TW202109611A - 具有單一控制開關之偏壓供應器 - Google Patents

具有單一控制開關之偏壓供應器 Download PDF

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Abstract

本文所揭露的是偏壓供應器、電漿處理系統、及相關方法。一種偏壓供應器包含耦接在開關的第一節點與輸出節點之間的第一電感器，其中第二電感器的第一節點被耦接到輸出節點或開關的第一節點之其中一者。電壓源被耦接在開關的第二節點與第二電感器的第二節點之間。在返回節點和開關的第二節點或第二電感器的第二節點之其中一者之間具有一連接。所述偏壓供應器還包含控制器，其配置以藉由反覆閉合開關使得通過開關的電流完成一完整週期以致使週期電壓施加在輸出節點與返回節點之間。

Description

具有單一控制開關之偏壓供應器
本發明大致係關於電源供應器，且更明確為關於用於施加電壓以供電漿處理之電源供應器。
本專利申請案主張西元2019年7月12日所提出之標題為“A SINGLE CONTROLLED SWITCH, SINGLE SUPPLY EV SOURCE WITH ION CURRENT COMPESATION”的美國臨時申請案第62/873,680號之優先權，所述臨時申請案是讓渡給本案的受讓人且藉此特別以參照的方式而納入本文。
諸多型式的半導體裝置是使用基於電漿的蝕刻技術來製造。若所蝕刻的為導體，相關於接地的負電壓可被施加到導電基板以便產生跨於基板導體表面之實質均勻的負電壓，其吸引帶正電的離子朝向導體，且結果，撞擊導體的正離子具有實質相同的能量。
然而，若基板是介電質，非變動的電壓無法將電壓放置跨於基板表面。但，交流(AC, alternating current)電壓(例如：高頻AC或射頻(RF, radio frequency))可被施加到導電板(或夾頭)，使得AC場導致在基板表面上的電壓。在AC週期的正尖峰期間，基板吸引電子，其相對於正離子的質量為輕；因此，許多離子將在週期的正尖峰期間被吸引到基板表面。結果，基板表面將為帶負電，其致使離子在AC週期的其餘期間被吸引朝向帶負電的表面。且當離子撞擊基板表面，撞擊將材料從基板表面移出—完成蝕刻。
在許多情況下，所期望的是具有窄的離子能量分佈，但將正弦波形施加到基板導致離子能量之寬的分佈，其限制了電漿處理以實行期望蝕刻輪廓之能力。要達成窄的離子能量分佈之已知技術很昂貴、無效率、難以控制、且可能不利影響電漿密度。結果，這些已知技術並未被商業採用。是以，需要一種系統及方法來解決目前技術的不足且提供其他新穎且創新的特徵。
本文所揭示之一些實施的一個態樣是藉由利用切換頻率作為控制手段且連同在共振電路中的單一控制開關而需要僅有一個可變電壓供應器以致使極度簡化的電路能夠提供期望窄的能量分佈來解決上述的需求。
根據另一個態樣，一種電源供應器，其包含輸出節點、返回節點、開關、第一電感器、第二電感器、與電壓源。第一電感器被耦接在開關的第一節點與輸出節點之間，且第二電感器的第一節點被耦接到輸出節點或開關的第一節點之其中一者。電壓源被耦接在開關的第二節點與第二電感器的第二節點之間，且在返回節點和開關的第二節點或第二電感器的第二節點之其中一者之間具有一連接。控制器被配置以藉由反覆閉合開關達到剛好足夠長的時間以供通過開關的電流來完成一個從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期以致使週期電壓施加在輸出節點與返回節點之間。
根據又一個態樣，一種電源供應器，其包含輸出節點、返回節點、開關、變壓器、與電壓源。變壓器的一次繞組的第一節點被耦接到開關的第一節點，變壓器的二次繞組的第一節點被耦接到輸出節點，且變壓器的二次繞組的第二節點被耦接到返回節點。電壓源被耦接在開關的第二節點與變壓器的一次繞組的第二節點之間。所述電源供應器還包含控制器，其配置以藉由反覆閉合開關達到剛好足夠長的時間以供通過開關的電流來完成一個從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期以致使週期電壓施加在輸出節點與返回節點之間。
本文所揭示的另一個態樣是一種電漿處理系統，其包含電漿室與偏壓供應器。所述電漿室包含用以容納電漿的容積、輸入節點、與返回節點。所述偏壓供應器包括開關、第一電感器、第二電感器、與電壓源。第一電感器被耦接在開關的第一節點與電漿室的輸入節點之間，且第二電感器的第一節點被耦接到所述室的輸入節點或開關的第一節點之其中一者。電壓源被耦接在開關的第二節點與第二電感器的第二節點之間。在返回節點和開關的第二節點或第二電感器的第二節點之其中一者之間具有一連接。所述電漿處理系統還包含控制機構，用於控制開關與電壓源以當電漿在電漿室中而達成電漿負載的電壓的期望波形。
根據又一個態樣，一種電漿處理系統，其包含電漿室與偏壓供應器。所述電漿室包含用以容納電漿的容積、輸入節點、與返回節點，且所述偏壓供應器包含開關、變壓器、與電壓源。變壓器的一次繞組的第一節點被耦接到開關的第一節點，變壓器的二次繞組的第一節點被耦接到電漿室的輸入節點，且變壓器的二次繞組的第二節點被耦接到返回節點。電壓源被耦接在開關的第二節點與變壓器的一次繞組的第二節點之間。所述電漿處理系統還包含控制機構，用於控制開關與電壓源以當電漿在電漿室中而達成電漿負載的電壓的期望波形。
字詞“示範”被使用在本文以意指“作為實例、事例、或說明”。作為“示範”之本文所述的任何實施例不必理解為優於其他實施例而較佳或有利。
初步註解：在以下圖式中的流程圖與方塊圖說明根據種種實施例的系統、方法與電腦程式產品之可能實施的架構、功能性、與操作。就此而言，在這些流程圖或方塊圖中的一些方塊可代表模組、區段、或部分的碼，其包含用於實施指定邏輯功能之一個或多個指令。亦應指出的是，在一些替代實施中，在方塊中所指出的功能可能不同於在圖式中所指出的順序而發生。舉例來說，接續顯示的二個方塊可能實際為實質同時執行，或所述方塊可能有時以反向順序來執行，視所涉及的功能性而定。亦將指出的是，方塊圖及/或流程圖說明的各個方塊、以及在方塊圖及/或流程圖說明中的方塊組合可由實行指定功能或動作之專用基於硬體的系統、或專用硬體與電腦指令的組合來實施。
就此揭露內容而言，源產生器是其能量為主要針對於產生且維持電漿的那些元件，而“偏壓供應器”是其能量為主要針對於產生表面電位以從電漿來吸引離子與電子的那些元件。
本文所述的是新穎的偏壓供應器之數個實施例，其可被使用以將週期電壓功能施加到在電漿處理室中的基板支撐件。
首先參考圖1，顯示的是可利用偏壓供應器之一種示範電漿處理環境(例如：沉積或蝕刻系統)。電漿處理環境可包括直接及間接耦接到電漿室101之許多件設備，容納電漿102與工件103 (例如：晶圓)的容積被包含在電漿室101之內。所述設備可包括真空操縱與氣體遞送設備(未顯示)、一個或多個偏壓供應器108、一個或多個源產生器112、以及一個或多個源匹配網路113。在許多應用中，來自單一源產生器112的電力被連接到一個或多個源電極105。源產生器112可為較高頻的RF產生器(例如：13.56 MHz到120 MHz)。電極105概括代表可用電感耦合式電漿(ICP, inductively coupled plasma)源、具有以另一個RF頻率來偏壓的輔助頂部電極之雙電容耦合式電漿(CCP, capacitively coupled plasma)源、螺旋錐電漿源、微波電漿源、磁控管、或一些其他獨立操作的電漿能量源所實施者。
在圖1所繪之系統的變化中，源產生器112與源匹配網路113可被替換為或增加有遠端電漿源。且所述系統的其他變化可包括僅有單一偏壓供應器108。
儘管以下揭露內容概括關於基於電漿的晶圓處理，實施可包括在電漿處理室內的任何基板處理。在一些實例中，不同於基板的其他物體可使用在本文所揭示的系統、方法與裝置來處理。換言之，本揭露內容應用到在低於大氣壓力的電漿處理室內的任何物體之電漿處理以藉由物理或化學方式來影響表面變化、表面下的變化、沉積或移除。
參考圖2，顯示的是用以施加週期電壓功能之一種示範偏壓供應器208。如所顯示，偏壓供應器208包括輸出210 (亦稱作為輸出節點210)、開關220與電壓源230。此外，第一電感器240被耦接在開關與輸出之間，且第二電感器250被耦接在電壓源與輸出之間。還顯示了控制器260，其被配置以將開關220打開及閉合以如本文所進一步描述在輸出端產生電壓。舉例來說，控制器260可被配置以藉由反覆閉合開關達到剛好足夠長的時間以供通過開關的電流來完成一個從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期以致使週期電壓施加在輸出210 (亦稱作為輸出節點210)與接地連接270 (亦稱作為返回節點270)之間。透過輸出210所遞送到負載的電流是透過其和負載為共同的接地連接270而返回到偏壓供應器208。
簡短參考圖3，顯示的是以電氣方式描繪在電漿室101內的電漿負載的層面之示意圖。如所顯示，電漿室101可由夾頭電容Cch (其包括夾頭與工件103的電容)所代表，夾頭電容Cch 被定位在對於電漿室101的輸入310 (亦稱作為輸入節點310)與其代表在基板表面的電壓VS (亦在本文稱作為鞘層電壓)的節點之間。此外，返回節點307 (其可為對於接地之連接)被描繪出。在處理室中的電漿是由鞘層電容CS 、二極體、與電流源之並聯組合所代表。二極體代表電漿鞘層之非線性、類似二極體的性質，其造成所施加的AC場之整流，俾使直流(DC, direct-current)電壓降出現在工件103與電漿102之間。
再次參考圖2，開關220 (如同大多數的場效開關)包括本體二極體，其考慮到甚至當開關未受控制為接通狀態時的反向電流。本申請人已發現的是，本體二極體可被使用作為優點在於，開關220 (由於本體二極體)可在通過開關的電流之第一次逆轉期間為隨時關斷；因此，降低控制的時序關鍵性。雖然其他型式的開關可被使用，開關可由碳化矽金屬氧化物半導體場效電晶體(SiC MOSFET, silicon carbide metal-oxide semiconductor field-effect transistor)所實現。應理解的是，來自控制器的驅動訊號211可為電氣或光學性。亦應瞭解的是，在本文揭示(例如：在圖11與圖16A-16F)的其他偏壓供應器所描繪的開關還可包括本體二極體，且其他偏壓供應器的那些開關可由驅動訊號211所驅動。
參考圖4，顯示的是描繪偏壓供應器208與電漿處理室101的電氣層面之波形，當離子電流Iion 被適當補償，其當通過第二電感器L2 的電流iL2 等於離子電流Iion 而發生。本揭露內容的態樣解決了如何調整通過L2 的電流iL2 為等於離子電流Iion 之問題。如在圖4所示，開關220 (亦在本文稱作為開關S)可被控制，使得通過第一電感器240 (且因此開關220)的電流完成從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期。應理解的是，在電流週期的前半部中之電流iL2 的峰值可為不同於在電流週期的後半部中之電流iL2 的峰值。控制器260可被配置以調整電壓源230的電壓與在反覆開關閉合之間的時間以達成在VO 的期望電壓。
簡短參考圖5A到圖7B，描繪是有助以瞭解在電漿室101中的離子能量分佈之離子電流補償效應的背景材料。首先參考其在IL2 =Iion 的操作模式中之圖5A與5B。如在圖5A所示，當鞘層電壓在脈衝間為實質固定，對應離子能量570的散佈為相當窄以產生實質單能量的離子能量分佈函數。在圖5B所示是非對稱的週期電壓函數，其可由偏壓供應器108所施加以產生在圖5A中的鞘層電壓。
參考圖6A與6B，顯示的是關聯於欠補償離子電流之鞘層電壓、離子通量、與週期非對稱電壓波形(由偏壓供應器所輸出)的層面。如在圖6A所示，當離子電流Iion 為欠補償，鞘層電壓是以斜波狀方式而變得較不負，其產生離子能量之較寬廣的散佈672。在圖6B所示是可施加到基板支撐件之週期電壓以實現在圖6A所描繪的鞘層電壓。如所顯示，週期電壓波形之負斜波狀部分是以較圖5B的週期電壓波形之斜波狀部分(顯示為在圖6B中的虛線)為低的斜率而下降。注意，離子能量之上述的散佈672可被審慎作成。
圖7A與圖7B描繪相關聯於過補償離子電流之鞘層電壓、離子通量、與週期非對稱電壓波形(由偏壓供應器所輸出)的層面。如在圖7A所示，當離子電流為過補償，鞘層電壓是以斜波狀方式而變得更加負，其亦產生離子能量之較寬廣的散佈774。在圖7B所示是可施加到基板支撐件之週期電壓波形以實現在圖7A所描繪的鞘層電壓。如所顯示，週期電壓波形之負斜波狀部分是以較其補償離子電流的週期電壓波形之斜波狀部分(顯示為虛線)為大的斜率而下降。離子能量之上述的散佈774可被審慎作成且可為所期望。
參考回到圖2、3與4，本申請人已經發現的是，通過L2 的電流iL2 (且因此所述補償電流)可藉由控制在偏壓供應器的輸出所施加之週期電壓VO 的脈衝重複率來控制。且，脈衝重複率可藉由開關之打開及閉合的時序所控制。每當在開關的一次接通之後，本申請人檢查發生了什麼，對於下次接通的時間被修正。舉例來說，在VO 於開關接通的時間期間之間為固定的情況下，若開關的第二次接通稍微較早發生，本申請人考慮對於所施加電壓VO 將會發生什麼。在此情況下，第二次接通以相同初始條件而開始，故所施加電壓VO 的第二脈衝電壓的形式應為相同。因為在脈衝間的時間現在為較短，施加電壓VO 的平均為較高；因此，通過L2 的電流應增大。在iL2 的增大將增大所施加電壓VO 的朝下斜率，進而增大第二脈衝的大小。故，增大脈衝重複率是用以提高離子電流補償的處置。這透過如圖8-10顯示的模擬來確認。
參考圖8，其為描繪偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖，針對於連接到如在圖3所示的負載之圖2的電路，其中L1 =3μH，L2 =4mH，Cch =1.5nF，CS =1nF，且Iion =3A，當電壓源230 (Vb )提供5 kV的DC電壓且開關被打開及閉合以提供在300 kHz之VO 的脈衝重複率。以這些參數來操作所述電路造成-5 kV的初始鞘層電壓VS 上升到-2.6 kV，因為離子電流為欠補償。如在圖2所示，開關閉合的重複率可為相同於VO 的脈衝重複率。且將開關閉合可為足夠長的時間以供通過開關的電流IL1 來完成從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期。亦應理解的是，電流IL2 可在VO 的週期電壓之週期期間為實質固定。
接著參考圖9，顯示的是描繪除了當電壓源230 (Vb )提供4.5 kV的DC電壓且開關被打開及閉合以提供在650 kHz的脈衝重複率之外而具有如同在圖8的相同參數之偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖。以這些參數來操作偏壓供應器造成-5 kV的固定鞘層電壓，因為離子電流被精確補償。
參考圖10，顯示的是描繪除了當電壓源Vb 提供等於4.25 kV的DC電壓且開關被打開及閉合以提供具有800 kHz的脈衝重複率的VO 之外而具有如同在圖8的相同參數之偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖。以這些參數來操作所述電路造成-5 kV的初始鞘層電壓VS 降低到-5.25 kV，因為離子電流為過補償。
接著參考圖11，顯示的是一種包括變壓器1160之偏壓供應器的電路示意圖，變壓器1160將週期電壓功能耦合到輸出1110 (亦稱作為輸出節點1110)。如所顯示，偏壓供應器包括電壓源1130與其耦接到開關1120與變壓器1160之電感器1140。控制器1150被耦接到開關且所述控制器被配置以將開關打開及閉合來產生在輸出的非對稱電壓。電感器1140可為離散的電感器或變壓器1160之部分的洩漏電感。為了模擬目的，變壓器被模型化為二個完整耦接的電感器。在變壓器繞組之間的寄生電容是由CW 所模型化。
圖12是描繪偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖，針對於連接到如在圖3所示的負載之圖11的電路，其中L1 =50nH，LP =56μH，LS =5.6mH，CW =1.26nF，Cch =1.5nF，CS =1nF，且Iion =3A，當圖11之偏壓供應器的電壓源施加422 VDC且控制器將開關打開及閉合以在輸出產生具有脈衝重複率300 kHz的週期電壓。以這些參數來操作偏壓供應器造成-5 kV的初始鞘層電壓增大到-2.8 kV，因為離子電流為欠補償。
圖13是描繪除了當圖11之偏壓供應器的電壓源施加281 VDC且控制器將開關打開及閉合以在輸出產生具有脈衝重複率775 kHz的週期電壓之外而具有如同在圖12的相同參數之偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖。以這些參數來操作所述電路造成-5 kV的固定鞘層電壓，因為離子電流被精確補償。
圖14是描繪除了當圖11之偏壓供應器的電壓源施加212 VDC且控制器將開關打開及閉合以在輸出產生具有脈衝重複率1 MHz的週期電壓之外而具有如同在圖12的相同參數之偏壓供應器輸出電壓VO 與鞘層電壓VS 的曲線圖。以這些參數來操作所述電路造成-5 kV的初始鞘層電壓降低到-5.24 kV，因為離子電流為過補償。
接著參考圖15A，顯示的是描繪可關連於本文揭示的實施例(例如：關連於圖16A-16D)來論述之一種方法的流程圖。如所顯示，第一電感器(在本文亦稱作為小電感元件)的第一節點被連接到開關的第一節點且小電感元件的第二節點被連接到輸出節點且其中電容耦合式電漿負載被連接在輸出節點與返回節點之間(方塊1510)。第一電感器(亦稱作為大電感元件)的第一節點可被連接到小電感元件的任一節點(方塊1520)。如所顯示，電壓源被連接在開關的第二節點與大電感元件的第二節點之間且電壓源的任一節點被連接到返回節點(方塊1530)。在操作時，開關被反覆閉合達到剛好足夠長的時間以供通過開關的電流來完成從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期(方塊1540)。此外，電壓源的電壓與在反覆開關閉合之間的時間之各者可被調整以達成電漿負載電壓的期望波形(方塊1550)。舉例來說，期望波形可為鞘層電壓以達成離子能量的窄分佈(例如：如在圖5A所示)或離子能量的較寬廣分佈(例如：如在圖6A與7A所示)。
圖15B是描繪可關連於本文揭示的實施例(例如：關連於圖16E與16F)來論述之一種方法的另一個流程圖。如所顯示，變壓器之一次繞組的第一節點被連接到開關的第一節點且變壓器之二次繞組的第一節點被連接到輸出節點且其中電容耦合式電漿負載被連接在輸出節點與變壓器之二次繞組的第二節點之間(方塊1511)。此外，電壓源被連接在開關的第二節點與變壓器之一次繞組的第二節點之間(方塊1521)。在操作時，開關被閉合達到剛好足夠長的時間以供通過開關的電流來完成從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期(方塊1531)。此外，電壓源的電壓與在反覆開關閉合之間的時間之各者可被調整以達成電漿負載電壓的期望波形(方塊1541)。舉例來說，如上所論述，期望波形可為鞘層電壓以達成離子能量的窄分佈(例如：如在圖5A所示)或離子能量的較寬廣分佈(例如：如在圖6A與7A所示)。
參考圖16A，顯示的是一種示範偏壓供應器1601以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1602 (其和例如電漿室101的電漿室一起存在)。偏壓供應器1601的輸出節點1604連接到電漿負載1602的輸入節點1605且偏壓供應器1601的返回節點1606連接到電漿室101的返回節點1607。返回節點1606與1607經常是透過偏壓供應器與電漿負載二者的底盤或外殼所作成，且由於這些是典型保持在接地電位，亦典型稱作為接地、底盤接地、或地面接地。如所顯示，偏壓供應器1601利用DC供應器1603作為電壓源，其中DC供應器的正輸出端子被連接到接地且大電感器L2 被連接在小電感器L1 的負載側。
如所顯示，第一電感器L1 被耦接在開關S的第一節點1670與輸出節點1604之間，且第二電感器L2 的第一節點1672被耦接到輸出節點1604。電壓源被耦接在開關S的第二節點1674與電感器L2 的第二節點1676之間。且在返回節點1606與開關S的第二節點1674之間具有一連接。
參考圖16B，顯示的是一種示範偏壓供應器1611以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1612。如所顯示，偏壓供應器1611利用DC供應器1613，其中DC供應器1613的負輸出端子被連接到接地且大電感器L2 被連接在小電感器L1 的負載側。如所顯示，第一電感器L1 被耦接在開關S的第一節點1670與輸出節點1604之間，且第二電感器L2 的第一節點1672被耦接到輸出節點1604。電壓源被耦接在開關S的第二節點1674與電感器L2 的第二節點1676之間，且在返回節點1606與電感器L2 的第二節點1676之間具有一連接。
參考圖16C，顯示的是一種示範偏壓供應器1621以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1622。如所顯示，偏壓供應器1621利用DC供應器1623，其中DC供應器1623的正輸出端子被連接到接地且大電感器L2 被連接在小電感器L1 的負載側。如所顯示，第一電感器L1 被耦接在開關S的第一節點1670與輸出節點1604之間。且第二電感器L2 的第一節點1672被耦接到開關S的第一節點1670。電壓源被耦接在開關S的第二節點1674與電感器L2 的第二節點1676之間，且在返回節點1606與開關S的第二節點1674之間具有一連接。
參考圖16D，顯示的是一種示範偏壓供應器1631以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1632。如所顯示，偏壓供應器1631利用DC供應器1633，其中DC供應器1633的負輸出端子被連接到接地且大電感器L2 被連接在小電感器L1 的負載側。如所顯示，第一電感器L1 被耦接在開關S的第一節點1670與輸出節點1604之間。且第二電感器L2 的第一節點1672被耦接到開關S的第一節點1670。電壓源被耦接在開關S的第二節點1674與電感器L2 的第二節點1676之間。如所顯示，在返回節點1606與電感器L2 的第二節點1676之間具有一連接。
參考圖16E，顯示的是一種示範偏壓供應器1641以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1642。如所顯示，偏壓供應器1641利用DC供應器1643 (作為電壓源)，其中DC供應器1643的正輸出端子被連接到接地且其中變壓器1644被使用以連接到電漿負載1642。上述變壓器包括一次繞組(由LLP 與LP 所代表)與二次繞組(由LS 與LLS 所代表)。變壓器之一次繞組的第一節點1680被耦接到開關S的第一節點1670。變壓器之二次繞組的第一節點1682被耦接到輸出節點1604。且變壓器之二次繞組的第二節點1684被耦接到返回節點1606。DC供應器1643 (電壓源)被耦接在開關S的第二節點1674與變壓器之一次繞組的第二節點1686之間。
參考圖16F，顯示的是一種示範偏壓供應器1651以將週期電壓功能施加到電容耦合式電漿負載1652。如所顯示，偏壓供應器1651利用DC供應器1653作為電壓源，其中DC供應器1653的負輸出端子被連接到接地且其中變壓器1654被使用以連接到負載。在圖16E與16F二者之中的偏壓供應器1641、1651包括變壓器。且如所顯示，變壓器之一次繞組的第一節點被耦接到開關的第一節點，變壓器之二次繞組的第一節點被耦接到輸出節點，且變壓器之二次繞組的第二節點被耦接到返回節點。上述變壓器包括一次繞組(由LLP 與LP 所代表)與二次繞組(由LS 與LLS 所代表)。變壓器之一次繞組的第一節點1680被耦接到開關S的第一節點1670。變壓器之二次繞組的第一節點1682被耦接到輸出節點1604。且變壓器之二次繞組的第二節點1684被耦接到返回節點1606。DC供應器1643 (電壓源)被耦接在開關S的第二節點1674與變壓器之一次繞組的第二節點1686之間。如所顯示，變壓器之一次繞組的第二節點1686被配置以耦接到返回節點1607。
關連於本文所揭示的實施例所描述之方法可直接以硬體、以在非暫時性有形處理器可讀取儲存媒體中所編碼的處理器可執行碼、或二者之組合來實施。參考例如圖17，顯示的是描繪可利用以實現本文揭示的控制層面之實際構件的方塊圖。如所顯示，在此實施例中，顯示器1312與非揮發性記憶體1320被耦接到匯流排1322，匯流排1322亦被耦接到隨機存取記憶體(RAM, random access memory) 1324、處理部分(其包括N個處理構件) 1326、現場可程式閘陣列(FPGA, field programmable gate array) 1327、與其包括N個收發器的收發器構件1328。雖然在圖17所描繪的構件代表實際構件，圖17並無意為詳細硬體圖；因此，在圖17所描繪的許多構件可由常見的構件來實現或分散在另外的實際構件中。甚者，預期的是，其他現存或尚待開發的實際構件與架構可被利用以實施參考圖17所述的功能構件。
此顯示器1312通常操作以提供針對於使用者的使用者介面，且在數個實施中，顯示器是由觸控螢幕顯示器所實現。概括而言，非揮發性記憶體1320是作用以儲存(例如：持續儲存)資料與處理器可執行碼(包括和實行本文所述方法有關聯的可執行碼)之非暫時性記憶體。在一些實施例中，舉例來說，非揮發性記憶體1320包括啟動程式碼、作業系統碼、檔案系統碼、與非暫時性處理器可執行碼以利於一種用單一控制開關來加偏壓於基板的方法之執行。
在許多實施中，非揮發性記憶體1320是由快閃記憶體(例如：NAND或ONENAND記憶體)所實現，但所預期的是，其他記憶體型式可同樣被利用。雖然可能執行來自非揮發性記憶體1320的碼，非揮發性記憶體中的可執行碼是典型被載入到RAM 1324之中且由處理部分1326之中的N個處理構件的其中一或多者所執行。
關連於RAM 1324之N個處理構件通常操作來執行在非揮發性記憶體1320所儲存的指令以致使能夠執行本文揭示的演算法與功能。應認知的是，數個演算法被揭示在本文，但這些演算法中的一些演算法並未表示在流程圖中。實行本文所述之方法的處理器可執行碼可被持續儲存在非揮發性記憶體1320之中且由關連於RAM 1324之N個處理構件所執行。如所屬技術領域具有通常知識者所理解，處理部分1326可包括視訊處理器、數位訊號處理器(DSP, digital signal processor)、微控制器、圖形處理單元(GPU, graphics processing unit)、或其他硬體處理構件或硬體與軟體處理構件之組合(例如：FPGA或包括數位邏輯處理部分的FPGA)。
附加或替代而言，非暫時性FPGA組態指令可被持續儲存在非揮發性記憶體1320之中且經存取(例如：在啟動期間)以配置現場可程式閘陣列(FPGA)來實施本文所揭示的演算法(例如：包括而不限於參考圖15A與15B所述的演算法)。
輸入構件1330可接收訊號(例如：指示在所揭示的偏壓供應器之輸出所得到的電流與電壓之訊號)。此外，輸入構件1330可接收在偏壓供應器108與源產生器112之間的相位資訊及/或同步訊號，其指示在電漿處理室101之內的環境的一個或多個層面及/或在源產生器與單一開關偏壓供應器之間的同步控制。在輸入構件所接收的訊號可包括例如同步訊號、對於種種產生器與電源供應器單元的電力控制訊號、或來自使用者介面的控制訊號。所屬技術領域具有通常知識者將易於理解的是，諸如而不限於方向耦合器與電壓-電流(VI, voltage-current)感測器之任何種種型式的感測器可被用以取樣諸如電壓與電流的電力參數，且指示電力參數的訊號可在類比域被產生及轉換到數位域。
輸出構件通常操作以提供一個或多個類比或數位訊號來實行開關之打開與閉合以及本文所述的電壓源之控制。
所描繪的收發器構件1328包括N個收發器鏈路，其可被用以經由無線或有線網路來和外部裝置通訊。N個收發器鏈路各者可代表和一種特定通訊方案(例如：WiFi、乙太網路、Profibus、等等)有關聯的收發器。
如由所屬技術領域具有通常知識者所理解的是，本揭露內容的態樣可具體實現為一種系統、方法或電腦程式產品。是以，本揭露內容的態樣可採取完全硬體的實施例、完全軟體的實施例(包括韌體、常駐軟體、微碼、等等)或結合軟體與硬體層面的實施例之形式，均可在本文被通稱作為“電路”、“模組”或“系統”。再者，本揭露內容的態樣可採取以具有實施在其上的電腦可讀取程式碼之一個或多個電腦可讀取媒體所實施的電腦程式產品之形式。
如本文所使用，“A、B或C之至少一者”的敘述是意圖意指“A、B、C或A、B與C的任何組合”。已揭示實施例之先前描述被提供以致使所屬技術領域具有通常知識者能夠作成或運用本揭露內容。對於這些實施例的種種修改將對於所屬技術領域具有通常知識者為顯而易見，且本文所界定的概括原理可在未脫離本揭露內容精神或範疇的情況下而被應用到其他實施例。因此，本揭露內容無意為受限於本文所顯示的實施例，而是給予和本文所揭示的原理與新穎特徵相符合之最廣的範疇。
已揭示實施例之先前描述被提供以致使所屬技術領域具有通常知識者能夠作成或運用本發明。對於這些實施例的種種修改將對於所屬技術領域具有通常知識者為顯而易見，且本文所界定的概括原理可在未脫離本發明精神或範疇的情況下而被應用到其他實施例。因此，本發明無意為受限於本文所顯示的實施例，而是給予和本文所揭示的原理與新穎特徵相符合之最廣的範疇。
101:電漿室 102:電漿 103:工件 104:偏壓電極 105:源電極 108:偏壓供應器 112:源產生器 113:源匹配網路 208:偏壓供應器 210:輸出/輸出節點 211:驅動訊號 220:開關 230:電壓源 240:第一電感器 250:第二電感器 260:控制器 270:接地連接/返回節點 307:返回節點 310:輸入/輸入節點 570:離子能量的散佈 672:離子能量的散佈 774:離子能量的散佈 1110:輸出/輸出節點 1120:開關 1130:電壓源 1140:電感器 1150:控制器 1160:變壓器 1312:顯示器 1320:非揮發性記憶體 1322:匯流排 1324:隨機存取記憶體(RAM) 1326:處理部分 1327:現場可程式閘陣列(FPGA) 1328:收發器構件 1330:輸入 1510、1520、1530、1540、1550:圖15A之方法的步驟(方塊) 1511、1521、1531、1541:圖15B之方法的步驟(方塊) 1601、1611、1621、1631、1641、1651:偏壓供應器 1602、1612、1622、1632、1642、1652:電漿負載 1603、1613、1623、1633、1643、1653:DC供應器 1604:輸出節點 1605:輸入節點 1606、1607:返回節點 1644、1654:變壓器 1670:開關S的第一節點 1672:電感器L2的第一節點 1674:開關S的第二節點 1676:電感器L2的第二節點 1680:變壓器之一次繞組的第一節點 1682:變壓器之二次繞組的第一節點 1684:變壓器之二次繞組的第二節點 1686:變壓器之一次繞組的第二節點
[圖1]是描繪可利用本文揭示的偏壓供應器之一種示範電漿處理環境的方塊圖；
[圖2]是描繪一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖3]是以電氣方式代表一種電漿處理室的層面的示意圖；
[圖4]是描繪當和在圖3的電漿處理室一起操作時之在圖2的偏壓供應器的電氣層面之時序的時序圖；
[圖5A]是鞘層電壓（sheath voltage）對時間與造成的離子通量對離子能量的圖形描繪；
[圖5B]是可產生在圖5A所繪的鞘層電壓之週期電壓波形的曲線圖；
[圖6A]描繪另一個鞘層電壓與造成的離子通量對離子能量；
[圖6B]是可產生在圖6A所繪的鞘層電壓之週期電壓波形的曲線圖；
[圖7A]描繪又一個鞘層電壓與造成的離子通量對離子能量；
[圖7B]是可產生在圖7A所繪的鞘層電壓之週期電壓波形的曲線圖；
[圖8]包括描繪可由圖2的偏壓供應器所施加之週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖9]包括描繪可由圖2的偏壓供應器所施加之另一個週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖10]包括描繪可由圖2的偏壓供應器所施加之另一個週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖11]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖12]包括描繪可由圖11的偏壓供應器所施加之週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖13]包括描繪可由圖11的偏壓供應器所施加之另一個週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖14]包括描繪可由圖11的偏壓供應器所施加之又一個週期電壓波形與對應鞘層電壓的曲線圖；
[圖15A]是描繪可關連於數個實施例來論述之一種方法的流程圖；
[圖15B]是描繪可關連於數個實施例來論述之另一種方法的流程圖；
[圖16A]是描繪一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖16B]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖16C]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖16D]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖16E]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖16F]是描繪另一種示範偏壓供應器的示意圖；
[圖17]是描繪可利用以實施本文揭示的控制層面之構件的方塊圖。
101:電漿室
102:電漿
103:工件
104:偏壓電極
105:源電極
108:偏壓供應器
112:源產生器
113:源匹配網路

Claims (17)

  1. 一種用以施加週期電壓之偏壓供應器，其包含： 輸出節點； 返回節點； 開關； 第一電感器，其耦接在所述開關的第一節點與所述輸出節點之間； 第二電感器的第一節點被耦接到所述輸出節點或所述開關的所述第一節點之其中一者； 電壓源，其耦接在所述開關的第二節點與所述第二電感器的第二節點之間； 在所述返回節點和所述開關的所述第二節點或所述第二電感器的所述第二節點之其中一者之間的一連接；及 控制器，其配置以藉由反覆閉合所述開關達到剛好足夠長的時間以供通過所述開關的電流來完成一個從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期以致使所述週期電壓施加在所述輸出節點與所述返回節點之間。
  2. 如請求項1之偏壓供應器，其中所述控制器被配置以調整所述電壓源的電壓與介於反覆開關閉合之間的時間來達成期望週期電壓。
  3. 如請求項1之偏壓供應器，其中所述控制器包括處理器或現場可程式閘陣列之其中至少一者，且所述控制器包括非暫時性電腦可讀取媒體，其包含儲存在其上的指令以供由所述處理器來執行或用以配置所述現場可程式閘陣列來控制所述開關之操作。
  4. 一種用以施加週期電壓之偏壓供應器，其包含： 輸出節點； 返回節點； 開關； 變壓器，所述變壓器的一次繞組的第一節點被耦接到所述開關的第一節點，所述變壓器的二次繞組的第一節點被耦接到所述輸出節點，且所述變壓器的所述二次繞組的第二節點被耦接到所述返回節點； 電壓源，其耦接在所述開關的第二節點與所述變壓器的所述一次繞組的第二節點之間；及 控制器，其配置以： 藉由反覆閉合所述開關達到剛好足夠長的時間以供通過所述開關的電流來完成一個從零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期以致使所述週期電壓施加在所述輸出節點與所述返回節點之間。
  5. 如請求項4之偏壓供應器，其中所述開關的所述第二節點被耦接到所述返回節點。
  6. 如請求項4之偏壓供應器，其中所述變壓器的所述一次繞組的所述第二節點被耦接到所述返回節點。
  7. 如請求項4之偏壓供應器，其中所述控制器包括處理器或現場可程式閘陣列之其中至少一者，且所述控制器包括非暫時性電腦可讀取媒體，其包含儲存在其上的指令以供由所述處理器來執行或用以配置所述現場可程式閘陣列來控制所述開關之操作。
  8. 一種電漿處理系統，其包含： 電漿室，其包括： 用以容納電漿的容積； 輸入節點；及 返回節點；及 偏壓供應器，其包括： 開關； 第一電感器，其耦接在所述開關的第一節點與所述電漿室的所述輸入節點之間； 第二電感器的第一節點被耦接到所述室的所述輸入節點或所述開關的所述第一節點之其中一者； 電壓源，其耦接在所述開關的第二節點與所述第二電感器的第二節點之間； 在所述返回節點和所述開關的所述第二節點或所述第二電感器的所述第二節點之其中一者之間的一連接；及 控制機構，用於控制所述開關與所述電壓源以當所述電漿在所述電漿室中而達成電漿負載的電壓的期望波形。
  9. 如請求項8之電漿處理系統，其中所述控制機構包括用於調整所述電壓源的電壓與介於反覆開關閉合之間的時間來達成所述電漿負載的電壓的所述期望波形之機構。
  10. 如請求項8之電漿處理系統，其中所述控制機構包括針對於所述開關的各次閉合，用於閉合所述開關達到剛好足夠長的時間以供通過所述開關的電流來完成從一個零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期之機構。
  11. 如請求項8之電漿處理系統，其中所述返回節點包含接地返回。
  12. 一種電漿處理系統，其包含： 電漿室，其包括： 用以容納電漿的容積； 輸入節點；及 返回節點；及 偏壓供應器，其包括： 開關； 變壓器，所述變壓器的一次繞組的第一節點被耦接到所述開關的第一節點，所述變壓器的二次繞組的第一節點被耦接到所述電漿室的所述輸入節點，且所述變壓器的所述二次繞組的第二節點被耦接到所述返回節點； 電壓源，其耦接在所述開關的第二節點與所述變壓器的所述一次繞組的第二節點之間；及 控制機構，用於控制所述開關與所述電壓源以當所述電漿在所述電漿室中而達成電漿負載的電壓的期望波形。
  13. 如請求項12之電漿處理系統，其中所述控制機構包括用於調整所述電壓源的電壓與介於反覆開關閉合之間的時間來達成所述電漿負載的電壓的所述期望波形之機構。
  14. 如請求項12之電漿處理系統，其中所述控制機構包括針對於所述開關的各次閉合，用於閉合所述開關達到剛好足夠長的時間以供通過所述開關的電流來完成從一個零到峰值、回到零、到反向的峰值且回到零之完整週期之機構。
  15. 如請求項12之電漿處理系統，其中所述開關的所述第二節點被耦接到所述返回節點。
  16. 如請求項12之電漿處理系統，其中所述變壓器的所述一次繞組的所述第二節點被耦接到所述返回節點。
  17. 如請求項12之電漿處理系統，其中所述返回節點包含接地返回。
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