CN117378031A - 具有离子能量控制的等离子体激发 - Google Patents

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Abstract

本文提供的实施方式通常包括用于在处理腔室中产生用于基板的等离子体处理的波形的设备、等离子体处理系统及方法。一个实施方式包括一种波形产生器，该波形产生器具有选择性地耦接至输出节点的电压源，其中该输出节点经配置以耦接至设置在处理腔室内的电极，并且其中该输出节点经选择性地耦接至接地节点。波形产生器还可包括射频(RF)信号产生器，以及耦接在RF信号产生器与输出节点之间的第一滤波器。

Description

具有离子能量控制的等离子体激发
背景
领域
本公开内容的实施方式一般涉及用于半导体装置制造的系统。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于处理基板的等离子体处理系统。
相关技术的描述
可靠地生产高深宽比特征为对于下一代半导体装置的关键技术挑战之一。一种形成高深宽比特征的方法使用等离子体辅助蚀刻工艺，其中等离子体在处理腔室中形成并且来自等离子体的离子经朝向基板表面加速以在材料层中形成开口，该材料层设置在形成于基板表面上的掩模层下方。
在典型的等离子体辅助蚀刻工艺中，基板位于设置在处理腔室中的基板支撑件上，等离子体形成在基板上，并且离子从等离子体横跨等离子体鞘(即，在等离子体与基板表面之间形成的电子耗尽区)朝向基板加速。
已经发现，传统的射频(radio frequency；RF)等离子体辅助蚀刻工艺仅将包含射频信号的正弦波形传递至等离子体处理腔室中的电极的一者或多者，该工艺无法充分或理想地控制鞘特性及经产生的离子能量，如此导致不期望的等离子体处理结果。该不期望的处理结果可包括掩模层的过渡溅射及在高深宽比特征中的侧壁缺陷的产生。
因此，在本技术中需要能够提供期望的等离子体辅助蚀刻工艺结果的等离子体处理及偏压方法。
概述
本文提供的实施方式通常包括用于在处理腔室中产生用于基板的等离子体处理的波形的设备、等离子体处理系统及方法。
本公开内容的一个实施方式涉及用于等离子体处理的波形产生器。波形产生器通常包括选择性地耦接到输出节点的电压源，其中该输出节点经配置以耦接至设置在处理腔室内的电极，并且其中该输出节点选择性地耦接至接地节点、射频(RF)信号产生器，以及耦接在RF信号产生器与输出节点之间的第一滤波器。
本公开内容的一个实施方式涉及一种用于波形产生的方法。该方法通常包括在波形的第一阶段期间将电压源耦接至输出节点，其中该输出节点耦接至设置在处理腔室之内的电极；并且在波形的第二阶段期间将接地节点耦接至输出节点，其中射频信号产生器经由滤波器耦接至输出节点。
本公开内容的一个实施方式涉及一种用于波形产生的设备。该设备通常包括存储器，及耦接至该存储器的一个或多个处理器。该存储器及该一个或多个处理器经配置以：在波形的第一阶段期间将电压源耦接至输出节点，其中该输出节点耦接至设置在处理腔室之内的电极；并且在波形的第二阶段期间将接地节点耦接至输出节点，其中射频信号产生器经由滤波器耦接至输出节点。
附图简要说明
以能够详细理解本公开内容的上述特征的方式，可经由参考实施方式获得简要概述于上文的本公开内容的更特定描述，所述实施方式的一些实施方式图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示示例性实施方式并且因此不被视为限制本案的范围，并且可允许其他同等有效的实施方式。
图1为根据一个或多个实施方式的经配置以实践本文所述的方法的处理系统的示意横截面图。
图2A图示根据一个或多个实施方式的可施加于处理腔室的电极的电压波形。
图2B图示归因于施加于处理腔室的电极的电压波形而在基板上建立的电压波形。
图3A图示当使用单频激发波形时的典型离子能量分布(ion energydistribution；IED)。
图3B为图示根据本公开内容的某些实施方式的IED函数(IED function；IEDF)的示图。
图4图示根据本公开内容的某些实施方式的使用波形产生器产生的波形。
图5图示根据本公开内容的某些方面的用于偏压基板以实现IED控制的波形产生器的示例性实施。
图6图示根据本公开内容的某些实施方式的示例性滤波器拓扑。
图7为图示根据本公开内容的某些方面的图5的波形产生器的切换状态的时序图。
图8为图示用于波形产生的方法的工艺流程图。
具体描述
随着技术节点朝着2nm前进，制造具有较大深宽比的较小特征涉及等离子体处理的原子精度。对于其中等离子体离子发挥重要作用的蚀刻工艺，离子能量控制对半导体设备行业产生挑战。传统的射频偏压技术使用正弦波来激发等离子体并且加速离子。
本公开内容的一些实施方式一般涉及用于产生用于控制离子能量分布(ionenergy distribution；IED)的波形的技术。例如，脉冲电压波形及射频(RF)波形可施加于等离子体腔室中的相同节点以在IED功能中实施低能量峰值及高能量峰值，在低能量峰值与高能量峰值之间几乎没有中间能量，如在本文中更详细描述的。与高能量峰值相关联的离子具有能量及方向性，以到达经蚀刻的高深宽比特征的底部并且实现蚀刻反应。尽管具有低能量的离子无法在蚀刻期间到达特征的底部，但是低能量离子对于蚀刻工艺仍然重要。具有中间能量的离子对蚀刻工艺并无益处，因为所述离子不具有所需的方向性，并且会撞击正经蚀刻的特征的侧壁，经常导致经蚀刻特征中的侧壁出现不期望的弯曲。一些实施方式涉及用于产生具有高能量和低能量峰值的波形的技术，其中几乎没有或无中间能量离子。
等离子体处理系统实例
图1为经配置以执行本文所述的等离子体处理方法的一者或多者的处理系统10的示意横截面图。在一些实施方式中，处理系统10经配置以用于等离子体辅助蚀刻工艺，诸如反应性离子蚀刻(reactive ion etch；RIE)等离子体处理。然而，应该注意的是，本文描述的实施方式也可与经配置用于其他等离子体辅助工艺的处理系统一起使用，诸如等离子体增强沉积工艺，例如等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition；PECVD)工艺、等离子体增强物理气相沉积(plasma-enhanced physical vapordeposition；PEPVD)工艺、等离子体增强原子层沉积(plasma-enhanced atomic layerdeposition；PEALD)工艺、等离子体处理工艺或基于等离子体的离子注入工艺，例如等离子体掺杂(plasma doping；PLAD)工艺。
如图所示，处理系统10经配置以形成电容耦合等离子体(capacitively coupledplasma；CCP)，其中处理腔室100包括设置在处理空间129中的上电极(例如，腔室盖)，该上电极面向也设置在处理空间129中的下电极(例如，基板支撑组件136)。在典型的电容耦合等离子体(CCP)处理系统中，射频(RF)源经电耦接至上电极或下电极的一者，该电极传递经配置以点燃且维持等离子体(例如，等离子体101)的射频信号，该等离子体经电容耦接至上电极及下电极的一者并且设置在该上电极与下电极之间的处理区域中。典型地，上电极或下电极中的相对一者经耦接至地或耦接至第二射频功率源用于额外的等离子体激发。如图所示，处理系统10包括处理腔室100、支撑组件136，及系统控制器126。
处理腔室100典型地包括腔室主体113，该腔室主体包括腔室盖123、一个或多个侧壁122，及腔室基座124，上述各者共同地限定处理空间129。一个或多个侧壁122和腔室底座124通常包括各种材料，所述材料经尺寸及形状设计以形成处理腔室100的元件的结构支撑并且经配置以承受施加到所述结构支撑的压力和附加能量，同时在处理期间，等离子体101在保持于处理腔室100的处理空间129中的真空环境中产生。在一个实例中，一个或多个侧壁122及腔室基座124由金属形成，诸如铝、铝合金或不锈钢合金。
穿过腔室盖123设置的气体入口128用于从与其流体连通的处理气体源119向处理空间129输送一种或多种处理气体。基板103经由一个或多个侧壁122中的一者中的开口(未图示)装载至处理空间129中，或从该处理空间129移除，该开口在基板103的等离子体处理期间用狭缝阀(未图示)密封。
在一些实施方式中，穿过在基板支撑组件136中形成的开口可移动设置的多个升降杆206用于促进基板往返于支撑表面105A的移送。在一些实施方式中，多个升降杆20经设置在升降杆箍(未图示)上方并且与其耦接和/或接合，该升降杆箍设置在处理空间129中。升降杆箍可经耦接至穿过腔室基座124密封地延伸的轴(未图示)。该轴可经耦接至用于升高或降低升降杆箍的致动器(未图示)。当升降杆箍处于升高位置时，其与多个升降杆20接合以将升降杆的上表面升高到基板支撑表面105A上方，从而将基板103从其提升并且使得能够经由机器人处理机(未图示)能够接近基板103的非活动(背侧)表面。当升降杆箍处于降低位置时，多个升降杆20与基板支撑表面105A齐平或凹陷在基板支撑表面105A下方，并且基板103搁置在该基板支撑表面上。
也在本文中称为处理腔室控制器的系统控制器126包括中央处理单元(centralprocessing unit；CPU)133、存储器134，及支持电路135。系统控制器126用以控制用于处理基板103的工艺序列，包括本文所述的基板偏置方法。CPU 133为经配置用于工业环境中的通用计算机处理器，用于控制处理腔室及与其相关的子处理器。本文所述的存储器134(其通常为非易失性存储器)可包括随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其他适当形式的本端或远程的数字储存器。支持电路135常规地耦接至CPU 133并且包含高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等，及上述各者的组合。软件指令(程序)及数据可经编码及存储在用于指示CPU 133内的处理器的存储器134之内。系统控制器126中的CPU133可读的软件程序(或计算机指令)确定何任务可由处理系统10中的组件执行。
典型地，可由系统控制器126中的CPU 133读取的程序包括代码，当由处理器(CPU133)执行时，该代码进行与本文所述的等离子体处理方案相关的任务。该程序可包括用于控制处理系统10内的各种硬件及电子部件的指令，以执行用于实施本文所述的方法的各种工艺任务及各种工艺序列。在一个实施方式中，该程序包括用于执行下文关于图8描述的一个或多个操作的指令。
等离子体控制系统通常包括用于在偏压电极104处建立至少第一脉冲电压(pulsed voltage；PV)波形的第一源组件196，以及用于在边缘控制电极115处建立至少第二PV波形的第二源组件197。第一PV波形或第二PV波形可使用波形产生器组件150内的一个或多个部件产生，波形产生器组件150可对应于如本文中关于图4及图5更详细描述的波形产生器。在一些实施方式中，波形产生器将射频信号传送至支撑基座107(例如，电源电极或阴极)或偏压电极104，偏压电极104可用于在设置于基板支撑组件136与腔室盖123之间的处理区域中产生(维持和/或点燃)等离子体101。
在一些实施方式中，射频信号用于使用设置在处理空间129中的处理气体及由传送至支撑基座107和/或偏压电极104的射频功率(射频信号)产生的场来点燃和维持处理等离子体101。在一些方面中，射频信号可由波形产生器组件150产生。处理空间129经由真空出口120与一个或多个专用真空泵流体耦接，该一个或多个专用真空泵将处理空间129保持在低于大气压的压力条件下并从中排空处理和/或其他气体。在一些实施方式中，设置在处理空间129中的基板支撑组件136经设置在支撑轴138上，支撑轴138接地并延伸穿过腔室基座124。波形产生器组件150可包括射频产生器506，如图5中所示。如图5中所示，在一些实施方式中，射频产生器506可使用射频信号源580和射频匹配网络582来实施。在一些实施方式中，如下文进一步论述的，射频产生器506经配置以传送具有大于40MHz，诸如在大约40Mhz与大约200MHz之间的频率的射频信号。
如上简要论述，基板支撑组件136通常包括基板支撑件105(例如，ESC基板支撑件)及支撑基座107。在一些实施方式中，基板支撑组件136可另外包括绝缘板111及接地板112，如下文进一步论述的。支撑基座107经由绝缘板111与腔室基座124电隔离，且接地板112介于绝缘板111与腔室基座124之间。基板支撑件105热耦接至并设置在支撑基座107上。在一些实施方式中，支撑基座107经配置以在基板处理期间调节基板支撑件105及设置在基板支撑件105上的基板103的温度。在一些实施方式中，支撑基座107包括设置在其中的一个或多个冷却通道(未图标)，该一个或多个冷却通道与冷却剂源(未图示)流体耦接且流体连通，该冷却剂源诸如具有相对高电阻的致冷剂源或水源。在一些实施方式中，基板支撑件105包括加热器(未图示)，诸如嵌入其介电材料中的电阻加热元件。在此，支撑基座107由耐腐蚀导热材料形成，诸如耐腐蚀金属，例如铝、铝合金或不锈钢，并且经由粘合剂或由机械方式耦接至基板支撑件。
通常，基板支撑件105由介电材料形成，诸如块状烧结陶瓷材料，诸如耐腐蚀金属氧化物或金属氮化物材料，例如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化钛(TiO)、氮化钛(TiN)、氧化钇(Y2O3)、上述材料的混合物或上述材料的组合。在本文的实施方式中，基板支撑件105进一步包括嵌入其介电材料中的偏压电极104。
在一个配置中，偏压电极104是一种夹持电杆，该夹持电杆用于将基板103固定(即，夹持)至基板支撑件105的基板支撑表面105A，并且使用本文所述的一种或多种脉冲电压偏压方案相对于处理等离子体101偏压基板103。通常，偏压电极104由一个或多个导电部分形成，诸如一个或多个金属网、箔、板或上述各者的组合。
在一些实施方式中，偏压电极104电耦接至夹持网络，该夹持网络使用电导体，诸如同轴电力输送线106(例如，同轴电缆)，向偏压电极104提供夹持电压，诸如约-5000V与约5000V之间的静态直流电压。如下文将进一步讨论的，夹持网络包括直流电源155(诸如，高压直流(High Voltage Direct Current；HVDC)电源)及滤波器151(例如，低通滤波器)。
基板支撑组件136可进一步包括边缘控制电极115，边缘控制电极115位于边缘环114下方并围绕偏压电极104，和/或设置为距偏压电极104的中心一定距离处。通常，对于经配置以处理圆形基板的处理腔室100，边缘控制电极115为环形，且由导电材料制成，并且经配置以围绕偏压电极104的至少一部分。在一些实施方式中，诸如图1中所示，边缘控制电极115位于基板支撑件105的区域内。在一些实施方式中，如图1中所示，边缘控制电极115包括导电网、箔和/或板，其经设置为距基板支撑件105的基板支撑表面105A与偏压电极104相似的距离(即，Z方向)。
边缘控制电极115可经由使用波形产生器组件来偏压，该波形产生器组件不同于用以将偏压电极104偏压的波形产生器组件150。在一些实施方式中，边缘控制电极115可经由使用波形产生器组件150来偏压，该波形产生器组件150还用于通过将部分功率分配给边缘控制电极115来将偏压电极104偏压。在一种配置中，第一源组件196的第一波形产生器组件150经配置以将偏压电极104偏压，并且第二源组件197的第二波形产生器组件150经配置以将边缘控制电极115偏压。
电力输送线157将第一源组件196的波形产生器组件150的输出电连接至偏压电极104。虽然下文的讨论主要论述了用于将波形产生器组件150耦接至偏压电极104的第一源组件196的电力输送线157，但是将波形产生器组件150耦接至边缘控制电极115的第二源组件197的电力输送线158将包括相同或相似的部件。电力输送线157的各个部分内的电导体可包括：(a)一根同轴电缆或同轴电缆的组合，诸如与刚性同轴电缆串行连接的柔性同轴电缆，(b)绝缘高压耐电晕连接线，(c)裸线，(d)金属棒，(e)电连接器，或(f)(a)-(e)中的电气组件的任一组合。
在一些实施方式中，处理腔室100进一步包括石英管110或套环，其至少部分地包围基板支撑组件136的部分，以防止基板支撑件105和/或支撑基座107与腐蚀性处理气体或等离子体、清洁气体或等离子体或其副产物接触。通常，石英管110、绝缘板111及接地板112由衬垫108包围。在一些实施方式中，等离子体屏幕109位于阴极衬垫108与侧壁122之间，以防止等离子体在等离子体屏幕109下方的衬垫108与一个或多个侧壁122之间的空间中形成。
图2A图示可在处理腔室的电极处建立的电压波形。图2B图示归因于不同的电压波形而在基板处建立的不同类型的电压波形225及230的实例，类似于分别在处理腔室内的电极处建立的图2A中所示的电压波形。波形包括两个阶段：离子电流阶段及鞘塌陷阶段，如图所示。在离子电流阶段开始时，基板电压的下降在基板上方产生高压鞘，将正离子加速至基板。在离子电流阶段期间轰击基板表面的正离子在基板表面沉积正电荷，若不进行补偿，则会导致在离子电流阶段期间正向逐渐增加基板电压，如由图2B中的电压波形225所示。然而，如由电压波形225所示，基板表面上正电荷的不受控制的积累不期望地逐渐使鞘和卡盘电容器放电，缓慢降低鞘电压降并使基板电位更接近于零。正电荷的积累导致在基板上建立的电压波形中的电压下降(图2B)。然而，如图2A中所示，可产生在离子电流阶段期间于具有负斜率的电极处建立的电压波形，以便为经建立的基板电压波形建立方形区域(例如，接近零斜率)，如由图2B中的曲线230所示。在离子电流阶段期间于电极处建立的波形中实现斜率可称为电流补偿。离子电流阶段的开始与结束之间的电压差决定了离子能量分布函数(ion energy distribution function；IEDF)的宽度。电压差越大，IEDF宽度越宽。为了实现单能离子及更窄的IEDF宽度，操作经执行以使用电流补偿使离子电流阶段中的基板电压波形变平。在本公开内容的一些实施方式中，射频信号叠加在图2A中所示的电压波形上。
波形产生的产生技术
本发明的某些实施方式一般涉及波形产生技术，该技术促进使用同时等离子体产生和离子能量分布(IED)控制对基板进行等离子体处理，同时减少在经蚀刻高深宽比特征中形成的不期望的IED弯曲轮廓。例如，脉冲电压(PV)波形可用叠加在PV波形上的射频信号产生。在一些实施方式中，经产生的波形还可包括斜坡信号以促进电流补偿，如本文所述。
图3A图示当使用单个射频频率激发波形时的典型IED。如图所示，IED具有双模态形状，具有高能量峰值306、低能量峰值302及中等能量离子(例如，与中等能量区域304相关联)。从等离子体蚀刻工艺的方面来看，仅有处于或接近高能量峰值的离子才具有能量和方向性以克服在经蚀刻材料中产生的离子产生的充电效应，并到达特征的底部且进行蚀刻反应。具有中间能量的离子对蚀刻工艺并无益处，因为所述离子不具有方向性，并且将倾向于会撞击特征的侧壁，经常导致不期望的IED弯曲轮廓。低能量离子对于蚀刻蚀刻很重要，因为所述离子可清洁掩模表面并保持掩模层的形状，防止孔堵塞。本公开内容的一些实施方式涉及创建具有高能量峰值和低能量峰值的能量分布，在高能量峰值与低能量峰值之间几乎没有或无中间能量。
图3B为图示根据本公开内容的某些实施方式的IED函数(IED function；IEDF)的示图。如图所示，IEDF包括低能量峰值301及高能量峰值303。与低能量峰值相关的能量可小于几百eV(例如，小于1K eV)，并且与高能量峰值相关的能量可为几百eV至数万eV，取决于待在基板中形成的特征的深宽比。例如，在某些情况下，与高能量峰值相关的能量可在4keV至10k eV之间。如图所示，在低能量峰值301与高能量峰值303之间不存在离子(或至少少于传统实施方式)。一些实施方式涉及用于使用波形裁制技术实施图3B中所示的离子能量分布的技术，如本文中更详细地论述。
图4图示根据本公开内容的某些实施方式的，使用波形产生器产生的波形400。如图所示，波形400包括波形区域401及405。波形区域401包括叠加有射频信号404的直流(DC)信号，并且波形区域405包括叠加有射频信号404的电压斜坡(例如，用于电流补偿)。
射频信号404维持腔室中的等离子体并产生关于图3B描述的低能量峰值301。在一些实施方式中，射频信号404可具有40Mhz到200MHz之间的频率。射频信号404的频率可高于离子鞘渡越频率。在此情况下，穿过鞘层厚度的平均离子渡越时间长于射频信号404的周期，导致离子经历射频信号404的多个周期并获得与多个周期相关的平均能量以产生低能量峰值301。因此，离子由射频信号404引起的平均鞘电位加速，以使得单个离子能量峰值得以达成。高频射频激发产生具有单能量峰值的离子。换言之，穿过鞘的离子经历由射频信号404驱动的平均鞘电位，产生单个离子能量峰值而非连续的能量分布。
在脉冲波形周期的一部分期间，归因于脉冲阶跃的上升边缘402，等离子体体电子经吸引至基板(例如基板103)的表面。然而，等离子体体电子可能无法建立负直流鞘电位以产生更高的能量峰值303。基板表面与电极(例如，支撑基座107)形成电容元件(例如，称为静电吸盘电容器(Cesc))，在一些实施方式中，该电容元件包括设置在偏压电极104与基板支撑表面105A之间的基板支撑件105的介电材料层，如图1中所示。电极上存在等量的正电荷(例如，与基板上的负电荷相比)以抵消由等离子体体电子产生的场。在波形400的下降沿403，归因于将波形施加至电极，离子被电子中和。因此，在基板表面上建立了负直流鞘电位。此为更高能量峰值303的起源。直流鞘电位(Vdc)或更高的离子能量可基于以下公式使用下降沿(ΔV)的幅度及Cesc与鞘电容(Csheath)之间的比率来近似计算：
因此，波形区域401用于维持腔室中的等离子体(例如，同时产生较低能量峰值301)并为较高能量峰值303建立直流鞘电位。
当进入的离子中和基板表面上的电子时，若无补偿手段，则直流鞘电位会降低。因此，入射至基板上的离子将不是单能的。在一些实施方式中，在波形区域405期间实施电压斜坡以向电极供应增加量的电子以抵消由于进入离子而由正电荷引起的另外增加的电场，从而保持恒定的鞘电位(单能量峰值)。用于实现斜坡的直流电源电流可经控制以均衡和补偿在离子电流阶段期间提供的离子电流。离子电流(Iion)可通过使用离子能量诊断来校准，或基于以下公式通过对电极电压(V0)(例如，计算V0的时间导数)和鞘电势的值取样来计算：
如图所示，射频信号404也可在区域405期间叠加在斜坡信号上以继续维持腔室中的等离子体(例如，同时产生较低能量峰值301)并为较高能量峰值303建立直流鞘电位。
图5图示根据本公开内容的某些实施方式的，用于偏压基板以实现IED控制的波形产生器500的示例性实施。波形产生器500可用于实现波形产生器组件150，如关于图1所述。如图所示，波形产生器500可产生关于图4所述的波形400。
波形产生器500包括用于在波形区域401期间实现正电压的主电压源502(例如，直流电压源)、用于在波形区域405期间实现斜坡电压的电流源505及用于提供射频信号404的RF产生器506(也称为射频信号产生器)。波形产生器500在输出节点504处产生波形400。输出节点504可经耦接至基板支撑件105(例如，陶瓷圆盘)或支撑基座107中的偏压电极104。若输出节点504耦接至支撑基底107，则输出节点504与基板103之间的总电容(例如，1/C总＝1/Cesc+1/CSB，其中CSB为设置在支撑基底107与偏压电极104之间的介电层的电容)将大于输出节点504耦接至偏压电极104(例如，Cesc)时的总电容。较大的电容可导致跨Cesc的电压降较低，而鞘套上的电压降更大。
如图所示，开关520(例如高压固态继电器)可耦接在主电压源502与输出节点504之间，并且开关522(例如高压固态继电器)可耦接在接地节点508与输出节点504之间。如图所示，RF滤波器540可在电压源502与开关520之间的路径中实现，RF滤波器542可在接地节点508与开关522之间的路径中实现，并且RF滤波器544可在电流源505与输出节点504之间实现。RF滤波器540、542、544可经实现为低通滤波器，该低通滤波器经配置以阻挡从RF产生器506提供的RF信号。电压源502及电流源505由各自的RF滤波器540、544保护而免受RF产生器506输出的影响。换言之，RF滤波器540、544经配置以阻挡从RF产生器506提供的高频RF信号。当开关522闭合时，接地节点508经由RF滤波器542(例如，低通滤波器)与RF产生器506隔离。在一些实施方式中，RF滤波器540、542、544中的每一者可实现为并联LC拓扑，如图6中所示。
图6图标具有电容元件602及电感元件604的并联LC滤波器拓扑600。如图所示，电容元件602可并联耦接至电感元件604并且耦接在节点610、612之间。RF滤波器540、542、544中的每一者可使用并联LC滤波器拓扑600实施。例如，对于RF滤波器542，节点610可经耦接至接地节点508并且节点612可经耦接至开关522。作为一个实例，对于40MHz的RF信号，电容元件602可为100皮法(pF)，而电感元件604可为158纳亨(nH)以阻挡40MHz的RF信号。换言之，LC滤波器拓扑600为有效地充当40Mhz信号的开路的谐振电路，将电压源502、接地节点508或电流源505与40MHz的RF信号隔离开。
图7为图示根据本公开内容的某些实施方式的开关520(标记为“S1”)和开关522(标记为“S2”)的状态的时序图700。如图所示，开关520、522没有同时闭合以避免电压源502与接地节点508电短路。在一些实施方式中，在波形周期(例如，波形400的周期)的阶段1期间，开关520可闭合以产生如图4中所示的上升沿402。开关520可闭合范围从20ns至2000ns的时间段，以允许在基板表面收集足够数目的电子。在与波形区域401相关的周期之后，可打开开关520并且可闭合开关522以在波形周期的阶段2期间产生下降沿403。在断开开关S1之后，开关S2可闭合10ns至100ns的时间段。
在一些实施方式中，在阶段1期间，当开关S1闭合时，正电荷积聚在图1中所示的基板103上。归因于电容效应，基板103上的电压无法瞬时改变。因此，在阶段2期间，一旦开关S1打开并且开关S2闭合，输出节点504(例如，图1所示的电极104处)的电压从正电压下降至负电压，如图4中所示。据信从正电压至负电压的下降是由于在电极104上形成负电荷以抵消基板104上的正电荷。换言之，基板103上的正电荷将电子吸引至电极104，导致在开关S2闭合时于输出节点504处下降至负电压。
在波形周期的第三阶段期间，开关520、522皆保持打开。如图5中所示，RF产生器506和电流源505可一直连接至输出节点504(例如，连接至腔室)。在一些实施方式中，高通滤波器546可耦接在RF产生器506与输出节点504之间。高通滤波器546将RF产生器与输出节点504处的DC分量(例如，当开关520闭合时由电流源505、电压源502引起或当开关522闭合时由接地节点508引起)隔离。在一些实施方式中，高通滤波器546可实现为交流(alternating current；AC)阻挡电容器。
在一些实施方式中，阻抗570可经耦接在电流源505的输出与接地节点之间，以在开关520闭合时分流来自电流源505的输出电流。换言之，归因于电压源502与输出节点504的耦接，可能发生突然的阻抗变化。一旦开关520闭合，阻抗570提供电流从电流源505至地面的流动路径，允许在上升沿402之后来自电流源505的电流逐渐减小。如图所示，阻抗570可使用具有电感元件574及电阻元件572的电感电阻器(RL)电路来实现。当使用40MHz的RF信号时，电感元件的阻抗可为2微亨(mH)，且电阻元件572的电阻可为100欧姆。
本公开内容的实施方式提供了一种工艺有利的双峰值IED及一种在基板表面上实现该IED的方法，用于具有同时等离子体激发及维持的等离子体处理腔室。与传统的离子能量控制技术相比，本公开内容的实施方式的一个优点是同时产生等离子体及IED控制。在一个PV波形周期完成之后，多个额外的PV波形周期将连续重复多次，如图4中重复的第二电压波形周期的部分说明所示。在一些实施方式中，在电极处建立的电压波形具有导通时间，该导通时间经定义为离子电流时间周期(例如，波形区域405的长度)与波形周期Tp(例如，波形区域401的长度+波形区域405的长度)的比率，其大于50％，或大于70％，诸如在80％与95％之间。在一些实施方式中，具有约2.5μs的周期Tp的波形周期的PV波形在具有约100微秒(μs)与约10毫秒(ms)之间的突发周期的PV波形突发内连续重复。PV波形的突发可具有约5％至100％之间，诸如约50％与约95％之间的突发占空比，其中该占空比为突发周期除以突发周期加上分隔突发周期的非突发周期(即，不产生PV波形)的比率。
图8为图示用于波形产生的方法800的工艺流程图。方法800可由波形产生系统来执行，该波形产生系统包括诸如波形产生器500的波形产生器和/或诸如系统控制器126的系统控制器。
在活动802处，波形产生系统在波形(例如，波形400)的第一阶段(例如，图7中所示的阶段1)期间将电压源(例如，电压源502)耦接至(例如，通过闭合开关520)输出节点(例如，输出节点504)。输出节点可经耦接至设置在处理腔室(例如，处理腔室100)内的电极。例如，输出节点可经耦接至电极104或支撑基座107。
在活动804处，波形产生系统在波形的第二阶段(例如，图7中所示的阶段2)期间将接地节点(例如，接地节点508)耦接至(例如，通过闭合开关522)输出节点。在一些实施方式中，RF信号产生器(例如，RF产生器506)在第一阶段期间经由滤波器(例如滤波器546)耦接至输出节点。RF信号产生器可在波形的第一阶段、第二阶段及第三阶段(例如，图7中所示的阶段3)期间耦接至输出节点。在第三阶段期间，电压源和接地节点与输出节点去耦接(例如，通过断开开关520、522)。在一些实施方式中，电压源经由滤波器(例如，滤波器540)耦接至输出节点，并且接地节点经由滤波器(例如，滤波器542)耦接至输出节点。
在一些实施方式中，电流源(例如，电流源505)在波形的第三阶段期间耦接至输出节点，电压源和接地节点在第三阶段期间与输出节点去耦接。电流源可经由滤波器(例如，滤波器544)耦接至输出节点。
本文使用的术语“耦接”是指两个物体之间的直接或间接耦接。例如，若物体A与物体B实体接触，物体B与物体C接触，则物体A和C仍可被视为彼此耦接——即使物体A和C不直接实体接触彼此。例如，即使第一物体从未与第二物体直接实体接触，第一物体也也可耦接至第二物体。
虽然前述内容涉及本公开内容的各个实施方式，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他及进一步实施方式，且本发明的范围由随附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于等离子体处理的波形产生器，包含：
电压源，选择性地耦接至输出节点，其中
所述输出节点经配置以耦接至设置在处理腔室之内的电极，并且
所述输出节点经选择性地耦接至接地节点；
射频(RF)信号产生器；和
第一滤波器，耦接在所述RF信号产生器与所述输出节点之间。
2.如权利要求1所述的波形产生器，其中所述波形产生器经配置以通过选择性地将所述电压源和所述接地节点耦接至所述输出节点来产生脉冲电压信号，并且其中所述RF信号产生器经配置以产生叠加在所述脉冲电压信号上的RF信号。
3.如权利要求1所述的波形产生器，其中所述第一滤波器包含高通滤波器。
4.如权利要求1所述的波形产生器，其中所述电压源经由开关选择性地耦接至所述输出节点。
5.如权利要求1所述的波形产生器，其中所述接地节点经由开关选择性地耦接至所述输出节点。
6.如权利要求1所述的波形产生器，进一步包含耦接在所述电压源与所述输出节点之间的第二滤波器。
7.如权利要求1所述的波形产生器，进一步包含耦接在所述接地节点与所述输出节点之间的第二滤波器。
8.如权利要求7所述的波形产生器，其中所述第二滤波器包含低通滤波器。
9.如权利要求8所述的波形产生器，其中所述低通滤波器包含与电感元件并联的电容元件。
10.如权利要求1所述的波形产生器，进一步包含：
电流源，耦接至所述输出节点；和
第二滤波器，耦接在所述电流源与所述输出节点之间。
11.如权利要求10所述的波形产生器，进一步包含：
第一开关，经配置以在第一阶段期间将所述电压源耦接至所述输出节点；和
第二开关，经配置以在第二阶段期间将所述接地节点耦接至所述输出节点，其中所述第一开关和所述第二开关进一步经配置以在第三阶段期间将所述电压源及所述接地节点与所述输出节点去耦接，所述RF信号产生器在所述第三阶段期间经耦接至所述输出节点。
12.如权利要求10所述的波形产生器，进一步包含耦接在所述电流源与所述接地节点之间的阻抗。
13.如权利要求12所述的波形产生器，其中所述阻抗包含电感元件及电阻元件。
14.一种用于波形产生的设备，包含：
存储器；和
一个或多个处理器，耦接至所述存储器，所述存储器及所述一个或多个处理器经配置以：
在波形的第一阶段期间将电压源耦接至输出节点，其中所述输出节点耦接至设置在处理腔室之内的电极；和
在所述波形的第二阶段期间将接地节点耦接至所述输出节点，其中射频(RF)信号产生器在所述第一阶段期间经由滤波器耦接至所述输出节点。
15.如权利要求14所述的设备，其中电流源在所述波形的第三阶段期间耦接至所述输出节点，所述电压源和所述接地节点在所述第三阶段期间与所述输出节点去耦接。
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