優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求于2016年2月29日提交的題為“directcurrentpulsingplasmasystems”的美國臨時專利申請no.62/301,591的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

本發(fā)明的實施方式涉及等離子體處理系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及利用直流(dc)脈沖作為功率源的等離子體處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

等離子體長期以來被用于處理襯底(例如，半導(dǎo)體晶片、平板等)以形成電子產(chǎn)品(例如，集成電路、平板顯示器等)。半導(dǎo)體晶片通常放置在具有光致抗蝕劑掩模層的蝕刻室中以選擇性地蝕刻下面的材料。蝕刻工藝去除未覆蓋光致抗蝕劑的下面的材料(金屬和/或電介質(zhì))。對于每個半導(dǎo)體晶片，蝕刻工藝連同其它工藝操作一起重復(fù)許多次，直到形成最終產(chǎn)品電路或器件。

通常，使用等離子體蝕刻工具來執(zhí)行蝕刻工藝。等離子體蝕刻工具由室限定，該室包括襯底支撐件和在襯底支撐件上的等離子體容積。射頻(rf)功率通常提供給室的一個或多個電極。取決于蝕刻工藝，電極配置可以采取各種形式。通常，用于蝕刻電介質(zhì)材料的等離子體蝕刻工具被稱為電容耦合等離子體(ccp)工具，并且用于蝕刻導(dǎo)電材料的等離子體蝕刻工具被稱為電感耦合等離子體(icp)工具。無論工具類型如何，ccp工具和icp工具都需要至少一個rf電源。rf電源通常被配置為產(chǎn)生rf信號，所述rf信號通過匹配電路和傳輸線傳播到等離子體蝕刻工具的電極。

隨著對更高深寬比蝕刻和更小尺寸的需求持續(xù)增加，工藝工程師已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將供應(yīng)到等離子體蝕刻工具的電極的rf功率脈沖化的某些益處。雖然脈沖化rf電源已經(jīng)在所得到的工藝中顯示出改進(jìn)，但是脈沖化rf電源確實增加了復(fù)雜性和成本。作為示例，脈沖化rf功率需要對脈沖序列、定時、電壓電平、反射等的精確控制，并且這種控制需要被連續(xù)監(jiān)控。另外，經(jīng)由匹配電路和傳輸線提供rf功率需要實現(xiàn)顯著硬件，例如大的分立電容器和電感器以及包括rf返回路徑的精密傳輸線。

在此背景下提出本發(fā)明的實施方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

呈現(xiàn)用于向等離子體處理系統(tǒng)供應(yīng)功率的方法、裝置、系統(tǒng)和計算機程序，其中可在電壓幅度、極性、上升和下降、寬度和延遲等方面獨立地控制正脈沖和負(fù)脈沖。在一個實施方案中，脈沖直流功率系統(tǒng)實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其獲取直流電壓，將其轉(zhuǎn)換為射頻并且經(jīng)由諧振電路將其放大到高電壓，然后通過二極管網(wǎng)絡(luò)，并且將其整流回到直流。該系統(tǒng)可以是快速脈沖的，并且不具有目前用于加速離子的傳統(tǒng)射頻發(fā)生器的阻抗復(fù)雜化。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施方式可以以多種方式實現(xiàn)，諸如方法、裝置、系統(tǒng)、設(shè)備或計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序。下面描述幾個實施方式。

在一個實施方式中，提供了一種等離子體處理系統(tǒng)，其包括具有耦合到襯底支撐件的下電極和耦合到地的上電極的室。等離子體處理系統(tǒng)具有限定在上電極和下電極之間的等離子體處理體積。提供了直流(dc)到直流(dc)轉(zhuǎn)換器以在輸入處接收直流電壓輸入并且在輸出處提供包括射頻(rf)分量的放大的直流電壓信號。直流電壓輸入遵循數(shù)字可編程的脈沖模式。直流到直流轉(zhuǎn)換器的輸出連接到室的下電極?？刂破髋c直流到直流轉(zhuǎn)換器連接以設(shè)置脈沖模式。

在一些實施方式中，直流到直流轉(zhuǎn)換器包括直流電壓源和由直流電壓源驅(qū)動的rf發(fā)生器。rf發(fā)生器產(chǎn)生rf分量的頻率。

在一些實施方式中，直流到直流轉(zhuǎn)換器包括：被配置為使直流輸入電壓倍增的諧振電路；以及接收倍增的直流輸入電壓和rf分量以產(chǎn)生放大的直流電壓信號的整流器電路，該放大的直流電壓信號包括rf分量。

在一些實施方式中，紋波控制裝置與控制器連接。紋波控制裝置被配置為動態(tài)地調(diào)整整流器電路以修改頻率分量的幅度。

在一些實施方式中，整流器電路的動態(tài)調(diào)整使得能夠在脈沖模式的每個有源脈沖期間設(shè)置更高或更低的幅度。

在一些實施方式中，有源脈沖是放大的直流電壓信號的正脈沖或放大的直流電壓信號的負(fù)脈沖中的一個。

在一些實施方式中，rf分量被提供給放大的直流電壓信號的正脈沖或放大的直流電壓信號的負(fù)脈沖，并且其中在放大的直流電壓信號的關(guān)斷脈沖期間不提供rf分量。

在一些實施方式中，控制器耦合到提供脈沖模式的功率控制裝置，其中脈沖模式是數(shù)字可編程的，以設(shè)置所述直流電壓輸入的電壓幅度、直流電壓輸入的極性、直流電壓輸入的上升和下降時間、直流電壓輸入的寬度和延遲，或其中兩個或更多個的組合中的一個或更多個。

在一些實施方式中，工藝配方被配置為設(shè)置用于脈沖模式的編程，并且編程由控制器通過數(shù)字編程施加到直流到直流轉(zhuǎn)換器。

在一些實施方式中，電壓源和rf發(fā)生器包括由柵極驅(qū)動器和提供的直流電壓輸入驅(qū)動的場效應(yīng)晶體管(fet)。

在一些實施方式中，諧振電路由限定品質(zhì)因數(shù)q的電阻值、電感值和電容值限定，品質(zhì)因數(shù)q為放大的直流電壓信號提供放大(amplification)。

在另一實施方式中，公開了一種使用由直流到直流轉(zhuǎn)換器驅(qū)動的電容耦合等離子體(ccp)室處理襯底的方法。該方法包括提供具有耦合到襯底支撐件的下電極和耦合到地的上電極的室。等離子體處理容積限定在所述上電極和所述下電極之間。該方法還包括基于脈沖模式提供直流(dc)電壓輸入，其中脈沖模式由數(shù)字程序定義。然后，使用直流輸入電壓生成射頻(rf)分量并放大包括rf分量的直流輸入電壓。然后，該方法對rf分量進(jìn)行整流，以產(chǎn)生包括rf分量的放大的直流電壓信號。包括rf分量的放大的直流電壓信號被提供給室的下電極。由數(shù)字程序設(shè)置的脈沖模式定義放大的直流電壓信號的頻率和rf分量的頻率。放大的直流電壓的頻率定義正或負(fù)脈沖，以及正或負(fù)脈沖的脈沖寬度和幅度。

在一些實施方式中，直流電壓輸入的頻率為400khz或更小，并且rf分量的頻率選自rf分量的頻率選自2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz和更高頻率中的一個。當(dāng)襯底被設(shè)置在室的襯底支撐件上時，電容耦合等離子體室用于從襯底蝕刻材料。

在一些實施方式中，該方法還包括提供紋波控制，以在脈沖模式的正脈沖期間動態(tài)地調(diào)整rf分量的幅度。

在一些實施方式中，幅度的動態(tài)調(diào)整發(fā)生在脈沖模式的正脈沖的一個或多個階段期間。

在一些實施方式中，定義所述脈沖模式的數(shù)字程序設(shè)置所述直流電壓輸入的電壓幅度、所述直流電壓輸入的極性、所述直流電壓輸入的上升和下降時間、所述直流電壓輸入的寬度和延遲、或它們中的兩個或更多個的組合中的一個或者多個。

結(jié)合附圖根據(jù)以下詳細(xì)描述，其它方面將變得顯而易見。

本發(fā)明的一些方面可以具體描述如下：

1.一種等離子體處理系統(tǒng)，其包括：

室，其具有耦合到襯底支撐件的下電極和耦合到地的上電極，等離子體處理容積限定在所述上電極和所述下電極之間；

直流(dc)到直流(dc)轉(zhuǎn)換器，其被配置為在輸入處接收直流電壓輸入并且在輸出處提供包括射頻(rf)分量的放大的直流電壓信號，所述直流電壓輸入遵循為數(shù)字可編程的脈沖模式，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的輸出連接到所述室的所述下電極；和

控制器，其與所述直流到直流轉(zhuǎn)換器連接以設(shè)置所述脈沖模式。

2.根據(jù)條款1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述直流到直流轉(zhuǎn)換器包括：

直流電壓源；和

rf發(fā)生器，其由雙極直流電壓源驅(qū)動，所述rf發(fā)生器產(chǎn)生所述rf分量的頻率。

3.根據(jù)條款2所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述直流到直流轉(zhuǎn)換器包括：

諧振電路，其被配置為使所述直流輸入電壓倍增；和

整流器電路，其接收倍增的所述直流輸入電壓和所述rf分量，以產(chǎn)生包括所述rf分量的所述放大的直流電壓信號。

4.根據(jù)條款3所述的等離子體處理系統(tǒng)，還包括：

與所述控制器連接的紋波控制裝置，所述紋波控制裝置被配置為動態(tài)地調(diào)整所述整流器電路以修改所述頻率分量的幅度。

5.根據(jù)條款4所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中，所述整流器電路的動態(tài)調(diào)整使得能夠在所述脈沖模式的每個有源脈沖期間設(shè)置更高或更低的幅度。

6.根據(jù)條款5所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述有源脈沖是所述放大的直流電壓信號的正脈沖或所述放大的直流電壓信號的負(fù)脈沖中的一個。

7.根據(jù)條款1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述rf分量被提供給所述放大的直流電壓信號的正脈沖或所述放大的直流電壓信號的負(fù)脈沖，并且其中在所述放大的直流電壓信號的關(guān)斷脈沖期間不提供rf分量。

8.根據(jù)條款1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述控制器耦合到提供所述脈沖模式的功率控制裝置，其中所述脈沖模式是數(shù)字可編程的，以設(shè)置所述直流電壓輸入的電壓幅度、所述直流電壓輸入的極性、所述直流電壓輸入的上升和下降時間、所述直流電壓輸入的寬度和延遲，或其中兩個或更多個的組合中的一個或更多個。

9.根據(jù)條款1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中，工藝配方被配置為設(shè)置用于所述脈沖模式的編程，所述編程由所述控制器通過數(shù)字編程施加到所述直流到直流轉(zhuǎn)換器。

10.根據(jù)條款2所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電壓源和rf發(fā)生器包括由柵極驅(qū)動器和提供的所述直流電壓輸入驅(qū)動的場效應(yīng)晶體管(fet)。

11.根據(jù)條款3所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述諧振電路由限定品質(zhì)因數(shù)q的電阻值、電感值和電容值限定，所述品質(zhì)因數(shù)q為所述放大的直流電壓信號提供放大。

12.根據(jù)條款3所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述整流器電路限定二極管電橋的至少一部分。

13.根據(jù)條款12所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述二極管電橋的電路響應(yīng)于紋波控制信號是能調(diào)節(jié)的，所述紋波控制信號用于在所述脈沖模式的正脈沖期間調(diào)節(jié)所述頻率分量的幅度。

14.根據(jù)條款9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中對所述脈沖模式的編程定義所述直流電壓輸入的頻率和所述rf分量的頻率。

15.根據(jù)條款14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述直流電壓輸入的頻率小于約1mhz，并且所述rf分量的頻率選自2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz中的一個。

16.根據(jù)條款14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述直流電壓輸入的頻率為400khz或更小，并且所述rf分量的頻率選自2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz中的一個，其中所述室被配置用于在所述下電極與所述上電極之間產(chǎn)生電容耦合等離子體(ccp)源，所述電容耦合等離子體源用于在襯底被設(shè)置于所述室的所述襯底支撐件上時從所述襯底蝕刻材料。

17.根據(jù)條款16所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述直流到直流轉(zhuǎn)換器是連接到所述下電極的多個直流到直流轉(zhuǎn)換器中的一個，其中所述多個直流到直流轉(zhuǎn)換器中的每一個被配置成產(chǎn)生一定量的功率并且所述多個直流到直流轉(zhuǎn)換器被組合以產(chǎn)生來自所述多個直流到直流轉(zhuǎn)換器的功率量的總和。

18.根據(jù)條款16所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述脈沖模式選自以下的其中之一：(i)交替的正脈沖和負(fù)脈沖；(ii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖；(iii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖，其中所述正脈沖和所述負(fù)脈沖的幅度改變；(iv)正脈沖、關(guān)斷時間段和正脈沖；(v)正脈沖、能調(diào)節(jié)的關(guān)斷時間段和另一正脈沖，然后重復(fù)；(vi)重復(fù)的變化寬度的正脈沖或負(fù)脈沖；(vii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定正脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是重復(fù)的具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定正脈沖寬度；(viii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定負(fù)脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是重復(fù)的具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定負(fù)脈沖寬度；或(ix)具有預(yù)定幅度和寬度的正脈沖，隨后是具有預(yù)定幅度和寬度的關(guān)斷時間段或負(fù)脈沖，或(x)以上的兩個或更多個的組合。

19.一種等離子體處理系統(tǒng)，其包括：

室，其具有耦合到襯底支撐件的下電極和耦合到地的上電極，等離子體處理容積限定在所述上電極和所述下電極之間；

第一直流(dc)到直流(dc)轉(zhuǎn)換器，其被配置為在輸入處接收正dc電壓輸入并且在輸出處提供包括射頻(rf)分量的放大的正直流電壓信號，所述正直流電壓輸入遵循數(shù)字可編程的脈沖模式，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的所述輸出連接到所述室的所述下電極；

第二直流(dc)到直流(dc)轉(zhuǎn)換器，其被配置為在輸入處接收負(fù)直流電壓輸入并且在輸出處提供包括射頻(rf)分量的放大的負(fù)直流電壓信號，所述負(fù)直流電壓輸入遵循數(shù)字可編程的脈沖模式，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的所述輸出連接到所述室的所述下電極；

控制器，其與所述第一直流到直流轉(zhuǎn)換器和第二直流到直流轉(zhuǎn)換器連接以設(shè)置所述脈沖模式，其中所述脈沖模式的正脈沖由所述第一直流到直流轉(zhuǎn)換器提供，并且所述脈沖模式的負(fù)脈沖由所述第二直流到直流轉(zhuǎn)換器提供。

20.根據(jù)條款19所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述第一直流到直流轉(zhuǎn)換器和所述第二直流到直流轉(zhuǎn)換器中的每一個包括：

直流電壓源；和

rf發(fā)生器，其由所述直流電壓源驅(qū)動，所述rf發(fā)生器產(chǎn)生所述rf分量的頻率；

諧振電路，其被配置為使所述正直流輸入電壓或所述負(fù)直流輸入電壓倍增；和

整流器電路，其接收所述放大的正直流輸入電壓或負(fù)直流輸入電壓和所述rf分量，以產(chǎn)生包括所述rf分量的所述放大的正直流電壓信號或負(fù)直流電壓信號。

21.根據(jù)條款20所述的等離子體處理系統(tǒng)，還包括：

與所述控制器連接的紋波控制裝置，所述紋波控制裝置被配置為動態(tài)地調(diào)整所述第一直流到直流轉(zhuǎn)換器的整流器電路以修改所述頻率分量的幅度。

22.根據(jù)條款21所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述整流器電路的動態(tài)調(diào)整使得能夠在所述脈沖模式的每個有源脈沖期間設(shè)置更高或更低的幅度。

23.根據(jù)條款19所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述正直流電壓輸入和所述負(fù)直流電壓輸入的頻率為400khz或更小，并且所述rf分量的頻率選自2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz中的一個，其中所述室被配置用于在所述下電極和所述上電極之間產(chǎn)生電容耦合等離子體(ccp)源，所述電容耦合等離子體源用于在襯底被設(shè)置于所述室的所述襯底支撐件上時從所述襯底蝕刻材料。

24.根據(jù)條款19所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述脈沖模式選自以下的其中之一：(i)交替的正脈沖和負(fù)脈沖；(ii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖；(iii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖，其中所述正脈沖和所述負(fù)脈沖的幅度改變；(iv)正脈沖、關(guān)斷時間段和正脈沖；(v)正脈沖、能調(diào)節(jié)的關(guān)斷時間段和另一正脈沖，然后重復(fù)；(vi)重復(fù)的變化寬度的正脈沖或負(fù)脈沖；(vii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定正脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是重復(fù)的具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定正脈沖寬度；(viii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定負(fù)脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是重復(fù)的具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定負(fù)脈沖寬度；或(ix)具有預(yù)定幅度和寬度的正脈沖，隨后是具有預(yù)定幅度和寬度的關(guān)斷時間段或負(fù)脈沖，或(x)以上的兩個或更多個的組合。

25.一種使用由直流到直流轉(zhuǎn)換器驅(qū)動的電容耦合等離子體(ccp)室處理襯底的方法，其包括：

提供具有耦合到襯底支撐件的下電極和耦合到地的上電極的所述室，等離子體處理容積限定在所述上電極和所述下電極之間；

基于脈沖模式提供直流(dc)電壓輸入，所述脈沖模式由數(shù)字程序定義；

使用所述直流輸入電壓產(chǎn)生射頻(rf)分量；

放大包括所述rf分量的所述直流輸入電壓；和

整流所述rf分量以產(chǎn)生包括所述rf分量的放大的直流電壓信號，所述放大的直流電壓信號包括提供給所述室的所述下電極的所述rf分量；

其中由所述數(shù)字程序定義的所述脈沖模式定義所述放大的直流電壓信號的頻率和所述rf分量的頻率，所述放大的直流電壓的所述頻率定義正脈沖或負(fù)脈沖、以及所述正脈沖或負(fù)脈沖的脈沖寬度和幅度。

26.根據(jù)條款25所述的方法，其中所述直流電壓輸入的所述頻率為400khz或更小，并且所述rf分量的所述頻率選自2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz中的一個，所述電容耦合等離子體室用于當(dāng)襯底被設(shè)置在所述室的所述襯底支撐件上時從所述襯底蝕刻材料。

27.根據(jù)條款25所述的方法，還包括：

提供紋波控制以在所述脈沖模式的正脈沖期間動態(tài)地調(diào)整所述rf分量的幅度。

28.根據(jù)條款27所述的方法，其中，所述幅度的動態(tài)調(diào)整發(fā)生在所述脈沖模式的所述正脈沖的一個或多個階段期間。

29.根據(jù)條款25所述的方法，其中定義所述脈沖模式的數(shù)字程序設(shè)置所述直流電壓輸入的電壓幅度、所述直流電壓輸入的極性、所述直流電壓輸入的上升和下降時間、所述直流電壓輸入的寬度和延遲、或它們中的兩個或更多個的組合中的一個或者多個。

30.根據(jù)條款29所述的方法，其中所述脈沖模式選自以下的其中之一：(i)交替的正脈沖和負(fù)脈沖；(ii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖；(iii)正脈沖、關(guān)斷時間段和負(fù)脈沖，其中所述正脈沖和所述負(fù)脈沖的幅度改變；(iv)正脈沖、關(guān)斷時間段和正脈沖；(v)正脈沖、能調(diào)節(jié)的關(guān)斷時間段和另一正脈沖，然后重復(fù)；(vi)重復(fù)的變化寬度的正脈沖或負(fù)脈沖；(vii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定正脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是重復(fù)的具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定正脈沖寬度；(viii)具有預(yù)定脈沖幅度的預(yù)定負(fù)脈沖寬度，隨后是關(guān)斷時間段，然后是具有所述預(yù)定脈沖幅度的所述預(yù)定負(fù)脈沖寬度的重復(fù)；或(ix)具有預(yù)定幅度和寬度的正脈沖，隨后是具有預(yù)定幅度和寬度的關(guān)斷時間段或負(fù)脈沖，或(x)以上的兩個或更多個的組合。

附圖說明

通過結(jié)合附圖參考以下描述，可以最佳地理解實施方式。

圖1a示出了根據(jù)一個實施方式的用于向等離子體室提供脈沖式rf功率的直流到直流轉(zhuǎn)換器的示例。

圖1b示出了根據(jù)一個實施方式的由雙極的直流到直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行的功能操作的示例。

圖1c示出根據(jù)一個實施方式的可以用于為諸如等離子體室之類的負(fù)載供電的直流到直流轉(zhuǎn)換器的一個配置示例。

圖2示出了根據(jù)一個實施方式的提供給控制器以產(chǎn)生脈沖模式的工藝配方的示例。

圖3示出了根據(jù)一個實施方式的其中將工藝配方傳送到控制器并且使用單獨的直流到直流轉(zhuǎn)換器來獨立地供應(yīng)正負(fù)脈沖的示例。

圖4a-4g示出了根據(jù)若干實施方式的幾個示例性脈沖模式(但不限于此)，示出了使用直流到直流轉(zhuǎn)換器數(shù)字地提供脈沖的靈活性。

圖5a-5d示出了根據(jù)工藝配方向由直流到直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的脈沖提供紋波控制以在特定時間向等離子體提供額外電離的示例。

圖6a-6b示出了根據(jù)若干實施方式在向等離子體處理系統(tǒng)傳送功率時使用多個直流到直流轉(zhuǎn)換器(例如轉(zhuǎn)換器陣列)來提供額外的或增加的功率的示例。

圖7示出了另一個實施方式，其中可以經(jīng)由開關(guān)將脈沖功率提供給處理室以到達(dá)下電極或上電極或兩者。

具體實施方式

以下實施方式描述了用于向等離子體處理系統(tǒng)的電極提供脈沖功率的dc/dc功率轉(zhuǎn)換器的方法、裝置、系統(tǒng)和計算機程序。

在一個實施方式中，公開了一種方法，其中將來自直流電源的高電壓以在電壓幅度、極性、上升和下降時間、寬度和延遲方面獨立控制的正脈沖和負(fù)脈沖方式施加到等離子體處理系統(tǒng)。如下所述，提供帶有rf分量紋波的直流脈沖。

在處理等離子體中，有用的是在包含被蝕刻的特征的襯底上進(jìn)行受控的離子轟擊以最終限定正在處理的微電子電路。這涉及通常用于濺射蝕刻非常小的孔和使生長的膜致密化的正離子以及與可能進(jìn)入正被蝕刻的孔并且中和正電荷累積的負(fù)離子兩者。由于等離子體本身和其中包含的正離子和負(fù)離子具有不同的時間尺度(timescale)，因此對于工藝持續(xù)時間和工藝自身內(nèi)，控制用于加速離子的電壓的幅度是有用的。此外，取決于工藝，獨立控制電壓作為脈沖施加的時間和直到下一脈沖的時間延遲是有用的。由于正離子和負(fù)離子的作用不同，因此在所公開的實施方式中具有能獨立地控制正脈沖和負(fù)脈沖的幅度、脈沖寬度和延遲的巨大優(yōu)點。

代替使用通常表示為射頻(rf)發(fā)生器的重復(fù)形式的發(fā)生器，使用直流到直流(dc到dc)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)亞微秒范圍內(nèi)的上升(和下降)時間的脈沖控制。在一個實施方式中，脈沖直流到直流轉(zhuǎn)換器包括功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其獲取dc電壓，將其轉(zhuǎn)換為射頻(rf)并且經(jīng)由諧振電路將其放大為高電壓。然后，通過二極管網(wǎng)絡(luò)將其整流回到直流(dc)。該系統(tǒng)可以是快速脈沖的，并且不具有當(dāng)前用于加速離子的傳統(tǒng)rf發(fā)生器的阻抗難題(例如，其需要復(fù)雜匹配網(wǎng)絡(luò))。

在一個實施方式中，由于直流電壓的上升時間和與二極管網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的紋波相關(guān)，因此附加地提供紋波控制功能。紋波控制功能可以由等離子體處理系統(tǒng)的控制器調(diào)節(jié)，以在直流脈沖的上變化期間(即，正導(dǎo)通周期)增大或減小rf紋波的幅度。在一個實施方式中，rf紋波可以由直流到直流轉(zhuǎn)換器的rf發(fā)生器設(shè)置，其設(shè)置rf分量的頻率。該頻率可以是例如2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz、80mhz或更高，或一些其它有用的頻率。在一個實施方式中，直流脈沖頻率被設(shè)置為小于約1mhz，并且在特定實施方式中，被設(shè)置為約400khz。直流脈沖的較低頻率提供將離子朝向待蝕刻材料定向引出所需的電壓，而rf頻率分量的高頻率用于在蝕刻室的處理容積中離子化等離子體(例如，產(chǎn)生等離子體)。

如上所述，由于可以通過調(diào)整直流到直流轉(zhuǎn)換器的整流器電路的設(shè)置來控制rf分量的rf紋波的幅度，因此可以向等離子體增加額外的電離，從而減少匹配網(wǎng)絡(luò)的問題。如下所述，紋波控制對在每個或選擇正脈沖期間控制rf頻率分量提供了顯著的改進(jìn)。舉例來說，紋波控制可以用于在正脈沖開始時放大紋波的幅度，以增加等離子體的電離。在一些實施方式中，紋波可以成形為在正脈沖的不同相位處限定不同的幅度，其可以基于期望的工藝配方來控制和設(shè)置。

顯而易見，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實施本實施方式。在其他情況下，沒有詳細(xì)描述公知的處理操作，以免不必要地模糊本實施方式。

圖1a示出了根據(jù)一個實施方式的用于向等離子體室120提供脈沖rf功率的直流到直流轉(zhuǎn)換器100的示例。如上所述，直流到直流轉(zhuǎn)換器100由控制器110數(shù)字地控制，這使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在亞微秒范圍內(nèi)的脈沖上升和下降時間。另外，根據(jù)工藝，直流到直流轉(zhuǎn)換器100能夠獨立地控制當(dāng)電壓作為脈沖被施加時的時間，以及直到下一個脈沖的延遲時間。因此，產(chǎn)生的脈沖模式可以被精確地定制設(shè)計，并且能夠快速施加和輸送到等離子體室120的電極。

如本文所述，脈沖模式可以以多種形式、形狀和/或格式編制。舉例來說，脈沖模式可以由之后是負(fù)脈沖的正脈沖限定，然后重復(fù)，直到功率輸送完成。在該示例中，脈沖模式可以具有50％的占空比。然而，因為脈沖模式可以以數(shù)字形式快速控制，因此脈沖模式可以具有無需彼此跟隨的正脈沖和負(fù)脈沖的任何配置。如下所述，可以呈現(xiàn)一些實施方式，其中脈沖模式被數(shù)字編程為僅產(chǎn)生正脈沖，在連續(xù)的正脈沖之間具有關(guān)斷時間段。

在其他實施方式中，正脈沖可以被獨立于負(fù)脈沖地控制。作為示例，編程可以定義脈沖模式，其具有正脈沖，隨后是關(guān)斷時間段，然后是負(fù)脈沖，之后是關(guān)斷時間段，然后重復(fù)。如可以理解的，脈沖模式可以基于工藝配方被動態(tài)控制，并且不像傳統(tǒng)的rf發(fā)生器中的情況那樣鎖定于(fixedto)rf信號的振蕩。另外，脈沖模式可以被編程以產(chǎn)生具有特定電壓幅度、極性、上升和下降時間、寬度和延遲等的脈沖。

回到圖1a，示出了直流到直流轉(zhuǎn)換器100耦合到為功率控制裝置112和紋波控制裝置114提供數(shù)字編程的控制器110。在一個實施方式中，功率控制裝置112被配置為設(shè)置電壓源102和直流到直流轉(zhuǎn)換器100的其它電路的編程。例如，編程可以控制整流器電路108以使能rf部件的正整流和負(fù)整流。電壓源102被配置為提供供應(yīng)給驅(qū)動rf發(fā)生器104的電壓。在一個實施方式中，dc電壓源102被配置為產(chǎn)生dc電壓分量的脈沖模式。

如上所述，該dc電壓分量定義了由控制器110定義并由工藝配方116設(shè)置的期望脈沖模式。在一種配置中，由電壓源102產(chǎn)生的脈沖模式被配置為小于1mhz。在其他具體實施方式中，由電壓源102產(chǎn)生的脈沖模式被配置為小于400khz。在一個實施方式中，rf發(fā)生器104產(chǎn)生由控制器110預(yù)定義的頻率。頻率設(shè)置可以是例如2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz或80mhz或更高。

由電阻元件、電感元件和電容元件限定的諧振電路106可以被調(diào)諧以產(chǎn)生期望的品質(zhì)因數(shù)(q)，該品質(zhì)因數(shù)用于使由電壓源102產(chǎn)生的電壓信號倍增。如圖所示，整流器電路108還被提供為直流到直流轉(zhuǎn)換器100的一部分。整流器電路108由多個二極管(例如，二極管電橋和相關(guān)聯(lián)的布線)構(gòu)成，其被配置為對由rf發(fā)生器104產(chǎn)生的rf信號進(jìn)行整流。由整流器電路108輸出的結(jié)果是包括射頻(rf)分量的放大的dc電壓信號。在一些實施方式中，電壓源102可以是雙極電壓源。

射頻分量是rf紋波，其是由直流到直流轉(zhuǎn)換器100的rf發(fā)生器104提供的rf頻率的整流后的版本。該信號經(jīng)由導(dǎo)電傳輸線128耦合到等離子體室120的下電極122。如圖所示，等離子體室120包括接地的上電極126。該配置是電容耦合等離子體(ccp)室的簡化圖示，其通常用于蝕刻工藝。在最佳配置中，脈沖dc電源的電流和電壓將與等離子體的阻抗匹配，以允許最佳功率傳輸。相同的過程將應(yīng)用于dc脈沖上的rf紋波的最佳傳輸。在一個實施方式中，ccp室可以用于蝕刻襯底124和襯底124的材料或?qū)印Ｗ鳛槭纠?，可以在ccp室中蝕刻的材料可以包括介電材料。

如上所述，通過對ccp室供電產(chǎn)生的處理等離子體對于控制離子轟擊到正在處理的包含微電子電路的襯底上是有用的。這對于用于濺射蝕刻非常小的孔和致密化生長的膜的正離子和可能進(jìn)入被蝕刻的孔并且中和正電荷累積的負(fù)離子都是相關(guān)的。等離子體本身和其中包含的正離子和負(fù)離子具有不同的時間尺度，因此對于工藝持續(xù)時間和在工藝本身內(nèi)，控制用于加速離子的電壓(即，放大的dc電壓信號)的幅度是都有用的。

可編程性進(jìn)一步提供了對施加作為脈沖的電壓的時間和直到下一脈沖(無論是正還是負(fù))的時間延遲的獨立控制。此外，由于正離子和負(fù)離子的作用不同，因此在能夠獨立地控制正脈沖和負(fù)脈沖的幅度、脈沖寬度和延遲方面具有很大的優(yōu)點。

圖1b示出了根據(jù)一個實施方式的由雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'執(zhí)行的功能操作的示例。在另一實施方式中，非雙極性直流到直流轉(zhuǎn)換器100也可以用于執(zhí)行功能。如圖所示，由功率控制裝置112提供電壓輸入180，其由控制器110數(shù)字控制。如上所述，用于在ccp等離子體室120中執(zhí)行特定蝕刻工藝的設(shè)置、編程、脈沖模式和相關(guān)參數(shù)可以由工藝配方116限定。電壓輸入180是與上述脈沖dc電壓相關(guān)聯(lián)的電壓。作為示例，如果工藝配方116確定電壓輸入180應(yīng)該是20v，則除了脈沖模式和與脈沖模式的各個脈沖相關(guān)聯(lián)的特性之外，20v也可以由功率控制裝置112設(shè)置。

電壓輸入180被提供給rf發(fā)生器182，以驅(qū)動產(chǎn)生用于特定工藝配方116的rf頻率的rf發(fā)生器104。如上所述，可以基于工藝配方來定義rf頻率。舉例來說，rf頻率可以是2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz，80mhz或更高。在一些實施方式中，rf頻率可以是在2mhz和80mhz之間的特定頻率，并且不需要與通常使用的特定數(shù)字兆赫頻率相關(guān)。在一些實施方式中，rf頻率可以與常用頻率稍微不同，例如以提供調(diào)諧。

rf發(fā)生器182然后將rf信號提供給電壓倍增器184，電壓倍增器184被配置為將電壓輸入180的幅度乘以品質(zhì)因數(shù)q。在一個實施方式中，并且作為示例，如果品質(zhì)因數(shù)q設(shè)置為100，則將輸入電壓乘以100。再次，該乘積值僅是一個示例，并且將取決于工藝配方116和被調(diào)諧以提供電壓倍增的電路。二極管電橋186用于對由rf發(fā)生器182中的rf發(fā)生器104產(chǎn)生的rf分量進(jìn)行整流。二極管電橋可以由互連以為rf信號提供整流的多個二極管限定。

如已知的，二極管電橋的具體配置可以被定制為提供不同水平的整流和控制。因此，輸出188是包括rf分量的放大的dc電壓信號，rf分量限定了以由倍增的電壓輸入和根據(jù)脈沖模式限定的電壓幅度呈現(xiàn)的rf紋波。為了說明的目的，圖1b示出了可數(shù)字編程的脈沖模式，以限定dc電壓信號的形狀、脈沖、脈沖寬度、幅度、上升時間和全時控制、開通和關(guān)斷時間等。放大的dc電壓信號因此具有由功率控制裝置112限定并由工藝配方116設(shè)置的特定脈沖模式。限定rf紋波的rf分量在由放大的dc電壓信號限定的電壓電平下提供。

連接到等離子體室120的下電極的直流到直流轉(zhuǎn)換器的輸出因此接收由雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'或由非雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100產(chǎn)生的脈沖功率。如上所述，直流到直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制使得能夠精確控制要傳送到等離子體室120的特定脈沖模式。在一個實施方式中，等離子體室是ccp室，其被配置為蝕刻材料，例如半導(dǎo)體晶片124的電介質(zhì)材料。如圖所示，半導(dǎo)體晶片124可放置在耦合到下電極122的襯底支撐件上。

圖1c示出了直流到直流轉(zhuǎn)換器100的一個示例配置，其可以用于為諸如等離子體室120之類的負(fù)載供電。本文提供的電路僅僅是示例性的，并且應(yīng)當(dāng)理解，不同的電路組件可以用于定義直流到直流轉(zhuǎn)換器100的組件。考慮到上述內(nèi)容，電壓源102和rf發(fā)生器104可以包括場效應(yīng)晶體管(fet)202和204。這些fet可以通過柵極驅(qū)動器212和電壓源210驅(qū)動。如圖所示，功率控制裝置112可以用于控制電壓源210和柵極驅(qū)動器212。因此，rf發(fā)生器的電壓源的輸出經(jīng)由rf連接器214連接到諧振電路206。

諧振電路206由多個電路組件(例如電感器l1、l2和l3)和電容器(例如c1、c2和c3)限定。雖然未示出，但諧振電路206還可以包括電阻元件，其可以與電感器和電容器一起調(diào)節(jié)以限定期望的品質(zhì)因數(shù)“q”設(shè)置。在一個實施方式中，電感器l2和l3可以由感應(yīng)線圈限定。例如，諧振電路的左側(cè)和諧振電路的右側(cè)之間的rf功率可以耦合在感應(yīng)線圈l2和l3之間。在其他實施方式中，不使用感應(yīng)線圈，并且諧振電路簡單地使用rlc組件，以限定將dc電壓輸入倍增以產(chǎn)生放大的dc電壓信號的期望的q設(shè)置。諧振電路206被示為通過rf連接器216耦合到整流器電路208。在一個實施方式中，功率控制裝置112還被配置為控制整流器電路208的操作參數(shù)，例如以定義rf分量的正或負(fù)向整流。整流器電路包括多個二極管和電容器c5。整流器電路208的此說明僅為通常用作二極管電橋的許多類型的整流布置的一個實例。整流器電路和二極管電橋是公知的，因此整流器電路208僅作為示例示出。

在一個實施方式中，功率控制裝置112包括脈沖模式設(shè)置控制230。脈沖模式設(shè)置230被配置為定義數(shù)字傳送到直流到直流轉(zhuǎn)換器100(例如，特別是傳送到電源102和整流器208)的脈沖模式。各種控制參數(shù)220可以被編程用于脈沖模式，并且可以經(jīng)由控制器110數(shù)字地設(shè)置。作為示例，這些控制可以包括電壓幅度222、極性控制224、上升和下降時間226、寬度和延遲128，以及其他參數(shù)。這些參數(shù)使得能夠精確地控制傳送到直流到直流轉(zhuǎn)換器100的所得到的脈沖模式。如上所述，工藝配方116用于傳送用于對直流到直流轉(zhuǎn)換器100進(jìn)行數(shù)字編程的期望的脈沖模式，以最佳地進(jìn)行處理室120中的蝕刻工藝。

如上所述，q設(shè)置240還可以由系統(tǒng)控制器110設(shè)置，并且用于調(diào)整諧振電路206的rlc分量，以實現(xiàn)期望的品質(zhì)因數(shù)q。如上所述，品質(zhì)因數(shù)q可以是100，或者是對由電壓源102提供的電壓輸入進(jìn)行倍增所需的任何其他值。紋波控制裝置114還可以由系統(tǒng)控制器110控制，以便設(shè)置紋波圖案設(shè)置242。紋波圖案設(shè)置242被傳送到整流器電路208，以使得能夠調(diào)整由到處理室120的脈沖dc電壓提供的rf分量紋波。

如下面將更詳細(xì)地定義的，紋波模式設(shè)置242提供用于在放大的dc電壓信號的正脈沖期間調(diào)整用于紋波的rf的幅度的附加控制。例如，可期望在正脈沖的初始部分期間增加rf分量中的rf紋波的幅度，以便在正脈沖期間增加等離子體的電離。例如，如果在脈沖模式的正dc脈沖的開始處提供較高幅度的紋波，則認(rèn)為可以提供附加的等離子體離子化以改善用于濺射蝕刻非常小的孔和特征和使生長的膜致密的正離子的生成。在負(fù)脈沖期間，可以提供負(fù)離子，該負(fù)離子可以進(jìn)入孔或特征以便中和任何正電荷累積。下面將更詳細(xì)地描述紋波模式設(shè)置242的附加示例。

盡管提供了關(guān)于直流到直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制的具體描述，但控制器110還可以提供對用于運行等離子體室120的其他設(shè)施、系統(tǒng)等的控制。作為示例，控制器110可以提供指令和控制以實現(xiàn)系統(tǒng)控制244、工藝氣體控制246、設(shè)置控制248和其他功能或設(shè)置。

圖2示出了根據(jù)一個實施方式的提供給控制器110以產(chǎn)生脈沖模式的工藝配方116的示例。在該示例中，控制器110數(shù)字地編程雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'，以便產(chǎn)生具有50％占空比的脈沖模式。作為示例，脈沖模式130包括正脈沖132和負(fù)脈沖134。脈沖模式遵循由工藝配方116限定的dc電壓脈沖模式，并且由控制器110執(zhí)行以數(shù)字編程雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'。如圖所示，正脈沖132和負(fù)脈沖134包括rf紋波，該rf紋波是與放大的dc電壓一起提供的rf分量。然后通過導(dǎo)電通信線路128將脈沖模式130提供給等離子體室130的下電極。如上所述，在最佳配置中，脈沖dc電源的電流和電壓將與等離子體的阻抗匹配以允許最佳功率傳輸。相同的過程將應(yīng)用于dc脈沖上的rf紋波的最佳傳輸。

圖3示出根據(jù)一個實施方式的其中將工藝配方116傳送到控制器并且使用單獨的直流到直流轉(zhuǎn)換器來獨立地供應(yīng)正和負(fù)脈沖的示例。如圖所示，正脈沖直流到直流轉(zhuǎn)換器100a用于產(chǎn)生正脈沖132并產(chǎn)生脈沖模式140。如圖所示，這提供了在每個單獨的正脈沖132之間的關(guān)斷時間段。同時，負(fù)脈沖直流到直流轉(zhuǎn)換器100b用于在正脈沖132的關(guān)斷時間段駐留的間隔提供負(fù)脈沖134。以這種方式，可以發(fā)生如由控制器110控制的同步，以便同步地提供脈沖模式140和脈沖模式142，由此使用兩個單獨的直流到直流轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生脈沖模式，該脈沖模式可以使用雙極的直流到直流轉(zhuǎn)換器100'或非雙極的直流到直流轉(zhuǎn)換器100產(chǎn)生。

在一些實施方式中，將正脈沖產(chǎn)生和負(fù)脈沖產(chǎn)生分開可以簡化直流到直流轉(zhuǎn)換器的操作，并且控制器110可以被配置成控制何時由正或負(fù)直流到直流轉(zhuǎn)換器110a和100b產(chǎn)生脈沖。結(jié)果是脈沖dc電源由導(dǎo)電通信線路128提供到等離子體室120的下電極。

圖4a示出了根據(jù)一個實施方式的大致配置為提供50％占空比的脈沖模式400的示例。在該示例中，在正脈沖期間提供連續(xù)紋波402，并且在負(fù)脈沖期間提供連續(xù)紋波404。如上所述，脈沖寬度、脈沖幅度、上升時間、下降時間和脈沖模式的其它參數(shù)可以根據(jù)工藝配方116由控制器110控制，并且是數(shù)字形式。

圖4b示出了根據(jù)一個實施方式的脈沖模式405的示例，其中正脈沖406和負(fù)脈沖408可以被編程為在不同時間發(fā)生。如圖所示，正脈沖和負(fù)脈沖可以在時間周期t1期間發(fā)生，并且關(guān)斷時間段可以在時間周期t2期間發(fā)生，其將正脈沖406和負(fù)脈沖408分開。同樣，為rf分量的連續(xù)的rf紋波在正脈沖406和負(fù)脈沖408期間提供，如由工藝配方116所定義的。

圖4c示出根據(jù)一個實施方式的隨著正脈沖和負(fù)脈沖變化的脈沖模式410。如圖所示，正脈沖412將在時間段t3期間發(fā)生，而負(fù)脈沖414將在時間段t4期間發(fā)生。在該示例中，時間t3小于時間t4，其提供比正脈沖持續(xù)時間更長的負(fù)脈沖持續(xù)時間。此外，由工藝配方116定義的編程可以定義正脈沖和負(fù)脈沖的持續(xù)時間。因此，可以基于處理需要，使時間t3長于時間t4。

圖4d示出根據(jù)一個實施方式的脈沖模式420的另一示例。在該示例中，示出了正脈沖422a-422d隨時間提供有逐步增加的幅度。負(fù)脈沖424a-424c隨著時間提供有對應(yīng)的逐步增加的幅度?？赡艿氖牵瓤呻S時間升高，然后隨時間降低，以便限定循環(huán)升級或增加或減少的脈沖梯度。例如，可能需要在特定配方步驟或階段期間增加正脈沖的幅度，然后減小其它特定步驟或階段的幅度。再者，由直流到直流轉(zhuǎn)換器提供的控制是對所提供的電壓脈沖以及rf分量紋波的精確和快速的數(shù)字控制。這提供了標(biāo)準(zhǔn)振蕩rf發(fā)生器在物理上不可能的靈活性，其不能提供正脈沖和負(fù)脈沖之間的快速切換，也不能響應(yīng)于由控制器110提供的數(shù)字編程輸入提供準(zhǔn)確的幅度縮放。

圖4e示出了根據(jù)一個實施方式的脈沖模式430的另一示例。在該圖示中，示出了直流到直流轉(zhuǎn)換器可以被編程為簡單地以特定間隔提供正脈沖432。作為示例，每個正脈沖由關(guān)斷時間段分開，關(guān)斷時間段可以是可編程的。正脈沖432的脈沖寬度也可以被編程為更大或更小。圖4f示出了提供脈沖模式440的示例，其使得能夠定制設(shè)置正脈沖442之間的關(guān)斷時間段(例如，延遲)。

圖4g示出了脈沖模式450的示例，其中可以在特定時間提供正脈沖452a-452c，并且與一個或多個負(fù)脈沖454協(xié)調(diào)。提供該示例以說明系統(tǒng)可以數(shù)字地編程負(fù)脈沖或正脈沖出現(xiàn)，而不管在正脈沖和負(fù)脈沖之間是否需要連續(xù)交替。已經(jīng)提供這些示例脈沖模式以說明直流到直流轉(zhuǎn)換器的靈活性，以及用于將功率傳送到處理室120的程序脈沖的快速應(yīng)用。

圖5a示出根據(jù)一個實施方式的已經(jīng)基于紋波控制裝置114調(diào)整的脈沖模式500的示例。在該圖示中，正脈沖502被示為在脈沖的開始處包括較高幅度波動，其可以隨著脈沖繼續(xù)有效而減小。類似的控制可以提供給負(fù)脈沖504。在一些實施方式中，只有正脈沖502由紋波控制裝置114控制，因為正脈沖用于提供濺射蝕刻非常小的孔或特征和/或致密化生長的膜所需的正離子。在圖5b中示出了正脈沖502的放大部分506。例如，紋波控制裝置114可以在正脈沖502的開始相附近精確地提供放大紋波508。在該示例中，正脈沖502的大約前25％包括rf分量的放大紋波?？赡艿氖牵谡}沖期間可以提供更長時間段的附加放大，并且其還可以被放大高達(dá)正脈沖502的100％，如工藝配方116所期望的。如上所述，在正脈沖部分中提供增大的幅度紋波可以用于增加等離子體中的電離。認(rèn)為增加正脈沖中的紋波的幅度將增加等離子體容積中(可能在上電極附近)的電離。在其他配置中，在負(fù)脈沖期間在紋波中提供增大的幅度可以用于增加更接近下電極(例如更接近于襯底的表面)的電離。選擇在何處修改紋波提供了另一控制旋鈕，其可以由工藝工程師用于定義精確控制的工藝配方。

圖5c示出了其中紋波控制裝置114可以被編程為提供正常紋波522之后是放大紋波524并且然后返回到正常紋波526的示例。在該圖示中，示出了紋波控制裝置114可以允許在正脈沖中的哪里可以提供紋波的可編程性。圖5d示出了其中在脈沖的開始處提供正常紋波532并且朝向脈沖的結(jié)束提供到不同電平的放大紋波534和536的示例。再次，工藝配方116可以定義何時和何處紋波控制可以提供增加等離子體的離子化的益處。

圖6a示出了根據(jù)一個實施方式的其中多個雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'可用于向等離子體室120提供額外的功率的系統(tǒng)600。舉例來說，根據(jù)電路的效率和場效應(yīng)晶體管(fet)的功率能力，可以制造雙極型和非雙極型直流到直流轉(zhuǎn)換器以提供不同水平的功率。在一些實施方式中，fet可以是高頻硅氮化鎵(egan)。在一些實施方式中，這些類型的fet能夠高速切換。在一個實施方式中，該切換可以達(dá)到10mhz或更高。如上所述，脈沖上升(和下降)時間可以在微秒和亞微秒范圍內(nèi)控制。關(guān)于eganfet的其它信息，可以參考應(yīng)用，efficientpowerconversioncorporation的由michaelderooij博士、johanstrydom博士于2014年發(fā)表的題為“introducingafamilyofeganfetsformulti-megahertzhardswitchingapplications,”(an015，第1-7頁)，其通過引用并入本文以用于所有目的。這些fet僅僅是示例，并且可以使用來自其他制造商、經(jīng)銷商或供應(yīng)商的不同強度、結(jié)構(gòu)和/或設(shè)計的其他設(shè)備。

在本文所述的一些實施方式中，切換速度優(yōu)選設(shè)置為1mhz或更低，更優(yōu)選設(shè)置為400khz或更低。目前，這些類型的設(shè)備能夠產(chǎn)生約2千瓦(kw)左右的功率，例如2kv和1amp。在一些實施方案中，供應(yīng)ccp室(例如處理室120)所需的功率量可在8kw到約10kw左右。在一些實施方式中，直流到直流轉(zhuǎn)換器可以被設(shè)計為產(chǎn)生高得多的功率，例如高達(dá)50kw和更高。還可以根據(jù)目標(biāo)處理室的設(shè)計和配方要求來設(shè)計具有更高功率產(chǎn)生能力的直流到直流轉(zhuǎn)換器。例如，可以從組合裝置的陣列定義直流到直流轉(zhuǎn)換器，以便產(chǎn)生更高的總功率輸出。這些實施方式可以例如使得能夠?qū)崿F(xiàn)多個直流到直流轉(zhuǎn)換器的組合，每個能提供將經(jīng)由組合器電路602提供的2kw、4kw、10kw等等。然后可以將功率輸出經(jīng)由導(dǎo)體128提供給下電極或者提供給下電極和上電極兩者，如下面參考圖7所描述的。組合器電路602可以被配置為使由直流到直流轉(zhuǎn)換器中的每一個提供的頻率同步，直流到直流轉(zhuǎn)換器也耦合到控制器110。

在一些實施方式中，組合器電路602可以用于調(diào)整雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100的輸出之間的相位，以便提供具有放大的功率輸出的同步脈沖模式。在該示例性實施方式中，通過組合四個2kw的雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100來產(chǎn)生8kw的功率，以便向等離子體室120提供功率，以對形成在襯底上的材料執(zhí)行ccp蝕刻操作。在一些實施方式中，隨著功率生成的增多并且在雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100的電路中的能力改進(jìn)，可以使用更少的雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100。非限制性地，因為雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100是數(shù)字可編程和控制的數(shù)字組件，所以單獨的雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100可以設(shè)置在印刷電路板(pcb)上，其尺寸范圍可以為大約3英寸乘6英寸(例如，一張或多張卡)。

pcb的尺寸可以根據(jù)設(shè)計的形狀因數(shù)(formfactor)和電路的致密化而變化。例如，pcb的尺寸可以小于或大于上述示例尺寸。給定小的形狀因數(shù)，組合多個雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100'的多個pcb卡仍然提供比通常占據(jù)更大容積的傳統(tǒng)rf發(fā)生器明顯更小的尺寸。作為另一個優(yōu)點，與雙極直流到直流轉(zhuǎn)換器100相關(guān)聯(lián)的電路比傳統(tǒng)rf發(fā)生器明顯更有效。例如，與典型的rf發(fā)生器相比，直流到直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量更少，這減少了對復(fù)雜的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施、更大的占地面積等的需要。直流到直流轉(zhuǎn)換器的可編程特性還提供了顯著的簡化和靈活性來定義期望的脈沖配置，這在使用傳統(tǒng)的rf發(fā)生器時是不可能的。

圖6b示出了系統(tǒng)620的另一示例，其中直流到直流轉(zhuǎn)換器100a用于提供正脈沖，并且直流到直流轉(zhuǎn)換器100b用于提供負(fù)脈沖。該示例示出了針對正脈沖和負(fù)脈沖中的每一個的多個直流到直流轉(zhuǎn)換器的組合，以便增加供應(yīng)正脈沖和負(fù)脈沖所需的產(chǎn)生功率。組合器電路622和624類似地用作組合器電路602。在一些實施方式中，可以向正脈沖提供額外的功率，例如，提供數(shù)量比用于負(fù)脈沖的直流到直流轉(zhuǎn)換器卡的數(shù)量更多的直流到直流轉(zhuǎn)換器卡。反之也可。同樣，系統(tǒng)的配置將取決于工藝配方116，該工藝配方116控制控制器110如何與直流到直流轉(zhuǎn)換器通信。如上所述，控制器與限定脈沖模式的功率控制裝置112、以及紋波控制裝置114，紋波控制裝置114可以被提供為在特定脈沖期間調(diào)整紋波的幅度，如上所述。

圖7示出了另一個實施方式，其中可以向處理室120提供脈沖功率到下電極或者上電極或兩者。在一些配置中，可以經(jīng)由開關(guān)740向下電極提供所有脈沖功率，并且上電極類似地經(jīng)由開關(guān)740連接到地?？刂破?10被配置為對開關(guān)740進(jìn)行編程，以便控制哪個電極(即，上電極和/或下電極)接收功率。在一些配置中，脈沖模式710的正脈沖732可以經(jīng)由傳輸線128提供給下電極，如開關(guān)740和控制器110所設(shè)置的，而上電極接地。在負(fù)脈沖734期間，脈沖功率可以經(jīng)由傳輸線728傳輸?shù)缴想姌O，而下電極接地。在其它實施方式中，開關(guān)740可能從每個脈沖(正和負(fù))向上電極和下電極提供一定量的功率。因此，根據(jù)需要，通過動態(tài)控制傳遞到上電極和下電極中的任一個的功率的比例，以提高工藝效率。

開關(guān)740因此是可編程開關(guān)，其可經(jīng)由傳輸線128和728向上電極和/或下電極輸出功率。在一個實施方式中，開關(guān)740可包括電子部件和/或機械部件。在一些器件中，開關(guān)740可以具有接地的內(nèi)部連接，以實現(xiàn)上電極或下電極與地的連接。因此，開關(guān)740可以根據(jù)脈沖(正或負(fù))、周期或工藝步驟和/或監(jiān)控的蝕刻條件而使上電極或下電極接地。

廣義地說，脈沖dc產(chǎn)生包括功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其獲取dc電壓，將其轉(zhuǎn)換為射頻，并且經(jīng)由諧振電路將其放大到高電壓，然后經(jīng)由二極管網(wǎng)絡(luò)將其整流回到dc。該系統(tǒng)可以是快速脈沖的，并且不具有目前用于加速離子的傳統(tǒng)射頻發(fā)生器的阻抗復(fù)雜性。

關(guān)于利用具有變化的電壓范圍的變換器的實現(xiàn)的信息，可以參考由jingyinghu等人于2012年1月在ieeetransactionsonpowerelectronics(vol.27,no.1,pp.189-200)出版的題為“high-frequencyresonantsepicconverterwithawideinputandoutputvoltageranges”的論文，其通過引用并入本文以用于所有目的。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述示例的一部分。這樣的系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理設(shè)備，半導(dǎo)體處理設(shè)備包括一個或多個處理工具、一個或多個室、用于處理的一個或多個平臺、和/或特定處理部件(晶片基座、氣體流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于在半導(dǎo)體晶片或襯底的處理之前、期間和之后控制它們的操作的電子器件集成。電子器件可以被稱為“控制器110”，其可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種部件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括工藝氣體的輸送、溫度設(shè)置(例如加熱和/或冷卻)、壓強設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(rf)發(fā)生器設(shè)置、rf匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流率設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置和操作設(shè)置、進(jìn)出工具和其他輸送工具和/或連接到特定系統(tǒng)或與特定系統(tǒng)接口的裝載鎖的晶片輸送。

概括地說，控制器可以定義為電子器件，電子器件具有接收指令、發(fā)出指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點測量等的各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器(dsp)、定義為專用集成電路(asic)的芯片、和/或一個或多個微處理器、或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設(shè)置(或程序文件)的形式輸送到控制器的指令，單獨設(shè)置(或程序文件)定義用于在半導(dǎo)體晶片上或針對半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定工藝的操作參數(shù)。在一些實施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的配方的一部分，以在晶片的一或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯的制造期間完成一個或多個處理步驟。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦合到系統(tǒng)、以其它方式聯(lián)網(wǎng)到系統(tǒng)或其組合的計算機的一部分或耦合到該計算機。例如，控制器可以在“云”中或在晶片廠(fab)主機系統(tǒng)的全部或一部分中，其可以允許對晶片處理的遠(yuǎn)程訪問。計算機可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問以監(jiān)視制造操作的當(dāng)前進(jìn)展、檢查過去制造操作的歷史、從多個制造操作研究趨勢或性能度量，以改變當(dāng)前處理的參數(shù)、設(shè)置要跟隨當(dāng)前處理的處理步驟、或者開始新的處理。在一些示例中，遠(yuǎn)程計算機(例如服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)(其可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng))向系統(tǒng)提供工藝配方。遠(yuǎn)程計算機可以包括使得能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，然后將該參數(shù)和/或設(shè)置從遠(yuǎn)程計算機輸送到系統(tǒng)。在一些示例中，控制器接收數(shù)據(jù)形式的指令，其指定在一個或多個操作期間要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以特定于要執(zhí)行的工藝的類型和工具的類型，控制器被配置為與該工具接口或控制該工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通過包括聯(lián)網(wǎng)在一起并朝著共同目的(例如本文所述的工藝和控制)工作的一個或多個離散控制器而呈分布式。用于這種目的的分布式控制器的示例會是在與遠(yuǎn)程(例如在平臺級或作為遠(yuǎn)程計算機的一部分)定位的一個或多個集成電路通信的室上的一個或多個集成電路，其組合以控制在室上的工藝。

示例系統(tǒng)可以包括但不限于等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)漂洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(pvd)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(cvd)室或模塊、原子層沉積(ald)室或模塊、原子層蝕刻(ale)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及可以與半導(dǎo)體晶片的制造和/或制備相關(guān)聯(lián)或用于半導(dǎo)體晶片的制造和/或制備的任何其它半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)將由工具執(zhí)行的一個或多個處理步驟，控制器可以與一個或多個其他工具電路或模塊、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相鄰工具、鄰近工具、位于整個工廠中的工具、主計算機、另一控制器、或在將晶片容器往返半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口運輸?shù)牟牧线\輸中使用的工具通信。

考慮到上述實施方式，應(yīng)當(dāng)理解，實施方式可以采用涉及存儲在計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的各種計算機實現(xiàn)的操作。這些操作是需要物理量的物理操縱的操作。本文描述的構(gòu)成實施方式的一部分的任何操作是有用的機器操作。實施方式還涉及用于執(zhí)行這些操作的設(shè)備或裝置。該裝置可以是為了所需目的而專門構(gòu)造的，例如專用計算機。當(dāng)被定義為專用計算機時，計算機還可以執(zhí)行其它處理、程序執(zhí)行或例程，這些處理、程序執(zhí)行或例程不是專用目的的一部分，而仍然能夠為專用目的操作?；蛘?，操作可由通過存儲在計算機存儲器、高速緩存中或通過網(wǎng)絡(luò)獲得的一個或多個計算機程序選擇性地激活或配置的通用計算機來處理。當(dāng)通過網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)可以由網(wǎng)絡(luò)(例如計算資源的云)上的其他計算機處理。

一個或多個實施方式還可以被制造為計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀代碼。計算機可讀介質(zhì)是可以存儲數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其隨后可以由計算機系統(tǒng)讀取。計算機可讀介質(zhì)的示例包括硬盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)附加存儲器(nas)、只讀存儲器、隨機存取存儲器、cd-rom、cd-r、cd-rw、磁帶和其他光學(xué)和非光學(xué)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。計算機可讀介質(zhì)可以包括分布在網(wǎng)絡(luò)耦合的計算機系統(tǒng)上的計算機可讀有形介質(zhì)，使得計算機可讀代碼以分布式方式存儲和執(zhí)行。

雖然以特定順序描述了方法操作，但應(yīng)當(dāng)理解，可以在操作之間執(zhí)行其他內(nèi)務(wù)操作，或者可以調(diào)整操作使得它們在稍微不同的時間發(fā)生，或者可以分布在允許以與處理相關(guān)聯(lián)的各種間隔發(fā)生處理操作的系統(tǒng)中，只要是以期望的方式執(zhí)行覆蓋操作的處理。

雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述實施方式，但是顯而易見的是，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實施某些改變和修改。因此，本實施方式被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，并且實施方式不限于本文給出的細(xì)節(jié)，而是可以在其權(quán)利要求的范圍和等同方案內(nèi)進(jìn)行修改。