CN121002612A - 用于等离子体处理的多电极源组件 - Google Patents

Abstract

提供了用于控制使用射频(RF)源功率组件所形成等离子体的均匀性的设备及方法，所述射频源功率组件包括耦接至多电极源组件内安置的两个或多个电极的一或多个谐振调谐电路。通过消除多个RF产生器及单独为所述多个电极供电的匹配器达成改进的等离子体均匀性的控制并降低系统成本。亦可同时向多个电极提供多个频率，从而可另外在使用多频率RF源组件时节约成本。利用安置于等离子体处理腔室的所述处理区域内的分段电极控制基板表面上方的局部等离子体密度及壳层电压。对离子通量及方向以及朝向所述基板的高能电子通量加以控制，以解决半导体基板处理期间的所述等离子体不均匀性及整体倾斜。

Description

用于等离子体处理的多电极源组件

技术领域

本案的实施方式大体而言涉及使用用于等离子体处理腔室中的多电极源的谐振调谐电路来控制径向等离子体均匀性的设备及方法。

背景技术

可靠地制造高深宽比特征是下一代半导体元件的关键技术挑战中的一者。一种形成高深宽比特征的方法使用等离子体辅助蚀刻工艺通过基板表面上形成的图案化掩模层中形成的开口轰击形成于基板表面上的材料。

随着技术节点向两纳米(nm)发展，制造具有较大深宽比的较小特征对等离子体处理的原子精度提出了要求。在典型的等离子体辅助蚀刻工艺中，基板放置于处理腔室中安置的基板支撑件上，通过使用耦接至等离子体处理腔室上或其中安置的电极的射频(radiofrequency; RF)产生器在基板上方形成等离子体，并且离子穿过等离子体壳层自等离子体朝向基板加速。另外，使用RF基板偏压方法控制等离子体壳层性质，以实现期望的等离子体处理结果，使得能够形成此等较小的元件特征尺寸，该等RF基板偏压方法除用于在处理腔室中点燃并维持等离子体的RF产生器之外需要使用单独的RF偏压源。

然而，等离子体密度及/或等离子体壳层的形状可能出现不均匀性，因为等离子体处理腔室的处理区域内安置的处理部件的电子特性及/或空间布置有变化。一种常见的等离子体密度变化是由在处理腔室内传播的电磁波的边界效应产生。等离子体的变化将导致基板表面上形成的蚀刻特征出现不良的处理结果。等离子体不均匀性变化过大将对工艺结果造成不良影响，并使元件良率降低。此种不均匀性常常在基板的中心及边缘附近或之间尤其明显。

在习知的电容耦合等离子体(capacitively coupled plasma; CCP)处理腔室中，射频(RF)电源通过耦接于RF射频电源与电极之间的阻抗匹配网络为处理腔室中的电极提供RF功率，以在其中产生等离子体。关于CCP处理腔室中的等离子体径向均匀性控制，当前最新技艺使用磁体或多电极方法。然而，习知的多电极方法需要单独的RF产生器及相关联的阻抗匹配网络来为单独的RF电极提供RF功率。因此当前最新技艺的CCP处理腔室较为复杂，难以控制，且成本昂贵。

因此，需要能够解决上述问题的简单且更具成本效益的等离子体产生系统。

发明内容

本案的实施方式包括等离子体处理腔室，该等离子体处理腔室具有RF电极组件，该RF电极组件至少部分地限定等离子体处理腔室的处理区域。该RF电极组件具有第一电极，该第一电极定位于基板支撑表面的至少一部分上方，实质上平行于第一平面，并且在垂直于第一平面的第一方向上距基板支撑表面第一距离。第二电极具有实质上平行于第一平面的表面，其中该第二电极及该第一电极在平行于第一平面的第二方向上间隔一距离。射频(RF)电源组件具有：第一RF产生器；阻抗匹配网络，其具有耦接至第一RF产生器的输出的输入及耦接至第一电极的输出。调谐电路具有耦接至阻抗匹配网络的输出的输入及耦接至第二电极的输出，其中该调谐电路具有包括第一可变阻抗产生元件的多个阻抗产生元件。控制器经配置以控制第一可变阻抗产生元件的阻抗，以通过调谐电路的第一可变阻抗产生元件引起提供至第一电极的第一RF波形与提供至第二电极的第二RF波形之间的RF振幅差值。

本案的实施方式包括等离子体处理腔室，该等离子体处理腔室具有RF电极组件，该RF电极组件至少部分地限定等离子体处理腔室的处理区域。该RF电极组件具有第一电极，该第一电极定位于基板支撑表面的至少一部分上方，实质上平行于第一平面，并且在垂直于第一平面的第一方向上距基板支撑表面第一距离。第二电极具有实质上平行于第一平面的表面，其中该第二电极及该第一电极在平行于第一平面的第二方向上间隔一距离。射频(RF)电源组件具有经配置以以第一RF频率提供RF信号的第一RF产生器、具有耦接至第一RF产生器的输出的输入及耦接至第一电极的输出的阻抗匹配网络。调谐电路具有耦接至阻抗匹配网络的输出的输入及耦接至第二电极的输出，其中该调谐电路包括具有大致第一RF频率的谐振频率的LC电路，并包括第一可变电容器及第一电感器。控制器经配置以控制第一可变电容器的阻抗，以通过调谐电路引起提供至第一电极的第一RF波形与提供至第二电极的第二RF波形之间的RF电压振幅及/或相位差。

本案的实施方式包括等离子体处理方法，该方法在由电极组件及基板支撑组件限定的处理区域中产生等离子体。该电极组件包括第一电极及第二电极。该第二电极经定位以在第一方向上距该第一电极一距离。第一射频(RF)产生器具有通过阻抗匹配网络耦接至第一电极的RF输出。调谐电路耦接于阻抗匹配网络与第二电极之间，并且该调谐电路包括多个阻抗产生元件，该等阻抗产生元件具有第一可变阻抗产生元件。第一RF产生器产生RF波形，该RF波形在第一电极处形成第一RF波形，并在第二电极处形成第二RF波形。通过调节调谐电路的第一可变阻抗产生元件来改变所产生的等离子体，该调谐电路相对于第一RF波形改变第二RF波形的一或多个特性。

本案的实施方式包括电极组件，该电极组件包括电极支撑板、耦接至电极支撑板的第一电极，并包括上表面、下表面、在上表面与下表面之间延伸的一或多个气体输送开口、安装于电极支撑板上方的接地板，其中接地板电耦接至接地基准。接地板包括各自在接地板的表面与第一电极的上表面之间延伸的多个第一接地板特征，其中每一第一接地板特征包围经配置以向该一或多个气体输送开口中的一者输送流体的气体分配管的至少一部分。电极组件亦包括第一射频(RF)输送特征，该第一射频输送特征至少部分地包围该多个接地板特征中的第一接地板特征的一部分，并耦接至第一电极的上表面。

本案的实施方式包括等离子体处理腔室，该等离子体处理腔室包括：基板支撑组件，包括至少部分地限定等离子体处理腔室的处理区域的基板支撑表面；电极支撑板；耦接至电极支撑板的第一电极；耦接至电极支撑板的第二电极；安装于电极支撑板上方的接地板；耦接至第一电极的第一RF输送特征；及耦接至第二电极的第二RF输送特征。第一电极包括形成于其中的第一气体输送开口，其中第一电极具有定位于基板支撑表面的至少一部分上方的下表面，实质上平行于第一平面，并且在垂直于第一平面的第一方向上距基板支撑表面第一距离。第二电极包括形成于其中的第二气体输送开口，其中第二电极具有实质上平行于第一平面的下表面，其中第二电极及第一电极在平行于第一平面的第二方向上间隔一距离。接地板电耦接至接地基准，并包括：第一接地板特征，其在接地板的表面与第一电极的上表面之间延伸，其中第一接地板特征包围经配置以向第一气体输送开口输送流体的气体分配管的至少一部分；及第二接地板特征，其在接地板的表面与第二电极的上表面之间延伸，其中第二接地板特征包围经配置以向第二气体输送开口输送流体的气体分配管的至少一部分。第一RF输送特征包括特征壁，该特征壁包围第一接地板特征的一部分。第二RF输送特征包括特征壁，该特征壁包围第二接地板特征的一部分。

本案的实施方式包括电极组件。该电极组件亦包括电极支撑板。该组件亦包括耦接至电极支撑板的第一电极，并可包括上表面、下表面及在上表面与下表面之间延伸的一或多个气体输送开口。该组件亦包括安装于电极支撑板上方的接地板，其中该接地板电耦接至接地基准，并可包括：各自在接地板的表面与第一电极的上表面之间延伸的多个第一接地板特征，其中每一第一接地板特征包围经配置以向一或多个气体输送开口中的一者输送流体的气体分配管的至少一部分。该组件亦包括第一射频(rf)输送特征，该第一射频输送特征至少部分地包围该多个接地板特征中的第一接地板特征的一部分，并耦接至第一电极的上表面。

本案的实施方式包括等离子体处理腔室。该等离子体处理腔室亦包括基板支撑组件，该基板支撑组件可包括至少部分地限定等离子体处理腔室的处理区域的基板支撑表面。该腔室亦包括电极支撑板。该腔室亦包括耦接至电极支撑板的第一电极，并可包括形成于其中的第一气体输送开口，其中该第一电极具有定位于基板支撑表面的至少一部分上方的下表面，实质上平行于第一平面，并在垂直于第一平面的第一方向上距基板支撑表面第一距离。该腔室亦包括耦接至电极支撑板的第二电极，并可包括形成于其中的第二气体输送开口，其中第二电极具有实质上平行于第一平面的下表面，其中第二电极及第一电极在平行于第一平面的第二方向上间隔一距离。该腔室亦包括安装于电极支撑板上方的接地板，其中接地板电耦接至接地基准，并可包括：第一接地板特征，其在接地板的表面与第一电极的上表面之间延伸，其中第一接地板特征包围经配置以向第一气体输送开口输送流体的气体分配管的至少一部分；及第二接地板特征，其在接地板的表面与第二电极的上表面之间延伸，其中第二接地板特征包围经配置以向第二气体输送开口输送流体的气体输送管的至少一部分。该腔室亦包括第一RF输送特征，该第一RF输送特征耦接至第一电极，并具有特征壁，该特征壁包围第一接地板特征的一部分。该腔室亦包括第二RF输送特征，该第二RF输送特征耦接至第二电极，并具有特征壁，该特征壁包围第二接地板特征的一部分。

附图说明

为了能够较佳地详细地理解本案的上述特征，可参考实施方式更具体地描述本文简要概述的公开内容，附图说明其中一些实施方式。然而，应指出，附图仅图示例示性实施方式，并且因此不应认为其限制本案的范畴，并且承认其他等效的实施方式。

图1A图示根据本案的一或多个实施方式的等离子体处理腔室的侧向横截面示意图及等离子体处理系统的支持电路的框图；

图1B是根据本案的一或多个实施方式的图1A所示的等离子体处理腔室的RF电极组件的第一实例的侧面等距局部横截面示意图；

图1C是根据本案的一或多个实施方式的RF电极组件的第二实例的侧面等距局部横截面示意图；

图2A、图2B、图3A及图3B图示根据本案的一或多个实施方式的多电极源组件的不同RF配置的平面示意图。

图4、图5、图6及图7图示根据本案的一或多个实施方式的RF电极的平面示意图以及相应RF调谐电路及耦接至RF电极的相关联RF支持电路的示意性框图；

图8A图示根据本案的一或多个实施方式的RF调谐电路、相关联RF功率产生及匹配及监测电路的示意性框图；

图8B图示根据本案的一或多个实施方式的耦接至RF功率产生及匹配及监测电路的RF调谐电路的实例；

图8C图示根据本案的一或多个实施方式的耦接至RF功率产生及匹配及监测电路的RF调谐电路的另一实例；

图9A、图9B、图9C及图9D图示与图8A所示的RF调谐电路相关联的电感器及可变电容器部件的示意图；

图10A及图10B图示根据本案的一或多个实施方式的两个RF调谐电路输出之间的仿真设定的电压振幅比及相位差图；

图11A及图11B图示根据本案的一或多个实施方式的两个RF调谐电路输出之间的另一仿真设定的电压振幅比及相位差图；

图12图示根据本案的一或多个实施方式的RF电压及电流检测器的等距示意图；

图13图示根据本案的一或多个实施方式的RF电压及电流传感器处理及调谐电路控制器的示意性框图；以及

图14图示根据本案的一或多个实施方式的用于调节RF调谐电路以控制腔室中的工艺等离子体的径向均匀性的示意性操作流程图。

为便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来标明图中共同的相同要素。设想一个实施方式的要素及特征可有益地并入其他实施方式中而无需赘述。

具体实施方式

本案的实施方式大体而言涉及用于控制使用射频(RF)源功率组件所形成等离子体的均匀性的设备及方法，该射频源功率组件包括耦接至多电极源组件内安置的两个或多个电极的一或多个调谐电路。本案的实施方式可改进等离子体均匀性控制，并且亦通过消除对多个RF产生器及单独为多个电极供电的匹配器的需要来降低系统成本。亦可同时向多个电极提供多个频率，从而可在使用多频率RF源组件时节约成本。

本案的实施方式可提供用于整体等离子体均匀性及特征倾斜控制的调谐旋钮。然而，通过控制提供至等离子体处理腔室的处理区域内安置的分段电极的RF功率，该等调节可控制基板表面上的局部等离子体密度。因此，控制离子通量及方向以及朝向基板的高能电子通量，以解决半导体基板（亦即晶片）处理期间的等离子体不均匀性及整体倾斜。

在一些实施方式中，可使用来自每一RF功率的RF电压、电流及相位传感器数据，以进行学习及记录，该RF功率提供在等离子体工艺期间耦接至分段电极的RF源功率组件的输出。由此，基于所收集的传感器数据，可调节源功率组件内的一或多个调谐电路的阻抗特性以较佳地控制等离子体处理腔室内形成的等离子体的一或多个特性。

在一些实施方式中，工艺控制算法设定，例如谐振调谐电路设定位置及RF功率工艺水平及波形特性，可存储于内存中，并且后续可经使用及/或增强，以用于后续等离子体制造工艺。由此，无需对制造工艺进行传感器监测，即可执行成熟及稳定的制造工艺。这对于半导体元件制造日期间发生的大量腔室等离子体工艺尤其有利。无需对所有等离子体处理系统同时应用相同的调谐配方，并且可取决于预期的所需半导体制造工艺利用不同工艺控制算法加以调整。取决于不同半导体产品的制造要求，在制造等离子体腔室系统中可使用不同的等离子体处理调谐配方。

如下文将进一步讨论，在半导体制造工艺期间可评估操作信息，例如RF传感器值及调谐电路元件位置。可对操作工艺信息加以记录（存储于内存中），以便后续进行评估，并可能加以调整，以执行未来的制造工艺。举例而言，等离子体腔室状况随着时间推移可能发生变化，并且随着总和运行时间可实施不同或调整的RF调谐电路算法，以减少变化。相似配置的等离子体处理腔室可具有细微差别，从而可能在半导体基板处理期间导致不良的工艺不均匀性以及整体倾斜。可通过在系统控制器126上运行的调谐电路算法作出的调节来校正此等工艺结果变化。亦可使用不同的经调适的调谐电路算法来减少腔室与腔室之间的变化。在创建腔室等离子体处理配方时，可针对不同的工艺步骤选择不同的调谐电路算法。

现参考附图，示意性地示出例示性实施方式的细节。相同的附图标记表示附图中的相同元件，类似的元件用带有不同小写字母后缀的相同附图标记表示。

参考图1，描绘了根据本案的一或多个实施方式的等离子体处理腔室的侧向横截面示意图及等离子体处理系统的支持电路的框图。等离子体处理系统，大体用附图标记100表示，包括等离子体处理腔室110，该等离子体处理腔室具有顶部120、壁122及底部124。等离子体处理腔室110中有基板支撑组件114，该基板支撑组件包括介电材料107，具有嵌入电极108（例如静电卡盘(electrostatic chuck; ESC)偏压电极）、边缘环116，并经调适以在等离子体工艺期间支撑半导体基板106。基板支撑组件114定位于腔室底部124与RF电极组件112之间。基板支撑组件114与RF电极组件112之间的体积可在RF激发等离子体102时容纳该等离子体。在等离子体处理期间，等离子体壳层104亦形成于基板支撑组件114顶部、环电极116及半导体基板106上方。

用于将工艺气体激发为等离子体的RF源功率组件141可包括第一RF产生器142、第二RF产生器140、RF功率测量模块144及148、双频率RF阻抗匹配网络146、匹配控制器156、调谐电路150及RF电压及电流传感器152及154。RF产生器140及142可经调适以提供处于介于约100 kHz与约200 MHz之间的频率的RF功率。来自RF功率产生器140及142的RF功率输出可介于约100瓦(W)与约10,000瓦之间。RF功率亦可以介于约一赫兹(Hz)与约400 kHz之间的脉冲率进行脉冲启动及关闭，开/关占空比为介于约百分之五(5)与约百分之95之间。调谐电路150可为RF阻抗匹配网络146的一部分或与其分离。

RF电极组件112大体而言可包括非导电(RF)板132，具有与其耦接的多个电极，并位于其底部。多个电极各自经定位以面向基板支撑组件114的基板支撑表面（亦即顶表面）。在一个实例中，如图1A至图1C所示，多个电极包括外部电极172及内部电极170。外部电极172及/或内部电极170定位于基板支撑组件114的基板支撑表面的至少一部分上方，并在垂直于内部电极170及/或外部电极172的下表面170a、172a的第一方向（例如Z方向）上距基板支撑表面第一距离，从而至少部分地限定等离子体处理腔室110的处理区域101的一部分。接地板（RF罩）128安装于非导电板132顶部上方，并且电耦接至等离子体腔室110的接地壁122。通过气体分配管道184将一或多种工艺气体188自工艺气体源186分配至形成于非导电板132、内部电极170及/或外部电极172中的开口202，从而将工艺气体分配至RF电极组件112与基板支撑组件114之间的处理区域中，使得其中可形成均匀或成形的工艺等离子体102。在一些实施方式中，气体源186包括多个质量流量控制器(mass flow controller;MFC)及其他类似的流量控制元件，其各自经配置以单独控制一或多种工艺气体穿过气体分配管道184及穿过开口202的流速，从而在处理期间在工艺腔室的每一区域中实现期望的气流。通常，在处理期间，将定位于非导电板132及电极（例如内部电极170及外部电极172）上方的RF电极区域121保持于大气压下，并将定位于非导电板132及电极下方的处理区域101保持于真空压力下。

如下文进一步讨论，RF电极组件112包括RF输送组件127，该RF输送组件包括RF输送结构125（图1B至图1C）、RF气体输送组件129及多个RF连接组件203中的至少一者。RF连接组件203包括RF输送部件，该等RF输送部件经配置以将RF源功率组件141的输出153及155连接至RF输送结构125内安置的元件上形成的一或多个连接点及/或直接连接至RF电极组件112内的电极上形成的连接点，诸如图1A至图1C中所示的内部电极170及/或外部电极172。RF连接组件203可包括：(a)同轴传输线，可包括与刚性同轴传输线串联连接的柔性同轴缆线；(b)连接线；(c)金属杆；(d)电连接器；或(e)可电连接至RF输送结构125的一部分或电极上形成的连接点的(a)至(d)中的电子元件的任一组合。如图1A所示意性图示，多个RF连接组件203经配置以将提供自输出153的RF功率输送至位于RF气体输送组件129内的RF输送结构125的中心定位部分上的多个连接点，该RF气体输送组件连接至内部电极70，并且多个RF连接组件203经配置以将提供自输出155的RF功率输送至位于RF气体输送组件129内的RF输送结构125的部分上形成的多个连接点，该等RF气体输送组件定位于外部电极172的相对侧上。

图1B是RF电极组件112的实例的侧面等距局部横截面图。侧面等距局部横截面图通过使用图1A所示的剖面线1B-1B形成。如图1B所示，RF电极组件112包括内部电极170及外部电极172，该内部电极及该外部电极经同心布置并由非导电板132的全部位于腔室壁122的内侧上的部分分隔。在一些实施方式中，RF电极组件112亦包括一或多个RF气体输送组件129。在一个实例中，RF电极组件112包括：RF气体输送组件129，形成于内部电极170的中心部分处；及四个RF气体输送组件129，各自沿以外部电极172的中心轴线为中心的圆直径形成。形成于外部电极172上的四个RF气体输送组件129形成阵列，其中RF气体输送组件129沿圆直径等距间隔。每一RF气体输送组件129包括：气体分配管道184的一部分、接地板128的接地板特征128a，及RF输送结构125的RF输送特征125a。图1B及图1C所示的接地板特征128a是接地板128的局部突出的部分。在一些实施方式中，接地板128的接地板特征128a围绕气体分配管道184的部分同心定位，并且RF输送结构125的RF输送特征125a的RF输送特征壁125c围绕接地板128的接地板特征128a的部分同心定位。在一些实施方式中，如图1B所示，RF输送结构125亦包括RF电流分配元件125b，该等RF电流分配元件各自在RF输送结构125的一对相邻的RF输送特征125a之间延伸，并用于向RF输送结构125的RF输送特征125a及其形成于上方的电极均匀分配或平衡RF功率的输送。RF输送结构125的部件，包括RF输送特征125a及/或RF电流分配元件125b，可形成为电极的一部分及/或电连接（例如铜焊、焊接等）至电极，诸如内部电极170或外部电极172。在一些实施方式中，接地板128的接地板特征128a与诸如内部电极170或外部电极172的电极的表面接触或耦接。类似地，在一些实施方式中，气体分配管道184的部分与诸如内部电极170或外部电极172的电极的表面接触或耦接。

在操作期间，自RF源功率组件141的输出153、155输送至RF连接组件203的RF功率通过RF输送结构125的部分均匀地分配至电极。输送至RF连接组件203的RF功率通过接地板128的接地板特征128a与气体分配管道184的部分隔离，从而防止操作期间出现电弧。

图1C是RF电极组件112的另一实例的侧面等距局部横截面示意图。侧面等距局部横截面示意图旨在示出RF电极组件112的替代结构，该结构通过图1A所示的RF电极组件112的替代实例通过使用剖面线1B-1B类似地形成。如图1C所示，RF电极组件112包括内部电极170及外部电极172，该内部电极及该外部电极同心布置并由非导电板132的全部位于腔室壁122的内侧上的部分分隔。在一个实施方式中，RF电极组件112亦包括RF气体输送组件129及RF电流分配元件125b。在此实例中，RF电极组件112包括：形成于内部电极170的中心部分处的RF气体输送组件129，以及沿以外部电极172的中心轴线为中心的圆直径形成的RF电流分配元件125b。在此实例中，RF气体输送组件129经配置以在处理期间将一或多种工艺气体188输送至内部电极170的中心及处理区域101的中心。形成于外部电极172上的RF电流分配元件125b以圆形配置形成。多个RF连接组件203经配置以将提供自输出153的RF功率输送至多个连接点，该多个连接点在连接至内部电极170的RF气体输送组件129的RF输送结构125的中心定位部分上，并且多个RF连接组件203经配置以将提供自输出155的RF功率输送至多个连接点，该多个连接点形成在位于外部电极172上的RF输送结构125的RF电流分配元件125b的部分上。RF电流分配元件125b用于在向外部电极172输送RF功率期间将RF功率均匀地分配或平衡至沿RF电流分配元件125b的点以及外部电极172。类似地，RF输送结构125的RF输送结构125a用于在向内部电极170输送RF功率期间将RF功率均匀地分配或平衡至沿RF输送特征125a的点以及内部电极170。

DC脉冲产生器(PVT)160的输出可耦接至基板支撑组件114中的嵌入电极108。嵌入电极108可为安置于基板支撑组件114内的静电卡盘内的静电卡紧电极。RF阻断滤波器162及164可耦接于DC脉冲产生器160与嵌入电极108之间，并可用于实质上阻断RF能量进入DC脉冲产生器160。通常，在嵌入电极108处形成的脉冲电压(pulsed voltage; PV)波形，诸如负脉冲波形、成形脉冲波形或正脉冲波形，包括在电压偏移()上以周期T_PD重复的一系列周期性脉冲电压(PV)波形。在一个实例中，PV波形的周期T_PD可介于约1 µs与约5 µs之间，如约2.5 µs，例如介于约200 kHz与约1 MHz之间或约400 kHz，如约1 MHz或更小，或约500kHz或更小。DC脉冲产生器160可经调适以向嵌入电极108输送不对称DC脉冲，以控制在半导体基板106的表面上方形成的等离子体壳层104。在一些实施方式中，等离子体处理腔室组件110可经配置以用于等离子体辅助蚀刻工艺，诸如反应离子蚀刻(reactive ion etch;RIE)等离子体处理。等离子体处理腔室110亦可用于其他等离子体辅助工艺，诸如等离子体增强沉积工艺，例如等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition; PECVD)工艺、等离子体增强物理气相沉积(plasma-enhanced atomic layerdeposition; PEPVD)工艺、等离子体增强原子层沉积(plasma-enhanced atomic layerdeposition; PEALD)工艺、等离子体处理、基于等离子体的离子植入处理或等离子体掺杂(plasma doping; PLAD)处理。

系统控制器126（本文亦称为处理腔室控制器）包括中央处理单元(centralprocessing unit; CPU)133、内存134及支持电路135。使用系统控制器126控制用于处理基板106的工艺顺序，该处理基板包括本文所述的电极及基板偏压方法。CPU 133为通用计算机处理器，其经配置以用于工业设定中，控制处理腔室及与其相关的子处理器。本文描述的内存134通常为非挥发性内存，可包括随机存取内存、只读内存、软盘或硬盘驱动器或其他合适形式的本地或远程的数字存储装置。支持电路135习知地耦接至CPU 133，包含高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源及类似者及其组合。可将软件指令（程序）及数据编码并存储于内存134中，以向CPU 133中的处理器发出指令。系统控制器126中的可由CPU 133读取的软件程序（或计算机指令）判定可由处理腔室110及等离子体处理系统100中的部件执行哪些任务。

通常，内存134中存储的可由系统控制器126中的CPU 133读取的程序包括代码，该代码在由处理器（CPU 133）执行时执行与本文所述的等离子体处理方案相关的任务。程序可包括指令，该等指令用于控制处理腔室110中的各个硬件及电气部件，以执行用于实施本文描述的方法的各个工艺任务及各个工艺顺序。在一个实施方式中，程序包含指令，该等指令用于执行下文结合图10A至图11B及图14描述的操作中的一或多者。

参考图2A、图2B、图3A及图3B，描绘了根据本案的一或多个实施方式的多电极源组件（本文亦称为RF电极组件112）的不同配置的平面示意图。多电极源组件通常会包括两个或更多个电极，其中各自包括实质上平行于基板支撑组件114（图1）的基板支撑表面（例如顶表面）的主表面（例如下表面）。图2A示出RF电极组件112a，其包括两个同心电极：内部电极170及包围内部电极170的外部电极172。当不耦接至RF源功率组件141时，电极170及172彼此电隔离，并且面向基板支撑组件114。图2B示出RF电极组件112b，其中包括由多个外部电极部分172a、172b、172c及172d包围的内部电极170。内部电极170及外部电极部分172a、172b、172c及172d彼此电隔离，附接至RF绝缘板132的底部，并且面向基板支撑组件114的顶部。如图2A及图2B所图示，其中所示的电极及/或电极部分可包括多个RF连接组件203及多个RF气体输送组件129，其中包括延伸穿过电极及/或电极部分的气体通路202。如下文进一步讨论，RF连接组件203连接至RF源功率组件141的一或多个输出，诸如图1所示的输出153及155。出于图示及讨论的简洁性，图2A至图7所示的RF气体输送组件示意性地表示为三个同心圆，并将包括上文所述的此等特征的描述中的物理及电子性质。如图所示，RF连接组件203可对称地定位于RF气体输送组件129的RF输送结构125的RF输送特征125a中的每一者及/或电极或电极部分内，以便均匀地分配处于一或多个RF频率下的RF功率。RF气体输送组件129中的每一者的输出端处的气体通路202如图2A至图3B所示，经配置以向处理区域101的其相应部分输送一或多种工艺气体。气体分配管道184、接地板128的接地板特征128a以及RF气体输送组件129中的每一者内的RF输送结构125的RF输送特征125a之间的同心或同轴关系经配置以允许气体及RF功率可同时提供至电极或电极部分的相同区域。气体分配管道184可包括焊接不锈钢(welded stainless steel; SST)管道，例如1/8”、5/16”、1/4”或3/8” 304或316 SST管道。

在一些实施方式中，气体通路202经配置以在处理期间抑制或防止气体通路202及气体分配管道184内的RF电流在RF功率输送期间以100 kHz与200 MHz之间的频率，诸如2MHz与60 MHz之间的频率传输至电极。在一种配置中，气体通路202包括通孔，该等通孔具有介于约50 µm与5 mm之间，诸如约50 µm与3 mm之间的内径，并且具有介于约5 mm与50 mm之间的长度。在另一配置中，气体通路202中的每一者包括在位于气体通路202的出口端的气体通路出口区域（例如电极的下表面的局部区域）内的盖板中形成的孔阵列，以形成喷头状配置，并且在一些配置中在气体通路202的入口端处（例如电极的上表面）形成单直径孔，其中入口端与出口端之间间隔5 mm至50 mm的距离。在一个实例中，定位于气体通路202的出口端处的气体通路出口区域内的该孔阵列以圆形或矩形阵列布置，其中包括在气体通路出口区域内的盖板中形成的大小介于50 µm与1 mm之间的两个或更多个孔。气体通路的入口端处的单直径孔的大小可介于约0.5 mm与5 mm之间。气体通路出口区域可包括与气体通路入口端处形成的孔大小相同或者大小比气体通路202的入口端处形成的孔大二到五倍的区域。在一些实施方式中，电极中的一或多者包括定位于电极的下表面上的气体通路出口区域阵列。在一个实例中，气体通路出口区域阵列与图1B至图7所示的气体通路202以类似的阵列布置。

图3A示出RF电极组件312a，其包括三个同心电极：内部电极370、包围内部电极370的中部电极374以及包围中部电极374的外部电极372。在一个实例中，如图3A所示，中部电极374围绕内部电极370，且外部电极围绕中部电极372及内部电极370。电极370、374及372彼此电隔离，附接至RF绝缘板132的底部，并且面向基板支撑组件114。图3B示出RF电极组件312b，该RF电极组件包括由多个中部电极部分374a、374b、374c及374d包围的内部电极370，并且该多个中部电极部分374a、374b、374c及374d由多个外部电极部分372a、372b、372c及372d包围。内部电极370、中部电极部分372a、372b、372c及372d以及外部电极部分372a、372b、372c及372d彼此电隔离，附接至RF绝缘板132的底部，并且面向基板支撑组件114的顶部。RF气体输送组件129中的每一者的输出端处的工艺气体通路202经配置以向处理区域101的其相应部分输送一或多种工艺气体。如上文类似地讨论以及如图3A及图3B所示，RF气体输送组件129的RF输送结构125的RF输送特征125a及/或其中所示的电极及/或电极部分可包括以期望配置及/或图案布置的多个RF连接组件203，以改进等离子体处理结果。

图4、图5、图6及图7图示根据本案的一或多个实施方式的RF电极的平面示意图以及相应RF调谐电路及在RF连接组件203处耦接至RF电极的相关联RF支持电路的示意性框图。处于下文图示及讨论的简洁性，图4至图7中的电子连接中的每一者图示为单一连接点。然而，所示的示意性配置不意欲限制本文所提供的本案的范畴，因为RF连接点中的每一者的数量及位置可经调节以提供电极至等离子体的改进的RF功率分配，并由此在一些情况下补偿在使用较高RF频率及/或较大电极尺寸时RF波长对电极尺寸的影响。在一些实例中，RF连接点围绕RF输送结构125元件及/或电极表面均匀及/或对称分布，以改进RF功率的均匀分配。如上文所讨论，图1A至图3B提供此种分配的RF连接配置的实例。

图4示出耦接至匹配网络146的输出151的内部电极170以及耦接至调谐电路150的外部电极172，该调谐电路耦接于匹配网络146的输出151与外部电极172之间。图5示出耦接至匹配网络146的外部电极172以及耦接至调谐电路150的内部电极170，该调谐电路耦接于匹配网络146的输出151与内部电极170之间。图6示出耦接至匹配网络146的内部电极170以及耦接至多个调谐电路150a、150b、150c及150d中的相应一者的多个外部电极部分172a、172b、172c及172d，该多个调谐电路各自耦接于匹配网络146的输出151与其相应电极部分之间。图7示出耦接至匹配网络146的内部电极370、耦接至调谐电路150a的中部电极374以及耦接至调谐电路150b的外部电极372，其中每一调谐电路150a、150b耦接于匹配网络146的输出151与其相应电极之间。可使用其他电极配置及对称性，并包含在本文内。射频领域中掌握本案的教示的技术人员可设计电极及调谐电路的其他组合。每一电极及电极部分具有与其相关的RF电压(V)及电流(I)传感器154。VI传感器154测量V(t)及I(t)，并且根据电压及电流振幅的此等VI测量结果，可推导V(t)与I(t)之间的相位角，后文将对此进行详述。

射频阻抗及功率确定

射频(RF)阻抗由RF波形的RF电压V(t)、RF电流I(t)、相位角θ及频率确定。RF电压及电流传感器测量RF电压V(t)及RF电流I(t)，并由此确定相位角θ。利用频率检测器测量频率。相位角是RF电压V(t)波形与RF电流I(t)波形之间的前导及滞后时间，用角度θ表示。RF功率P(t)是电压及电流的乘积，或P(t) = V(t) * I(t)，而传感器检测之后的相应均方根(root-mean-square; RMS)值是P = V * I * cos θ，其中θ是电压波形与电流波形之间的相位角。使用奥姆定律Z(t) = V(t)/I(t)，或者Z可表示为Z = R + jX，其中R = Z cos θ，并且jX = Z sin θ。jX = jωL– j/ωC，其中ω = 2πf，f为频率，C以法拉为单位，且L以亨利为单位。R是电阻，以奥姆为单位，且jX是电抗，以奥姆为单位，其中+jX为电感抗，且-jX为电容抗。功率与频率无关，且阻抗与频率有关。

图8A图示根据本案的一或多个实施方式的RF调谐电路150、相关联RF功率产生器以及匹配及监测电路的示意性框图。图9A、图9B、图9C及图9D图示与图8A所示的RF调谐电路相关联的电感器及可变电容器部件的示意图。图8A的调谐电路150构型可经配置以对提供至等离子体处理腔室110内设定的电极的RF功率特性加以调节。参考图4，在一个实例中，处于多个RF频率（例如，由两个或更多个RF电源提供，例如RF产生器140、142等）下的RF振幅及相位耦接至外部电极172及内部电极170并由其同时控制。另外，在一些实施方式中，虽然RF振幅及相位在外部电极172处得到调节，但RF电极内环170处的RF电压可保持在由RF产生器140及142提供的原值。

在图8A的至少一些实施方式中，调谐电路150可包括编号为0、1、2……并且在接地与双频率匹配网络146之间并联连接的多个电路区块。出于示出的目的，所示的调谐电路150包括三个电路区块900₀、900₁及900₂（下文简单地称为电路区块900n）。在一些实施方式中，电路区块900n的中间脚通过其间的电感器906连接，该等电感器连接于阻抗匹配网络146的输出151与调谐电路150的第一输出155（例如RF电极170、172、374）之间，并且第二输出153连接至阻抗匹配网络146的输出151。

电路区块900n可包括一或多个电气部件，例如电路区块900₀在中间脚中包括阻抗产生元件X₁、X₂及X₃及附加电感器（例如电感器906）。附加电感器906可用于补充阻抗产生元件X₃中可能存在的电感器。电路区块900n中的电感器906中的每一者可具有相同电感值或不同电感值，其取决于电路区块900n的个别阻抗产生元件中的电感器的电感。类似地，电路区块900₁及900₂分别包括阻抗产生元件X₄至X₆及X₇至X₉。每一阻抗产生元件X₁至X₉可具有例如但不限于四种配置，如图9所示。举例而言，阻抗产生元件X₁至X₉中的每一者可包括：可变电容器902（见图9中的(a)）、电感器904（见图9中的(b)）、串联的可变电容器902及电感器904（见图9中的(c)），及/或并联的可变电容器902及电感器904（见图9中的(d)）。在至少一些实施方式中，电感器904可为可变电感器（未示出但在本文中设想）。在至少一些实施方式中，调谐电路150的电路区块900a的阻抗产生元件X₁至X₃可包括成一或多对的一或多个电感器904及一或多个可变电容器902（及/或图9所示的LC串行电路及/或LC并联电路中的一或多者）。在至少一些实施方式中，图9中的(a)中的可变电容器902可与(c)及/或(d)中的可变电容器902相同或不同。类似地，图9中的(b)中的电感器904可与(c)及/或(d)中的电感器904相同或不同。可变电容器902的位置可由位置控制及监测电路910控制及监测。

电路区块900n内的阻抗产生元件X₁、X₂、X₃等可用通用命名法X_i+3n来表示，其中n =0, 1, 2……，并且表示电路区块编号，并且i =1, 2, 3表示阻抗产生元件在电路区块内的相对位置，且数字“3”表示电路区块中的电气部件的数量。阻抗产生元件X_1+3n连接在地面与中间脚之间，阻抗产生元件X_2+3n连接在调谐电路的输入线（例如匹配网络146的输出151）与中间脚之间，且阻抗产生元件X_3+3n连接在中间脚中。举例而言，在电路区块900₁内，n＝1，三个阻抗产生元件部件的编号为4(＝1+3*1)、5(＝2+3*1)及6(＝3+3*1))，例如阻抗产生元件X₄、X₅及X₆。电路中的每一X_可为电容器（如图9中的(a)所示）、电感器（如图9中的(b)所示）、串联连接的电感器-电容器（如图9中的(c)所示）或并联连接的电感器-电容器（如图9中的(d)所示）。限制是每一区块的两对(X_1+3N, X_2+3N)及(X_1+3N, X_3+3N)中至少有一个电感器及一个可变电容器，其中N为区块的索引。可变电容器较佳地为X_2+3N及X_3+3N，而非X_1+3N。

在至少一些实施方式中，每一电路区块900n具有两对(X_1+3n, X_2+3n)及(X_1+3n,X_3+3n)。举例而言，电路区块900₀包括对(X₁, X₂)及(X₁, X₃)，如图8A所示。每个部件对(X_1+3n,X_2+3n)或(X_1+3n, X_3+3n)包括至少一个可变电容器902（例如，如图9中的(a)、(c)及/或(d)所示）及至少一个电感器904(例如，如图9中的(b)、(c)及/或(d)所示)。举例而言，在电路区块900₀内，n＝0，两对(X₁, X₂)及(X₁, X₃)各自包括可变电容器902（例如，如图9中的(a)、(c)及/或(d)所示）及电感器904（例如，如图9中的(b)、(c)及/或(d)所示)。类似地，在电路区块900₁内，n＝1，两对(X₄, X₅)及(X₄, X₆)各自包括可变电容器902（例如，如图9中的(a)、(c)及/或(d)所示）及电感器904（例如，如图9中的(b)、(c)及/或(d)所示）。同样，在电路区块900₂内，n＝2，两对(X₇, X₈)及(X₇, X₉)各自包括可变电容器902（例如，如图9中的(a)、(c)及/或(d)所示）及电感器904（例如，如图9中的(b)、(c)及/或(d)所示）。

在至少一些实施方式中，如果电路区块900n中的阻抗产生元件X_t+3n不包括串联电感器（例如，如图9中的(a)及/或(d)所示），则可将单独的电感器906放置在电路区块的靠近输出的中间脚。举例而言，在图8A中，每一电路区块900n在中间脚可包括电感器906。在至少一些实施方式中，中间脚的第四电感器可以不包括在最靠近调谐电路150的输出的电路区块中。

如上文所述，调谐电路150在谐振附近操作，从而使得调谐电路150能够将电压调节为高于或/及低于匹配网络146的输出151处的RF电压。因此，电路区块900n中的每一者可独立且同时调谐多达两个RF频率，其中电路区块（例如电路区块900₀）内有至少两个可变电容器902。在一些实施方式中，电路区块900n中的一个可变电容器902可用于调谐RF频率中的一者。区块可以并联连接在输入电源与地面之间，足够大的电感器906放置在区块之间的输出线中。用于调谐较高频率的区块较佳地更靠近输出。当需要同时调谐多于两个RF频率时，可将电路区块900n中的多于一个电路区块并联连接，如上文所述以及如图8A所示。当需要同时调谐奇数个RF频率时，阻抗产生元件X_i+3n中的一者中的一个可变电容器902可以用固定电容器（未示出）代替，不需要使用阻抗产生元件X_i+3n中的一者，例如阻抗产生元件X₅或X₈，或者可删除阻抗产生元件X_2+3N或X_3+3N中的一者。可变电容器902可为介于约5皮法(pF)与约500 pF之间，较佳地为介于约10 pF与约250 pF之间。可基于调谐至特定谐振频率来选择电感器904的电感与电容器902组合。

图8B及图8C示出包括单个电路区块（例如电路区块900₀）的调谐电路150配置的实例。在此等实例中，根据本案的一或多个实施方式，调谐电路150耦接至一或多个RF功率产生器、匹配网络及监测电路。图8B及图8C所示的调谐电路150包括：串联布置（亦即串联LC谐振电路（见图9中的(c)））在第一RF电极与匹配网络146之间（亦即外部电极172与匹配网络146之间（图4））的电感器L₁（例如电感器906）及可变电容器C₁，以及耦接至安置于匹配网络146的输出151及地面处的功率输送线内的电感器L₁与可变电容器C₁之间的节点的第二可变电容器C₂。在一些实施方式中，可变电容器C₁、C₂中的一或两者可自至少约2 pF调节至至少约200 pF，诸如自至少约5 pF调节至至少约250 pF。

参考图10A及图10B以及图11A及图11B，其中图示根据本案的一或多个实施方式的两个RF调谐电路输出之间的仿真设定的电压振幅比及相位差图。示出了一种操作设定下两个RF电极之间的电压振幅及电压相位差。

图10A及图10B以及图11A及图11B示出调谐电路150配置的非限制性仿真结果。为了帮助解释调节调谐电路150内的一或多个电子元件对提供至多电极源组件内的电极的RF波形特性的影响，图4所示的调谐电路150连接配置在下文提供的描述中使用。在此实例中，内部电极170耦接至匹配网络146的输出151，并且外部电极172耦接至调谐电路150。

图10A及图11A示出了仿真LC电路调谐曲线，该曲线示出了在电容范围内改变调谐电路150中的电容（例如可变电容C₂）对第一电极（亦即内部电极170）及第二电极（亦即外部电极172）之间的电压振幅比（例如V_RF2/V_RF1）的影响。在图10B及图11B中，仿真结果提供了LC电路调谐曲线的实例，其示出了改变调谐电路150中的电容（例如，可变电容C₂）对第一电极与第二电极之间的相位差（例如Φ_RF2 - Φ_RF1）的影响。

在此实例中，如图10A所示，调谐电路150的具有约170 pF值的可变电容C₂具有约1.5的相应电压振幅比(V_RF2/V_RF1)。如图10B所示，对于具有与图10A中相同配置的调谐电路150，对应于170 pF电容的相位差相对较小，例如小于5度，因此导致提供至第二电极的RF波形相对于提供至第一电极的第一RF波形放大，以及其间的小相位差()，如图10A及图10B所示。在此实例中，由于所形成的电压振幅比差，电极之间放大的电压振幅比导致形成在第二电极下方的等离子体102的部分中的等离子体密度相对于第一电极相应增加。然而，在另一实例中，如图10A所示，调谐电路150的可变电容C₂亦可调节至约75 pF的值，从而实现约0.8的对应电压振幅比(V_RF2/V_RF1)。在此实例中，电极之间的放大的电压振幅比导致在第一电极下方形成的等离子体102的部分中的等离子体密度相对于第二电极相应增加。因此，通过调节调谐电路150中的阻抗产生元件中的一或多者，可调节等离子体特性，诸如等离子体均匀性。

在图11A至图11B中，可将调谐电路150的可变电容C₂设定为约25 pF的值，并且所得到的电压振幅比(V_RF2/V_RF1)等于约0.5（图11A），且相位差（）约为零，如图11B所示。

如图10A所示，基于调谐电路150的仿真结果示出了在约100 pF及约120 pF处的谐振峰值。在图11B中，调谐电路150的仿真结果示出了60 pF及250 pF处的谐振相变。在一些实施方式中，可能期望在维持RF等离子体的周期期间在谐振的任一侧操作相应的调谐电路150。在一些实施方式中，调谐电路150可经配置以例如通过使用可变电容器与并联LC电路及串联LC电路组合，以允许调谐电路150在谐振峰的任一侧之间进行切换操作而不穿过谐振区域。如上文所述，图10A至图11B所示的仿真结果不应有限制性，因为可使用调谐电路150配置提供其他期望的操作范围，以放大、减小及/或均衡电压振幅比(V_RF2/V_RF1)及/或提供至电极的RF波形之间的电流振幅比及/或相位差。

在一些实施方式中，可能期望选择引起相应RF波形之间的相位差的调谐电路150配置及/或可变电容，从而放大电极之间的电场，诸如直接耦接至匹配网络146的输出151的内部电极170以及通过调谐电路150耦接至匹配网络146的输出151的外部电极172。放大的电场导致在RF供电电极之间的某个受控距离处形成于基板支撑组件114上方的等离子体102的部分中的等离子体密度相应增加。因此，通过对调谐电路150中的阻抗产生元件中的一或多者进行调节，可对提供至所形成等离子体的横向间隔区域的放大电场加以调节，并且可以随着时间的推移调节此等区域中的等离子体中的相关等离子体特性，以控制等离子体性质（例如，等离子体不均匀性）。在一些实施方式中，可能期望选择不会引起在各个电极处形成的RF波形之间的相位差的调谐电路配置及/或可变电容，使得等离子体密度在跨基板106的区域上保持基本均匀（图1）。

有利地，调谐电路150可经配置为提供宽范围的期望等离子体处理状况，以控制及/或调节基板106的中心与边缘之间的不同点的等离子体密度分布。可使用系统控制器126通过对耦接至多电极源组件内的电极中的一或多者的一或多个调谐电路150内的一或多个可变电容器加以调节来控制调谐电路150的特性，并由此控制系统在调谐曲线（图10A至图11B）上的位置。由系统控制器126对一或多个调谐电路的特性进行的受控调节将允许在单个基板等离子体工艺内、在连续基板等离子体工艺之间及/或对于不同类型的基板相对容易地改变等离子体处理状况，无需手动修改硬件相关配置。在一些实施方式中，RF产生器140、142中的一或两者、调谐电路150或其组合可用于在等离子体处理期间调节等离子体特性。

在一些实施方式中，调谐电路150经自动调节以维持期望的处理状况，诸如考虑由于处理腔室110的各个部件的几何形状及/或材料随时间的变化而导致的等离子体均匀性漂移。举例而言，方法可用于例如通过改变调谐电路中的电容自动调节调谐电路150，以解决边缘环116的厚度变化，该变化可能是由于离子轰击导致的来自边缘环116的电介质材料的腐蚀而引起。举例而言，在一些实施方式中，系统控制器126通过使用传感器152、154可经配置以：检测处理腔室110的对应节点N处的一或多个电参数的信号；通过将检测到的信号的特性与一或多个控制限度进行比较来确定处理腔室是否在期望的处理状况下操作；并且，当电信号特性超出控制限度时，调节调谐电路150的一或多个部件。一些实施方式包括：自动调节调谐电路150的阻抗产生元件中的一或多者，以维持提供至多电极源组件内的电极中的每一者的不同RF波形之间的期望RF电压振幅比、RF电流振幅比及/或RF相位差。

在一些实施方式中，系统控制器126经配置以通过将处理状况及/或RF波形与预定限度（例如控制限度）比较以及基于系统控制器126的内存134中存储的算法或查找表改变调谐电路150的诸如可变电容的阻抗产生元件的一或多个设定点，进而基于第一电极及第二电极处的RF波形之间的期望的处理状况及/或期望的特性自动调节调谐电路150。

在一些实施方式中，调谐电路150可通过将调谐电路150的一或多个部件调节至期望的设定点及/或在期望的控制限度内来手动调节及/或控制，其中期望的设定点及/或控制限度由用户选择并存储在用于控制处理腔室110的指令中。举例而言，可将调谐电路150的可变电容控制为由用户确定并存储在系统控制器126的内存中的期望电容。

参考图12，图示了根据本案的一或多个实施方式的RF电压及电流检测器的等距示意图。示出了用于测量交流电(alternating current; AC)或高速电流脉冲的罗戈夫斯基线圈1200。罗戈夫斯基线圈1200可包括螺旋缠绕的电流线圈1202，其中引线自一端通过电流线圈1202的中心返回另一端，使得两个端子位于电流线圈1202的同一端1204处。此种方法有时称为“反绕罗戈夫斯基线圈”。电流线圈1202环绕直导体190（来自要测量其RF电流的RF功率产生器140/142的RF导体）。在电流线圈1202中感应出与直导体190中的电流的变化率（导数）成比例的电压，罗戈夫斯基线圈1200的输出通常连接至电子积分器电路1208以提供输出信号，该输出信号与导体190中的电流成正比。可设想并且在本案的范畴中，可以实现任何形状的线圈1200，例如但不限于正方形、圆形、矩形或六边形，并且可在印刷电路板上制造。电压检测线圈1210可用于检测导体190上的RF电压。电压检测线圈1210可使用导体190的电容及电感耦合，并且当参考公共端或接地时具有高阻抗。

参考图13，示出了根据本案的一或多个实施方式的RF电压及电流传感器处理及调谐电路控制器的示意性框图。RF电压及电流传感器处理及调谐电路控制器大体由数字1300表示，可包括微控制器1310、内存1316、通信接口1320、RF电极调谐控制装置1318、输入信号调节1314、步进马达驱动器及位置传感器1312。微控制器1310在内部核心处理器或外部DSP/FFT处理器1322中可具有数字信号处理(digital signal processing; DSP)及快速傅立叶变换(fast Fourier transform; FFT)能力。微控制器1310可提供通用输入及输出(general purpose inputs and output; GPIO)，用于耦接至输入信号调节接口1314、以及步进马达驱动器及位置传感器1312。信号调节接口1314的输入耦接至VI传感器152/154中的对应VI传感器。步进马达驱动器及位置传感器1312耦接至可变电容器位置控制及监测电路910中的相应电路。可将来自VI传感器中的每一者的RF电压V(t)及RF电流I(t)测量结果实时输入至微控制器1310。微控制器1310然后可确定每一RF电压V(t)及RF电流I(t)传感器对152/154之间的振幅比及/或相位差。调谐控制装置1318可用于调节调谐电路150的可变电容器902，例如调节其谐振频率。通信接口1320可以适合与操作员显示器（未示出）例如便携式计算机及/或工具控制器通信，以向操作员提供VI传感器读数、VI相位差及电容器位置信息及/或用于工艺历史记录。

参考图14，示出了根据本案的一或多个实施方式的用于调节RF调谐电路以控制腔室中的工艺等离子体的径向均匀性的示意性操作流程图。在步骤1402中，点燃工艺等离子体。在一些实施方式中，在活动1402处产生的等离子体是使用来自RF波形产生器（例如电耦接至多电极源组件内电极中的一者（诸如，例如电耦接至图4所示的内部电极170及/或外部电极172）的RF产生器140或142）的射频(RF)信号产生的电容耦合等离子体(capacitivelycoupled plasma; CCP)。在一些实施方式中，用于产生等离子体的RF信号具有大于400kHz的频率，诸如约1MHz或更大、或约2MHz或更大、例如约13.56MHz或更大、约27MHz或更大，约40MHz或更大，或例如约30MHz与约200MHz之间，诸如约30MHz与约160MHz之间，约30MHz与约120MHz之间，约30MHz与约120MHz之间，或约30 MHz与约60 MHz之间。

在步骤1402期间，根据存储在系统控制器中的处理配方，将RF电压或RF功率输送至多电极源组件内的电极，诸如，例如图4所示的内部电极170及/或外部电极172。RF电压或RF功率通过调谐电路施加至多电极源组件内的电极中的至少一者。

在步骤1404中，用于控制在基板表面的上的各个区域中及/或在等离子体处理腔室的处理容积的各个区域内所产生等离子体的特性（例如，等离子体密度)的操作参数经限定并存储于系统控制器的内存中。在一个实例中，操作参数包括：限定要施加至第一电极（例如，内部电极170）及第二电极（例如，外部电极172）的期望RF信号特性的差异，以控制等离子体处理腔室的处理容积内的各个径向位置处的等离子体密度。操作参数可包括对耦接至第一电极及/或第二电极的调谐电路150内的一或多个部件、RF电压、RF电流、功率比或期望相位差值进行的调节。操作参数的选择可基于自用户接收的输入或基于在系统控制器126上运行的软件内发现的编码指令及自VI传感器152、154接收的输入。操作参数可基于现有工艺结果或对所收集传感器数据的分析，该数据用于确定等离子体处理腔室的处理容积的一或多个区域内的等离子体密度及/或一或多个等离子体性质需要更高还是更低。

在步骤1406期间，基于所选的操作参数，根据存储于内存中的现有开发的调谐电路操作模型计算调谐电路参数。通过使用该现有开发的操作模型产生的调谐电路参数可包括：对于调谐电路150的至少一个可变电容器902的移动方向及/或期望电容值，或者使用对于至少一个可变电容器902的用户规定的电容值。

在步骤1408中，可使用步骤1406中产生的或存储于CPU 133的内存134中的调谐电路参数将调谐电路150的至少一个可变电容器902调节至特定值。

在步骤1410中，使用图13所示并在下文描述的VI传感器150、152以及RF电压及电流传感器处理及调谐电路控制器1300对调谐电路150的每一输出处的输出参数，例如RF电压、电流及其之间的相位角加以控制及监测。

在步骤1412中，对调谐电路操作模型加以更新，以实现最佳等离子体处理性能，例如对可变电容器的电容值或调谐方向加以更新，以实现最大的电压或电流比，或者以RF电极170、172为基准的RF馈送之间的相位差。期望的调节可基于由VI传感器150、152所收集的传感器数据。

在步骤1414中，RF电极调谐电路的输出处的RF电压或功率保持在根据工艺配方的值，并且如需要即返回至步骤1408，使得调谐电路150及等离子体处理结果可进一步改进。

参考一或多个实施方式描述本案，并且应了解到，除明确陈述的以外，许多等效者、替代者、变化及修改处于本案的范畴内。

Claims (20)

1.一种等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室包括：

基板支撑组件，所述基板支撑组件包括至少部分地限定所述等离子体处理腔室的处理区域的基板支撑表面；

第一电极，所述第一电极具有下表面，所述第一电极的所述下表面定位于所述基板支撑表面的至少一部分上方，实质上平行于第一平面，并且在垂直于所述第一平面的第一方向上距所述基板支撑表面第一距离；

第二电极，所述第二电极具有下表面，所述第二电极的所述下表面实质上平行于所述第一平面，其中所述第二电极及所述第一电极在平行于所述第一平面的第二方向上间隔一定距离；

射频(RF)电源组件，所述射频(RF)电源组件包括：

第一RF产生器，

阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络具有耦接至所述第一RF产生器的输出的输入及耦接至所述第一电极的输出，以及

调谐电路，所述调谐电路具有耦接至所述阻抗匹配网络的所述输出的输入及耦接至所述第二电极的输出，其中所述调谐电路包括包含第一可变阻抗产生元件的多个阻抗产生元件；以及

控制器，所述控制器经配置以控制所述第一可变阻抗产生元件的阻抗，以通过所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件引起提供至所述第一电极的第一RF波形与提供至所述第二电极的相移或振幅变化的第一RF波形之间的RF相位差或RF振幅变化。

2.如权利要求1的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室进一步包括：

第二RF产生器，所述第二RF产生器具有耦接至所述阻抗匹配网络的另一输入的输出，其中所述第二RF产生器经配置以提供：

通过所述阻抗匹配网络向所述第一电极提供的第二RF波形，并且

通过所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件向所述第二电极提供的相移第二RF波形；并且

所述第一RF波形及所述第二RF波形的频率不同。

3.如权利要求2的等离子体处理腔室，其中所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件经配置以同时调谐耦接至所述第二电极的所述第一RF波形及所述第二RF波形的RF振幅或RF相位中的至少一者。

4.如权利要求2的等离子体处理腔室，其中所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件调节所述第一电极处的第一RF波形与所述第二电极处的所述第一RF波形之间的相位差。

5.如权利要求2的等离子体处理腔室，其中所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件调节所述第一电极处的第一RF波形与所述第二电极处的所述第一RF波形之间的振幅差。

6.如权利要求2的等离子体处理腔室，其中所述调谐电路在所述第二RF波形的频率谐振附近操作，且所述多个阻抗产生元件各自包括一或多个电路区块，所述一或多个电路区块中的每一者包括其中安置两个或更多个可变电容器的两个或更多个电气部件，其中所述一或多个电气部件包括可变电容器。

7.如权利要求1的等离子体处理腔室，其中所述调谐电路在所述第一RF波形的频率谐振附近操作，且所述多个阻抗产生元件各自包括一或多个电路区块，所述一或多个电路区块中的每一者包括其中安置一或多个可变电容器的一或多个电气部件。

8.如权利要求1的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室进一步包括所述第一电极与所述第二电极之间的第三电极，其中所述第三电极实质上平行于所述第一平面对准，其中另一调谐电路耦接于所述阻抗匹配网络与第三电极之间。

9.如权利要求1的等离子体处理腔室，其中所述第一电极包括多个第一电极部分。

10.如权利要求9的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室进一步包括多个其他调谐电路，所述多个其他调谐电路中的每一者耦接至所述多个第一电极部分中的相应电极部分。

11.如权利要求1的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室进一步包括：

非暂时性计算机可读取介质，所述非暂时性计算机可读取介质具有用于执行方法的指令，所述方法包括：

(a)在所述第一电极处提供所述第一RF波形，并在所述第二电极处提供所述相移的第一RF波形；以及

(b)通过使用所述调谐电路的所述第一可变阻抗产生元件相对于所述第一电极处的所述第一RF波形调节所述第二电极处的所述相移的第一RF波形的一或多个特性。

12.一种等离子体处理方法，所述方法包括：

(a)在由电极组件及基板支撑组件限定的处理区域中产生等离子体，其中

所述电极组件包括第一电极及第二电极，

所述第二电极定位于在第一方向上距所述第一电极距离处，

第一射频(RF)产生器，所述第一射频(RF)产生器具有通过阻抗匹配网络耦接至所述第一电极的RF输出，以及

调谐电路，所述调谐电路耦接于所述阻抗匹配网络与所述第二电极之间，其中所述调谐电路包括包括第一可变阻抗产生元件的多个阻抗产生元件；

(b)由所述第一RF产生器产生RF波形，其中所述所产生的RF波形在所述第一电极处形成第一RF波形，并在所述第二电极处形成第二RF波形；以及

(c)通过调节所述调谐电路的第一可变阻抗产生元件改变所产生的等离子体，其中调节所述第一可变阻抗产生元件相对于所述第一RF波形改变所述第二RF波形的一或多个特性。

13.如权利要求12的方法，其中所述第二RF波形相对于所述第一RF波形的一或多个特性是相位及振幅。

14.如权利要求12的方法，所述方法进一步包括：

在所述第一电极及所述第二电极处测量RF电压及RF电流；

计算所述基板支撑组件上方安置的基板及所述第一电极及所述第二电极处的RF振幅及RF相位；

基于计算的RF振幅及RF相位将所述第一可变阻抗产生元件中的至少一个可变电容器调节至电容值，以相对于所述第一电极操纵所述第二电极的所述RF电压、所述RF电流或所述RF相位中的至少一者；以及

调节所述RF产生器的输出功率，以便在调节所述调谐电路中的所述至少一个可变电容器时维持所述第一电极及所述第二电极处的恒定RF电压。

15.一种电极组件，所述电极组件包括：

电极支撑板；

第一电极，所述第一电极耦接至所述电极支撑板，并包括上表面、下表面及在所述上表面与所述下表面之间延伸的一或多个气体输送开口；

接地板，所述接地板安装于所述电极支撑板上方，其中所述接地板电耦接至接地基准，并包括：

多个第一接地板特征，所述多个第一接地板特征各自在所述接地板的表面与所述第一电极的上表面之间延伸，其中每一第一接地板特征包围经配置以向所述一或多个气体输送开口中的一者输送流体的气体分配管的至少一部分；以及

第一射频(RF)输送特征，所述第一射频(RF)输送特征至少部分地包围多个接地板特征中的第一接地板特征的一部分，并耦接至所述第一电极的所述上表面。

16.如权利要求15的电极组件，其中所述一或多个气体输送开口进一步包括穿过所述第一电极的所述下表面形成的开口阵列。

17.如权利要求15的电极组件，所述电极组件进一步包括：

第二电极，所述第二电极耦接至所述电极支撑板，并包括上表面及下表面，

其中所述第一电极的所述下表面及所述第二电极的所述下表面实质上平行于第一平面，并且所述第二电极及所述第一电极在平行于所述第一平面的方向上间隔距离。

18.如权利要求17的电极组件，其中所述第二电极进一步包括各自在所述第二电极的所述上表面与所述下表面之间延伸的多个气体输送开口。

19.如权利要求18的电极组件，其中所述多个第一接地板特征中的第一接地板特征包围经配置以向所述第二电极中形成的所述多个气体输送开口中的一者输送流体的气体分配管的至少一部分。

20.如权利要求17的电极组件，所述电极组件进一步包括：

非暂时性计算机可读取介质，所述非暂时性计算机可读取介质具有用于执行方法的指令，所述方法包括：

(a)向所述第一电极提供RF波形，并向所述第二电极提供相移RF波形；以及

(b)通过使用可变电容器相对于提供至所述第一电极的所述RF波形调节提供至所述第二电极的所述相移RF波形的一或多个特性。