TW201415522A - 用於監控切換模式離子能量分佈系統的錯誤、異常與其它特徵之系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示用於調節一電漿腔室中的離子能量並且夾持一基板至一基板支撐體的系統、方法、以及設備。一種示範性方法包含：將一基板放置在一電漿腔室中；於該電漿腔室中形成一電漿；以可控制的方式切換送往該基板的電力，以便施加一週期性電壓函數(或是一經修正的週期性電壓函數)至該基板；以及響應於該基板的表面處的一已定義的離子能量分佈在該週期性電壓函數的多個循環中調變該週期性電壓函數，俾便以時間均化為基礎來產生該已定義的離子能量分佈。

Description

用於監控切換模式離子能量分佈系統的錯誤、異常與其它特徵之系統與方法

本揭示內容大體上和電漿處理有關。明確地說，但是沒有任何限制之意圖，本發明係關於用於電漿輔助蝕刻、沉積、及/或其它電漿輔助製程的方法和設備。

眾多類型的半導體裝置都是利用以電漿為基礎的蝕刻技術所製成。倘若其係一被蝕刻的導體的話，一以接地為基準的負電壓可能會被施加至該導體性基板，用以跨越該基板導體的表面創造一實質上均勻的負電壓，其會將帶正電的離子吸引至該導體，結果，撞擊該導體的正離子會有實質上相同的能量。

然而，倘若基板為介電質的話，不變動的電壓並無法置放一跨越該基板的表面的電壓。AC電壓(舉例來說，高頻)可能會被施加至該導體平板(或是夾盤)，俾使得AC電場會在該基板的表面上誘發一電壓。在該AC循環的正向半部期間，該基板會吸引電子，該電子相對於正離子的質量為輕；因此，眾多電子會在該循環的正向部期間被吸引至該基板的表面。 結果，該基板的表面會帶負電，這會導致離子被吸引至帶負電的表面。而且，當該離子撞擊該基板的表面時，該撞擊會逐出該基板的表面處的材料一造成蝕刻。

於眾多實例中可能希望擁有狹窄的離子能量分佈；但是，套用正弦波形至基板卻會誘發寬闊的離子能量分佈，這會限制電漿製程實行所希望的蝕刻輪廓的能力。用以達成狹窄離子能量分佈的已知技術相當昂貴、沒有效率、難以控制、而且可能會負面影響電漿密度。結果，此等已知技術並未在商業上使用。據此，需要一種系統和方法來解決本技術之不足並且提供其它新穎和創新的特點。

下面會摘要說明圖中所示之本揭示內容的解釋性實施例。此等和其它實施例會在【實施方式】段落中作更完整說明。然而，應該瞭解的係，本文並沒有要將本發明限制在【發明內容】中或【實施方式】中所述之形式的意圖。熟習本技術的人士便能夠理解，有眾多修正、等效例、以及替代性構造落在如申請專利範圍中所表達之本發明的精神和範疇裡面。

根據其中一實施例，本發明的特徵可能係一種用以建立一或更多個電漿鞘電壓的方法。該方法可能包括提供一經修正的週期性電壓函數至電漿腔室的一基板支撐體。該基板支撐體會被耦合至被配置成要在該電漿中處理的一基板。另外，該經修正的週期性電壓函數還可能包括被一離子補償電流I_C修正的一週期性電壓函數。該經修正的週期性電壓函數會包括多個脈衝以及該脈衝之間的部分。另外，該脈衝可能係該週期性電壓 函數的函數，而該脈衝之間的部分的斜率可能係該離子補償電流I_C的函數。該方法還進一步包括存取一有效電容數值C₁，其代表該基板支撐體的至少一電容。該方法最後可能確認會導致抵達該基板之表面的離子的一已定義離子能量分佈函數的離子補償電流I_C，其中，該確認係該有效電容C₁、該脈衝之間的部分的斜率dV₀/dt的函數。

根據另一實施例，本發明可被描述為一種用以偏壓電漿的方法，以便在一電漿處理腔室裡面於基板的表面處達到已定義的離子能量。該方法可能包含施加一經修正的週期性電壓函數至一基板支撐體，該經修正的週期性電壓函數包括被一離子補償電流修正的一週期性電壓函數。該方法可能進一步包含取樣該經修正的週期性電壓函數的至少一循環，用以產生多個電壓資料點。該方法可能進一步包含從該電壓資料點處預測該基板表面處的一第一離子能量的數值。另外，該方法可能包含調整該經修正的週期性電壓函數，直到該第一離子能量等於為止該已定義的離子能量為止。

根據又一實施例，本發明的特徵可能係一種用以達成一離子能量分佈函數寬度的方法。該方法可能包括提供一經修正的週期性電壓函數至一電漿處理腔室的基板支撐體。該方法可能進一步包含在第一時間和第二時間處從該非正弦波形處取樣至少兩個電壓。該方法可能額外包含以dV/dt來計算該至少兩個電壓的斜率。另外，該方法可能還包含將該斜率和一已知對應於一離子能量分佈函數寬度的參考斜率作比較。最後，該方法可能包含調整該經修正的週期性電壓函數，俾便該斜率接近該參考斜率。

本揭示內容的另一項觀點的特徵可能係一種包括一電源供 應器、一離子電流補償器件、以及一控制器的設備。該電源供應器會提供一週期性電壓函數，該週期性電壓函數具有多個脈衝以及該脈衝之間的部分。該離子電流補償器件會修正該脈衝之間的部分的斜率，用以形成一經修正的週期性電壓函數。該經修正的週期性電壓函數會被配置成用以提供給要在一電漿處理腔室中處理的一基板支撐體。該控制器會被耦合至該切換模式電源供應器和該離子電流補償器件。該控制器可能還會被配置成用以確認倘若被提供至該基板支撐體會導致抵達該基板之表面的離子的已定義離子能量分佈函數的離子補償電流的數值。

本揭示內容的又一項觀點的特徵可能係一種非暫時性的實體電腦可讀取儲存媒體，以處理器可讀取的指令來編碼以便實施監控被配置成用以處理一基板的電漿的離子電流的方法。該方法可能包含在給定一具有第一數值的離子補償電流下取樣一經修正的週期性電壓函數，以及在給定具有第二數值的離子補償電流下取樣該經修正的週期性電壓函數。該方法進一步包含以該第一取樣和第二取樣為基礎來決定以時間為函數的該經修正的週期性電壓函數的斜率。該方法還以該第一取樣和第二取樣為基礎來決定以時間為函數的該經修正的週期性電壓函數的斜率。該方法最後包含以該斜率為基礎來計算該離子補償電流的第三數值，於該第三數值處，該基板上會在該經修正的週期性電壓函數的至少一循環中出現一恆定電壓。

本文中會進一步詳細說明此等和其它實施例。

102‧‧‧電漿電源供應器

104‧‧‧電漿處理腔室

106‧‧‧切換模式電源供應器

108‧‧‧基板支撐體

110‧‧‧基板

112‧‧‧控制器

114‧‧‧電漿

202‧‧‧電漿電源供應器

204‧‧‧電漿腔室

206‧‧‧切換模式偏壓供應器

208‧‧‧基板支撐體

210‧‧‧基板

212‧‧‧控制器

214‧‧‧電漿

220‧‧‧離子能量控制器件

222‧‧‧電弧偵測器件

224‧‧‧波形記憶體

226’‧‧‧切換器器件

226”‧‧‧切換器器件

228’‧‧‧驅動器件

228”‧‧‧驅動器件

230’‧‧‧驅動訊號

230”‧‧‧驅動訊號

232’‧‧‧驅動-控制訊號

232”‧‧‧驅動-控制訊號

234‧‧‧離子能量控制訊號

236‧‧‧輸出

806‧‧‧切換模式電源供應器

808‧‧‧基板支撐體

810‧‧‧基板

812‧‧‧控制器

820‧‧‧離子能量控制器件

822‧‧‧電弧偵測器件

832’‧‧‧驅動-控制訊號

832”‧‧‧驅動-控制訊號

834‧‧‧輸出

840‧‧‧調變控制器

842‧‧‧控制訊號

844‧‧‧電力器件

846‧‧‧使用者介面

848‧‧‧IEDF函數記憶體

850‧‧‧客製IEDF部

1202‧‧‧電漿電源供應器

1204‧‧‧電漿腔室

1206‧‧‧切換模式電源供應器

1208‧‧‧基板支撐體

1210‧‧‧基板

1212‧‧‧控制器

1260‧‧‧離子電流補償器件

1304‧‧‧電漿腔室

1336‧‧‧輸出

1360‧‧‧離子電流補償器件

1362‧‧‧電流控制器

1364‧‧‧電流源

1366‧‧‧外殼

1370‧‧‧回授線

1400‧‧‧經修正的週期性電壓函數

1402‧‧‧第一部分

1404‧‧‧第二部分

1406‧‧‧第三部分

1408‧‧‧第四部分

1570‧‧‧離子能量展開

1572‧‧‧離子能量展開

1574‧‧‧離子能量展開

1664‧‧‧電流源

1702‧‧‧電漿電源供應器

1708‧‧‧基板支撐體

1710‧‧‧基板

1712A‧‧‧控制器

1712B‧‧‧控制器

1780‧‧‧靜電夾盤供應器

1782‧‧‧靜電夾盤

1806‧‧‧切換模式電源供應器

1808‧‧‧基板支撐體

1810‧‧‧基板

1812‧‧‧控制器

1880‧‧‧靜電夾盤供應器

1882‧‧‧E夾盤

1884‧‧‧電漿電源供應器

1886‧‧‧頂端電極

1904‧‧‧電漿腔室

1906‧‧‧切換模式電源供應器

1912‧‧‧控制器

2100‧‧‧電漿處理系統

2102‧‧‧電漿處理腔室

2104‧‧‧電漿

2106‧‧‧基板

2108‧‧‧基板支撐體

2111‧‧‧靜電夾盤

2112‧‧‧電漿源

2115‧‧‧電漿鞘

2118‧‧‧基板的頂端表面

2120‧‧‧基板的底部表面

2121‧‧‧靜電夾盤的頂端表面

2122‧‧‧電漿電源供應器

2124‧‧‧第一導體

2125‧‧‧第二導體

2130‧‧‧切換模式電源供應器

2132‧‧‧控制器

2134‧‧‧離子能量控制

2136‧‧‧離子電流補償

2200‧‧‧電漿處理系統

2206‧‧‧基板

2210‧‧‧格柵或網格電極

2211‧‧‧靜電夾盤

2215‧‧‧電漿鞘

2218‧‧‧基板的頂端表面

2220‧‧‧基板的底部表面

2221‧‧‧靜電夾盤的頂端表面

2230‧‧‧切換模式電源供應器

2232‧‧‧控制器

2234‧‧‧DC電源

2236‧‧‧AC電源

2300‧‧‧電漿處理系統

2306‧‧‧基板

2310‧‧‧第一格柵或網格電極

2311‧‧‧靜電夾盤

2312‧‧‧第二格柵或網格電極

2324‧‧‧第一導體

2325‧‧‧第二導體

2330‧‧‧切換模式電源供應器

2334‧‧‧DC電源

2336‧‧‧AC電源

2400‧‧‧電漿處理系統

2404‧‧‧電漿

2406‧‧‧基板

2411‧‧‧靜電夾盤

2430‧‧‧切換模式電源供應器

2432‧‧‧控制器

2433‧‧‧控制器

2434‧‧‧DC電源供應器

2435‧‧‧控制器

2436‧‧‧AC電源

2500‧‧‧電漿處理系統

2504‧‧‧電漿

2506‧‧‧基板

2530‧‧‧切換模式電源供應器

2535‧‧‧控制器

2536‧‧‧AC電源

2537‧‧‧電壓控制器

2538‧‧‧可控制的電壓源

2539‧‧‧切換輸出；電流控制器

2540‧‧‧可控制的電流源

2600‧‧‧電漿處理系統

2611‧‧‧靜電夾盤

2630‧‧‧切換模式電源供應器

2632‧‧‧第一控制器

2633‧‧‧第二控制器

2634‧‧‧DC電源

2635‧‧‧第三控制器

2637‧‧‧電壓控制器

2638‧‧‧可控制的電壓源

2639‧‧‧切換輸出；電流控制器

2640‧‧‧可控制的電流源

2700‧‧‧電漿處理系統

2730‧‧‧切換模式電源供應器

2734‧‧‧DC電源

2800‧‧‧方法

2802‧‧‧操作

2804‧‧‧操作

2806‧‧‧操作

2808‧‧‧操作

2900‧‧‧方法

2902‧‧‧操作

2904‧‧‧操作

2906‧‧‧操作

2908‧‧‧操作

3000‧‧‧方法

3002‧‧‧步驟

3004‧‧‧步驟

3006‧‧‧步驟

3008‧‧‧步驟

3010‧‧‧步驟

3012‧‧‧步驟

3014‧‧‧步驟

3100‧‧‧IEDF分枝

3101‧‧‧離子能量分枝

3102‧‧‧步驟

3104‧‧‧步驟

3106‧‧‧步驟

3108‧‧‧步驟

3110‧‧‧步驟

3112‧‧‧步驟

3114‧‧‧步驟

3116‧‧‧步驟

3150‧‧‧步驟

3152‧‧‧步驟

3154‧‧‧步驟

3156‧‧‧步驟

3202‧‧‧第四部分

3602‧‧‧第四部分

4300‧‧‧方法

4302‧‧‧步驟

4304‧‧‧步驟

4306‧‧‧步驟

4308‧‧‧步驟

4402‧‧‧經修正的週期性電壓函數

4404‧‧‧離子補償電流

4406‧‧‧電源供應器電壓

4410‧‧‧第一切換器T1和第二切換器T2的切換關係圖

4412‧‧‧基板電壓

4414‧‧‧IEDF寬度

4512‧‧‧基板電壓

4514‧‧‧IEDF寬度

4602‧‧‧經修正的週期性電壓函數

4606‧‧‧電源供應器電壓

4608‧‧‧基板電壓

4614‧‧‧離子能量的大小

4615‧‧‧離子能量的大小

4702‧‧‧經修正的週期性電壓函數

4714‧‧‧IEDF寬度

4802‧‧‧經修正的週期性電壓函數

4806‧‧‧電源供應器電壓

4812‧‧‧基板電壓

4814‧‧‧狹窄IEDF

4906‧‧‧電源供應器電壓

4914‧‧‧狹窄IEDF

5004‧‧‧離子補償電流

5006‧‧‧電源供應器電壓

5014‧‧‧IEDF

C1‧‧‧有效電容

C2‧‧‧鞘電容

C3‧‧‧實體電容器

C4‧‧‧鞘電容

C10‧‧‧有效電容

T1‧‧‧切換器件

T2‧‧‧切換器件

V2‧‧‧驅動訊號

V4‧‧‧驅動訊號

L1‧‧‧雜散電感

L2‧‧‧電感器

配合附圖來參考下面的詳細說明及後附的申請專利範圍會 明白並且更容易體會本發明的各項目的及優點，並且對本發明有更完整的瞭解，其中，在數個圖式中的相似或雷同的元件會以相同的元件符號來表示，且其中：圖1所示的係根據本發明其中一實行方式的電漿處理系統的方塊圖；圖2所示的係圖1中所示之切換模式電力系統的示範性實施例的方塊圖；圖3所示的係可用以實現參考圖2所述之切換模式偏壓供應器之器件的代表圖；圖4所示的係兩個驅動訊號波形的時序圖；圖5所示的係用以操作該切換模式偏壓供應器的單一模式代表關係圖，其產生集中在某個特殊離子能量處的離子能量分佈；圖6所示的係雙模操作模式的關係圖，其中，在離子能量分佈中產生兩個分離的尖峰；圖7A與7B所示的係在電漿中所進行的實際、直接離子能量測量的關係圖；圖8所示的係本發明之另一實施例的方塊圖；圖9A所示的係藉由一正弦調變函數來調變之示範性週期性電壓函數的關係圖；圖9B所示的係描繪在圖9A中的週期性電壓函數的一部分的爆炸圖；圖9C所示的係由該週期性電壓函數之正弦調變所造成之以時間均化(time-averaged)為基礎的離子能量的最終分佈；圖9D所示的係當藉由一正弦調變函數來調變一週期性電壓函數時在 一最終經時間均化的IEDF(Ion Energy Distribution Function，離子能量分佈函數)中所進行的實際、直接離子能量測量；圖10A所示的係藉由一鋸齒調變函數來調變的週期性電壓函數；圖10B所示的係描繪在圖10A中的週期性電壓函數的一部分的爆炸圖；圖10C所示的係由圖10A和10B中的週期性電壓函數之正弦調變所造成之以時間均化為基礎的離子能量的最終分佈關係圖；圖11的右行所示的係IEDF函數關係圖，而左行所示的則係相關聯的調變函數；圖12所示的係一實施例的方塊圖，其中，一離子電流補償器件會補償一電漿腔室中的離子電流；圖13所示的係一示範性離子電流補償器件的示意圖；圖14所示的係圖13中所描繪之節點V_O處的示範性電壓關係圖；圖15A至15C所示的係響應於補償電流而出現在基板或晶圓表面的電壓波形；圖16所示的係一電流源的示範性實施例，其可被施行用以實現參考圖13所述的電流源；圖17A與17B所示的係本發明之其它實施例的方塊圖；圖18所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖19所示的係本發明再一實施例的方塊圖；圖20所示的係可配合參考圖1至19所述之實施例被運用的輸入參數和控制輸出的方塊圖；圖21所示的係本發明又一實施例的方塊圖； 圖22所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖23所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖24所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖25所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖26所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖27所示的係本發明又一實施例的方塊圖；圖28所示的係根據本揭示內容一實施例的方法；圖29所示的係根據本揭示內容一實施例的另一方法；圖30所示的係用以控制撞擊一基板之表面的離子的離子能量分佈的方法的其中一實施例；圖31所示的係用以設定IEDF和離子能量的方法；圖32所示的係根據本揭示內容其中一實施例被傳遞至基板支撐體的兩個經修正的週期性電壓函數波形；圖33所示的係能夠表示電漿源不穩定性或是電漿密度變化的離子電流波形；圖34所示的係具有非循環形狀之經修正的週期性電壓函數的離子電流I_I；圖35所示的係能夠表示偏壓供應器裡面之錯誤的經修正的週期性電壓函數；圖36所示的係能夠表示系統電容中之動態變化的經修正的週期性電壓函數；圖37所示的係可以表示電漿密度變化的經修正的週期性電壓函數； 圖38所示的係用於不同製程運轉的離子電流之取樣，其中，離子電流中的漂移能夠表示系統漂移；圖39所示的係用於不同製程參數的離子電流之取樣；圖40所示的係在腔室中沒有電漿之受監控的兩個偏壓波形；圖41所示的係能夠用於驗證電漿製程的兩個偏壓波形；圖42所示的係數個電源供應器電壓以及顯示電源供應器電壓和離子能量之間的關係的離子能量曲線圖；圖43所示的係用以控制撞擊一基板之表面的離子的離子能量分佈的方法的其中一實施例；圖44所示的係本文中所揭示之系統中不同位置點處的各種波形；圖45所示的係在離子補償電流I_C中進行最終遞增改變以便使其匹配離子電流I_I的效應；圖46所示的係離子能量之選擇；圖47所示的係離子能量分佈函數寬度的選擇與擴展；圖48所示的係能夠用於達成一個以上離子能量位準的電源供應器電壓V_PS的其中一種圖樣，其中，每一個離子能量位準皆有狹窄IEDF寬度；圖49所示的係能夠用於達成一個以上離子能量位準的電源供應器電壓V_PS的另一種圖樣，其中，每一個離子能量位準皆有狹窄IEDF寬度；以及圖50所示的係能夠用於創造已定義之IEDF的電源供應器電壓，V_PS，和離子補償電流I_C的其中一種組合。

圖1中大體上顯示一電漿處理系統的一示範性實施例。如圖 所示，當一基板110靜置在電漿處理腔室104裡面時，一電漿電源供應器102會被耦合至該腔室104，而一切換模式電源供應器106會被耦合至一支撐體108。圖中還顯示一控制器112，其會被耦合至該切換模式電源供應器106。

於此示範性實施例中，電漿處理腔室104可由具有實質上習知構造的腔室來實現(舉例來說，包含藉由一或多個唧筒(圖中並未顯示)抽真空的真空圍體)。而且，熟習本技術的人士便會明白，腔室104中的電漿激發可藉由各式各樣電漿源中的其中一者來進行，舉例來說，包含螺旋形電漿源，其包含用以在該反應器中點燃並維持電漿114的磁性線圈和天線，並且一氣體入口可被提供用以將氣體引進該腔室104之中。

如圖所示，該示範性電漿腔室104被排列並且被配置成用以運用基板110之能量離子轟擊來實行材料的電漿輔助蝕刻以及其它電漿處理(舉例來說，電漿沉積以及電漿輔助離子植入)。此實施例中的電漿電源供應器102會被配置成用以透過一匹配網路(圖中並未顯示)在一或更多個頻率處(舉例來說，13.56MHz)施加電力(舉例來說，RF電力)給腔室104，以便點燃並維持電漿114。應該瞭解的係，本發明不受限於用以將電力耦合至腔室104的任何特殊類型電漿電源供應器102或電源，而且各式各樣的頻率及電力位準皆可電容性或電感性耦合至腔室104。

如圖所示，一要被處置的介電質基板110至少部分由支撐體108來支撐，該支撐體108可能包含一習知的晶圓夾盤(舉例來說，用於半導體晶圓處理)的一部分。該支撐體108可被形成在該支撐體108和該基板110之間具有一絕緣層，該基板110會被電容性耦合至該平台，但是可能浮動 在一不同於支撐體108的電壓處。

如上面的討論，倘若基板110和支撐體108為導體的話，可能會施加一不變動的電壓至支撐體108，且因為經由基板110之電傳導的結果，被施加至該支撐體108的電壓同樣會被施加至基板110的表面。

然而，當基板110為介電質時，施加一不變動的電壓至支撐體108則無法置放一跨越該基板110之被處置表面的電壓。結果，該示範性切換模式電源供應器106會被配置成受到控制而用以在基板110的表面上產生一能夠吸引電漿114中的離子撞擊基板110的電壓，俾便對該基板110實行控制蝕刻及/或沉積，及/或實行其它電漿輔助製程。

又如本文中的進一步討論，切換模式電源供應器106的實施例會被配置成用以操作而使得在電漿電源供應器102所施加的電力(施加至電漿114)以及切換模式電源供應器106施加至基板110的電力之間沒有實質互動。舉例來說，由切換模式電源供應器106所施加的電力為可控制，以便在不會實質上影響電漿114之密度下達到離子能量的控制。

再者，圖1中所示之示範性切換模式供應器106的眾多實施例係由可以相對簡單的控制演算法來控制的相對廉價器件來實現。而且對照先前技術的方式，切換模式電源供應器106的眾多實施例更為有效率；因而會降低能量成本並且減少和移除過剩熱能量相關聯的昂貴材料。

施加電壓至介電質基板的其中一種已知技術會配合複雜的控制技術來運用一高功率線性放大器施加電力至一基板支撐體，其會在該基板的表面處誘發一電壓。然而，此技術並未被商業實體(commercial entities)採用，因為其既未證實會節省成本，亦不可充分地管理。明確地說，所運 用的線性放大器通常很龐大、非常昂貴、效率不彰、而且難以控制。再者，線性放大器本質上需要用到AC耦合(舉例來說，需要用到一阻隔電容器)，而且夾持(chucking)之類的附屬功能係以一平行饋送電路來達成，該平行饋送電路會損及用於具有夾盤之電源的系統的AC頻譜純度。

已經探討過的另一種技術係施加高頻電力(舉例來說，利用一或更多個線性放大器)至基板。然而，此技術已被發現會負面影響電漿密度，因為被施加至基板的高頻電力會影響電漿密度。

於某些實施例中，圖1中所示的切換模式電源供應器106可藉由降壓型、升壓型、及/或降升壓型電力技術來實現。於此等實施例中，該切換模式電源供應器106可能會受控以便施加用以在基板110的表面上誘發一電位的變動位準脈衝式電力。

於其它實施例中，切換模式電源供應器106係藉由其它更精密的切換模式電力與控制技術來實現。接著參考圖2，舉例來說，參考圖1所述的切換模式電源供應器係由一切換模式偏壓供應器206來實現，其被用來施加電力至基板110，以便產生轟擊基板110的離子的一或更多個所希望的能量。圖中還顯示一離子能量控制器件220、一電弧偵測器件222、以及一控制器212，控制器212被耦合至切換模式偏壓供應器206和波形記憶體224兩者。

圖中所示之此等器件排列為邏輯式；因此，該器件在實際的施行方式中會被組合或是進一步分離，而且該器件能夠以各式各樣的方式相連，而不會改變該系統的基礎操作。於某些實施例中，舉例來說，控制器212(其可藉由硬體、軟體、韌體、或是它們的組合來實現)可被用來控制 電源供應器202和切換模式偏壓供應器206兩者。然而，於替代實施例中，電源供應器202和切換模式偏壓供應器206係藉由完全分離的功能性單元來實現。以另一範例來說，控制器212、波形記憶體224、離子能量控制部220、以及切換模式偏壓供應器206可被整合成單一器件(舉例來說，存在於共同的外殼中)或者可能分散於多個離散器件中。

於此實施例中，切換模式偏壓供應器206大體上被配置成以可控制的方式施加一電壓至支撐體208，以便產生轟擊該基板之表面的離子的能量的所希望的(或是已定義)分佈。更明確地說，切換模式偏壓供應器206係被配置成藉由施加多個特殊電力位準處的一或更多個特殊波形至該基板來產生離子能量的所希望的(或是已定義)分佈。且更特別的係，該切換模式偏壓供應器206係響應於一來自離子能量控制部220的輸入而施加多個特殊電力位準，用以產生多個特殊的離子能量，並且利用波形記憶體224中的波形資料所定義的一或更多個電壓波形來施加該特殊電力位準。結果，一或更多個特殊離子轟擊能量可以該離子控制部來選擇，用以實行該基板的控制蝕刻(或是其它形式的電漿處理)。

如圖所示，切換模式電源供應器206包含多個切換器器件226’、226”(舉例來說，高功率場效電晶體)，它們被調適成用以響應於來自對應的驅動器件228’、228”的驅動訊號來切換送往基板210之支撐體208的電力。而由該驅動器件228’、228”所產生的驅動訊號230’、230”係由控制器212以波形記憶體224的內容所定義的時序為基礎來控制。舉例來說，眾多實施例中的控制器212係被調適成用以解譯波形記憶體的內容並且產生驅動-控制訊號232’、232”，驅動器件228’、228”會運用它們 來控制送往切換器器件226’、226”的驅動訊號230’、230”。圖中雖然描繪兩個切換器器件226’、226”(它們可能排列成半橋配置)以達示範性目的；不過，本發明當然涵蓋可在各式各樣的架構(舉例來說，H橋配置)中施行較少或額外的切換器器件。

於眾多操作模式中，控制器212會(舉例來說，利用波形資料)調變驅動-控制訊號232’、232”的時序，用以在基板210的支撐體208處產生所希望的波形。此外，切換模式偏壓供應器206還會被調適成以離子能量控制訊號234為基礎供應電力給基板210，該離子能量控制訊號234可能係一DC訊號或時變波形。因此，本實施例藉由控制送往該切換器件的時序訊號以及控制由切換器器件226’、226”所施加的電力(由離子能量控制器件220來控制)達成離子分佈能量的控制。

此外，本實施例中的控制器212還會被配置成用以響應於電弧偵測器件222所偵測到之電漿腔室204中的電弧而實行電弧管理功能。於某些實施例中，當偵測到電弧時，控制器212會改變驅動-控制訊號232’、232”，俾使得被施加在切換模式偏壓供應器206之輸出236處的波形會熄滅電漿214中的電弧。於其它實施例中，控制器212藉由簡單地中斷驅動-控制訊號232’、232”之施加來熄滅電弧，使得在切換模式偏壓供應器206之輸出236處施加電力受到中斷。

接著，參考圖3，圖中所示的係參考圖2所述之可用以實現切換模式偏壓供應器206的器件的代表圖。如圖所示，此實施例中的切換器件T1與T2被排列在半橋(亦稱為或圖騰柱)型拓樸中。R2、R3、C1、以及C2共同代表一電漿負載；C10係一有效電容(本文中亦稱為串聯電容或夾 盤電容)；而C3係一可選配的實體電容器，用以防止來自誘發於該基板之表面的電壓或是來自一靜電夾盤(圖中並未顯示)之電壓的DC電流流經該電路。C10稱為有效電容，因為其包含該基板支撐體和該靜電夾盤(或是e夾盤)的串聯電容(或者亦稱為夾盤電容)以及施加一偏壓時固有的其它電容(例如，絕緣和基板)。如圖所示，L1係雜散電感(舉例來說，饋送電力給負載的導體的自然電感)。而且於此實施例中還有三個輸入：Vbus、V2、以及V4。

V2及V4代表驅動訊號(舉例來說，參考圖2所述之驅動器件228’、228”所輸出的驅動訊號230’、230”)，而且於此實施例中，V2及V4會被時控(舉例來說，該脈衝的長度及/或相互延遲(mutual delay))，俾使得T1與T2的終止可被調變用以控制被施加至基板支撐體的電壓輸出Vout的形狀。於眾多施行方式中，被用來實現該切換器件T1與T2的電晶體並非理想切換器，所以，為達所希望的波形，電晶體特有的特徵要納入考量。於眾多操作模式中，簡單改變V2及V4的時序便可達成要被施加在Vout處的所希望的波形。

舉例來說，切換器T1、T2可以操作使得基板110、210之表面處的電壓通常為負，週期性電壓脈衝接近及/或略微超過一正參考電壓。基板110、210之表面處的電壓的數值定義該離子的能量，其可能以離子能量分佈函數(Ion Energy Distribution Function，IEDF)為特徵。為在基板110、210之表面處產生所希望的(多個)電壓，Vout處的脈衝可能大體上為矩形而且寬度夠長足以在基板110、210之表面處誘發一簡短的正電壓，俾使得吸引足夠的電子至基板110、210的表面，以便達到所希望的(多個)電壓以及對應的離子能量。

接近及/或略微超過該正參考電壓的該週期性電壓脈衝可能會有一受到該切換器T1、T2之切換能力限制的最小時間。該電壓的大體上為負的部分能夠延伸至只要該電壓不會建立一破壞該切換器的位準即可的長度。在相同的時間處，該電壓的負的部分的長度應該超過離子穿越時間(ion transit time)。

此實施例中的Vbus定義在Vout處所測到之脈衝的振幅，其定義該基板之表面處的電壓，且因而定義離子能量。再次短暫參考圖2，Vbus可以被耦合至離子能量控制部，其可藉由一被調適成用以施加一DC訊號或是一時變波形至Vbus的DC電源供應器來實現。

該兩個訊號V2、V4的脈衝寬度、脈衝形狀、及/或相互延遲可以被調變以便在Vout處達到所希望的波形(本文中亦稱為經修正的週期性電壓函數)，而且被施加至Vbus的電壓可以影響該脈衝的特徵。換言之，電壓Vbus可能影響訊號V2、V4的脈衝寬度、脈衝形狀、及/或相對相位。短暫參考圖4，舉例來說，圖中所示的係可被施加至T1與T2的兩個驅動訊號波形(表示為V2與V4)的時序圖，用以產生如圖4中所示之Vout處的週期性電壓函數。為調變Vout處的脈衝的形狀(舉例來說，以便在仍可抵達該脈衝的尖峰數值下達到脈衝在Vout處有最小時間之目的)，該兩個閘極驅動訊號V2、V4的時序可能會被控制。

舉例來說，該兩個閘極驅動訊號V2、V4可能會被施加至切換器件T1、T2使得被施加在Vout處的該脈衝中的每一者的時間雖然短於脈衝之間的時間T，但是長度仍足以在基板110、210的表面處誘發一正電壓，用以吸引電子至基板110、210的表面。又，已發現，藉由改變該脈衝 之間的閘極電壓位準，可以控制在該脈衝之間被施加至Vout的電壓的斜率(舉例來說，以便達到在脈衝之間於該基板之表面處實質恆定電壓的目的)。於某些操作模式中，該閘極脈衝的重複率為約400kHz，但是，此重複率當然可隨著應用而改變。

雖然未必需要；但是，實際上，可以對實際的施行方式進行模擬和細化為基礎來定義被用以產生所希望的(或是已定義)離子能量分佈的波形，而且該波形會被儲存(舉例來說，以一系列的電壓位準儲存在參考圖1所述的波形記憶體部中)。此外，於眾多施行方式中，該波形會直接被產生(舉例來說，不需要來自Vout的回授)；因此，避免一回授控制系統之非所希望的態樣(舉例來說，驅穩時間)。

再次參考圖3，Vbus會被調變以便控制該離子的能量，而且該已儲存的波形可被用來控制該閘極驅動訊號V2、V4，用以達到Vout處所希望的脈衝振幅之目的，同時最小化脈衝寬度。再次地，這係根據電晶體之可被模擬或施行並且以經驗建立的特殊特徵來完成。參考圖5，舉例來說，圖中所示的係Vbus相對於時間的關係圖，基板110、210之表面處的電壓相對於時間的關係圖，以及對應的離子能量分佈。

圖5中的關係圖描繪操作該切換模式偏壓供應器106、206的單一模式，其產生集中在一特殊離子能量處的離子能量分佈。如圖所示，為於此範例中產生單一濃度的離子能量，當被施加至V2與V4的電壓受到控制(舉例來說，利用圖3中所示的驅動訊號)以便在切換模式偏壓供應器106、206的輸出處產生脈衝時，被施加在Vbus處的電壓會保持恆定，其會產生圖5中所示的對應離子能量分佈。

如圖5中所示，基板110、210之表面處的電位大體上為負，以便吸引轟擊並蝕刻基板110、210之表面的離子。被施加至基板110、210的週期性短脈衝(藉由施加脈衝至Vout)具有由被施加至Vbus的電位來定義的大小，而且此等脈衝會導致基板110、210之電位的短暫改變(舉例來說，接近正或略微為正的電位)，其會吸引電子至該基板的表面，用以在基板110、210的表面中達到大體上為負的電位。如圖5中所示，被施加至Vbus的恆定電壓會在特殊的離子能量處產生單一濃度的離子流通量；因此，藉由簡單地設定Vbus至一特殊的電位便可選擇一特殊的離子轟擊能量。於其它操作模式中，可以創造二或更多個分離的離子能量濃度(舉例來說，參見圖49)。

熟習本技術的人士便會瞭解，該電源供應器不必受限於切換模式電源供應器，就此來說，該電源供應器的輸出亦能夠被控制，以便產生一特定的離子能量。就此來說，不論是切換模式或是其它模式，當不結合離子補償電流或是離子電流來探討時，該電源供應器的輸出可能也會被稱為電源供應器電壓V_PS。

接著參考圖6，舉例來說，圖中所示的係雙模操作模式的關係圖，其中，在離子能量分佈中產生兩個分離的尖峰。如圖所示，於此操作模式中，該基板歷經兩個不同位準的電壓及週期性脈衝，結果，兩個分離的離子能量濃度會被創造。如圖所示，為產生兩個不同的離子能量濃度，被施加在Vbus處的電壓會在兩個位準之間交替，而且每一個位準定義該兩個離子能量濃度的能量位準。

圖6雖然描繪基板110、210處的兩個電壓在每一個脈衝之 後會交替(舉例來說，圖48)；但是，當然並非需要如此。於其它操作模式中，舉例來說，被施加至V2與V4的電壓係相對於被施加至Vout的電壓來切換(舉例來說，利用圖3中所示的驅動訊號)，俾使得該基板之表面處的誘發電壓會在二或更多個脈衝之後從第一電壓交替至第二電壓(反之依然，舉例來說，圖49)。

於先前技術的技術中已經嘗試施加兩個波形(由波形產生器所產生)之組合至一線性放大器並且施加該兩個波形之已放大的組合至該基板，以便產生多個離子能量。然而，此方式比參考圖6所述的方式更為複雜，並且需要用到一昂貴的線性放大器以及多個波形產生器。

接著參考圖7A與7B，圖中所示的係分別對應於被施加至Vbus之DC電壓的單能和雙位準調節而在電漿中所進行的實際、直接離子能量測量的關係圖。如圖7A中所示，離子能量分佈響應於將一電壓不變地施加至Vbus而集中在80eV附近(舉例來說，如圖5中所示)。而在圖7B中，兩個分離的離子能量濃度則響應於Vbus的雙位準調節而出現在85eV和115eV附近(舉例來說，如圖6中所示)。

接著參考圖8，圖中所示的係本發明之另一實施例的方塊圖。如圖所示，一切換模式電源供應器806被耦合至一控制器812、一離子能量控制器件820、並且透過一電弧偵測器件822被耦合至一基板支撐體808。控制器812、切換模式電源供應器806、以及離子能量控制器件820會一起操作用以施加電力至基板支撐體808，以便以時間均化為基礎在基板810的表面處產生一所希望(或是已定義)的離子能量分佈。

短暫地參考圖9A，舉例來說，圖中所示的係一頻率約400kHz 的週期性電壓函數，其在該週期性電壓函數的多個循環中藉由一約5kHz的正弦調變函數來調變。圖9B所示的係在圖9A中週期性電壓函數的一畫圈部分的爆炸圖；而圖9C所示的係由該週期性電壓函數之正弦調變所造成之以時間均化為基礎的離子能量的最終分佈。而圖9D所示的係當藉由一正弦調變函數來調變一週期性電壓函數時在一最終經時間均化的IEDF中所進行的實際、直接離子能量測量。如本文中的進一步討論，以時間均化為基礎來達成一所希望(或是已定義)的離子能量分佈可藉由簡單改變被施加至該週期性電壓的調變函數而達成。

參考圖10A與10B的另一範例，一400kHz週期性電壓函數被一約5kHz的鋸齒調變函數調變，以便以時間均化為基礎達到圖10C中所示的離子能量分佈。如圖所示，配合圖10所運用的週期性電壓函數和圖9中相同；不過，圖10中的週期性電壓函數係由鋸齒函數來調變，而非正弦函數。

應該瞭解的係，圖9C和圖10C中所示的離子能量分佈不代表基板810之表面處的離子能量的瞬時分佈，而係代表該離子能量的時間平均值。參考圖9C，舉例來說，在一特殊的時刻處，該離子能量分佈會係圖中所示之存在於該調變函數之整個循環的進程中的離子能量分佈的一子集。

還應該瞭解的係，調變函數未必係一固定的函數，亦未必有固定的頻率。舉例來說，於某些實例中，可能希望利用一特殊調變函數的一或更多個循環來調變該週期性電壓函數，用以產生一特殊的時間均化離子能量分佈；並且接著利用另一調變函數的一或更多個循環來調變該週期 性電壓函數，用以產生另一時間均化離子能量分佈。改變調變函數(其係調變該週期性電壓函數)可有利於眾多情況。舉例來說，倘若需要一特殊的離子能量分佈來蝕刻一特殊的幾何構造或是蝕穿一特殊材料的話可能會使用第一調變函數；並且接著可能會使用另一調變函數來產生一不同的蝕刻幾何形狀或用以蝕穿另一材料。

同樣地，該週期性電壓函數(舉例來說，圖9A、9B、10A、以及10B中的400kHz分量以及圖4中的Vout)亦不需要完全固定不變(舉例來說，該週期性電壓函數的形狀和頻率可以改變)，但是，一般來說，它的頻率係由該腔室裡面的離子的穿越時間所建立，因此，該腔室中的離子會受到被施加至基板810的電壓影響。

回頭參考圖8，控制器812提供驅動-控制訊號832’、832”給切換模式電源供應器806，俾便該切換模式電源供應器806產生一週期性電壓函數。該切換模式電源供應器806可由圖3中所示的器件來實現(舉例來說，用以創造圖4中所示的週期性電壓函數)；但是，其當然涵蓋可以運用其它切換架構。

一般來說，離子能量控制器件820的功能係施加一調變函數至該週期性電壓函數(由控制器812配合切換模式電源供應器806所產生)。如圖8中所示，離子能量控制器件820包含一調變控制器840，其會與客製IEDF部850、IEDF函數記憶體848、使用者介面846、以及電力器件844進行通訊。應該瞭解的係，圖中繪製此等器件的用意在於表達功能性器件，它們實際上可由共同或不同的器件來實行。

本實施例中的調變控制器840大體上以定義一調變函數的 資料為基礎來控制電力器件844(並且因而控制它的輸出834)，而且該電力器件844會(以來自調變控制器840的控制訊號842為基礎)產生調變函數834，其會被施加至由切換模式電源供應器806所產生的週期性電壓函數。本實施例中的使用者介面846會被配置成用以讓使用者選擇被儲存在IEDF函數記憶體848中的一預設的IEDF函數來定義，或者，配合客製IEDF器件850來定義，一客製IEDF。

於眾多施行方式中，電力器件844包含一DC電源供應器(舉例來說，一DC切換模式電源供應器或是一線性放大器)，其施加該調變函數(舉例來說，一變動的DC電壓)至該切換模式電源供應器(舉例來說，施加至圖3中所示的切換模式電源供應器)。於此等施行方式中，調變控制器840會控制電力器件844所輸出的電壓位準，俾使得電力器件844會施加一符合該調變函數的電壓。

於某些施行方式中，IEDF函數記憶體848包含對應於複數個IEDF分佈函數中每一者的複數個資料組，而且使用者介面846會讓使用者選擇一所希望(或是已定義)的IEDF函數。參考圖11，舉例來說，圖中的右行所示的係可讓使用者選擇的示範性IEDF函數。而左行所示的則係調變控制器840配合電力器件844施加至該週期性電壓函數以便產生一對應IEDF函數的相關聯調變函數。應該瞭解的係，圖11中所示的IEDF函數僅為示範性，而且可以選用其它的IEDF函數。

客製IEDF器件850大體上的功能係讓使用者透過使用者介面846來定義一所希望(或是已定義)的離子能量分佈函數。於某些施行方式中，舉例來說，該客製IEDF器件850可讓使用者建立用以定義離子能量分 佈的特殊參數的數值。

舉例來說，客製IEDF器件850可以高位準(IF-高)、中位準(IF-中)、以及低位準(IF-低)的相對通量位準(舉例來說，通量的百分比)配合定義此等能量位準之間的IEDF的一(或多個)函數來定義IEDF函數。於眾多實例中，僅IF-高、IF-低、以及此等位準之間的IEDF函數便足以定義一IEDF函數。於一特定的範例中，使用者可能在20%貢獻位準(貢獻至整體IEDF)處要求1200eV，在30%貢獻位準處要求700eV，此等兩個位準之間為正弦IEDF。

本發明還設計成使得客製IEDF器件850可讓使用者以一或更多個(舉例來說，多個)能量位準以及每一個能量位準貢獻至IEDF的對應貢獻百分比所組成的清單來填入一表格。且，於又一替代實施例中還設計成該客製IEDF器件850會配合使用者介面846呈現一圖形工具給使用者讓使用者以圖形方式產生一所希望(或是已定義)的IEDF，該圖形工具可讓使用者繪製造一所希望(或是已定義)的IEDF。

此外，本發明還設計成IEDF函數記憶體848和客製IEDF器件850可相互操作，用以讓使用者選擇一預定的IEDF函數並且接著變更該預定的IEDF函數，以便產生一從該預定的IEDF函數中衍生的客製IEDF函數。

一旦定義一IEDF函數之後，調變控制器840便會將用以定義該所希望的(或是已定義)IEDF函數的資料轉譯成控制訊號842，該控制訊號842控制電力器件844，俾使得電力器件844產生對應於該所希望的(或是已定義)IEDF的調變函數。舉例來說，控制訊號842控制電力器件844，俾 使得需力器件844輸出一由該調變函數定義的電壓。

接著參考圖12，圖中所示的係一實施例的方塊圖，其中，一離子電流補償器件1260會補償電漿腔室1204中的離子電流。申請人已經發現，在較高的能量位準處，腔室裡面較高位準的離子電流會影響基板之表面處的電壓，且結果，離子能量分佈同樣會受到影響。短暫地參考圖15A至15C，舉例來說，圖中所示的係出現在基板1210或晶圓之表面處的電壓波形以及它們和IEDF的關係。

更明確地說，圖15A顯示當離子電流I_I等於補償電流I_C時在基板1210之表面處的週期性電壓函數；圖15B顯示當離子電流I_I大於補償電流I_C時在基板1210之表面處的電壓波形；而圖15C顯示當離子電流I_I小於補償電流I_C時在該基板之表面處的電壓波形。

如圖15A中所示，相較於如圖15B中所示之當I_I>I_C時的均勻離子能量展開1572或是如圖15C中所示之當I_I<I_C時的均勻離子能量展開1574，當I_I=I_C時，離子能量展開1570為相對狹窄。因此，離子電流補償器件1260會在離子電流為高時達成一狹窄的離子能量展開(舉例來說，藉由補償離子電流的效應)，而且其還能夠控制均勻離子能量展開1572、1574的寬度(舉例來說，當希望有某個離子能量展開時)。

如圖15B中所示，沒有離子電流補償(當I_I>I_C)時，介於該週期性電壓函數的正部分之間的基板表面處的電壓會以類斜升的方式而負性較小，其會產生一較廣的離子能量展開1572。同樣地，當如圖15C中所示般地運用離子電流補償將補償電流的位準提高至超過離子電流的位準時(I_I<I_C)，介於該週期性電壓函數的正部分之間的基板表面處的電壓會以類斜 升的方式而負性較大，並且產生一較廣的離子能量展開1574。

回頭參考圖12，該離子電流補償器件1260可被實現為一分離的配件，其可視情況被加至切換模式電源供應器1206和控制器1212。於其它實施例中，舉例來說如圖13中所示，該離子電流補償器件1260可和本文中所述的其它器件(舉例來說，切換模式電源供應器106、206、806、1206以及離子能量控制器件220、820)共用一共同的外殼1366。於此實施例中，被提供至電漿腔室1204的週期性電壓函數會被稱為經修正的週期性電壓函數，因為其包括被來自離子電流補償器件1260的離子補償電流修正過的週期性電壓函數。控制器1212會在該切換模式電源供應器1206的輸出和該離子電流補償器件1260的輸出結合的電節點處於不同的時間處取樣一電壓。

如圖13中所示，圖中所示的係一示範性離子電流補償器件1360，其包含一被耦合至一切換模式供應器之輸出1336的電流源1364以及一被耦合至電流源1364和輸出1336兩者的電流控制器1362。圖13中還顯示一電漿腔室1304，而且在該電漿腔室裡面為電容性元件C₁、C₂以及離子電流I_I。如圖所示，C₁代表和腔室1304相關聯的器件(其可能包含，但是並不受限於，絕緣、基板、基板支撐體、以及e夾盤)的固有電容(本文中亦稱為有效電容)；而C₂代表鞘電容和雜散電容。於此實施例中，被提供至電漿腔室1304並且可在V₀處測量的週期性電壓函數會被稱為經修正的週期性電壓函數，因為其包括被離子補償電流I_C修正過的週期性電壓函數。

鞘(本文中亦稱為電漿鞘(plasma sheath))係電漿中靠近基板表面的一層並且可能為電漿處理腔室的壁部，具有高密度的正離子並且因而有整體過剩的正電荷。該鞘所接觸的表面通常會有大量的負電荷。鞘係 由於電子的速率快過正離子而造成，因而導致較大比例的電子抵達基板表面或壁部，因而讓該鞘耗盡電子。鞘厚度，λ_sheath，係電漿特徵(例如，電漿密度和電漿溫度)的函數。

應該注意的係，因為此實施例中的C₁係和腔室1304相關聯的器件的固有(本文中亦稱為有效)電容；所以，其並非一被加入用以獲得處理之控制的可使用的電容。舉例來說，運用一線性放大器的某些先前技術方式會利用一阻隔電容器將偏壓電力被耦合至基板，並且接著運用一跨越該阻隔電容器的監控電壓作為回授來控制它們的線性放大器。於本文中所揭示的眾多實施例中雖然一電容器會將一切換模式電源供應器耦合至一基板支撐體，不過未必需要如此，因為在本發明的數個實施例中並不需要進行使用阻隔電容器的回授控制。

參考圖13時同步參考圖14，圖中所示的係圖13中所描繪之V_O處的示範性電壓關係圖(舉例來說，經修正的週期性電壓函數)。在操作中，電流控制器1362會監控V_O處的電壓，並且如下面的公式般來計算一區間t中的離子電流(描繪在圖14中)：

離子電流I_I和固有電容(亦稱為有效電容)C₁中的任一者或兩者可能為時變。因為C₁在一給定的治具中實質上恆定並且可以測量，所以，僅需要監控V_O以達到不間斷的補償電流控制。如上面的討論，為達到較大 單能性的離子能量分佈(舉例來說，如圖15A中所示)，該電流控制器會控制電流源1364，俾使得I_C實質上和I_I相同(或者，於替代例中，兩者具有根據公式2的關係)。依此方式，即使當離子電流抵達會影響基板之表面處的電壓的位準時，仍可保持狹窄的離子能量展開。且此外，如果需要的話，該離子能量展開可被控制成如圖15B和15C中所示般，俾便在基板的表面處實現額外的離子能量。

圖13中還顯示一條回授線1370，其可以配合控制離子能量分佈而被運用。舉例來說，圖14中所示的△V(本文中亦稱為梯階電壓或第三部分1406)的數值表示瞬時離子能量並且可於眾多實施例中當作一回授控制迴圈的一部分。於其中一實施例中，梯階電壓△V和離子能量具有根據公式4的關係。於其它實施例中，尖峰至尖峰電壓V_PP會和瞬時離子能量相關。或者，尖峰至尖峰電壓V_PP和第四部分1408的斜率dV₀/dt乘以時間t的乘積之間的差異(舉例來說，V_PP-dV₀/dt．t)會和瞬時離子能量產生關聯。

接著參考圖16，圖中所示的係一電流源1664的示範性實施例，其可被施行用以實現參考圖13所述的電流源1364。於此實施例中，一可控制的負DC電壓源配合一串連電感器L2充當一電流源；但是，熟習本技術的人士遵照本說明書便會明白，電流源可以藉由其它器件及/或配置來實現。

圖43所示的係用以控制撞擊一基板之表面的離子的離子能量分佈的方法的其中一實施例。方法4300從施加一經修正的週期性電壓函數4302(參見圖44中的經修正的週期性電壓函數4402)至一電漿處理腔室裡面用以支撐一基板的基板支撐體開始。該經修正的週期性電壓函數會透過 至少兩個「旋鈕(knob)」被控制，例如，離子補償電流I_C(參見圖44中的I_C4404)以及電源供應器電壓V_PS(參見圖44中的電源供應器電壓4406)。用於產生該電源供應器電壓的一示範性器件係圖1中的切換模式電源供應器106。為幫助解釋電源供應器電壓V_PS，本文中圖解為其如同沒有被耦合至該離子電流和離子補償電流被測量。該經修正的週期性電壓函數接著會在一離子補償電流I_C的第一及第二數值處被取樣(4304)。在該離子補償電流I_C的每一個數值中會對該經修正的週期性電壓函數的一電壓進行至少兩次取樣。實施取樣4303係為計算4306(或是決定)離子電流I_I以及鞘電容C_sheath(4306)。此等決定可能涉及尋找一如果被施加至基板支撐體的話(或者當被施加至基板支撐體時)會產生一狹窄(舉例來說，最小)離子能量分佈函數(IEDF)寬度的離子補償電流I_C。該計算4306可能還視情況包含以該經修正的週期性電壓函數的波形的取樣4304為基礎來決定一梯階電壓△V(亦稱為該經修正的週期性電壓函數的第三部分1406)。該梯階電壓△V可能和抵達基板之表面的離子的離子能量有關。當第一次發現離子電流I_I時，梯階電壓△V會被忽略。在下面圖30的討論中將提供取樣4303和計算4306的細節。

一旦知道離子電流I_I以及鞘電容C_sheath，方法4300便可以移往圖31的方法3100，其涉及設定並監控IEDF的離子能量和形狀(舉例來說，寬度)。舉例來說，圖46便顯示電源供應器電壓的變化如何影響離子能量的變化。明確地說，圖中所示的電源供應器電壓的大小降低，從而導致離子能量的大小降低。除此之外，圖47還顯示給定有一狹窄的IEDF 4714，該IEDF能夠藉由調整離子補償電流I_C而增寬。方法4300亦能夠替代或者平行地實施如參考圖32至41所述之利用離子電流I_I、鞘電容C_sheath、以及該經修 正的週期性電壓函數之波形的其它態樣的各種指標。

除了設定離子能量及/或IEDF寬度之外，方法4300可能還會調整該經修正的週期性電壓函數4308，以便維持該離子能量及該IEDF寬度。明確地說，被離子電流補償器件提供之離子補償電流I_C的調整和電源供應器電壓的調整可能會被實施，4308。於某些實施例中，該電源供應器電壓會由該電源供應器的匯流排電壓V_bus(舉例來說，圖3的匯流排電壓V_bus)來控制。離子補償電流I_C控制IEDF寬度，而該電源供應器電壓控制離子能量。

在此等調整4308之後，該經修正的週期性電壓函數會再次被取樣4304，而且離子電流I_I、鞘電容C_sheath、以及梯階電壓△V的計算會再次被實施4306。倘若離子電流I_I或是梯階電壓△V並非已定義的數值的話(或者，並非所希望的數值的話)，那麼，離子補償電流I_C及/或電源供應器電壓便會被調整4308。取樣4304、計算4306、以及調整4308可以循環實施，以便維持離子能量eV及/或IEDF寬度。

圖30所示的係用以控制撞擊一基板之表面的離子的離子能量分佈的方法的另一實施例。於某些實施例中，如上面的討論，可能會希望達到狹窄IEDF寬度(舉例來說，最小IEDF寬度，或者，於替代例中，~6%的半高全寬(full-width half maximum))。就此來說，方法3000會提供一經修正的週期性電壓函數至該腔室以及至該基板支撐體，俾使得一恆定的基板電壓(且因而恆定的鞘電壓)會存在於基板的表面處。這接著會加速離子跨越位在實質上恆定電壓的鞘，從而讓離子以實質上相同的離子能量撞擊該基板，其接著會提供一狹窄的IEDF寬度。舉例來說，在圖45中會看見，調 整離子補償電流I_C會造成脈衝之間的基板電壓V_sub具有恆定或者實質上恆定的電壓，因而導致該IEDF窄化。

當離子補償電流I_C等於離子電流I_I時會達成此經修正的週期性電壓函數，假設沒有任何雜散電容(參見圖45中週期性電壓函數(V₀)的最後五個循環)。於考量雜散電容C_stray的替代例中，離子補償電流I_C和離子電流I_I會有根據下面公式2的關係：

其中，C₁為有效電容(舉例來說，參考圖3與13所述的固有電容)。該有效電容C₁會隨著時間改變或者為恆定。為達本揭示內容的目的，當I_I=I_C時，或者，於替代例中，當符合公式2時，該狹窄的IEDF寬度便存在。圖45至50雖然使用表示法I_I=I_C；但是，應該瞭解的係，此等式僅係公式2之簡化，且因此，公式2可取代圖45至50中所使用的等式。雜散電容C_stray係該電源供應器所看見之電漿腔室的累積電容。在圖45中有八個循環。

方法3000從施加一經修正的週期性電壓函數(舉例來說，圖14中所示之經修正的週期性電壓函數或是圖44中的經修正的週期性電壓函數4402)至基板支撐體(舉例來說，圖1中的基板支撐體108)開始3002。該經修正的週期性電壓函數的一電壓會在二或更多個時間處被取樣3004，而且從此取樣中能夠計算3006出該經修正的週期性電壓函數的一循環的至少一部分的斜率dV₀/dt(舉例來說，介於該脈衝之間的部分或是第四部分1408的 斜率)。在進行判斷3010之前的某個位置點處會先存取3008(舉例來說，從一記憶體處或是從一使用者輸入處)一有效電容C₁(舉例來說，圖13中的固有電容C₁以及圖3中的固有電容C10)的先前已決定數值。以該斜率dV₀/dt、該有效電容C₁、以及該離子補償電流I_C為基礎可以如下面的公式來估算該離子補償電流I_C的每一個數值的函數f(公式3)：

倘若函數f為真，那麼，離子補償電流I_C便會等於離子電流I_I；或者，於替代例中，使得公式2為真，並且達到狹窄的IEDF寬度3010(舉例來說，參見圖45)。倘若函數f不為真，那麼，離子補償電流I_C便會被進一步調整3012，直到該函數f為真為止。看待此情況的另一種方式係，離子補償電流I_C會被調整，直到其匹配離子電流I_I為止(或者，於替代例中，符合公式2的關係)，於此位置點處會存在一狹窄的IEDF寬度。離子補償電流I_C的此調整以及所導致的IEDF的窄化可在圖45中看見。離子電流I_I和對應的離子補償電流I_C會在儲存操作314中被儲存(舉例來說，儲存在記憶體中)。離子電流I_C會隨著時間改變，如同有效電容C₁。

當符合公式3時，離子電流I_I為已知(因為I_C=I_I；或者，公式2為真)。因此，方法3000得以遠端且非侵輸入性即時測量離子電流I_I，而不影響電漿。這導致諸如將參考圖32至41所述的數個新穎指標(舉例來說，遠端監控電漿密度以及電漿源的遠端錯誤偵測)。

當調整3012補償電流I_C時，離子能量可能會寬於一delta函數而且該離子能量會類似圖15B、15C、或44任一者的離子能量。然而，一旦發現補償電流I_C符合公式2時，IEDF將呈現如圖15A中所示或圖45的右邊部分所示-具有狹窄的IEDF寬度(舉例來說，最小的IEDF寬度)。這係因為當I_C=I_I時(或者，當公式2為真時)，該經修正的週期性電壓函數的脈衝之間的電壓會導致一實質上恆定的鞘或基板電壓的關係，並且因而導致實質上恆定的離子能量。在圖46中，基板電壓4608包含該恆定電壓部分之間的脈衝。此等脈衝有短持續時間長度而使得它們對離子能量及IEDF的影響皆可忽略，且因此，基板電壓4608被稱為實質上恆定。

下面提供和圖30中所示之方法步驟中每一者有關的進一步細節。於其中一實施例中，該經修正的週期性電壓函數會有如同圖14中所示的波形並且可能包含一第一部分(舉例來說，第一部分1402)、一第二部分(舉例來說，1404)、一第三部分(舉例來說，第三部分1406)、以及一第四部分(舉例來說，第四部分1408)，其中，第三部分具有梯階電壓△V，而第四部分則具有斜率dV₀/dt。斜率dV₀/dt可能為正、負、或者零。該經修正的週期性電壓函數1400亦能夠被描述為具有包括第一部分1402、第二部分1404、以及第三部分1406的脈衝以及介於該脈衝之間的部分(舉例來說，第四部分1408)。

該經修正的週期性電壓函數會在圖3中被測量為V₀並且會呈現如圖44中之經修正的週期性電壓函數4402。該經修正的週期性電壓函數4402係藉由結合電源供應器電壓4406(亦稱為週期性電壓函數)和離子補償電流4404而產生。該電源供應器電壓4406主要負責產生及塑形該經修正 的週期性電壓函數4402的脈衝；而離子補償電流4404主要負責產生及塑形該脈衝之間的部分，其通常係一直的有斜度的電壓。提高離子補償電流I_C會如圖45中所見般地導致該脈衝之間的部分的斜率大小降低。降低電源供應器電壓4606的大小會如圖46中所見般地導致該脈衝的振幅的大小以及經修正的週期性電壓函數4602的尖峰至尖峰電壓降低。

於該電源供應器係一切換模式電源供應器的情況中，第一切換器T1和第二切換器T2的切換關係圖4410會適用。舉例來說，第一切換器T1會被施行為圖3中的切換器T1，而第二切換器T2會被施行為圖3中的切換器T2。圖中所示的該兩個切換器具有完全相同的切換時間，但是相位相差180°。於其它實施例中，該切換器可能會有諸如圖4中所示的些微相位偏移。當第一切換器T1為導通時，該電源供應器電壓會被吸取至最大大小，其為圖44中的負值，因為該電源供應器具有負匯流排電壓。第二切換器T2會在此週期期間被關閉，俾使得該電源供應器電壓4406會和接地隔離。當該切換器反向操作時，該電源供應器電壓4406則會接近並且略為超越接地。於圖中所示的實施例中雖然有兩個脈衝寬度；但是，未必需要。於其它實施例中，所有循環中的脈衝寬度完全相同。於其它實施例中，脈衝寬度會隨著時間而改變或被調變。

該經修正的週期性電壓函數會被套用至基板支撐體3002，並且在該經修正的週期性電壓函數抵達該基板支撐體之前的最後可使用的位置點處(舉例來說，介於該切換模式電源供應器和該有效電容之間)被取樣3004為V₀。該未經修正的週期性電壓函數(或是圖44中的電源供應器電壓4406)可能來自諸如圖12中之切換模式電源供應器1206的電源供應器。圖 44中的離子補償電流4404可能來自諸如圖12中之離子電流補償器件1260或圖13中之1360的電流源。

一部分或是整個經修正的週期性電壓函數會被取樣3004。舉例來說，該第四部分(舉例來說，第四部分1408)會被取樣。取樣3004會在該電源供應器和該基板支撐體之間被實施。舉例來說，在圖1中，取樣3004會在切換模式電源供應器106和支撐體108之間被實施。在圖3中，取樣3004會在電感器L1和固有電容C10之間被實施。於其中一實施例中，取樣3004會在電容器C3和固有電容C10之間在V₀處被實施。因為固有電容C10以及代表電漿的元件(R2、R3、C1、以及C2)無法可使用的用於即時測量，所以，取樣3004通常係在圖3中固有電容C10的左邊實施。固有電容C10雖然通常不會在處理期間被測量；不過，其通常係一已知的常數，且所以能夠在製造期間被設定。同時，於某些情況中，固有電容C10還會隨著時間改變。

於某些實施例中雖然僅需要該經修正的週期性電壓函數的兩次取樣；但是，於其它實施例中，會在該經修正的週期性電壓函數的每一個循環中進行數百次、數千次、或是數萬次取樣。舉例來說，取樣率(sampling rate)可能大於400kHz。此等取樣率能夠更精確且更仔細監控該經修正的週期性電壓函數和其形狀。依此方式，更仔細監控該週期性電壓函數允許在循環之間、不同製程條件之間、不同製程之間、不同腔室之間、不同電漿源之間、…等更精確比較波形。舉例來說，在此等取樣率處能夠區分圖14中所示的週期性電壓函數的第一部分1402、第二部分1404、第三部分1406、以及第四部分1408，在傳統的取樣率處則無法區分。於某些實 施例中，較高的取樣率能夠解析在先前技術中無法解析的梯階電壓△V和斜率dV₀/dt。於某些實施例中，該經修正的週期性電壓函數的一部分會被取樣，而其它部分則不會被取樣。

斜率dV₀/dt的計算3006係以在時間t(舉例來說，第四部分1408)期間所進行的複數個V₀測量為基礎。舉例來說，可以實施線性擬合用以擬合一直線和該V₀數值，其中，該直線的斜率給定為斜率dV₀/dt。於另一實例中，在圖14中的時間t(舉例來說，第四部分1408)之開始和結束處的V₀數值會被確定而且一直線會擬合此等兩點，該直線的斜率給定為dV₀/dt。前述僅為能夠計算該脈衝之間的部分的斜率dV₀/dt的眾多方式中的其中兩種。

判斷3010可能係用於將IEDF調整至狹窄寬度(舉例來說，最小寬度，或者，於替代例中，6%的半高全寬)的反覆迴圈的一部分。公式3僅在離子補償電流I_C等於離子電流I_I時(或者，於替代例中，和I_I具有根據公式2的關係)方為真，其僅發生在有恆定基板電壓且因而有恆定及實質上奇異的離子能量(狹窄的IEDF寬度)的時候。一恆定基板電壓4608(V_sub)能夠在圖46中看見。因此，離子電流I_I，或者，離子補償電流I_C會被使用在公式3中。

或者，第四部分1408(亦稱為脈衝之間的部分)中的兩個數值會在第一循環和第二循環中被取樣並且在每一個循環中分別決定出第一斜率和第二斜率。從此等兩個斜率處能夠決定出離子補償電流I_C，其預期在第三(但是尚未測得的)斜率中讓公式3為真。因此，離子電流I_I能夠被預測會對應於一狹窄的IEDF寬度。前述僅為能夠決定一狹窄IEDF寬度的眾多方 式中的其中兩種，而且一對應的離子補償電流I_C及/或一對應的離子電流I_I會被發現。

對離子補償電流I_C進行調整3012涉及提高或降低離子補償電流I_C，而且每一次調整的梯階大小沒有任何限制。於某些實施例中，公式3中函數f的記號會被用來判斷究竟要提高或降低離子補償電流。倘若記號為負的話，那麼，離子補償電流I_C便會降低；而正記號則表示需要提高離子補償電流I_C。

一旦確認離子補償電流I_C等於離子電流I_I(或者，於替代例中，和離子電流I_I具有根據公式2的關係)，方法300便會前往進一步的設定點操作(參見圖31)或是遠端腔室和電漿源監控操作(參見圖32至41)。該進一步的設定點操作可能包含設定離子能量(同樣參見圖46)以及離子能量分佈或IEDF寬度(同樣參見圖47)。電漿源和腔室監控可能包含監控腔室密度、電漿源供應異常、電漿弧擊穿(plasma arcing)、以及其它情況。

再者，方法3000可能視情況迴圈返回取樣3004，以便繼續(或者，於替代例中，週期性地)更新離子補償電流I_C。舉例來說，取樣3004、計算3006、判斷3010、以及調整3012會週期性地被實施，以便提供一離子補償電流I_C用以確保公式3繼續符合。同時，倘若符合公式3的離子補償電流I_C被更新的話，那麼，離子電流I_I同樣會被更新，而且經更新的數值會被儲存3014。

雖然方法3000能夠尋找並設定離子補償電流I_C等於離子電流I_I，或者，於替代例中，使其符合公式2；但是，不需要將離子電流I_C設為該數值(或者，於替代例中，在將離子電流I_C設為該數值之前)亦能夠決定 用以達成狹窄IEDF寬度所需要的離子補償電流I_C。舉例來說，藉由在第一循環中施加一第一離子補償電流I_C1並且測量脈衝之間的電壓的第一斜率dV₀₁/dt，並且藉由在第二循環中施加一第二離子補償電流I_C2並且測量脈衝之間的電壓的第二斜率dV₀₂/dt，便能夠在預期公式3為真下決定和第三離子補償電流I_C3相關聯的第三斜率dV₀₃/dt。第三離子補償電流I_C3可能為一個只要被施加時會導致狹窄的IEDF寬度的補償電流。所以，符合公式3且因而對應於離子電流I_I的離子補償電流I_C能夠僅利用該離子補償電流的單次調整來決定。方法3000接著會繼續圖31及/或圖32至41中所述的方法，不必非得將離子電流I_C設為用以達成狹窄IEDF寬度所需要的數值。此實施例可被實行用以提高調整速度。

圖31所示的係用以設定IEDF寬度和離子能量的方法。該方法從圖30中所示的方法3000開始，並且能夠進行左邊路徑3100(又稱為IEDF分枝)或右邊路徑3101(又稱為離子能量分枝)，分別需要設定IEDF寬度或離子能量。離子能量eV和圖14之經修正的週期性電壓函數1400的梯階電壓△V或第三部分1406成正比。離子能量eV和梯階電壓△V之間的關係能夠被寫成下面的公式4：

其中，C₁為有效電容(舉例來說，夾盤電容；圖3中的固有電容C10；或是圖13中的固有電容C1)，而C₂為鞘電容(舉例來說，圖3中 的鞘電容C4或是圖13中的鞘電容C2)。鞘電容C2可能包含雜散電容並且相依於離子電流I_I。梯階電壓△V會被測量為經修正的週期性電壓函數1400的第二部分1404及第四部分1408之間的電壓變化。藉由控制與監控梯階電壓△V(其係一電源供應器電壓或是一匯流排電壓(例如圖3中的匯流排電壓V_bus)的函數)便能夠控制且獲知離子能量eV。

同時，IEDF寬度能夠根據下面的公式5來近似：

其中，當C為C_series時I為I_I，當C為C_effective時I為I_C。時間t為脈衝之間的時間，V_PP為尖峰至尖峰電壓，而△V為梯階電壓。

除此之外，鞘電容C₂還會被使用在各式各樣的計算及監控操作中。舉例來說，德拜(Debye)鞘距離λ_sheath能夠利用下面方式來預測：

其中，ε為真空介電常數而A為基板的面積(或者，於替代例中，為基板支撐體的表面積)。於某些高電壓應用中，公式6會寫成下面的公式7：

除此之外，鞘中的電場亦能夠以鞘電容C₂、鞘距離λ_sheath、以及離子能量eV為函數來預測。鞘電容C₂以及離子電流I_I還能夠在公式8中被用來決定電漿密度n_e，其中，在單獨離子化電漿中，飽和電流I_sat和補償電流I_C線性相關。

基板表面處的離子的有效質量能夠利用鞘電容C₂以及飽和電流I_sat來計算。電漿密度n_e、鞘中的電場、離子能量eV、離子的有效質量、以及基板的DC電位V_DC都是基礎的電漿參數，它們通常僅能夠透過本技術中的間接構件被監控。本揭示內容則能夠直接測量此等參數，從而達到更精確的即時監控電漿特徵。

如在公式4中所看見，鞘電容C₂亦能夠被用來監控和控制離子能量eV，如圖31中的離子能量分枝3101中所示。離子能量分枝3101從接收使用者選擇的離子能量開始3102。離子能量分枝3101接著會設定供應週期性電壓函數之切換模式電源供應器的初始電源供應器電壓3104。在取樣週期性電壓操作3108之前的某個位置點處，該離子電流可能會被存取3106(舉例來說，存取自一記憶體)。該週期性電壓會被取樣3108而且該經修正的週期性電壓函數的第三部分測量值會被測量3110。離子能量Ev能夠從梯階電壓△V(亦稱為經修正的週期性電壓函數的第三部分(舉例來說，第三部分1406))處算出3112。離子能量分枝3101接著會判斷該離子能量是否等 於已定義的離子能量3114，若是的話，該離子能量便在所希望的設定點而且離子能量分枝3101會前往終點。倘若離子能量不等於已定義的離子能量的話，那麼，離子能量分枝3101便會調整電源供應器電壓3116，並且再次取樣該週期性電壓3108。離子能量分枝3101接著會迴圈進行取樣3108、測量3110、計算3112、判斷3114、以及設定3116，直到該離子能量等於已定義的離子能量為止。

用於監控和控制IEDF寬度的方法圖解在圖31的IEDF分枝3100中。IEDF分枝3100包含接收使用者選擇的IEDF寬度3150以及取樣目前的IEDF寬度3152。判斷3154接著會判斷已定義的IEDF寬度是否等於目前的IEDF寬度，且倘若判斷3154符合的話，那麼，該IEDF寬度便係所希望的(或是已定義)而且IEDF分枝3100會前往終點。然而，倘若目前的IEDF寬度不等於已定義的IEDF寬度的話，那麼，離子補償電流I_C便會被調整3156。判斷3154和調整3156會以迴圈的方式持續進行，直到目前的IEDF寬度等於已定義的IEDF寬度為止。

於某些實施例中，IEDF分枝3100也會被施行用以確保所希望的IEDF形狀。各種IEDF形狀會被產生，而且每一者皆和一不同的離子能量及IEDF寬度相關聯。舉例來說，第一IEDF形狀可能係一得爾他函數，而第二IEDF形狀可能係一方形函數。其它IEDF形狀可能為杯狀。各種IEDF形狀的範例能夠在圖11中看見。

知道離子電流I_I以及梯階電壓△V便能解出公式4中的離子能量eV。梯階電壓△V能夠藉由改變電源供應器電壓來控制，改變電源供應器電壓接著會導致梯階電壓△V改變。較大的電源供應器電壓會導致梯階電 壓△V增加，而電源供應器電壓降低則會導致梯階電壓△V降低。換言之，提高電源供應器電壓會導致較大的離子能量eV。

再者，因為上面的系統和方法操作在一連續改變的回授迴圈中，所以，即使因為電漿源或腔室條件有變異或是刻意調整的關係而造成電漿中的改變仍能保持所希望(或是已定義)的離子能量及IEDF寬度。

圖30至41雖然針對離子能量作說明；不過，熟習本技術的人士便會明瞭，此等產生和監控所希望的(或是已定義)IEDF寬度(或是IEDF形狀)及離子能量的方法能夠進一步被用來產生和監控二或更多個離子能量，每一個離子能量皆有自己的IEDF寬度(或是IEDF形狀)。舉例來說，藉由在第一循環、第三循環、以及第五循環中提供一第一電源供應器電壓V_PS以及在第二循環、第四循環、以及第六循環中提供一第二電源供應器電壓便能夠針對抵達基板之表面的離子達成兩個不同且狹窄的離子能量(舉例來說，圖42A)。利用三個不同的電源供應器電壓則會導致三個不同的離子能量(舉例來說，圖42B)。藉由改變多個電源供應器電壓中每一者被施加的時間或者每一個電源供應器電壓位準被施加的循環數則能夠控制不同離子能量的離子通量(舉例來說，圖42C)。

上面的討論已經顯示如何利用一電源供應器所提供的週期性電壓函數結合一離子電流補償器件所提供的離子補償電流來控制在電漿處理期間抵達基板之表面的離子的離子能量和IEDF寬度及/或IEDF形狀。

目前為止所述之控制的一部分係利用下面的特定組合來達成：(1)一固定的波形(波形中的連續循環皆相同)；(2)一具有正比於一離子能量和一IEDF的至少兩個部分(舉例來說，圖14中所示的第三部分1406和第 四部分1408)的波形；以及(3)高取樣率(舉例來說，125MHz)，其能夠精確監控波形之不同的特徵圖樣。舉例來說，當先前技術(例如，線性放大器)發送一雷同於該經修正的週期性電壓函數的波形至基板時，循環之間的非所希望的變異會使其難以使用此等先前技術波形來特徵化該離子能量或IEDF寬度(或是IEDF形狀)。

當利用線性放大器來偏壓一基板支撐體時，已不見需要以高取樣率來取樣，因為逐個循環的波形並不一致，且因此，波形的解析特徵圖樣(舉例來說，脈衝之間的部分的斜率)通常不提供有用的資訊。此有用的資訊在使用固定波形時卻會出現，如在本揭示內容和相關揭示內容中所見。

本文中已揭示的固定波形和高取樣率進一步使得可進行更精確的統計觀察。因為精確性提高，電漿源以及腔室中的電漿的操作與處理特徵能夠透過監控該經修正的週期性電壓函數的各種特徵來監控。舉例來說，該經修正的週期性電壓函數之測量使得可以遠端監控鞘電容和離子電流，而且不需要知道腔室製程或其它腔室細節便能夠被監控。下面數個範例解釋目前已提及之能夠用於電漿源和腔室之非侵入性監控及錯誤偵測的系統及方法的多種方式中的其中數種方式。

在一監控範例中，並且參考圖14，波形1400的DC偏移能夠代表電漿源的健康狀態。於另一範例中，該經修正的週期性電壓函數的一脈衝的頂端部分1404(第二部分)的斜率可能和該電漿源裡面的阻尼效應產生關聯。頂端部分1404的斜率和水平線(圖解為斜率等於0)的標準差係以波形1400之態樣為基礎監控電漿源健康狀態的另一種方式。另一種態樣涉及測量該經修正的週期性電壓函數的第四部分1408中已取樣V₀點的標準差 並且將該標準差和腔室環振(chamber ringing)產生關聯。舉例來說，此標準差會在連續脈衝之間被監控，而且該標準差會隨著時間增加，這可能表示腔室中(舉例來說，e夾盤)有環振。環振可能係和該腔室的電連接不良或是該腔室中有不良電連接的象徵或是有額外不必要電感或電容的象徵。

圖32所示的係根據本揭示內容其中一實施例被傳遞至基板支撐體的兩個經修正的週期性電壓函數。比較時，該兩個經修正的週期性電壓函數能夠被用於腔室匹配或是現場異常或錯誤偵測。舉例來說，該兩個經修正的週期性電壓函數中其中一者可能係一參考波形，而第二者可能係在校正期間取自一電漿處理腔室。該兩個經修正的週期性電壓函數之間的差異(舉例來說，尖峰至尖峰電壓V_PP的差異)能夠被用來校正該電漿處理腔室。或者，該第二經修正的週期性電壓函數會在處理期間和參考波形作比較，而波形特徵中的任何差異(舉例來說，移位)則能夠表示錯誤(舉例來說，該經修正的週期性電壓函數的第四部分3202的斜率的差異)。

圖33所示的係能夠表示電漿源不穩定性以及電漿密度變化的離子電流波形。離子電流I_I中的變動，例如，圖33中所示，會被分析用以辨識該系統中的錯誤與異常。舉例來說，圖33中的週期性變動可能表示電漿源(舉例來說，電漿電源供應器102)中的低頻不穩定性。離子電流I_I中的此等變動可能還表示電漿密度中的循環變化。此指示符以及其可以表示的可能錯誤或異常僅為離子電流I_I之遠端監控能夠被特別有利使用的眾多方式中其中一者。

圖34所示的係具有非循環形狀之經修正的週期性電壓函數的離子電流I_I。離子電流I_I的此實施例能夠表示非循環的變動，例如，電漿 不穩定性以及電漿密度變化。此變動可能還表示各種電漿不穩定性，例如，弧擊穿、寄生電漿之形成、或是電漿密度之漂移。

圖35所示的係能夠表示偏壓供應器裡面之錯誤的經修正的週期性電壓函數。第三個圖示循環的頂端部分(本文中亦稱為第二部分)顯示可能表示偏壓供應器(舉例來說，圖12中的電源供應器1206)中之環振的異常行為。此環振可能係該偏壓供應器裡面之錯誤的表示符。進一步分析該環振可以辨識有助於辨識該電力系統裡面的錯誤的特徵。

圖36所示的係能夠表示系統電容中之動態(或非線性)變化的經修正的週期性電壓函數。舉例來說，一非線性相依於電壓的雜散電容會導致此經修正的週期性電壓函數。於另一範例中，電漿崩潰或夾盤中的錯誤可能也會導致此經修正的週期性電壓函數。在三個圖示循環中的每一者中，每一個循環的第四部分3602可能表示系統電容中的動態變化。舉例來說，該非線性可能表示鞘電容中的變化，因為系統電容的其它組成大部分為固定。

圖37所示的係可以表示電漿密度變化的經修正的週期性電壓函數。圖示之經修正的週期性電壓函數顯示斜率dV₀/dt中的單調漂移，其能夠表示電漿密度變化。此等單調漂移能夠提供一預期事件(例如，製程蝕刻結束點)的直接表示符。於其它實施例中，此等單調漂移能夠在沒有任何預期事件存在時表示製程錯誤。

圖38所示的係用於不同製程運轉的離子電流之取樣，其中離子電流中的漂移能夠表示系統漂移。每一個資料點能夠表示一給定運轉的離子電流，其中可接受的極限係用以定義一可接受離子電流的使用者定 義或自動設定的極限。離子電流中的漂移(其逐漸將離子電流推移至該可接受的極限之上)表示基板破壞可能會發生。此類型的監控可能還會結合任何數量的其它傳統監控，例如，光學遺漏、厚度測量、…等。除了監控離子電流漂移之外，此等傳統類型的監控能夠強化既有監控和統計性控制。

圖39所示的係用於不同製程參數的離子電流之取樣。在此圖式中，離子電流會被當作用以區分不同製程和不同製程特徵的優良指數(figure of merit)。此資料能夠用來開發電漿配方與製程。舉例來說，十一項製程條件會被測試而導致十一個圖示離子電流資料點，而導致較佳離子電流的製程則會被選為理想的製程；或者，於替代例中，會被選為較佳的製程。舉例來說，最低離子電流可能被選為理想的製程，而後，和該較佳製程相關聯的離子電流便能夠被當作一指標，用以判斷一製程是否利用較佳的(多項)製程條件被實行。此優良指數可以配合或是取代雷同的傳統優良特徵(列舉數個非限制性的範例，例如，速率、選擇性、以及輪廓角)被使用。

圖40所示的係在腔室中沒有電漿之受監控的兩個經修正的週期性電壓函數。此等兩個經修正的週期性電壓函數會被比較並且用以特徵化該電漿腔室。於一實施例中，第一經修正的週期性電壓函數可能係一參考波形，而第二經修正的週期性電壓函數可能係目前被監控的波形。此等波形可能係該電漿腔室中沒有電漿時所取得，舉例來說，在腔室清洗或是預防性維修之後，且所以，第二波形會在利用該腔室進行生產(或是回頭進行生產)之前被用來提供該腔室之電狀態的驗證。

圖41所示的係能夠用於驗證電漿製程的兩個偏壓波形。第一經修正的週期性電壓函數可能係一參考波形，而第二經修正的週期性電 壓函數可能係目前被監控的波形。目前被監控的波形會和參考波形作比較，而任何差異皆能夠表示利用傳統監控方法無法偵測的寄生及/或非電容性阻抗問題。舉例來說，在圖35的波形上看見的環振能夠被偵測並且代表電源供應器中的環振。

當方法3000迴圈循環時，圖32至41中所示的任何指標皆會被監控，以便更新離子補償電流I_C、離子電流I_I、及/或鞘電容C_sheath。舉例來說，在每一個離子電流I_I之後，取樣會在圖38中進行，方法3000會迴圈回到取樣3004，以便決定一更新的離子電流I_I。於另一範例中，由於監控操作的關係，可能希望修正離子電流I_I、離子能量eV、或是IEDF寬度。對應的修正會被進行而且方法3000會迴圈回到取樣3004，以便發現符合公式3的新離子補償電流I_C。

熟習本技術的人士便會明瞭，圖30、31、以及43中所示的方法不需要任何特殊或已述操作順序，而且它們亦不受限於圖中所示或暗喻的任何順序。舉例來說，指標(圖32至41)能夠在設定及監控IEDF寬度及/或離子能量eV之前、期間、或是之後被監控。

圖44所示的係本文中所揭示之系統中不同位置點處的各種波形。給定一切換模式電源供應器之切換器件的切換圖樣4410、電源供應器電壓V_PS 4406(本文中亦稱為週期性電壓函數)、離子補償電流I_C 4404、經修正的週期性電壓函數4402、以及基板電壓V_sub 4412，IEDF會有圖示的寬度(其可能沒有依照比例繪製)或是IEDF形狀4414。此寬度寬於本揭示內容所指的「狹窄寬度」。如所見，當離子補償電流I_C 4404大於離子電流I_I時，基板電壓V_sub 4412並非恆定。IEDF寬度4414正比於該基板電壓V_sub 4412的 脈衝之間的傾斜部分的電壓差。

給定此非狹窄的IEDF寬度4414，本文中所揭示的方法會需要調整離子補償電流I_C至I_C=I_I(或者，於替代例中，具有根據公式2的關係)為止。圖45所示的係在離子補償電流I_C中進行最終遞增改變以便使其匹配離子電流I_I的效應。當I_C=I_I時，基板電壓V_sub 4512會變成實質上恆定，而且IEDF寬度4514會從非狹窄變成狹窄。

一但已達成狹窄的IEDF便能夠將離子能量調整至如圖46中所示之所希望的或已定義的數值。此處，電源供應器電壓(或者，於替代例中，一切換模式電源供應器的匯流排電壓V_bus)的大小下降(舉例來說，電源供應器電壓4606脈衝的最大負振幅縮減)。因此，當尖峰至尖峰電壓從V_PP1縮減至V_PP2，△V₁縮減至△V₂。實質上恆定的基板電壓V_sub 4608的大小因此會降低，從而會將離子能量的大小從4615降至4614，同時保持狹窄的IEDF寬度。

不論離子能量是否被調整，在如圖47中所示般達成狹窄的IEDF寬度之後，該IEDF寬度皆會增寬。此處，給定I_I=I_C(或者，於替代例中，公式2給定I_I與I_C之間的關係)，I_C會被調整，從而改變經修正的週期性電壓函數4702的脈衝之間的部分的斜率。由於離子補償電流I_C和離子電流I_I不相等的關係，基板電壓會從實質上恆定便成不恆定。進一步的結果係，IEDF寬度4714從狹窄的IEDF寬度4714擴展為非狹窄的IEDF寬度4702。I_C被調整為越遠離I_I，IEDF寬度4714便越大。

圖48所示的係能夠用於達成一個以上離子能量位準的電源供應器電壓的其中一種圖樣，其中，每一個離子能量位準皆有狹窄IEDF 4814 寬度。電源供應器電壓4806的大小會每一個循環交替。這會造成該經修正的週期性電壓函數4802的每一個循環中有交替的△V和尖峰至尖峰電壓。接著，基板電壓4812會有在該基板電壓的脈衝之間交替的兩個實質上恆定的電壓。這會造成兩個不同的離子能量，每一者皆有狹窄的IEDF 4814寬度。

圖49所示的係能夠用於達成一個以上能量位準的電源供應器電壓的另一種圖樣，其中，每一個離子能量位準皆有狹窄IEDF 4914寬度。此處，電源供應器電壓4906在兩個不同的大小之間交替，但是，在交替之前每次會維持兩個循環。如圖所見，平均離子能量和V_PS 4906如果每一個循環交替時相同。這僅顯示如何使用V_PS 4906之各種其它圖樣來達成相同離子能量的其中一種範例。

圖50所示的係能夠用於創造已定義之IEDF 5014的電源供應器電壓V_PS 5006和離子補償電流I_C 5004的其中一種組合。此處，交替的電源供應器電壓5006會導致兩個不同的離子能量。除此之外，藉由調整離子補償電流5004遠離離子電流I_I，每一個離子能量的IEDF 5014寬度會被擴展。倘若該離子能量夠接近的話，如同它們在圖示實施例中的情況，那麼，兩個離子能量的IEDF 5014將會重疊而導致一龐大的IEDF 5014。亦可採用其它變化例，而此範例的意圖則係顯示對V_PS 5006進行調整和對I_C 5004進行調整的組合如何被用來達成已定義的離子能量以及已定義的IEDF 5014。

接著參考圖17A與17B，圖中所示的係本發明之其它實施例的方塊圖。如圖所示，此等實施例中的基板支撐體1708包含一靜電夾盤1782，而一靜電夾盤供應器1780係被用來施加電力給該靜電夾盤1782。於某些變化例中，如圖17A中所示，該靜電夾盤供應器1780被定位成用以直 接施加電力給基板支撐體1708；而於其它變化例中，該靜電夾盤供應器1780被定位成用以配合切換模式電源供應器來施加電力。應該注意的係，藉由一分離的供應器或是藉由使用控制器來實行淨DC夾持功能能夠進行串接夾持(serial chucking)。於此DC耦合(舉例來說，沒有阻隔電容器)串接夾持功能中，非所希望的干擾其它RF源會最小化。

圖18中所示的係本發明又一實施例的方塊圖，其中，一通常用以產生電漿密度的電漿電源供應器1884也會被配置成用以並排於切換模式電源供應器1806和靜電夾盤供應器1880來驅動基板支撐體1808。於此施行方式中，電漿電源供應器1884、靜電夾盤供應器1880、以及切換模式電源供應器1806中的每一者可能駐存在分離的裝配件中，或者，該供應器1806、1880、1884中的二或更多者可能會被架構成用以駐存在相同的實體裝配件中。好處係，圖18中所示的實施例讓一頂端電極1886(舉例來說，噴淋頭)被電接地，以便達到電對稱性並且因為較少弧擊穿事件的關係而降低破壞的程度。

參考圖19，圖中所示的係本發明再一實施例的方塊圖。如圖所示，此實施例中的切換模式電源供應器1906被配置成用以施加電力給基板支撐體和腔室1904，以便同時偏壓該基板並且點燃(且維持)電漿而並不需要額外的電漿電源供應器(舉例來說，不需要電漿電源供應器102、202、1202、1702、1884)。舉例來說，切換模式電源供應器1806可能操作在足以點燃且維持電漿同時提供偏壓給基板支撐體的責任循環處。

接著參考圖20，圖中所示的係可配合參考圖1至19所述之實施例被運用的控制部分的輸入參數和控制輸出的方塊圖。敘述該控制部 分的用意在於提供可配合本文中所討論之實施例被運用的示範性控制輸入和輸出的簡化敘述-其並非硬體圖。於實際的施行方式中，圖中所示的控制部分可能分散在可藉由硬體、軟體、韌體、或是它們之組合來實現的數個分離器件中。

參考本文中前面討論的實施例，圖20中所示的控制器可以提供下面一或更多者的功能：參考圖1所述的控制器112；參考圖2所述的控制器212和離子能量控制器件220；參考圖8所述的控制器812和離子能量控制部分820；參考圖12所述的離子電流補償器件1260；參考圖13所述的電流控制器1362；圖16中所示的I_CC控制；圖17A與17B中分別所示的控制器1712A、1712B；以及圖18與19中分別所示的控制器1812、1912。

如圖所示，可當作該控制部分之輸入的參數包含dV₀/dt和△V，它們已參考圖13和14詳細地說明過。如討論，dV₀/dt可以配合離子能量分佈展開輸入△E被用來提供一控制訊號I_CC，其會如參考圖12、13、14、15A至C、以及圖16所述般地控制離子能量分佈展開的IEDF寬度。此外，離子能量控制輸入(Ei)可配合可選配的回授△V被用來產生一離子能量控制訊號(舉例來說，其會影響圖3中所示的Vbus)，以便產生如參考圖1至11更詳細說明般之所希望(或是已定義)的離子能量分佈。而且，可以配合眾多電夾持(e-chuncking)實施例被運用的另一參數為DC偏移輸入，其提供靜電作用力用以將晶圓固持至該夾盤，用以進行有效的熱控制。

圖21所示的係根據本發明一實施例的電漿處理系統2100。系統2100包含一電漿處理腔室2102，其圍住一用於蝕刻基板2106之頂端表面2118(以及其它電漿製程)的電漿2104。該電漿係由一由電漿電源供應器 2122來供電的電漿源2112(舉例來說，現場或是遠端或是投射)所產生。一在電漿2104及基板2106的頂端表面2118之間所測得的電漿鞘電壓V_sheath會加速來自電漿2104的離子跨越一電漿鞘2115，導致該被加速的離子撞擊基板2106的頂端表面2118並且蝕刻該基板2106(或是該基板2106中沒有受到光阻保護的部分)。電漿2104位在相對於接地(舉例來說，漿處理腔室2102壁部)的電漿電位V₃處。基板2106具有底部表面2120，其透過一靜電夾盤2111以及該靜電夾盤2111和該基板2106之間的夾持電位V_chuck被靜電固持至一支撐體2108。基板2106係一介電質，且所以在頂端表面2118處具有第一電位V₁而在底部表面2120處具有第二電位V₂。靜電夾盤的頂端表面2121會接觸該基板的底部表面2120，且因此，此等兩個表面2120、2121係在相同的電位V₂處。第一電位V₁、夾持電位V_chuck、以及第二電位V₂係透過一具有一DC偏壓或偏移的AC波形來控制，其係由一切換模式電源供應器2130產生並且透過一第一導體2124被提供至靜電夾盤2111。視情況，該AC波形係透過該第一導體2124被提供，而該DC波形透過一可選配的第二導體2125被提供。該切換模式電源供應器2130的AC和DC輸出會透過一控制器2132來控制，該控制器2132還會被配置成用以控制切換模式電源供應器2130的各種態樣。

離子能量和離子能量分佈係該第一電位V₁的函數。切換模式電源供應器2130提供一被設計成用以產生一所希望的第一電位V₁的AC波形，該第一電位V₁已知會產生一所希望(或是已定義)的離子能量和離子能量分佈。該AC波形可能係RF並且具有非正弦波形，例如，圖5、6、11、14、15a、15b、以及15c中所示的波形。該第一電位V₁會正比於圖14中所 示的電壓變化△V。該第一電位V₁還等於電漿電位V₃減去電漿鞘電壓V_sheath。但是，因為電漿電位V₃(舉例來說，小於20V)經常小於電漿鞘電壓V_sheath(舉例來說，50至2000V)的關係，所以，第一電位V₁和電漿鞘電壓V_sheath會近似相等，而且為達施行之目的，會被視為相等。因此，該第一電位V₁會正比於離子能量分佈。藉由維持一恆定的第一電位V₁，該電漿鞘電壓V_sheath為恆定，且因此，實質上所有離子會透過相同的能量被加速，且所以會達到一狹窄的離子能量分佈。電漿電位V₃係由透過電漿源2112傳送給電漿2104的能量所產生。

基板2106之頂端表面2118處的第一電位V₁係透過來自靜電夾盤2111的電容性充電和來自通過鞘2115的電子與離子的累增電荷之組合所形成。來自切換模式電源供應器2130的AC波形會經過設計，用以抵消通過鞘2115的離子和電子傳輸的效應以及基板2106之頂端表面2118處的最終累增電荷，俾使得第一電位V₁維持實質上恆定。

將基板2106固持至靜電夾盤2111的夾持作用力係夾持電位V_chuck的函數。切換模式電源供應器2130提供一DC偏壓或是DC偏移給該AC波形，因此，第二電位V₂係在不同於該第一電位V₁的電位處。此電位差會導致夾持電位V_chuck。夾持電位V_chuck能夠以基板2106內部的一參考層為基準從靜電夾盤2111的頂端表面2221處測量，其中，該參考層包含該基板內部的任何高處，基板2106的底部表面2120除外(該參考層在基板2106裡面的確實位置會改變)。因此，夾持係由第二電位V₂來控制並且正比於第二電位V₂。

於一實施例中，第二電位V₂等於由該AC波形來修正的切 換模式電源供應器2130的DC偏移(換言之，具有DC偏移的AC波形，其中，該DC偏移大於該AC波形的尖峰至尖峰電壓)。該DC偏移可能實質上大於該AC波形，俾使得該切換模式電源供應器2130輸出的DC組成會支配該第二電位V₂，而AC組成則能夠省略或忽略。

基板2106裡面的電位會在該第一電位V₁和第二電位V₂之間變動。夾持電位V_chuck可能為正或負(舉例來說，V₁>V₂或是V₁<V₂)，因為不論該夾持電位V_chuck極性為何，基板2106和靜電夾盤2111之間的庫倫吸引力皆會存在。

切換模式電源供應器2130配合控制器2132能夠確定性且無需感測器來監控各種電壓。明確地說，離子能量(舉例來說，平均能量和離子能量分佈)係以該AC波形的參數(舉例來說，斜率和梯階)為基礎被確定性監控。舉例來說，電漿電壓V₃、離子能量、以及離子能量分佈正比於由切換模式電源供應器2130所產生的AC波形的參數。明確地說，AC波形之下降緣的△V(舉例來說，參見圖14)正比於第一電位V₁，且因此正比於離子能量。藉由保持該第一電位V₁為恆定，該離子能量分佈會保持狹窄。

雖然第一電位V₁無法直接被測量而且該切換模式電源供應器輸出和該第一電位V₁之間的關聯性可以基板2106的電容以及處理參數為基礎而改變，△V和該第一電位V₁之間的比例常數仍能夠在經過短暫處理時間之後依照經驗來決定。舉例來說，當AC波形的下降緣△V為50V且依照經驗發現給定基板和製程的比例常數為2時，該第一電位V₁會預期為100V。梯階電壓△V和該第一電位V₁(且因此還有離子能量eV)之間的比例係由公式4來描述。因此，第一電位V₁和離子能量以及離子能量分佈以該切 換模式電源供應器之AC波形的知識為基礎便能夠決定，不需要電漿處理腔室2101內部的任何感測器。除此之外，切換模式電源供應器2130配合控制器2132還能夠監控何時及是否正在進行夾持(舉例來說，基板2106是否透過夾持電位V_chuck被固持至靜電夾盤2111)。

解除夾持係藉由消除或降低夾持電位V_chuck來實施。藉由將第二電位V₂設為等於第一電位V₁便能達成此目的。換言之，該DC偏移和該AC波形會被調整，以便讓夾持電位V_chuck接近0V。相較於習知的解除夾持方法，系統2100達成較快的解除夾持，且因此有較大的生產量，因為該DC偏移和該AC波形能夠被調整用以達成解除夾持。另外，當該DC電源供應器和AC電源供應器皆在切換模式電源供應器2130中時，它們的電路系統的統合性會更高、更緊密靠在一起、能夠透過單一控制器2132來控制(相較於DC電源供應器和AC電源供應器的典型平行排列)、以及更快速改變輸出。本文中所揭示之實施例達成的解除夾持的速度還使得可在電漿2104熄滅之後，或者，至少在關閉來自電漿源2112的電力之後，進行解除夾持。

電漿源2112會有各式各樣的形式。舉例來說，於其中一實施例中，電漿源2112包含一位在電漿處理腔室2102內部的電極，其會在腔室2102裡面建立一兼具點燃和維持電漿2104的RF場。於另一實施例中，電漿源2112包含一遠端投射電漿源，其會在遠端產生一離子化電磁場，將該離子化電磁場投射或延伸至處理腔室2102之中，以及利用該離子化電磁場來點燃和維持該電漿處理腔室裡面的電漿2104。又，該遠端投射電漿源還包含一場傳輸部分(舉例來說，一導體管)，該離子化電磁場會經此管抵達 該電漿處理腔室2102，該離子化電磁場會在此時間期間衰減而使得該電漿處理腔室2102裡面的場強度僅為該離子化電磁場在該遠端投射電漿源中初始產生時的場強度的十分之一、百分之一、千分之一、或者甚至更小。

切換模式電源供應器2130可能浮動並且因而能夠因一被串聯連接在接地和該切換模式電源供應器2130之間的DC電源(圖中並未顯示)而被偏壓在任何DC偏移處。該切換模式電源供應器2130會透過該切換模式電源供應器2130內部的AC電源和DC電源(舉例來說，參見圖22、23、26)，或者，透過該切換模式電源供應器2130內部的AC電源以及該切換模式電源供應器2130外部的DC電源供應器(舉例來說，參見圖24、27)，提供一具有一DC偏移的AC波形。於其中一實施例中，該切換模式電源供應器2130會被接地並且串聯耦合至一被串聯耦合在該切換模式電源供應器2130和該靜電夾盤2111之間的浮動DC電源。

當該切換模式電源供應器2130包含AC電源和DC電源兩者時，控制器2132能夠控制該切換模式電源供應器的AC輸出與DC輸出。當該切換模式電源供應器2130串聯連接一DC電源時，該控制器2132可能僅控制該切換模式電源供應器2130的AC輸出。於一替代實施例中，該控制器2132會控制被耦合至該切換模式電源供應器2130的DC電源供應器以及該切換模式電源供應器2130。熟習本技術的人士便會明瞭，圖中雖然顯示單一控制器2132；不過，其它控制器亦能夠被施行用以控制被提供至該靜電夾盤2111的AC波形和DC偏移。

靜電夾盤2111可能係一介電質(舉例來說，陶瓷)並且因而能夠實質上阻隔DC電壓通過；或者，其可能係一半導體材料，例如，有摻雜 的陶瓷。於任一情況中，該靜電夾盤2111在該靜電夾盤2111的頂端表面2121上皆會有一第二電位V₂，該靜電夾盤2111的頂端表面2121會電容性耦合電壓至基板2106(通常係一介電質)的頂端表面2118，用以形成該第一電位V₁。

電漿2104形狀和尺寸未必依照比例繪製。舉例來說，電漿2104的邊緣能夠由一特定的電漿密度來定義，於此情況中，圖中所示的電漿2104並沒有以心中的任何特殊電漿密度來繪製。同樣地，儘管係圖中所示的電漿2104形狀，至少特定電漿密度仍會填充整個電漿處理腔室2102。圖中所示的電漿2104形狀的用意主要係顯示鞘2115，其確實會具有實質上小於電漿2104的電漿密度。

圖22所示的係一電漿處理系統的另一實施例2200。在圖示的實施例中，切換模式電源供應器2230包含串聯連接的一DC電源2234以及一AC電源2236。控制器2232被配置成藉由控制該AC電源2236波形以及該DC電源2234偏壓或偏移來控制該切換模式電源供應器2230之具有一DC偏移輸出的AC波形。此實施例還包含一靜電夾盤2211，其具有一被埋置在該夾盤2211中的格柵或網格電極2210。該切換模式電源供應器2230提供一AC和DC偏壓給該格柵電極2210。該DC偏壓以及該AC組成(其實質上小於該DC偏壓並且因而能夠忽略)會在格柵電極2210上建立一第三電位V₄。當第三電位V₄不同於時基板2206裡面任何地方(基板2206的底部表面2220除外)的參考層處的電位時，一夾持電位V_chuck和一庫倫夾持作用力便會被建立，其會固持該基板2206至該靜電夾盤2211。該參考層係一平行於格柵電極2210的虛擬平面。該AC波形經由靜電夾盤2211的一部分電容性 耦合自格柵電極2210，並且經由基板2206來控制基板2206之頂端表面2218上的第一電位V₁。因為電漿電位V₃相對於電漿鞘電壓V_sheath為可忽略，所以，該第一電位V₁和該電漿鞘電壓V_sheath為近似相等，而且為達實際之目的，會被視為相等。所以，該第一電位V₁等於被用來加速離子通過鞘2215的電位。

於一實施例中，靜電夾盤2211會被摻雜，以便有足夠的導電性使得經由該夾盤2211之主體造成的任何電位差可以忽略，且因此，格柵或網格電極2210會在和第二電位V₂實質上相同的電壓處。

格柵電極2210可能係被埋置在靜電夾盤2211中的任何導體平面式裝置，平行於基板2206，並且被配置成被切換模式電源供應器2230偏壓以及用以建立一夾持電位V_chuck。圖中所示的格柵電極2210雖然被埋置在靜電夾盤2211的下方部分中；不過，格柵電極2210亦可能位於比較靠近或比較遠離基板2206的地方。格柵電極2210亦未必具有格柵圖樣。於一實施例中，格柵電極2210可能係一實心電極，或者具有非格柵形狀(舉例來說，棋盤圖樣)的非實心結構。於一實施例中，靜電夾盤2211係一陶瓷或其它介電質，且因此，格柵電極2210上的第三電位V₄不等於靜電夾盤2211之頂端表面2221上的第一電位V₁。於另一實施例中，靜電夾盤2211係一具有些微導電性之有摻雜的陶瓷，且因此，格柵電極2210上的第三電位V₄會等於靜電夾盤2211之頂端表面2221上的第二電位V₂。

切換模式電源供應器2230會產生一可能係非正弦的AC輸出。該切換模式電源供應器2230能夠操作該串聯的DC電源2234和AC電源2236，因為DC電源2234有AC導電性且AC電源2236有DC導電性。沒有DC導電性之示範性AC電源為在具備DC電壓或電流時會被破壞的特 定線性放大器。使用有AC導電性的電源和DC導電性的電源會減少使用在切換模式電源供應器2230中的器件的數量。舉例來說，倘若DC電源2234為AC阻隔的話，那麼，一AC旁繞或DC阻隔器件(舉例來說，電容器)便可能必須被排列平行於該DC電源2234。倘若AC電源2236為DC阻隔的話，那麼，一DC旁繞或AC阻隔器件(舉例來說，電感器)便可能必須被排列平行於該AC電源2236。

於此實施例中，AC電源2236通常會被配置成以可控制的方式施加一電壓偏壓至靜電夾盤2211，以便產生轟擊基板2206之頂端表面2218的離子的所希望(或是已定義)的離子能量分佈。更明確地說，AC電源2236被配置成藉由施加位在特殊功率位準處的一或更多個特殊波形至格柵電極2210來產生所希望(或是已定義)的離子能量分佈。且更特別的係，AC電源2236施加特殊的功率位準來產生特殊的離子能量，並且利用儲存在一波形記憶體(圖中並未顯示)中的波形資料所定義的一或更多個電壓波形來施加該特殊的功率位準。結果，一或更多個特殊的離子轟擊能量可被選擇用以對基板2206實行控制性蝕刻(或是其它電漿輔助製程)。於其中一實施例中，AC電源2236會利用切換模式配置(舉例來說，參見圖25至27)。切換模式電源供應器2230，且明確地說，AC電源2236，能夠產生如本揭示內容之各種實施例中所述的AC波形。

熟習本技術的人士便會明瞭，格柵電極2210可能並不需要，而且其它實施例可被施行為不具有格柵電極2210。熟習本技術的人士還會明瞭，格柵電極2210僅係能夠用來建立夾持電位V_chuck的眾多裝置中的其中一種範例。

圖23所示的係一電漿處理系統的另一實施例2300。圖中所示的實施例包含一切換模式電源供應器2330，用以提供一AC波形和一DC偏壓給靜電夾盤2311。該切換模式電源供應器2330包含一DC電源2334以及一AC電源2336，兩者會被接地。AC電源2336產生一AC波形，其會透過一第一導體2324被提供至埋置在靜電夾盤2311之中的一第一格柵或網格電極2310。AC電源2336在該第一格柵或網格電極2310上建立一電位V₄。DC電源2334產生一DC偏壓，其會透過一第二導體2325被提供至埋置在靜電夾盤2311之中的一第二格柵或網格電極2312。DC電源2334在該第二格柵或網格電極2312上建立一電位V₅。電位V₄與V₅能夠分別透過AC電源2336與DC電源2334來獨立地控制。然而，該第一格柵或網格電極2310與第二格柵或網格電極2312可能也會被電容性耦合及/或透過靜電夾盤2311的一部分可能會在該格柵或網格電極2310、2312之間有DC耦合。倘若AC或DC耦合存在的話，那麼，電位V₄與V₅便可被耦合。熟習本技術的人士便會明瞭，該第一格柵電極2310與第二格柵電極2312會被排列在整個靜電夾盤2311的各種位置，包含將第一格柵電極2310排列成比第二格柵電極2312更靠近基板2306。

圖24所示的係一電漿處理系統的另一實施例2400。於此實施例中，一切換模式電源供應器2430會提供一AC波形給一靜電夾盤2411，其中，該切換模式電源供應器2430輸出會被一DC電源供應器2434所提供的DC偏壓偏移。切換模式電源供應器2430的AC波形會具有由控制器2435來選擇的波形，以便利用來自具有狹窄離子能量分佈之電漿2404的離子轟擊基板2406。該AC波形可能係非正弦(舉例來說，方形波或脈衝式)，並且 能夠透過切換模式電源供應器2430的一AC電源2436來產生。夾持係透過來自DC電源供應器2434所提供的DC偏移被控制，DC電源供應器2434則由控制器2433來控制。DC電源供應器2434會被串聯耦合在接地和切換模式電源供應器2430之間。該切換模式電源供應器2430為浮動，俾使得它的DC偏壓能夠由該DC電源供應器2434來設定。

熟習本技術的人士便會明瞭，圖中所示實施例雖然顯示兩個獨立的控制器2433、2435；但是，此等控制器亦能夠結合成單一功能性單元、裝置、或系統，例如，可選配的控制器2432。除此之外，控制器2433和2435還能夠耦合，以便相互通訊並且分享處理資源。

圖25所示的係一電漿處理系統的進一步實施例2500。圖中所示的實施例包含一切換模式電源供應器2530，其會產生一AC波形，該AC波形可能會有由一DC電源供應器(圖中並未顯示)所提供的DC偏移。該切換模式電源供應器會透過可選配的控制器2535來控制，該可選配的控制器2535包含一電壓控制器2537與一電流控制器2539。切換模式電源供應器2530可能包含一可控制的電壓源2538以及一可控制的電流源2540，該可控制的電壓源2538具有一由電壓控制器2537控制的電壓輸出，而該可控制的電流源2540具有一由電流控制器2539控制的電流輸出。該可控制的電壓源2538和可控制的電流源2540可能係平行排列。該可控制的電流源2540會被配置成用以補償一電漿2504和一基板2506之間的離子電流。

該電壓控制器2537和電流控制器2539會耦合並且相互通訊。電壓控制器2537還會控制可控制電壓源2538的一切換輸出2539。該切換輸出2539可能包含如圖示般並聯的兩個切換器，或者可能包含將該可控 制電壓源2538的一輸出轉換成一所希望的AC波形(舉例來說，非正弦)的任何電路系統。透過該兩個切換器，來自可控制電壓源2538的一受控電壓或AC波形會結合可控制電流源2540的受控電流輸出，用以產生該切換模式電源供應器2530的AC波形輸出。

可控制電壓源2538雖然被顯示為具有給定的極性；但是，熟習本技術的人士便會明瞭，反向極性為圖示的等效例。視情況，可控制電壓源2538和可控制電流源2540以及該切換輸出2539可能係AC電源2536的一部分，而該AC電源2536被排列成串聯一位在該切換模式電源供應器2530內部或外部的DC電源(圖中並未顯示)。

圖26所示的係一電漿處理系統的又一實施例2600。於圖中所示的實施例中，一切換模式電源供應器2630提供一具有DC偏壓的AC波形給一靜電夾盤2611。該波形的AC組成係透過一可控制的電壓源2638和一可控制的電流源2640的平行組合而產生，該可控制的電壓源2638和該可控制的電流源2640經由一切換輸出2639相互連接。該DC偏移係由一被串聯耦合在接地和該可控制的電壓源2638之間的DC電源2634所產生。於一實施例中，該DC電源2634會浮動而非接地。相似地，該切換模式電源供應器2530會浮動或是接地。

系統2600可能包含一或更多個控制器，用以控制該切換模式電源供應器2630的一輸出。一第一控制器2632會控制該切換模式電源供應器2630的輸出，舉例來說，透過一第二控制器2633和一第三控制器2635。該第二控制器2633會控制該切換模式電源供應器2630的DC偏移為由該DC電源2634所產生。該第三控制器2635會藉由控制該可控制的電壓源2638 和該可控制的電流源2640來控制該切換模式電源供應器2630的AC波形。於一實施例中，一電壓控制器2637會控制該可控制電壓源2638的電壓輸出而一電流控制器2639會控制該可控制電流源2640的電流。該電壓控制器2637和電流控制器2639會相互通訊並且係第三控制器2635的一部分。

熟習本技術的人士便會明瞭，說明和電源2634、2638、2640有關的控制器之各種配置的上面實施例並沒有限制性，而且亦能夠施行各種其它配置而沒有脫離本揭示內容。舉例來說，第三控制器2635或電壓控制器2637能夠控制可控制的電壓源2638和可控制的電流源2640之間的切換輸出2639。於另一範例中，第二控制器2633和第三控制器2635會相互通訊(圖中雖然沒有顯示)。還應該瞭解的係，可控制的電壓源2638和可控制的電流源2640的極性僅為解釋性，而沒有限制的意義。

切換輸出2639會藉由交替切換兩個並聯切換器而塑形一AC波形。該切換輸出2639可能包含任何各式各樣切換器，包含，但是並不受限於，MOSFET和BJT。於其中一變化例中，DC電源2634會被排列在可控制的電流源2640和靜電夾盤2611之間(換言之，DC電源2634會浮動)，而該切換模式電源供應器2630會被接地。

圖27所示的係一電漿處理系統的另一實施例2700。於此變化例中，DC電源2734再次被接地；但是，並沒有被併入切換模式電源供應器2730之中，取而代之的係，此處的DC電源2734係一分離的器件並且提供DC偏移給整個切換模式電源供應器2730，而非切換模式電源供應器2730裡面的器件。

圖28所示的係根據本揭示內容一實施例的方法2800。方法 2800包含將基板放置在一電漿腔室中的操作2802。方法2800進一步包含於該電漿腔室中形成一電漿的操作2804。此電漿會在現場被形成或是透過一遠端投射源來形成。方法2800還包含一切換電力操作2806。切換電力操作2806涉及以可控制的方式切換送往基板的電力，以便施加一週期性電壓函數至該基板。該週期性電壓函數會被視為一脈衝式波形(舉例來說，方波)或是一AC波形並且包含一由一串聯一切換模式電源供應器的DC電源所產生的DC偏移。於一實施例中，該DC電源會被併入該切換模式電源供應器之中並且因而串聯該切換模式電源供應器的一AC電源。該DC偏移會在一靜電夾盤的頂端表面以及該基板裡面的一參考層之間產生一電位差，而且此電位差稱為夾持電位。該靜電夾盤和該基板之間的夾持電位將該基板固持至該靜電夾盤，從而防止該基板在處理期間移動。方法2800進一步包含一調變操作2808，其中，該週期性電壓函數會在多個循環中被調變。該調變係響應於基板的表面處的一所希望(或是已定義)的離子能量分佈，以便以時間均化為基礎來產生一所希望(或是已定義)的離子能量分佈。

圖29所示的係根據本揭示內容一實施例的另一方法2900。方法2900包含將基板放置在一電漿腔室中的操作2902。方法2900進一步包含於該電漿腔室中形成一電漿的操作2904。此電漿會在現場被形成或是透過一遠端投射源來形成。方法2900還包含一接收至少一離子能量分佈設定值操作2906。在接收操作2906中收到的設定值可能表示在基板的表面處的一或更多個離子能量。方法2900進一步包含一切換電力操作2908，其中，送往基板的電力係以可控制的方式被切換，以便：(1)以時間均化為基礎來產生一所希望(或是已定義)的離子能量分佈；以及(2)以時間均化為基礎來產 生一所希望的夾持電位。該電力會有一AC波形和一DC偏移。

總結來說，除了其它方面之外，本發明提供一種利用切換模式電源供應器來選擇性產生所希望(或是已定義)的離子能量的方法與設備。熟習本技術的人士便能夠容易明瞭，可以在本發明、其用法、以及其配置中進行眾多變更與替換而達成和本文中所述之實施例所達成者實質上相同的結果。據此，本文之用意並非限制本發明於已揭的示範性形式。眾多變更、修正、以及替代性構造皆落在已揭發明的範疇和精神裡面。

102‧‧‧電漿電源供應器

104‧‧‧電漿處理腔室

106‧‧‧切換模式電源供應器

108‧‧‧基板支撐體

110‧‧‧基板

112‧‧‧控制器

Claims (33)

1. 一種用於監控電漿處理腔室的系統，該系統包括：一電漿處理腔室，被配置成用以容納一電漿；一基板支撐體，被定位在該電漿處理腔室裡面並且被設置用以支撐一基板；一離子能量控制部分，該離子能量控制部分會響應於表示基板表面處的所希望的離子能量分佈的至少一離子能量分佈設定值來提供至少一離子能量控制訊號；一切換模式電源供應器，被耦合至該基板支撐體和該離子能量控制部分，該切換模式電源供應器包含一或更多個切換器件，其被配置成用以施加如同一週期性電壓函數的電力至該基板；被耦合至該基板支撐體的一離子電流補償器件，該離子電流補償器件會增加一離子補償電流至該週期性電壓函數，用以形成一經修正的週期性電壓函數；以及一控制器，被耦合至該基板支撐體，該控制器會從該離子補償電流來決定該電漿處理腔室中的離子電流並且比較該離子電流和一參考電流波形。
2. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中，該控制器會比較該經修正的週期性電壓函數和一參考電壓波形。
3. 根據申請專利範圍第2項的系統，其中，該控制器會於在該電漿處理腔室內部沒有一探針的情況下而確認該電漿處理腔室的操作特徵。
4. 根據申請專利範圍第2項的系統，其中，該控制器會於在該電漿處理 腔室內部沒有一探針的情況下而確認被配置成用以點燃和維持該電漿的一電漿源的操作特徵。
5. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中，該控制器會進一步被配置成以該離子電流為基礎來決定一鞘電容。
6. 根據申請專利範圍第5項的系統，其中，該控制器會進一步被配置成用以決定選擇自由下面所組成之群中的進一步電漿參數：德拜(Debye)鞘距離、電漿密度、電漿中的離子的有效質量、以及電漿中的離子的離子能量。
7. 一種用以監控電漿處理腔室和相關聯系統的系統，該系統包括：一電節點，被配置成用以耦合至該電漿處理腔室的一基板支撐體並且用以提供一經修正的週期性電壓函數至該基板支撐體，其中，該經修正的週期性電壓函數包括被一離子補償電流修正的一週期性電壓函數；一切換模式電源供應器，被配置成用以提供該週期性電壓函數至該電節點；一離子電流補償器件，被配置成用以提供該離子補償電流至該電節點；以及一控制器，被配置成用以在二或更多個時間處取樣該電節點處的電壓並且以在該電節點處被取樣的該電壓為基礎來確定該電漿處理腔室中的離子電流。
8. 根據申請專利範圍第7項的系統，其中，該經修正的週期性電壓函數的連續的多個循環實質上相同。
9. 根據申請專利範圍第8項的系統，其中，該經修正的週期性電壓函數包含多個脈衝以及該脈衝之間的部分，且其中，一梯階電壓△V對應於該電 漿處理腔室中的離子能量，而該脈衝之間的部分的斜率對應於該電漿中的離子的離子能量分佈函數。
10. 根據申請專利範圍第8項的系統，其中，該控制器被配置成用以在高到足以解析該脈衝以及該脈衝之間的部分的取樣率處進行取樣。
11. 根據申請專利範圍第10項的系統，其中，該取樣係在大於400kHz處被實施。
12. 根據申請專利範圍第9項的系統，其中，該控制器會決定該脈衝之間的部分的斜率。
13. 根據申請專利範圍第12項的系統，其中，該控制器會決定該斜率的標準差。
14. 根據申請專利範圍第9項的系統，其中，該控制器會決定該經修正的週期性電壓函數的每一個循環的梯階電壓△V。
15. 一種用以監控電漿處理腔室和相關聯系統的方法，該方法包括：提供一經修正的週期性電壓函數至該電漿處理腔室的基板支撐體；取樣該經修正的週期性電壓函數的至少一部分，用以產生電壓資料；比較該電壓資料和一參考波形的至少一部分；以及以該比較為基礎確認該電壓資料和該參考波形的該至少一部分之間的至少一差異，用以特徵化該電漿處理腔室和相關聯系統的操作。
16. 根據申請專利範圍第15項的方法，進一步包括：取樣該經修正的週期性電壓函數的至少一部分，用以產生電流資料；比較該電流資料和該參考波形的至少一部分；以及以該比較為基礎確認該經修正的週期性電壓函數的該至少一部分和該 參考波形的該至少一部分之間的至少一差異，用以特徵化該電漿處理腔室、一電漿源、或是一電漿偏壓電源供應器的操作。
17. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較包含比較在一第一時間期間的該經修正的週期性電壓函數和在一第二時間期間的該經修正的週期性電壓函數。
18. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該參考波形的該部分係該參考波形的一第二部分。
19. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該波形的該部分係該參考波形的一第四部分。
20. 根據申請專利範圍第19項的方法，其中，該比較涉及比較該經修正的週期性電壓函數的至少兩個循環之間的第四部分的斜率。
21. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較會察看該波形中隨著時間的改變。
22. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較會察看該經修正的週期性電壓函數的該部分的標準差。
23. 根據申請專利範圍第22項的方法，其中，該比較會察看一給定循環中的偏差的位置。
24. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較會察看梯階電壓△V。
25. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較涉及將以時間為函數的取樣電壓轉換成頻域。
26. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較會察看該經修正的週期性電壓函數中的非線性。
27. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該比較包含將該離子補償電流轉換成一離子電流並且隨著時間來比較該離子電流。
28. 根據申請專利範圍第27項的方法，其中，該比較會察看以製程參數為函數的該離子電流中的變化。
29. 根據申請專利範圍第27項的方法，其中，該比較會察看該離子電流的平均數的增加。
30. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該相關聯的系統包含一來源電極以及提供電力以點燃和維持該電漿的多個電系統。
31. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該參考波形係在前一個時間週期處取自該經修正的週期性電壓函數。
32. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該確認係被實施用以特徵化該電漿處理腔室和該相關聯系統的操作中的錯誤和異常。
33. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該經修正的週期性電壓函數包括：一週期性電壓函數；以及一離子補償電流。