在图1中，气体容积107被描绘为位于喷头106下方。在一些实施方案中，可将基座108升起或降下，以将衬底112暴露于气体容积107和/或以改变气体容积107的尺寸。任选地，在沉积工艺的部分期间可将基座108降下和/或升起，以调节气体容积107内的工艺压力、反应物浓度等。喷头106和基座108被描绘为与RF电流产生器114和匹配网络116电气耦合，以对等离子体形成结构提供足够幅值的RF电流。然而，在其他实施方案中，喷头106可不与等离子体形成结构结合使用。在这种实施方案中，能以导电回路取代(或增补)喷头106，其中该导电回路可浸没于气体容积107内。在这种实施方案中，等离子体密度通过控制处理站压力、气体浓度、RF电流产生器的输出电流等中的一或更多者来控制(例如，通过具有合适机器可读指令和/或控制逻辑的系统控制器)。举例而言，可以将RF电流产生器114和匹配网络116在任何合适RF功率电平进行操作，其中所述RF功率电平可操作以实现离子化等离子体材料的形成，而该离子化等离子体材料具有自由基气体物质的所期望的组成。另外，RF电流产生器114可提供具有多于一个频率成分的RF功率，例如低频率成分(例如，低于约2MHz)以及高频率成分(例如，高于约2MHz)。将导电回路使用作为等离子体形成RF耦合结构例如参照图3-12而论述于下。

在图1的实施方案中，加热器110可位于基座108下方。加热器110(其可使用电阻式加热线圈)可实现对基座108和衬底112的加热。因此，在某些实施方案中，喷头106(和/或替代性等离子体形成RF耦合结构)和加热器110可协作以增强离子化等离子体材料的形成，从而可因此使在处理站102内所进行的材料沉积和/或材料移除(例如，蚀刻)工艺加速。

在一些实施方案中，用于形成和保持离子化等离子体材料的条件经由可访问系统控制器的合适硬件和/或合适机器可读指令控制。机器可读指令可包括被编码于计算机可读介质上的非瞬态输入/输出控制(IOC)指令序列。在一示例中，用于产生或保持离子化等离子体材料的指令以工艺配方的等离子体活化配方形式来提供。在一些情况下，工艺配方可进行顺序编排，使得用于工艺的所有指令与该工艺同时执行。在一些实施方案中，用于设定一个或更多等离子体参数的指令可被包括在等离子体处理之前的配方中。举例而言，第一配方可包括用于设定惰性气体(例如，氦)和/或反应物气体的流率的指令、用于将RF电流产生器设定至功率设定点的指令、以及用于该第一配方的时间延迟指令。举例而言，在一些沉积处理中，等离子体点燃的持续时间可对应于数秒的持续时间(例如，从约3秒至约15秒)，或者可涉及较长的持续时间，例如高达约30秒的持续时间。在本文所述的某些实施方案中，在处理循环期间可应用极短时间的等离子体点燃。

为了简单起见，图1中的处理装置100被描绘为处理室的独立处理站(102)，以用于维持低压环境。然而，应理解，可将多个处理站包括于如图2中所显示的多站处理工具环境中，其中图2根据多种实施方案而描绘出示例性多站处理工具的示意图。处理工具200采用包括多个处理站的集成电路制造室225。处理站可用于在特定处理站处通过晶片保持器(例如图1的基座108)所维持的衬底上执行处理操作。在图2的示例中，集成电路制造室225被显示包括4个处理站251、252、253和254。其他类似的多站处理装置可包括较多或较少处理站，具体取决于实现方案以及例如平行晶片处理的期望水平、尺寸/间隔限制、成本限制等。在图1B中还显示了衬底搬运机械手275，其中该衬底搬运机械手275在系统控制器290的控制下进行操作，且被配置成或适合用于从晶片盒(未显示于图2中)移动衬底。可将晶片盒的衬底从装载端口280移动至多站集成电路制造室225中，以及移动至处理站251、252、253和/或254中的一者上。

图2还描绘了系统控制器290的实施方案，其用于控制处理工具200的工艺条件与操作状态。系统控制器290可包含一个或更多个存储器设备、一个或更多个大量储存设备、以及一个或更多个处理器。一个或更多个处理器可包含中央处理单元、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器电路等。在一些实施方案中，系统控制器290控制处理工具200的所有活动。系统控制器290执行储存于大量储存设备中的系统控制软件，该系统控制软件可被加载至存储器设备中，且由系统控制器的处理器执行。待由系统控制器290的处理器执行的软件可包含用于控制处理工具200所执行的特定工艺的时序、气体混合、制造室和/或站压力、制造室和/或站温度、晶片温度、衬底基座、卡盘和/或基座位置、一个或更多个衬底上执行的循环数、以及其他参数的指令。这些经编程的工艺可包含多种类型的工艺，包括但不限于：有关确定室内的表面上的累积量的工艺、有关衬底上的膜沉积(包含ALD循环数、确定及获得补偿循环数)的工艺、以及有关清洁室的工艺。可由系统控制器290的一个或更多个处理器执行的系统控制软件可以任何合适方式进行配置。例如，可编写多种处理工具组件子程序或控制对象来控制执行多种工具工艺所必须的处理工具组件的操作。

在一些实施方案中，用于通过系统控制器290的处理器执行的软件可以包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制(IOC)排序指令。例如，衬底的沉积的各个阶段和沉积循环可以包括一个或多个指令以由系统控制器290执行。用于设定ALD保形膜沉积处理阶段的处理条件的指令可以包括在相应的ALD保形膜沉积配方阶段中。在一些实施方案中，配方阶段可顺序地进行配置，使得用于一处理阶段的所有指令系与该处理阶段同时执行。

在一些实施方案中，可以采用存储在系统控制器290的大容量存储设备和/或系统控制器290可访问的存储器设备上的其他计算机软件和/或程序。为此目的的程序或程序片段的示例可以包括衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。衬底定位程序可以包括用于处理工具部件的程序代码，用于将衬底装载到(图1的)基座108上以及控制衬底与处理工具200的其他部分之间的间隔。定位程序可以包括用于根据需要适当地将衬底移入和移出反应室以在衬底上沉积膜、蚀刻衬底和清洁该室的指令。

工艺气体控制程序可包括代码，其用于控制气体组成和/或流率，并用于在沉积之前使气体流入一个或更多处理站中，从而可稳定该处理站内的压力。在一些实施方案中，处理气体控制程序包括用于在反应室中的衬底上形成膜期间引入气体的指令。这可以包括针对批量衬底内的一个或多个衬底以不同数量的循环引入气体。压力控制程序可以包括用于以下操作的代码：通过调节例如处理站的排气系统中的节流阀、流入处理站的气流等等，控制在处理站中的压力。压力控制程序可以包括用于以下操作的指令：在该批量的处理期间在一个或多个衬底上的不同数量循环的沉积期间维持相同的压力。

系统控制器290可额外控制和/或管理RF电流产生器114的操作，其中该RF电流产生器114可产生RF功率并经由RF功率输入端口230以将RF功率传送至多站集成电路制造室225。这种操作可涉及确定待被输送至集成电路制造室225的RF功率的上阈值和下阈值、RF功率活化/去活化时间、RF功率开启/关闭持续时间、工作周期、操作频率等。此外，系统控制器290可确定利用RF功率输入端口230而被输送至集成电路制造室225的RF功率的成组的常态操作参数。举例而言，在反射系数(例如，散射参数S11)和/或电压驻波比率方面，该参数可包括RF功率的上阈值和下阈值，其中该RF功率在匹配网络116的方向中从集成电路制造室225反射。该参数还可包括施加至RF功率输入端口230的电压的上阈值和下阈值、传导通过RF功率输入端口230的电流的上阈值和下阈值、以及对于传导通过RF功率输入端口230的电压与电流之间的相位角值的上阈值。该阈值可用于限定“超范围”的RF电流特性。举例而言，大于上阈值的反射功率可表示超范围的RF功率参数。同样地，所施加的电压或传导电流的值小于下阈值或大于上阈值可表示超范围的RF电流特性。

在某些实施方案中，RF电流产生器114可操作以产生两种频率，例如约为400kHz的第一频率和约为13.56MHz的第二频率。然而，应注意到，RF电流产生器114能够产生额外的频率，例如介于约300kHz与约100MHz之间的频率，而实施方案并不受限于该方面。在特定实施方案中，由RF电流产生器114产生的电流可包括至少一个低频率(LF)和至少一个高频率(HF)，其中该至少一个LF可被限定为介于约300kHz与约2MHz之间的频率，而该至少一个HF可被限定为大于约2MHz但小于约100MHz的频率。

在一些实施方案中，可存在与系统控制器290相关的用户接口。该用户接口可以包括显示屏幕，处理工具和/或处理条件的图形软件显示器，以及诸如指向设备、键盘、触控屏幕、麦克风等等用户输入设备。

在一些实施方案中，由系统控制器290调整的参数可以涉及处理条件。非限制性示例可以包括处理气体成分和流率、温度、压力、等离子体条件等等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，该配方可以利用用户接口输入。针对整批衬底的配方可以包括针对该批次内的一个或多个衬底的补偿循环计数，以便考虑处理该批次过程中的厚度趋势。

用于监测制造工艺的信号可以通过来自各种处理工具传感器的系统控制器290的模拟和/或数字输入连接来提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具200的模拟和/或数字输出连接来传输。可以受到监测的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等等。还可以包括传感器，用于监测和确定室内部的一个或多个表面上的堆积量、和/或在室中于衬底上的材料层的厚度。经适当编程的反馈和控制算法可以对来自这些传感器的数据进行使用，以维持处理条件。

系统控制器290可以提供用于实现上述沉积处理的程序指令。程式指令可以控制各种处理参数，例如DC功率电平、压力、温度、针对衬底的循环次数、在室内部的至少一个表面上的堆积量等等。这种指令可以控制参数以根据此处所述的实施方案而操作膜堆叠件的原位沉积。

例如，系统控制器290可以包括控制逻辑，其用于执行此处描述的技术，诸如确定(a)当前在沉积室内部的至少一个内部区域上的累积沉积材料的量。此外，系统控制器290可以包括控制逻辑，其用于将在(a)中确定的所累积的沉积材料的量、或从中得出的参数应用于在(i)实现目标沉积厚度所需的ALD循环数量与(ii)代表累积沉积材料的量的变量之间的关系，以获得基于当前在沉积室的内部区域上的累积沉积材料的量的用于产生目标沉积厚度的ALD循环的补偿数量。系统控制器290可以包括控制逻辑，其用于在该批衬底中的一个或多个衬底上执行ALD循环数。系统控制器290还可以包括控制逻辑，其用于确定室中的累积量已经达到累积极限，并且响应于该确定而停止该批衬底的处理，并且用于启动对室内部的清洁操作。

虽然图1和2是在将喷头106使用作为RF耦合结构以实现在制造室内形成离子化等离子体材料的背景下进行论述，但可使用RF耦合结构取代喷头106(或是除使用喷头106外还使用RF耦合结构)以形成离子化等离子体材料。因此，图3根据实施方案300显示了用于形成离子化等离子体材料的单一导电回路。在图3中，导电回路310可由金属导体(例如，铜)形成，并可具有传导例如介于25A与150A之间的电流的性能。可将导电回路310拉伸以使其符合发夹形状，其中输入电流和返回电流(I)是在例如介于导电回路310的RF高耦合端口与RF低耦合端口之间沿相反方向传导。导电回路310的发夹形导体的部分被表示为通过节距(S)而彼此分离。导电回路310位于窗部320的第一侧部(例如，上侧部)处，而气体容积107被暴露于窗部320的第二侧部(例如，下侧部)。因此，响应于具有充分幅值而产生紧邻导电回路的磁场(或H)的RF电流(I)，气体容积107内的至少部分气体可被转化为离子化等离子体材料。在某些实施方案中，可选择导电回路310的厚度(T)和节距(S)、RF驱动电流(I)，标记为高RF的耦合端口相对于标记为低RF的耦合端口的电压、介于导电回路310与窗部320的第一表面(例如，上表面)之间的距离(D)，以在气体容积107区域内形成等离子体，而该区域高达图3中显示的节距(S)的2倍。

图4根据实施方案400显示了用于形成离子化等离子体材料的导电回路的导体的端视图。如图4中显示，导电回路310的部分彼此分隔节距(S)，其中所述部分各自具有宽度(W)和高度(H)。导电回路310的平面(其以虚线405表示)与窗部320分隔距离(D)。如先前关于图3所描述的，具有充分的RF电流(I)可产生磁场，而该磁场实现在气体容积107的区域内形成等离子体。在图4的实施方案，等离子体可在气体容积107的一部分内产生，其中该部分从导电回路310的平面(以虚线405表示)延伸距离(2S)。

根据图3-4的配置可理解，单一发夹形导电回路(例如导电回路310)或许仅能将气体容积107内的相对小部分气体转化为离子化等离子体。因此，图5根据实施方案500显示了用于形成离子化等离子体材料的三个导电回路。图5的配置可通过在气体容积107的较大部分内形成离子化等离子体材料而显示相较于图3-4的单一导电回路的改善。在图5的实施方案中，使用3个导电回路510可在尺寸(名义上)为单一导电回路所提供区域的3倍的区域内形成等离子体。虽然未明确显示于图5中，但各导电回路510的组件被耦合至RF高和RF低耦合端口，其中所述耦合端口各自提供电流(I)。导电回路510中的每一者以及每个导电回路相对于气体容积107和窗部320的位置类似于与图3的导电回路310相关讨论的导电回路和位置。

除了使用较大数量的导电回路以形成离子化等离子体材料外(例如，从1个导电回路至3个导电回路)，可将电容器515耦合导电回路510的各者。在特定实施方案中，通过与具有电容值的电容器进行耦合，导电回路510中的每一者可在预定频率下谐振。在该谐振频率下，或者在介于谐振频率的5至15％之间内，可允许增大的电流(I)在各个导电回路内流动。该增大的电流可引起各导电回路产生增高磁场(H)，进而可在气体容积107的较大区域内形成等离子体。

图6根据实施方案600显示了RF电流产生器114、匹配网络116，以及表示导电回路和电容器组合的等效电路610。虽然等效电路610可对应于单一导电回路510和电容器515，但可更改等效电路610的电路元件以对应于任何数量的导电回路510。可额外更改等效电路610的电路元件以对应于发夹形回路之外的RF耦合结构，例如椭圆形回路、矩形回路(可具有圆弧转角)等。因此，有鉴于导电回路510显示在至少特定频率下的电感(例如，低于约30MHz的频率)，等效电路610的电路元件可对应于电容器(例如，电容器C_S和C_P)。可将此电容插置在RF电流产生器114与等效电路610之间的电路中，以显示对于RF电流产生器的基本匹配的负载。终端电容C_T被操作以将节点625处的电压提升至大于参考电位的值，从而可降低在等效电路610内摆荡的电压。如参照图2所描述，RF电流产生器114和RF匹配网络116可以在控制器290的控制下进行操作。

关于等效电路610，电路元件L_CL对应于由导电回路510显示其值的电感器。在示例中，电路元件L_CL的电感可对应于约482nH的值。然而，在其他示例中，电路元件L_CL可对应于任何其他值，例如小于约482nH(例如，475nH、450nH、400nH等)的值，或者可对应大于约482nH(例如，500nH、525nH、600nH等)的值。图6的电路元件C_CL(其对应于图5的电容器515)可对应于约300pF的值。然而，图6的电路元件C_CL可包括任何其他值，例如小于约300pF(例如，275pF、250pF、200pF等)的值，或者可对应大于约300pF(例如，325pF、350pF等)的值。在图6的示例中，选择约300pF的电容和约482nH的电感可允许导电回路510和电容器515的组合，以在约13.24MHz的频率下谐振，其中该频率可基本根据下列算式(1)而计算:

因此，在13.24MHz的频率下，可在导电回路310内传导最大电流。

在制造室内形成离子化等离子体源之前，图6的电阻RP可包括可忽略的值。因此，横跨等效电路元件L_CL(例如，介于节点615与620之间)的电压(V_RF)可显示相对高的值。此外，由L_CL和C_CL形成的谐振电路可对应于具有相对高质量因子(Q)的电路。由于离子化等离子体材料经由在L_CL和C_CL所形成的谐振电路中传导充分电流而形成在制造室内，因此电阻RP显示较大值。因此，横跨等效电路元件L_CL的电压(V_RF)以数量级减低。电阻RP的特征可在于等离子体感应电阻，其中该等离子体感应电阻系随着将RF功率从导电回路310耦合，并进入气体容积中以形成离子化等离子体材料而增加。电阻RP的增加亦使得L_CL和C_CL所形成的谐振电路的质量因子(Q)降低。

应注意到，图6的电路允许相对高的电流在电路元件L_CL与C_CL之间流动，而不需从例如RF电流产生器114将大电流耦合至谐振电路。因此，可理解，图6的电路优点在于提供显著磁场，从而使离子化等离子体材料分布遍及大部分的气体容积(例如，气体容积107)，但无需从RF电流产生器和/或RF匹配网络提供过大电流。

除了提高电阻RP之外，在制造室中产生离子化等离子体材料可以改变由导电回路所显示的电感。因此，在示例中，产生离子化等离子体材料可将导电回路所显示的电感从约482nH减小至约467nH。因此，在等离子体-产生条件下进行操作的等效电路610的谐振可从约13.24MHz提高至约13.45MHz，其可基本根据下列算式(2)来计算:

图7根据实施方案700描绘了在形成等离子体材料之前等效电路的电抗与频率的关系，其中该等效电路对应于图6的导电回路和电容器组合。图7的竖直轴对应于电抗(串联电感)，而水平轴对应于频率。在相对低频率下，等效电路610的电抗对应于相对低或可忽略的正性电抗值。在增大的频率下，正性电抗单调增大而达到谐振频率(f_O)下的最大值。在大于该谐振频率(f_O)的频率下，该电抗包括大的负性值(电容)，其中该负性值随着频率提高而接近相对低值。因此，如图显示，在小于该谐振频率(f_O)的频率下，等效电路610的该电感(例如，电感L_CL)具有支配性。然而，在大于该谐振频率(f_O)的频率下，等效电路610的电容(例如，电容C_CL)具有支配性。

在未形成等离子体的示例中，等效电路610的谐振频率(f_O)对应于约13.24MHz(f_O＝13.24MHz)，如根据上方算式(1)所计算的。因此，响应于等效电路610在大于13.24MHz的频率下(例如，在13.56MHz(在图7表示为f_OP)下)的操作，由电容C_CL所显示的电容式电抗具有支配性。举例而言，在等离子体形成(图7的“无等离子体谐振频率”)之前，在约13.56MHz的频率下进行操作的等效电路610的电抗包括约-j500Ω的值。

然而，如上文所提及的，产生离子化等离子体材料可能会使导电回路显示的电感从约482nH降低至较低的值，例如约467nH的值。因此，图8根据实施方案800显示在形成等离子体材料之后等效电路的阻抗与频率的关系图，其中该等效电路对应于图6的导电回路和电容器组合。在形成等离子体之后的等效电路610的谐振基本上根据算式(2)来计算。因此，如算式(2)所表示的，在形成离子化等离子体材料后，等效电路610的谐振从约13.24MHz增大至约13.45MHz。该增加被表示为图8的水平轴上的f₁。因此，响应于等效电路610在13.56MHz的频率(图8中的f_OP)下的操作，由电容C_CL所显示的电抗被负性提升。举例而言，如图8中显示，在等离子体形成后，等效电路610的电抗包括约-j1500Ω的值。

如图7和8中显示的，响应于在制造室中形成等离子体，由耦合至电容元件的导电回路所显示的感应电抗降低。这种感应电抗的降低使导电回路/电容元件组合显示较大的电容(即，负性电抗)。因此，在制造室中，等离子体密度的增加操作以提升从导电回路/电容元件组合所形成的RF耦合结构的电容。响应于RF耦合结构的电容提升，可引进负性反馈回路。在该配置中，对于制造室的区域的非比例RF能量耦合使耦合至RF耦合结构的电流降低。这种被动补偿能够迅速补偿制造室内的等离子体密度的不均匀性。

图9根据实施方案900显示了RF电流产生器、匹配网络、传输线，以及用于形成离子化等离子体材料的导电回路的等效电路。在图9中，匹配电路916执行与图6的匹配网络116类似的功能，不同的是，匹配电路916并入传输线效应。因此，匹配电路916包括电感器L_T，其对应于例如同轴电缆(例如，50-ohm)传输线的长度的集总元件串联电感。因此，电容器C_ST的电容可从图6的C_S提升以补偿存在的串联电感器L_T。另外，可降低电容器C_PT以补偿在同轴电缆(例如，50-ohm)传输线的长度中存在的串联电容。电容器C_T对应于图6的电容器C_T，其中C_T操作以将节点B处的电压提升至大于参考电位的值，从而可降低导电回路920、921和922内的电压摆幅。虽然未显示于图9中，但可通过控制器(例如，图2的控制器290)执行电容器C_PT和C_ST的调整。

在特定实施方案中，可将电容器C_PT和C_ST调整以容纳操作频率(例如，f_OP)(例如，13.5MHz)的约二分之一波长(λ/2)的传输线长度。在某些实施方案中，运用各种传输线长度的计算机模拟已显示对操作频率产生影响，其中在该操作频率下可感应最大电流而在导电回路内流动，而所述传输线长度在RF电流产生器114与导电回路920、921和922之间造成相应的电流延迟(例如，约35.8ns的延迟)。在示例中，长度为二分之一波长的传输线用于在略高于导电回路的谐振频率的频率下实现通过导电回路的最大电流，其中该二分之一波长对应于围绕史密斯图的完整转动。

在图9的节点A与B之间，导电回路920、921和922对应于形成离子化等离子体材料所用的RF结构。电阻(R)的存在表示导电回路920、921和922中的每一者是在等离子体-形成状态中操作。回路电流I_C1、I_C2和I_C3对应于例如在图5个导电回路510内流动的电流。电感器L_CL对应于在等离子体形成时各回路510的电感。耦合因子(coupling factor)k₁、k₂和k₃表示在回路电流与通过电阻(R)的电流传导(例如I_P1、I_P2和I_P3)之间的关系。因此，至少在特定实施方案中，可能期望在回路电流与通过电阻(R)的电流传导之间存在相对强的关系。在某些实施方案中，存在相对大的耦合因子(例如，介于约0.35与0.45之间的耦合因子)可用于强化增高的等离子体密度与由谐振电路所显示的电容之间的负性反馈关系。

在图9中，二分之一波长传输线用于利用导电回路920、921和922中的每一者而耦合输出节点A，其中该输出节点A对应于匹配电路916的输出侧。在特定实施方案中，使用二分之一波长(λ/2)传输线(例如，50-ohm共轴电缆)，从输出节点A至导电回路920、921和922的电流传导中引进二分之一波长时间延迟。在图9的实施方案中，此时间延迟操作以提供在匹配电路916与导电回路920、921和922之间耦合的均匀功率。因此，即使改变线长度、寄生电容或电感而使导电回路920、921和922的L_CL和C_CL的值不同，二分之一波长传输线可操作以对于导电回路实现相等或至少基本相等的功率耦合。

图10根据实施方案1000显示了单一发夹形导电回路使用公共频率尺度而形成离子化等离子体材料的储能电路阻抗、储能电路电流和匹配网络电流的图表。图10的图表通过使用共轴电缆传输线得到，而该共轴电缆传输线是13.56MHz操作频率的约二分之一波长。如关于图9所描述的，二分之一波长传输线实现在13.56MHz或接近13.56MHz的频率使最大电流通过导电回路。

在图10的顶部部分中，图表1010显示出示例性导电回路的单调递增阻抗，其中示例性导电回路例如为导电回路920、921和922中的任何一者。图表1010表示在大约13.45MHz的谐振频率下的真实阻抗峰化，其对应于导电回路/电容器组合在等离子体形成期间的操作。当导电回路920，例如，在略大于13.45MHz谐振频率的频率(例如13.56MHz)下进行操作时，该导电回路/电容器组合是在负性反馈区域中操作。在该负性反馈区域中，导电回路/电容器组合的阻抗随着操作频率逐渐接近谐振频率而增加。举例而言，如图表1010所绘出的，导电回路/电容器组合在略大于13.45MHz的频率下的操作表示10,000ohms或更大的阻抗。然而，随着导电回路/电容器组合的操作点显示略大于13.45MHz的值(例如，13.56MHz)，该阻抗显示约1000ohms或更小的值。在特定实施方案中，负性反馈区域可包括与导电回路/电容器组合的谐振频率相差在约10％内的频率范围内。然而，在其他实施方案中，负性反馈区域可包括较广频率范围，例如该谐振频率的约15％或约20％内的频率。在还有的其他实施方案中，该负性反馈区域可包括较窄频率范围，例如与该谐振频率相差在约8％、5％或2％内的频率。

图10还绘出了图表1020，其对应于在导电回路920、921和922中的任一者内传导的电流，其中这些导电回路中的每一者对应于导电回路/电容器的组合。如图表1020所表示的，电流传导在大约13.6MHz的频率达到约85A的最大值。该相对高的电流可促进使用导电回路的等离子体形成。然而，如图表1030所表示的，通过匹配电路916的电流传导显示约10A的标称值，其中在大约13.6MHz略有增大。

虽然图表1020表示通过导电回路的85A电流传导，且通过匹配电路916的电流传导包括约10A的值，从而表示通过导电回路的电流超过8.5倍的通过匹配网络的电流传导，但所公开的实施方案并不受限于此。举例而言，在其他实施方案中，通过导电回路的电流传导可仅为两倍、三倍或四倍的通过匹配网络的电流传导。在还有的其他实施方案中，通过导电回路的电流传导可大于8.5倍的通过匹配网络的电流传导，例如9倍或10倍，或者可通过甚至较大的因子而与通过匹配网络的电流传导相关联。

图11A根据实施方案1100显示了与离子化等离子体材料耦合的谐振RF耦合结构的等效电路。在实施方案1100的等效电路中，RF电流产生器114将RF电流提供至匹配网络1116。匹配网络1116可包括反应性部件，其操作以匹配RF电流产生器114的输出阻抗。在图11A的实施方案中，RF电流产生器114和匹配网络1116的反应性部件包括不可忽略的真实阻抗(例如，电阻)，使得通过节点1125的增高电流(I)造成存在于节点1125处的电压下降。等效电路1120包括谐振结构，其例如可实施为发夹形导电回路。响应于等效电路1120的谐振RF耦合结构内的电流传导，可形成等离子体。在等效电路1120中，可由耦合因子k₁表示谐振RF耦合结构与等离子体之间的耦合。因此，离子化等离子体材料的密度增加可被表示为耦合因子k1的增加。在特定实施方案中，耦合因子k₁可例如在约0.35与约0.45之间变动。在一些实施方案中，耦合因子k₁显示不同值，例如介于约0.25与约0.5之间。

在图11A的实施方案中，随着该等离子体与等效电路1120的谐振RF耦合结构之间的耦合因子(k1)增加(表示等离子体密度增加)，可降低等效电路1120的阻抗。这种等效电路1120的阻抗降低(显示为图11A中的Z₁₁₂₀↓)，可通过使等效电路1120的等离子体内的电流(I_p1)增加而实现。因此，可增加通过节点1125的电流传导，如图11A中的I↑所表示的。然而，随着通过节点1125的电流传导增加，节点1125处的电压响应于通过匹配网络1116的电阻式损失增大而下降。节点1125处的这种电压下降被表示为图11A中的V₁₁₂₅↓。因此，如I↓所表示的，输送至等效电路1120的电流减少。在一些实施方案中，这种输送至等效电路1120的电流减少使所输送的电流恢复至标称或稳定状态值。响应于输送至等效电路1120的电流减小至标称或稳定状态值，可降低谐振RF耦合结构与等离子体之间的耦合，从而提高等效电路1120的阻抗。这种等效电路1120的阻抗提高，伴随着输送至等效电路的电流的附带降低可使输出节点1125的电压恢复至稳定状态值。

在图11A的实施方案中，节点1125与输入节点1126分隔开传输线长度，其中该传输线长度对应于传输线介质中的RF信号的二分之一波长。半波长传输线可用于转换谐振结构的阻抗。这种阻抗转换可提供对于在节点1125处反射的等效电路1120的阻抗的额外控制。

图11B根据实施方案1150显示了与离子化等离子体材料耦合的谐振RF耦合结构的等效电路。在图11B的实施方案中，等效电路1121平行于(图11A的)等效电路1120而配置。功率分配器1160操作以将RF电流产生器114产生的功率分配为大约相等的部分。在此背景下，大约相等的部分指的是在彼此相差在5％内的部分。功率分配器1160显示真实阻抗(例如，电阻)，其中增高电流造成存在于节点1165和1166处的电压降低。等效电路1121能以类似于等效电路1120的方式进行操作，在可将功率从谐振RF耦合结构耦合至等离子体。耦合因子(例如k₂)可表示在谐振RF耦合结构与等离子体之间的耦合水平。

在图11B的实施方案中，随着等离子体与等效电路1120的谐振RF耦合结构之间的耦合因子(k₁)增加，可降低等效电路1120的阻抗。这种等效电路1120的阻抗降低(显示为图11B中的Z₁₁₂₀↓)可通过使等效电路1120的等离子体内的电流增加而实现。因此，可降低通过功率分配器1160的节点1165的电流传导，如图11A中的I₁₁₂₀↑所表示的。然而，随着通过节点1165的电流传导增加，节点1165处的电压响应于功率分配器1160内的电阻式损失增大而降低。这种节点1165处的电压降低被表示为图11B中的V₁₁₆₅↓。因此，如I₁₁₂₀↓所表示的，输送至等效电路1120的电流降低。响应于输送至等效电路1120的电流降低至标称或稳定状态值，可降低谐振RF耦合结构与等离子体之间的耦合，从而提高等效电路1120的阻抗。这种等效电路1120的阻抗提高，伴随着输送至等效电路的电流的附带降低可使输出节点1125的电压恢复至稳定状态值。

在一些实施方案中，这种输送至等效电路1120的电流降低使得所输送电流恢复至标称或稳定状态值。在图11A的实施方案中，节点1125与输入节点1126分隔开传输线长度，其中该传输线长度对应于传输线介质中的RF信号的二分之一波长。半波长传输线可用于转换谐振结构的阻抗。

等效电路1121以类似于等效电路1120的方式进行操作。这种操作涉及提高等效电路1121的谐振RF耦合结构与等效电路的等离子体之间的耦合。耦合提高使等效电路1121(Z₁₁₂₁↓)显示的阻抗下降。因此，可从输出节点1166传导增高电流(I₁₁₂₁↑)，因此操作以降低输出节点1166(V₁₁₆₆↓)处的电压。响应于输出节点1166处的电压降低，从功率分配器1160传导至等效电路1121的输出电流被降低至标称值。

图12根据实施方案1200显示了浸没在离子化等离子体材料内的导电回路的导体侧视图。图12的导体1210在与图3的导电回路310中的电流传导(I)类似的相反方向中传导电流。在图12的实施方案中，导体1210各自包括约0.635cm(约1/4英寸)的厚度。导体1210被气隙1215围绕，其中该气隙1215包括约1cm(约0.4英寸)的厚度。导体1210和气隙1215被陶瓷管1220围绕，其中该陶瓷管1220包括约0.32cm(约0.125英寸)的厚度。

响应于在相反方向中通过导体1210的电流传导，类似于图3的导电回路310中的电流传导(I)，介于导体1210之间(例如，区域1240处)的磁场可显示相对高的值。因此，在区域1240处可形成相对密集的等离子体。然而，在区域1250(其对应于远离区域1240的区域)处可形成低密度等离子体。在特定实施方案中，等离子体-形成导电回路的浸没(如图12中所显示)可使耦合因子大于其他导电回路配置提供的耦合因子。举例而言，图12中的导体配置可提供介于0.35与0.5之间的耦合因子(例如，约0.4)，其可代表超过例如图3和图4的导电回路配置的增大的耦合。

现在回到图2，广义而言，可将控制器290限定为具有各种集成电路、逻辑、存储器、和/或软件的电子设备，以接收指令、发出指令、控制操作、允许清洁操作、允许端点测量等。所述集成电路可包括以固件形式储存程序指令的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或更多微处理器、或微控制器或场域可编程门阵列(FPGA)、或具有芯片上系统(SoC)的FPGA。程序指令可以各种独立设定(或者程序档案)的形式而与控制器通信的指令，从而定义出用于在半导体晶片上、或针对半导体晶片、或对系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由制程工程师所定义的配方的一部分，以在一个(种)或更多层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路、和/或晶片的管芯的加工期间实现一个或更多处理步骤。

在一些实施方案中，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，以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。

在前面的详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对所显示的实施方案或实现方案的透彻理解。可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践所公开的实施方案或实现方案。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使所公开的实施方案或实现方案难以理解。尽管结合特定实施方案或实现方案而描述所公开的实施方案或实现方案，但是应当理解，这样的描述并不旨在限制所公开的实施方案或实现方案。

出于描述所公开的方面的目的，前文的详细描述针对某些实施方案或实现方案。然而，可以以多种不同方式来应用和实施本文的教导。在前面的详细描述中，参照附图。尽管充分详细地描述了所公开的实施方案或实现方案以使本领域技术人员能够实践这些实施方案或实现方式，但是应当理解，这些示例不是限制性的；在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其他实施方案或实现方案，并且可以对所公开的实施方案或实现方案进行改变。另外，应该理解的是，除非另有说明，否则在适当的情况下，连接词“或”在本文中旨在呈包含意义；例如，术语“A、B、或C”旨在包括以下可能性：“A”、“B”、“C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”以及“A、B和C”。

在本申请案中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”、以及“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域技术人员应理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上的集成电路制造的许多阶段的任何阶段期间的硅晶片。半导体设备工业中使用的晶片或衬底可以包括200mm、或300mm、或450mm的直径。前文的详细描述假定实施方案或实现方案是在晶片上、或结合与形成或制造晶片相关联的处理来实施。然而，所公开的实施方案不限于此。工件可以具有各种形状、尺寸以及材料。除了半导体晶片之外，可以利用所主张的主题的其他工件可以包括各种物品，例如印刷电路板，或印刷电路板的制造等等。

除非本公开内容的上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”等应以包含性含义来解释，而不是排他性或穷举性的；也就是说，“包括，但不限于”的含意。使用单数或复数的词语通常也分别包括复数或单数。当词语“或”用于指2个或更多个项目的清单时，该词涵盖该词的以下所有解释：列表中项目中的任一者、列表中的所有项目、以及列表中的项目的任一组合。术语“实现方案”是指此处描述的技术和方法的实现方案，以及体现这种结构和/或结合此处描述的技术和/或方法的物理对象。

Claims

1.一种用于形成等离子体的装置，其包括：

一个或更多个耦合端口，其被配置成接收射频(RF)电流；

一个或更多个导电回路，其被配置成允许所述RF电流从所述一个或更多个耦合端口中的至少第一端口传导至所述一个或更多个耦合端口中的至少第二端口，所述一个或更多个导电回路各自被配置成不存在所述等离子体的情况下显示第一电感值，以及在存在所述等离子体的情况下显示第二电感值；以及

一个或更多个电抗元件，每一个耦合至所述一个或更多个导电回路中的相应一者以形成相应数量的耦合结构，每个耦合结构都具有谐振频率，所述谐振频率被配置成响应于所述等离子体的存在而增大。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或更多个导电回路被配置成形成在感应模式中操作的等离子体。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述一个或更多个导电回路包括两个或更多个导电回路。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述一个或更多个电抗元件中的每一者包括一个或更多个电容元件，所述一个或更多个电容元件与所述一个或更多个导电回路中的相应导电回路协作以在低于所述RF电流的频率的频率下产生谐振。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述谐振频率是落在与所述RF电流的所述频率相差在约10％以内的值。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述形成所述等离子体产生比所述第一电感值小的第二电感值。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中介于所述一个或更多个导电回路与所形成的所述等离子体之间的耦合因子包括介于约0.35与约0.5之间的值。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所形成的所述等离子体中的至少一部分位于所述一个或更多个导电回路中的每一者的区段之间的区域中。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所形成的所述等离子体中的至少一部分位于比所述一个或更多个导电回路中的每一者的相邻区段之间的分隔距离的两倍小的区域中。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述一个或更多个导电回路中的至少一者包括发夹形状。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其还包括延迟网络，所述延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的电流传导保持在至少是被传导至所述一个或更多个耦合端口中的所述第一端口的所述RF电流的值的两倍的值。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述延迟网络进一步被配置成在RF匹配网络的输出端口与所述一个或更多个耦合端口中的所述第一端口之间引进约二分之一波长的延迟。

13.一种装置，其包括：

一个或更多个输入端口，其用于接收RF电流；

一个或更多个导电回路，其耦合至所述一个或更多个输入端口的相应一者，所述一个或更多个导电回路中的每一者被配置成显示电感；以及

一个或更多个电容元件，所述一个或更多个电容元件中的每一者被耦合至所述一个或更多个导电回路中的相应一者以在第一频率下谐振，所述第一频率低于所述RF电流的频率，

所述一个或更多个导电回路被配置成响应于所述RF电流的传导而将紧邻所述一个或更多个导电回路的气体转化为等离子体。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一频率与所述RF电流的所述频率的差异小于约10％。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中所述气体至少部分地围绕所述一个或更多个导电回路。

16.根据权利要求13或14所述的装置，其中所述气体位于所述一个或更多个导电回路的相邻区段之间的间隔的两倍的距离中。

17.根据权利要求13或14所述的装置，其中所述一个或更多个导电回路被配置成在低于约13.56MHz的频率下谐振。

18.根据权利要求13或14所述的装置，其中所述一个或更多个导电回路中的至少一者包括发夹形状。

19.根据权利要求13或14所述的装置，其还包括时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的尖峰电流传导保持在至少是所述一个或更多个输入端口中的第一输入端口所传导的所述RF电流的值的两倍的值。

20.一种多站集成电路制造室，其包括：

匹配网络，其用于从RF电流产生器的输出端口接收RF电流；

一个或更多个耦合结构，其用于从所述匹配网络接收电流，所述一个或更多个耦合结构具有至少一个导电回路和至少一个电容元件，所述一个或更多个耦合结构被配置成在谐振频率下谐振，所述谐振频率低于所述RF电流的频率；以及

容积，其被配置成允许将一个或更多个气体转化为等离子体，以在所述多站集成电路制造室内进行一个或更多个制造操作。

21.根据权利要求20所述的多站集成电路制造室，其还包括时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成将所述一个或更多个导电回路内的尖峰电流传导保持在至少是从所述匹配网络所接收的所述RF电流的值的两倍的值。

22.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其还包括时间-延迟网络，所述时间-延迟网络被配置成在所述匹配网络的输出端口与所述一个或更多个耦合结构的输入端口之间引进约二分之一波长的延迟。

23.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其中所述一种或更多个种气体至少部分地围绕所述一个或更多个导电回路。

24.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其中所述一种或更多种气体的至少一部分位于所述一个或更多个导电回路的相邻区段之间的间隔的两倍的距离中。

25.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其中介于所述一个或更多个导电回路与所述等离子体之间的耦合因子包括介于约0.2与约0.5之间的值。

26.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其中所述RF电流的第一频率与所述谐振频率的差异小于约10％。

27.根据权利要求20或21所述的多站集成电路制造室，其中所述一个或更多个耦合结构包括三个或更多个耦合结构。

28.一种用于形成等离子体的系统，其包括：

射频(RF)电流产生器；以及

第一RF耦合结构，其被配置成接收由所述RF电流产生器所产生的功率，以及将至少部分地围绕所述第一RF耦合结构的气体材料转化为离子化等离子体，所述第一RF耦合结构被配置成显示响应于所述离子化等离子体的密度增加而下降的阻抗，所述RF电流产生器被配置成响应于下降的所述阻抗而降低被输送至所述第一RF耦合结构的输出电流。

29.根据权利要求28所述的系统，其还包括：

第二RF耦合结构，所述第二RF耦合结构被配置成接收从所述RF电流产生器传导的电流，以及将至少部分地围绕所述第二RF耦合结构的气体材料转化为离子化等离子体；以及

RF功率分配器，其具有与所述RF电流产生器的输出端口耦合的输入端口，以及具有与所述第一RF耦合结构耦合的第一输出端口和与所述第二RF耦合结构耦合的第二输出端口，所述第二RF耦合结构被配置成显示响应于所述离子化等离子体的密度增加而下降的阻抗。

30.根据权利要求29所述的系统，其中通过所述RF功率分配器而输送至所述第一RF耦合结构的功率和通过所述RF功率分配器而输送至所述第二RF耦合结构的所述功率被配置成在通过所述第一RF耦合结构所转化的所述离子化等离子体的密度增加期间和在通过所述第二RF耦合结构所转化的所述离子化等离子体的密度增加期间是大致相等的。

31.根据权利要求29或30所述的系统，其中所述第一RF耦合结构和所述第二RF耦合结构包括导电回路，其被配置成在H模式中形成所述离子化等离子体。