本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01280057405.8、申請(qǐng)日為2012年11月21日、發(fā)明名稱(chēng)為“用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本文所描述的各種實(shí)施方式涉及用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

將等離子體激發(fā)場(chǎng)施加到真空室的區(qū)域以等離子體處理工件是已知的。通常通過(guò)該室中的一對(duì)上下電極或者該室中的一個(gè)電極和位于該室外部的線(xiàn)圈將等離子體激發(fā)場(chǎng)供應(yīng)到該區(qū)域。處理區(qū)域形成在上電極和下電極之間。處理區(qū)域耦合到被所述場(chǎng)轉(zhuǎn)變成處理等離子體的氣體。工件通常是半導(dǎo)體晶片，或者介電板，而等離子體被用于在工件上形成集成電路特征。真空室中的等離子體通常干法蝕刻工件，但在一些情況下會(huì)導(dǎo)致材料沉積在工件上。

隨著工件的尺寸持續(xù)增大且隨著處理區(qū)域的尺寸持續(xù)增大，對(duì)等離子體處理工件的各種參數(shù)的精確控制的需求增大。

在該背景下提出了本公開(kāi)的各種實(shí)施方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

隨著等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的等離子體室內(nèi)的工件和/或處理區(qū)域的尺寸增大，控制等離子體邊緣區(qū)域的等離子體變得重要。在一實(shí)施方式中，等離子體邊緣區(qū)域形成在等離子體產(chǎn)生裝置的上電極延伸部和等離子體產(chǎn)生裝置的下電極延伸部之間。對(duì)等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體的這種控制通過(guò)控制施加到等離子體邊緣區(qū)域的rf信號(hào)的電壓幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)。等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度利用對(duì)該rf信號(hào)的電壓幅度的控制進(jìn)行控制。

提供了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)，其包括：用于產(chǎn)生電場(chǎng)的上電極；用于產(chǎn)生所述電場(chǎng)的下電極；圍繞所述上電極的一部分的一或多個(gè)上絕緣環(huán)；圍繞所述下電極的一部分的下絕緣環(huán)；圍繞所述一或多個(gè)上絕緣環(huán)的一部分的上電極延伸部；圍繞所述下絕緣環(huán)的一部分的下電極延伸部，其中等離子體中心區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極和所述下電極之間，其中所述等離子體邊緣區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極延伸部和所述下電極延伸部之間；以及控制電路，其具有有源元件，該有源元件與所述上電極延伸部耦合，其中所述有源元件被配置為產(chǎn)生施加到所述上電極延伸部的第一射頻信號(hào)。

其中所述有源元件為射頻源，該射頻源經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極延伸部，其中所述上電極接地。

其中所述有源元件為射頻源，該射頻源經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)和耦合耦合到所述上電極延伸部，其中所述上電極接地，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第二射頻信號(hào)同相。

其中所述匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為將所述射頻源的阻抗與所述上電極延伸部和等離子體的阻抗匹配。

其中所述有源元件是第一射頻源。

其中所述控制電路包括第二射頻源，所述第二射頻源用于提供第二射頻信號(hào)至所述上電極，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第三射頻信號(hào)同相。

其中所述第一射頻源經(jīng)由第一匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極延伸部，其中所述第二射頻源經(jīng)由第二匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極。

其中所述第一匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為將所述第一射頻源的阻抗與所述上電極延伸部和等離子體的阻抗匹配，其中所述第二匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為將所述第二射頻源的阻抗與氣體分配板、上電極和等離子體的阻抗匹配。

其中所述有源元件包括耦合到所述上電極延伸部和所述上電極的射頻源，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第二射頻信號(hào)同相。

其中所述射頻源經(jīng)由第一電壓控制電路耦合到所述上電極延伸部，并且經(jīng)由第二電壓控制電路耦合到所述上電極。

其中所述第一電壓控制電路為可變電容器，其中所述第二電壓控制電路為可變電容器。

還提供了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)，其包括用于產(chǎn)生施加到上電極延伸部的射頻信號(hào)的控制電路，所述上電極延伸部不是等離子體室的上電極，所述等離子體邊緣區(qū)域形成在所述等離子體室的所述上電極延伸部和下電極延伸部之間，所述控制電路包括耦合到所述上電極延伸部的有源元件。

其中所述有源元件為射頻源，該射頻源經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極延伸部以經(jīng)由該匹配網(wǎng)絡(luò)向所述上電極延伸部提供第一射頻信號(hào)，其中所述上電極接地，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第二射頻信號(hào)同相。

其中所述有源元件為第一射頻源，其中所述控制電路包括第二射頻源，所述第二射頻源被配置為提供第二射頻信號(hào)至所述上電極，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第三射頻信號(hào)同相。

其中所述第一射頻源經(jīng)由第一匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極延伸部，其中所述第二射頻源經(jīng)由第二匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極。

其中所述有源元件包括耦合到所述上電極延伸部和所述上電極的射頻源，其中所述射頻源經(jīng)由第一電壓控制電路耦合到所述上電極延伸部，并且經(jīng)由所述第二電壓控制電路耦合到所述上電極，其中所述射頻源被配置為經(jīng)由所述第一電壓控制電路向所述上電極延伸部提供第一射頻，其中所述第一電壓控制電路為可變電容器，其中所述第二電壓控制電路為可變電容器，其中所述第一射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的第二射頻信號(hào)同相。

還提供了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的方法，其包括：通過(guò)上電極延伸部接收與等離子體邊緣區(qū)域的耦合，所述等離子體邊緣區(qū)域位于等離子體區(qū)域內(nèi)，所述等離子體邊緣區(qū)域位于上電極延伸部和下電極延伸部之間，所述等離子體區(qū)域包括等離子體中心區(qū)域，所述等離子體中心區(qū)域形成在上電極和下電極之間；以及產(chǎn)生射頻信號(hào)；以及將所述射頻信號(hào)施加到所述上電極延伸部，其中施加所述射頻信號(hào)包括施加由有源元件產(chǎn)生的射頻信號(hào)。

其中所述有源元件為射頻源，該射頻源經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到所述上電極延伸部，其中所述上電極接地，其中由所述射頻源施加到所述上電極延伸部的所述射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的射頻信號(hào)同相。

該方法還包括：施加另一射頻信號(hào)至所述上電極，其中所述另一射頻信號(hào)由另一有源元件產(chǎn)生，其中所述有源元件經(jīng)由第一匹配網(wǎng)絡(luò)與所述上電極延伸部耦合，其中所述另一有源元件經(jīng)由第二匹配網(wǎng)絡(luò)與所述上電極耦合，其中由所述有源元件施加至所述上電極延伸部的所述射頻信號(hào)與施加至所述下電極延伸部的射頻信號(hào)同相。

其中所述有源元件包括與所述上電極延伸部和所述上電極耦合的射頻源，其中所述射頻源經(jīng)由第一電壓控制電路耦合到所述上電極延伸部，并且經(jīng)由所述第二電壓控制電路耦合到所述上電極，其中所述第一電壓控制電路為可變電容器，其中所述第二電壓控制電路為可變電容器，其中由所述射頻源施加至所述上電極延伸部的所述射頻信號(hào)與施加到所述下電極延伸部的射頻信號(hào)同相。

在一實(shí)施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電場(chǎng)的上電極和用于產(chǎn)生所述電場(chǎng)的下電極。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括圍繞所述上電極的一部分的一或多個(gè)上絕緣環(huán)以及圍繞所述下電極的一部分的下絕緣環(huán)。該系統(tǒng)還包括圍繞所述一或多個(gè)上絕緣環(huán)的一部分的上電極延伸部以及圍繞所述下絕緣環(huán)的一部分的下電極延伸部。等離子體中心區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極和所述下電極之間。此外，所述等離子體邊緣區(qū)域的至少一部分形成在所述上電極延伸部和所述下電極延伸部之間。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生施加到所述上電極延伸部的第一射頻信號(hào)的控制電路。在一些實(shí)施方式中，所述等離子體邊緣區(qū)域位于工件的周界之外，該工件的一部分在所述等離子體中心區(qū)域中。

在一些實(shí)施方式中，當(dāng)所述上電極延伸部與所述控制電路的無(wú)源元件耦合時(shí)，所述上電極與接地裝置耦合。此外，在所述上電極延伸部與所述控制電路的某有源元件或另一有源元件耦合時(shí)，所述上電極與所述控制電路的所述某有源元件耦合。

在另一實(shí)施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生施加到上電極延伸部的第一射頻信號(hào)的控制電路。所述上電極延伸部不是(otherthan)等離子體室的上電極。所述等離子體邊緣區(qū)域形成在所述等離子體室的所述上電極延伸部和下電極延伸部之間。

在各種實(shí)施方式中，所述控制電路包括有源元件或無(wú)源元件。所述無(wú)源元件在所述上電極與接地裝置耦合時(shí)與所述上電極延伸部耦合。此外，所述有源元件在其與所述上電極延伸部耦合時(shí)或在不同的有源元件與所述上電極延伸部耦合時(shí)與所述上電極耦合。

在一些實(shí)施方式中，描述了一種用于控制等離子體邊緣區(qū)域的方法。該方法包括通過(guò)上電極延伸部接收與等離子體邊緣區(qū)域的耦合(coupling)。所述等離子體邊緣區(qū)域位于等離子體區(qū)域內(nèi)。所述等離子體邊緣區(qū)域位于上電極延伸部和下電極延伸部之間。所述等離子體區(qū)域包括形成在上電極和下電極之間的等離子體中心區(qū)域。該方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生射頻信號(hào)并將所述射頻信號(hào)施加到所述上電極延伸部。所述射頻信號(hào)的施加包括施加從有源元件在所述上電極從相同的該有源元件或者不同的有源元件接收功率時(shí)產(chǎn)生的射頻信號(hào)。此外，當(dāng)所述上電極與接地裝置耦合時(shí)，所述射頻信號(hào)的施加包括施加受無(wú)源元件控制的射頻信號(hào)。

從接下來(lái)的附圖，結(jié)合附隨的詳細(xì)描述，本文所描述的系統(tǒng)和各種方法的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1a是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)的一部分的視圖。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的其余部分的視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的用于控制rf信號(hào)的電壓的系統(tǒng)的俯視圖，該rf信號(hào)提供到等離子體的部分的頂鞘。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1的系統(tǒng)的包括控制電路的部分的全貌圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖示在類(lèi)似于上電極延伸部和下電極延伸部的電極處接收的rf信號(hào)之間的鎖相和所述rf信號(hào)的相位的相位差以及圖示在電容有所改變的頂鞘處接收的rf信號(hào)的電壓幅度的變化的不同圖形。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖示當(dāng)施加到上電極延伸部和下電極延伸部的rf信號(hào)同相時(shí)上電極延伸部和下電極延伸部之間的電子的運(yùn)動(dòng)的不同圖形。

具體實(shí)施方式

在接下來(lái)的描述中，許多具體細(xì)節(jié)被闡述以便提供對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的透徹理解。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的一些實(shí)施方式可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些的情況下實(shí)施。另一方面，已知的工藝操作和實(shí)施細(xì)節(jié)沒(méi)有被詳細(xì)描述以免不必要地模糊本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1a是用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)102的一部分的實(shí)施方式的視圖而圖1b是系統(tǒng)102的其余部分的實(shí)施方式的視圖。如圖1b中所示，氣體源103包括流過(guò)上電極組件105(見(jiàn)圖1a)中的一或多個(gè)開(kāi)口到包括等離子體中心區(qū)域和等離子體邊緣區(qū)域的等離子體區(qū)域中的一或多種氣體。在一實(shí)施方式中，c-罩125的內(nèi)壁164形成等離子體區(qū)域的邊緣以將等離子體約束在等離子體區(qū)域內(nèi)。c-罩125由半導(dǎo)體制成且電接地。氣體的示例包括氫氣、氮?dú)?、氧氣、氨氣、三氟化氮?dú)怏w以及氟化銨氣體。應(yīng)當(dāng)注意，“接地”或“與接地電壓耦合”在本文中可交換使用。此外，接地電壓是零電壓或非零參考電壓。而且，在一些實(shí)施方式中，“與……耦合”表示與……電耦合。

上電極組件105包括氣體分配板101、上電極104、第一層119和第二層121。在各種實(shí)施方式中，第一層119是介電層，比如由氮化鋁或其它介電材料制成的層。第一層119位于氣體分配板101和第二層121之間。在一些實(shí)施方式中，上電極組件105包括任意數(shù)量的層。在一實(shí)施方式中，上電極組件105排除了第二層121。在一實(shí)施方式中，上電極104由諸如硅或碳化硅之類(lèi)的半導(dǎo)體制成。在一實(shí)施方式中，第二層121是加熱器，由金屬制成，通過(guò)施加傳導(dǎo)經(jīng)由第一層119和氣體分配板101加熱上電極104。在一些實(shí)施方式中，第二層121接收來(lái)自ac電源(未圖示)的交流電(ac)或來(lái)自dc電源(未圖示)的直流電(dc)以產(chǎn)生熱。此外，第二層121接地以提供來(lái)控制上電極104的溫度。加熱器和氣體分配板的各種實(shí)施方式在美國(guó)專(zhuān)利no.7,712,434中進(jìn)行了描述，該專(zhuān)利在此通過(guò)參考整體并入。

工件93，比如晶片襯底，被置于下電極108的頂上。在一實(shí)施方式中，工件93具有大于下電極108的直徑的直徑。在一些實(shí)施方式中，工件93具有小于或等于下電極108的直徑的直徑。在一實(shí)施方式中，工件93包括涂在晶片襯底上的介電層，且該介電層的一部分被等離子體蝕刻掉。在一些實(shí)施方式中，材料層通過(guò)等離子體被沉積在工件93上。在各種實(shí)施方式中，工件93包括晶片以及該晶片中和/或該晶片上所構(gòu)建的一或多個(gè)微電子器件。

參考圖1b，控制器107控制一或多個(gè)射頻(rf)源128、130和132以發(fā)送一或多個(gè)rf信號(hào)給組合器134。此處所使用的控制器是處理器和存儲(chǔ)設(shè)備的組合。在一些實(shí)施方式中，處理器是微處理器、中央處理器(cpu)、專(zhuān)用集成電路(asic)、或者可編程邏輯器件(pld)。存儲(chǔ)設(shè)備包括只讀存儲(chǔ)器(rom)、隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器(ram)、或者它們的組合。注意，rf信號(hào)是電壓信號(hào)或電流信號(hào)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖1b中示出了三個(gè)rf源，但在一些實(shí)施方式中，可使用任意數(shù)量的rf源。

在一實(shí)施方式中，控制器107發(fā)送信號(hào)給rf源以指示rf源的操作的頻率和/或電壓幅度。rf源的操作的頻率確定由rf源產(chǎn)生的信號(hào)的頻率，而rf源的操作的電壓幅度確定rf源的電壓幅度。在一些實(shí)施方式中，rf源是rf振蕩器。

繼續(xù)參考圖1b，組合器134組合由rf源128、130和132中的一或多個(gè)產(chǎn)生的rf信號(hào)以產(chǎn)生組合rf信號(hào)110。在一實(shí)施方式中，組合器134合計(jì)rf信號(hào)109、111和113中的一或多個(gè)以產(chǎn)生組合rf信號(hào)110。組合器134的進(jìn)一步討論在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布2005/0264218中提供，該申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)參考整體并入。rf信號(hào)109由rf源128產(chǎn)生，rf信號(hào)111由rf源130產(chǎn)生，而rf信號(hào)113由rf源132產(chǎn)生。在一實(shí)施方式中，rf信號(hào)109具有2兆赫茲(mhz)的頻率，rf信號(hào)111具有27mhz的頻率，而rf信號(hào)113具有60mhz的頻率。在一些實(shí)施方式中，rf信號(hào)109具有約2mhz的頻率，rf信號(hào)111具有約27mhz的頻率，而rf信號(hào)113具有約60mhz的頻率。

組合rf信號(hào)110由組合器134提供給圖1a中所示的下電極108。在一些實(shí)施方式中，另一組合rf信號(hào)由組合器134經(jīng)由氣體分配板101提供給上電極104。其它組合rf信號(hào)是rf信號(hào)128、130和132中的一或多個(gè)的組合。在一實(shí)施方式中，上電極104與接地電壓耦合。

將組合rf信號(hào)110提供給下電極108和將接地電壓或其它組合rf信號(hào)提供給上電極104導(dǎo)致下電極108和上電極104之間的電場(chǎng)106的產(chǎn)生。

此外，在一實(shí)施方式中，如圖1b中所示，控制器107發(fā)送信號(hào)以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)123?；诮邮赵撔盘?hào)，馬達(dá)123運(yùn)轉(zhuǎn)以移動(dòng)下電極108從而改變等離子體中心區(qū)域的容積。在一些實(shí)施方式中，工件93的至少一部分位于等離子體中心區(qū)域內(nèi)。

參考圖1a，在一些實(shí)施方式中，一或多個(gè)絕緣環(huán)112圍繞上電極組件105的一部分，比如外圍，以使上電極組件105與上電極延伸部組件129絕緣。在一實(shí)施方式中，上電極延伸部組件129圍繞一或多個(gè)絕緣環(huán)112的一部分，比如外圍。

上電極延伸部組件129包括上電極延伸部116、第一層131和第二層133。在一些實(shí)施方式中，上電極延伸部組件129包括任意數(shù)量的層。在一實(shí)施方式中，上電極延伸部116由半導(dǎo)體制成。在一些實(shí)施方式中，第一層131由諸如石英或氮化鋁之類(lèi)的電介質(zhì)制成。在一實(shí)施方式中，第二層133是與ac電源(未圖示)或dc電源(未圖示)耦合且接地以控制熱度的加熱器。從第二層133產(chǎn)生的熱被提供給上電極延伸部116。在若干實(shí)施方式中，上電極延伸部組件129排除了第二層133。

在一些實(shí)施方式中，一或多個(gè)絕緣環(huán)97圍繞上電極延伸部組件129的一部分。在一實(shí)施方式中，金屬層99圍繞一或多個(gè)絕緣環(huán)97的一部分。金屬層137覆蓋一或多個(gè)絕緣環(huán)97a、金屬層99、上電極組件129、絕緣環(huán)112以及上電極組件105。在一些實(shí)施方式中，金屬層137接地。

此外，一或多個(gè)rf耦合環(huán)114圍繞下電極108的一部分以使下電極108與由半導(dǎo)體制成的下電極延伸部118絕緣。一或多個(gè)耦合環(huán)114由絕緣材料制成。在一實(shí)施方式中，下電極延伸部118圍繞絕緣環(huán)114的一部分。

在一些實(shí)施方式中，下電極延伸部118具有面向等離子體邊緣區(qū)域的等于或小于下電極108的表面積的表面積以幫助擁有自工件93上的等離子體入射的適量的離子能量。在該實(shí)施方式中，下電極108的表面積是面向等離子體中心區(qū)域的表面的面積。在其它實(shí)施方式中，下電極延伸部118具有面向等離子體邊緣區(qū)域的大于下電極108的表面積的表面積。在這些實(shí)施方式中，下電極108的表面積是面向等離子體中心區(qū)域的表面的面積。

等離子體處理真空室141的側(cè)壁139是涂有電介質(zhì)的金屬層。例如，側(cè)壁139的內(nèi)表面由電介質(zhì)制成而側(cè)壁139的外表面由金屬制成。側(cè)壁139的內(nèi)表面面向區(qū)域147而側(cè)壁139的外表面面向與內(nèi)表面面向的方向相反的方向。

在各種實(shí)施方式中，等離子體區(qū)域由c-罩125、一或多個(gè)絕緣環(huán)97、上電極延伸部116、一或多個(gè)絕緣環(huán)112、上電極組件105、絕緣環(huán)89、下電極延伸部118和下電極108約束。在一實(shí)施方式中，絕緣環(huán)89覆蓋諸如石英之類(lèi)的絕緣體149的一部分。在一實(shí)施方式中，下電極延伸部118經(jīng)由一或多個(gè)耦合環(huán)114從下電極108接收功率。

等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的一部分具有頂鞘173和底鞘175。等離子體中心區(qū)域是等離子體區(qū)域中非等離子體邊緣區(qū)域的其余區(qū)域。頂鞘173代表等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的上邊界，且該上邊界鄰近上電極延伸部116。此外，底鞘175代表等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的下邊界，且該下邊界鄰近下電極延伸部118。頂鞘173和底鞘175的電位由工藝參數(shù)限定，所述工藝參數(shù)如等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的壓強(qiáng)、等離子體的等離子體密度、所施加的rf電壓，等等。處理真空室141的接地殼體143通過(guò)絕緣環(huán)95與下電極108隔開(kāi)。

等離子體區(qū)域中的任何中性氣體穿過(guò)c-罩125中的槽145逸出到處理真空室141的在側(cè)壁139和c-罩125之間的區(qū)域147，并由真空泵151從區(qū)域147抽送穿過(guò)槽145。在一實(shí)施方式中，絕緣體149位于接地殼體143和下電極延伸部118之間。

在一些實(shí)施方式中，上電極組件105、一或多個(gè)絕緣環(huán)112、上電極延伸部組件129、一或多個(gè)絕緣環(huán)97、c-罩125、下電極108、一或多個(gè)耦合環(huán)114、邊緣環(huán)118、絕緣體149和電絕緣環(huán)95與穿過(guò)電極104和108的中心的中心軸135同軸。在不同的實(shí)施方式中，一或多個(gè)絕緣環(huán)112、上電極延伸部組件129、一或多個(gè)絕緣環(huán)97、c-罩125、下電極108、一或多個(gè)耦合環(huán)114、邊緣環(huán)118、絕緣體149和/或電絕緣環(huán)95與中心軸135不同軸。

當(dāng)電場(chǎng)106被產(chǎn)生且氣體從氣體源103被供應(yīng)到等離子體區(qū)域時(shí)，所述氣體被電場(chǎng)106電激發(fā)以在等離子體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在一實(shí)施方式中，氣體被電場(chǎng)106電激發(fā)以電離所述氣體。

圖1b中所示的控制電路124經(jīng)由耦合器件166(coupling)耦合到上電極延伸部116。在一些實(shí)施方式中，此處所使用的耦合器件是金屬導(dǎo)體，比如金屬線(xiàn)。在不同的實(shí)施方式中，耦合器件是金屬線(xiàn)和諸如板、桿、導(dǎo)管或插孔(hub)之類(lèi)的一或多個(gè)導(dǎo)體的組合。在一些實(shí)施方式中，耦合器件是金屬導(dǎo)體。

通道183穿過(guò)處理真空室141的諸如金屬層137、第二層133a和第一層131a之類(lèi)的部分而形成，以將耦合器件166插到通道183中。在一些實(shí)施方式中，通道183由諸如鉆頭之類(lèi)的孔形成工具制成。在一實(shí)施方式中，使用小孔的放電機(jī)(edm)鉆作為孔形成工具。通道183被由金屬層137、第一層131a和第二層133a形成的壁191圍繞。在一些實(shí)施方式中，間隔或用介電材料填充的間隔形成在耦合器件166和壁191之間。例如，用諸如石英或氮化鋁之類(lèi)的介電材料填充通道183以使耦合器件166與金屬層137、第一層131a和第二層133a絕緣。

此外，在一些實(shí)施方式中，控制電路124經(jīng)由耦合器件195耦合到上電極104。在一實(shí)施方式中，通道199穿過(guò)處理真空室141的諸如金屬層137、第一層119和第二層121之類(lèi)的部分而形成，以將耦合器件195插到通道199中。通道199以與形成通道183的方式相同或類(lèi)似的方式形成。例如，通道199由孔形成工具制成。通道199被由金屬層137、第一層119和第二層121的組合形成的壁197圍繞。

在一些實(shí)施方式中，間隔或用介電材料填充的間隔形成在耦合器件195和壁197之間。例如，用諸如石英或氮化鋁之類(lèi)的介電材料填充通道199以使耦合器件與金屬層137以及與層119和121絕緣。

在一些實(shí)施方式中，控制器107控制電控電路124。例如，控制器107發(fā)送表示控制電路124運(yùn)行所處的rf頻率的信號(hào)。又例如，控制器107發(fā)送表示控制電路124的電容的信號(hào)。又例如，控制器107發(fā)送表示控制電路124的電感的信號(hào)。又例如，控制器107發(fā)送表示rf信號(hào)的電壓幅度的信號(hào)給控制電路124。在一實(shí)施方式中，控制器107與控制電路124解耦，而控制電路124的各種參數(shù)(比如電容、rf信號(hào)的電壓、電感和/或頻率)由用戶(hù)手動(dòng)控制。

控制電路124提供rf信號(hào)126，rf信號(hào)126經(jīng)由耦合器件166發(fā)送到上電極延伸部116。rf信號(hào)126具有頻率和電壓幅度?；诮邮誶f信號(hào)126，頂鞘173的頻率和電壓幅度被改變。例如，頂鞘173具有與rf信號(hào)126的頻率相同的頻率。又例如，頂鞘173具有與rf信號(hào)126的電壓幅度相同的電壓幅度。再例如，頂鞘173具有與rf信號(hào)126的頻率類(lèi)似的頻率，比如在rf信號(hào)的頻率的變異度內(nèi)。

此外，在一些實(shí)施方式中，rf信號(hào)126的施加導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度的改變。例如，經(jīng)由上電極延伸部116在頂鞘173處接收的rf信號(hào)126的電壓幅度的改變導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度的改變。類(lèi)似地，在一些實(shí)施方式中，rf信號(hào)126和155的施加導(dǎo)致等離子體密度比的改變，等離子體密度比是等離子體中心區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度和等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度的比。

圖2是用于控制頂鞘173的頻率的系統(tǒng)200的實(shí)施方式的俯視圖。上電極延伸部116的頂表面上的點(diǎn)202是與耦合器件166耦合的點(diǎn)。此外，點(diǎn)204是氣體分配板101的頂表面上的點(diǎn)，耦合器件195被耦合到該點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意，上電極104在形狀上是圓形的，氣體分配板101在形狀上也是圓形的，而上電極延伸部116具有環(huán)形形狀。在一實(shí)施方式中，上電極延伸部116包括任意數(shù)量的同心環(huán)。在一些實(shí)施方式中，上電極104或氣體分配板101是不同形狀的，比如橢圓或多邊形。在一實(shí)施方式中，氣體分配板101或上電極104包括多個(gè)同心環(huán)，每個(gè)同心環(huán)有獨(dú)立的rf源。在該實(shí)施方式中，rf源提供rf信號(hào)給氣體分配板101的同心環(huán)以控制等離子體密度。此外，在該實(shí)施方式中，rf源獨(dú)立地提供rf信號(hào)給氣體分配板101的各個(gè)同心環(huán)以幫助實(shí)現(xiàn)等離子體中心區(qū)域中的等離子體密度的均勻性。此外，在不同的實(shí)施方式中，上電極延伸部116是不同形狀的，比如具有多邊形橫截面的形狀或者具有橢圓橫截面的形狀。此外，在各種實(shí)施方式中，雖然示出了c-罩125的環(huán)形形狀，但在一些實(shí)施方式中，c-罩125是不同形狀的，比如具有多邊形橫截面的形狀或者具有橢圓橫截面的形狀。

應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施方式中，耦合器件166與上電極延伸部166的頂表面上的任意點(diǎn)耦合。此外，在一實(shí)施方式中，耦合器件195與氣體分配板101的頂表面上的任意點(diǎn)耦合。

圖3是包括控制電路252的系統(tǒng)250的實(shí)施方式的全貌圖，控制電路252是控制電路124(圖1)的實(shí)施例?？刂齐娐?52的rf濾波器138經(jīng)由耦合器件254與上電極延伸部116耦合，耦合器件254是耦合器件166(圖1)的實(shí)施例。此外，上電極104經(jīng)由耦合器件256與接地裝置266耦合，耦合器件256是耦合器件195(圖1)的實(shí)施例。

rf濾波器138包括可變電容器140和電感器142。在一些實(shí)施方式中，可變電容器140的電容范圍從7皮法(pf)到1453pf。在若干實(shí)施方式中，電感器142的電感被固定在4微亨(μh)。在一實(shí)施方式中，電感器142的電感被固定在約4μh。此外，可變電容器140和電感器142與接地裝置262耦合。

在從rf濾波器138排除阻塞電容器144的一實(shí)施方式中，可變電容器140與電感器142并聯(lián)耦合。阻塞電容器144阻止，比如濾波器，dc以免通過(guò)耦合器件254傳導(dǎo)。在一實(shí)施方式中，阻塞電容器144具有9.2納法(nf)的電容。在各種實(shí)施方式中，阻塞電容器144具有約9.2nf的電容。在一些實(shí)施方式中，諸如電容或電感之類(lèi)的參數(shù)的量級(jí)的近似值是從量級(jí)和變異度之間的差到量級(jí)和變異度的和的范圍。例如，如果電容的量級(jí)是9.2nf而該量級(jí)的變異度是0.2nf，則約9.2nf表示量級(jí)的范圍在9nf到9.4nf。

在一實(shí)施方式中，可變電容器140的電容被改變以改變r(jià)f信號(hào)258的電壓幅度，rf信號(hào)258是rf信號(hào)126(圖1)的實(shí)施例。rf信號(hào)258自rf濾波器138提供。在一實(shí)施方式中，可變電感器的電感被改變以改變r(jià)f信號(hào)258的頻率和/或電壓幅度。耦合器件254的內(nèi)部或雜散電容264被示出。在一些實(shí)施方式中，控制電路252排除了內(nèi)部電容264。諸如電容器或電感器之類(lèi)的電路元件的雜散電容是所述電路元件由于其它電路元件而具有的電容。

圖4是包括控制電路280的系統(tǒng)280的實(shí)施方式的全貌圖，控制電路280是控制電路124(圖1)的實(shí)施例?？刂齐娐?82包括rf濾波器284。rf濾波器284經(jīng)由耦合器件286與上電極延伸部116耦合，耦合器件286是耦合器件166(圖1)的實(shí)施例。rf濾波器284包括電感器142和可變電容器140。

可變電容器140與電感器142串聯(lián)耦合。此外，可變電容器140和電感器142與接地裝置262耦合。

在一實(shí)施方式中，可變電容器140的電容被改變以改變r(jià)f信號(hào)288的振幅，rf信號(hào)288是rf信號(hào)126(圖1)的實(shí)施例。施加在上電極延伸部116的rf信號(hào)288受rf濾波器284控制。在一實(shí)施方式中，替代電感器142而使用的可變電感器的電感被改變以改變r(jià)f信號(hào)288的頻率和/或振幅。耦合器件286的內(nèi)部或雜散電容290被示出。在一些實(shí)施方式中，控制電路282排除了內(nèi)部電容290。

參考圖3和4，在一些實(shí)施方式中，具有固定電容的電容器替代可變電容器140而使用。在這些實(shí)施方式中，用戶(hù)用另一電容器替代一個(gè)電容器以改變固定電容器的電容的值。在一實(shí)施方式中，可變電容器140的電容由控制器107(圖1)改變，控制器107發(fā)送信號(hào)給馬達(dá)(未圖示)。馬達(dá)響應(yīng)于接收所述信號(hào)而操作以改變可變電容器140的板之間的距離從而改變可變電容器140的電容。

繼續(xù)參考圖3和4，在一實(shí)施方式中，具有可變電感的可變電感器替代電感器142而使用。在一些實(shí)施方式中，可變電感器的電感由控制器107改變，控制器107發(fā)送信號(hào)給馬達(dá)(未圖示)。在這些實(shí)施方式中，馬達(dá)響應(yīng)于接收所述信號(hào)而操作以改變可變電感器的長(zhǎng)度從而改變可變電感器的電感。在一實(shí)施方式中，用戶(hù)用另一電感器替代電感器142以改變可變電感器的電感的值。

圖5是包括控制電路302的系統(tǒng)300的實(shí)施方式的全貌圖，控制電路302是控制電路124(圖1)的實(shí)施例?？刂齐娐?02的rf源148經(jīng)由耦合器件304與上電極延伸部116耦合，耦合器件304是耦合器件166(圖1)的實(shí)施例。此外，上電極104經(jīng)由耦合器件256和氣體分配板101與接地裝置266耦合。

在一實(shí)施方式中，rf源148的rf功率被改變以改變r(jià)f信號(hào)306的電壓，rf信號(hào)306是rf信號(hào)126(圖1)的實(shí)施例。rf信號(hào)306由rf源148產(chǎn)生。在一些實(shí)施方式中，rf源148的操作的射頻是400khz或2mhz，且并不局限于這些驅(qū)動(dòng)頻率值。

在若干實(shí)施方式中，rf源148的rf功率由控制器107改變。在這些實(shí)施方式中，控制器107發(fā)送表示rf信號(hào)306的電壓幅度的信號(hào)給rf源148，rf源148產(chǎn)生并發(fā)送具有電壓幅度的rf信號(hào)306給上電極延伸部116。在一實(shí)施方式中，rf源148的功率由用戶(hù)手動(dòng)改變。

匹配網(wǎng)絡(luò)310被調(diào)諧以促進(jìn)rf源148的阻抗和第一負(fù)載的阻抗之間的匹配。在一些實(shí)施方式中，第一負(fù)載包括上電極延伸部116和等離子體。在一實(shí)施方式中，第一負(fù)載的阻抗是rf源148所見(jiàn)到的等離子體處理真空室141的部分的阻抗。該匹配促進(jìn)任何功率自第一負(fù)載向rf源148反射。阻抗匹配的一個(gè)示例在美國(guó)專(zhuān)利no.5,889,252中提供，該專(zhuān)利在此通過(guò)參考整體并入。阻抗匹配的另一示例在美國(guó)專(zhuān)利no.5,689,215中提供，該專(zhuān)利在此通過(guò)參考整體并入。

圖6是包括控制電路352的系統(tǒng)350的實(shí)施方式的全貌圖，控制電路352是控制電路124(圖1)的實(shí)施例?？刂齐娐?02的rf源150經(jīng)由耦合器件354與氣體分配板101耦合，耦合器件354是耦合器件195(圖1)的實(shí)施例。在一些實(shí)施方式中，rf源150的操作的射頻是400khz或2mhz，且并不局限于這些驅(qū)動(dòng)頻率值。此外，上電極延伸部116與rf源148耦合，如圖4中所示。

在一實(shí)施方式中，rf源150的射頻被改變以改變r(jià)f信號(hào)356的頻率，rf信號(hào)356是rf信號(hào)155(圖1)的實(shí)施例。在一些實(shí)施方式中，rf源150的電壓幅度被改變以改變r(jià)f信號(hào)356的振幅。rf源150產(chǎn)生rf信號(hào)155。

在一些實(shí)施方式中，rf源150的射頻和/或振幅由控制器107改變。在這些實(shí)施方式中，控制器107發(fā)送表示rf源150的電壓幅度的信號(hào)給rf源150，rf源150產(chǎn)生并發(fā)送具有電壓幅度的rf信號(hào)356給上電極104。在一實(shí)施方式中，rf源150的功率由用戶(hù)手動(dòng)改變。

匹配網(wǎng)絡(luò)360被調(diào)諧以促進(jìn)rf源150的阻抗和第二負(fù)載的阻抗之間的匹配。在一些實(shí)施方式中，第二負(fù)載包括氣體分配板101、上電極104和等離子體的組合。在一實(shí)施方式中，第二負(fù)載的阻抗是等離子體處理真空室141的部分的rf源150所遇到的阻抗。該匹配促進(jìn)任何功率自第二負(fù)載向rf源150反射。

圖7是包括控制電路402的系統(tǒng)400的實(shí)施方式的全貌圖，控制電路402是控制電路124(圖1)的實(shí)施例?？刂齐娐?02的rf源152經(jīng)由耦合器件404與氣體分配板101耦合，耦合器件404是耦合器件195(圖1)的實(shí)施例。在一實(shí)施方式中，rf源152的操作的頻率是400khz或2mhz，且并不局限于這些驅(qū)動(dòng)頻率值。此外，rf源152經(jīng)由耦合器件406與上電極延伸部116耦合，耦合器件406是耦合器件166(圖1)的實(shí)施例。

rf源152產(chǎn)生rf信號(hào)160，在rf信號(hào)160經(jīng)過(guò)電壓控制電路154和156(其被示意性地示出為可變電容器(圖1))之后，rf信號(hào)160被分割成兩個(gè)rf信號(hào)161和162。信號(hào)161是rf信號(hào)155(圖1)的實(shí)施例而信號(hào)162是rf信號(hào)126(圖1)的實(shí)施例。

在一實(shí)施方式中，rf源152的射頻被改變以改變r(jià)f信號(hào)160的頻率，這實(shí)際上改變了rf信號(hào)161和162的頻率。在一實(shí)施方式中，rf源152的振幅被改變以改變r(jià)f信號(hào)160的振幅，這實(shí)際上改變了rf信號(hào)161和162的振幅。

應(yīng)當(dāng)注意，電容器和電感器是無(wú)源元件而rf源是有源元件。在一實(shí)施方式中，無(wú)源元件消耗但不產(chǎn)生能量。在一些實(shí)施方式中，有源元件產(chǎn)生能量。

注意，有時(shí)本文所使用的a和b是相同結(jié)構(gòu)的部件。例如，部件118a和部件118b是下電極延伸部118的部分。又例如，部件116a和部件116b是上電極延伸部116的部分。

圖8示出了圖示在類(lèi)似于上電極延伸部和下電極延伸部116和118的電極處接收的rf信號(hào)之間的鎖相和所述rf信號(hào)的相位的相位差以及圖示在電容c1有所改變的頂鞘處接收的rf信號(hào)126的電壓幅度的變化的不同圖形。在一實(shí)施方式中，電容c1是電容器142(圖3和4)的電容。在一些實(shí)施方式中，電容c1是控制電路124(圖1)的電容。

圖形402示出了在上電極(類(lèi)似于上電極延伸部116)處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的rf信號(hào)404。此外，圖形402示出了在下電極(類(lèi)似于下電極延伸部118)處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的等離子體鞘電壓406。注意，rf信號(hào)404和406是異相的。當(dāng)電容c1在第一范圍內(nèi)，比如在0和約650pf之間時(shí)，rf信號(hào)404的頻率和振幅(圖形402中所示)產(chǎn)生。

此外，圖形404示出了在上電極處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的rf信號(hào)408。此外，圖形404示出了在下電極處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的等離子體鞘電壓410。注意，rf信號(hào)408和410接近同相或鎖相狀態(tài)。當(dāng)rf信號(hào)408和410同相時(shí)，電子被困在形成于上電極延伸部116和下電極延伸部118之間的等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體內(nèi)。困住電子導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域內(nèi)的等離子體的密度的增大。當(dāng)電容c1的電容在第二范圍內(nèi)，比如在約650pf和約1200pf之間時(shí)，rf信號(hào)408的同相狀態(tài)和振幅(圖形404中所示)產(chǎn)生。

此外，圖形412示出了在上電極處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的rf信號(hào)414。此外，圖形412示出了在下電極處測(cè)得的作為時(shí)間的函數(shù)的等離子體鞘電壓416。注意，rf信號(hào)414和416是異相的。當(dāng)電容c1在第三范圍內(nèi)，比如在約1200pf和約2000pf之間時(shí)，rf信號(hào)414的頻率和振幅(圖形412中所示)產(chǎn)生。在一實(shí)施方式中，第三范圍高于第二范圍，第二范圍高于第一范圍。此外，rf信號(hào)404、408和414是rf信號(hào)126(圖1)的實(shí)施例。

圖形420描繪了上電極的阻抗422(以歐姆計(jì))。圖形420還示出了在下電極處測(cè)得的dc偏壓426的變化。圖形420示出了在上電極處測(cè)得的dc偏壓424的變化。注意，阻抗422的變化類(lèi)似于dc偏壓424的變化。據(jù)此，通過(guò)改變控制電路124(圖1)的電容，rf信號(hào)126的頻率和/或振幅被改變，且rf信號(hào)126的振幅和/或狀態(tài)(比如同相或異相)的改變導(dǎo)致頂鞘173的相位和/或頻率的改變。類(lèi)似地，通過(guò)改變控制電路124(圖1)的電感，rf信號(hào)126的頻率和/或振幅被改變，而rf信號(hào)126的振幅和/或狀態(tài)(比如同相或異相)的改變導(dǎo)致頂鞘173的相位和/或頻率的改變。

圖9示出了圖示當(dāng)rf信號(hào)408和410同相時(shí)上電極延伸部116和下電極延伸部118之間的電子的運(yùn)動(dòng)的不同圖形。當(dāng)rf信號(hào)408和410同相時(shí)，如圖形450中所示，大部分電子(bulkelectrons)從頂鞘173被反射回等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體中以增加等離子體的密度。大部分電子的反射導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域的等離子體內(nèi)的電離的增加。

此外，當(dāng)rf信號(hào)408和410同相時(shí)，在底鞘175處產(chǎn)生的二次電子也被困在等離子體團(tuán)(plasmabulk)中。二次電子從底鞘175到頂鞘173的移動(dòng)以及自頂鞘173的反射導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體內(nèi)的電離的增加。

此外，由于頂鞘173的振幅比底鞘175的振幅高，因而在頂鞘173處產(chǎn)生的二次電子會(huì)有增加。頂鞘173處的二次電子的增加導(dǎo)致等離子體邊緣區(qū)域中的等離子體內(nèi)的電離的增加。

雖然已結(jié)合具體的最佳模式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但要理解的是鑒于前述記載，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，許多替代方式、修改方式和變化方式會(huì)是顯而易見(jiàn)的。據(jù)此，意在包括落在所含權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這樣的替代方式、修改方式和變化方式。至此本文前述的或附圖中所示的所有事項(xiàng)均被解釋為說(shuō)明性的且非限制意義的。