用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器制造技术

一种电压波形发生器包括公共节点、电压波形生成电路和电流源。电压波形生成电路可操作地连接到公共节点，并且被配置成在公共节点处施加电压信号。电流源可操作地连接到公共节点并且被配置成在公共节点处施加DC电流。电流源包括通过第一电感器连接到公共节点的第一开关节点以及连接到第一开关节点的第一电源。电源包括至少两个第一电压节点，并且电流源可操作用于在第一开关节点处在至少两个第一电压节点之间切换。节点之间切换。节点之间切换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器


[0001]本专利技术涉及一种用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器，并且涉及一种生成用于在等离子体辅助处理中使用的电压波形的相关方法，特别是用于在与待处理的衬底接触的等离子体的鞘上产生电压偏置的电压波形。电压偏置有利地用于控制等离子体辅助蚀刻、等离子体辅助层沉积或反应离子蚀刻(REI)中的离子能量。

技术介绍

[0002]在等离子体辅助蚀刻和等离子体辅助层沉积中，射频(RF)发生器用于生成控制离子能量的偏置电压。为了改善过程控制，偏置电压的精确控制和所得到的离子能量分布(IED)是很重要的。生成这个偏置电压通常使用有限效率(宽带)线性放大器或使用有限灵活性(窄带)开关模式放大器或专用脉冲生成放大器来完成。通常，放大器仅间接地控制输出电压波形(例如，控制输出功率或依赖校准)，因此导致有限的性能(所生成的波形不太接近期望的输出电压波形)、以及不太期望的离子能量分布和有限的复现性(晶片之间的变化和系统之间的变化)。
[0003]US 2018/0032100描述了一种用于等离子体辅助处理设备的波形发生器，其中各自具有其自己的浮置DC电源的多个桥臂以级联方式连接以在输出节点处获得切换电压波形。电压波形可以包括通过根据电流控制方法驱动半导体开关获得的电压斜率，使得输出电压与施加到半导体开关的驱动信号成比例。
[0004]US 9208992描述了一种等离子体辅助处理设备，其包括用于在待处理的衬底的暴露表面处形成周期性电压函数的开关模式电源。周期性电压函数实现所期望的离子能量强度分布，以执行衬底的蚀刻或衬底上的等离子体辅助沉积。
[0005]以上开关模式电源可以生成具有DC电流的特定形状的波形，以补偿离子电流(参见US 9208992的图14)。为此，开关模式电源包括耦合在半桥中的两个开关部件，并且基于由控制器生成的驱动信号来控制，如US 9208992的图3所示。
[0006]在当前的等离子体辅助过程中，存在朝向更高的换向电压电平、更大的反应器尺寸和更高的电容的趋势。
[0007]固有的等离子体反应器电容和反应器与偏置电压发生器之间的互连的杂散电感形成了具有固有谐振特性的LC电路。由于系统中的谐振，必须采用较慢的开关速度(开关节点上的有限dV/dt)或阻尼电阻(或缓冲器)来抑制谐振的激发，否则这会导致鞘电压的不期望的振铃。这种电压振铃对期望的IED具有负面影响。然而，较慢的切换速度导致长的放电时间段，从而有效地降低了过程/放电比，这又导致用于处理衬底的更长的时间。附加地，过长的放电时间可能对鞘形成或鞘保存具有负面影响。此外，阻尼电阻(或缓冲器)会导致附加的不期望的损耗。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服以上缺点。本专利技术的目的在于提供一种用于在等离子体辅
助处理中使用的电压波形发生器和生成电压波形的相关方法，其允许对电压波形的改进的控制。目的在于提供允许生成具有减少的振荡的更稳定的电压信号的发生器和方法。目的在于提供具有减小的占地面积的电压波形发生器。
[0009]本专利技术的目的在于提供允许改进的过程控制的等离子体辅助处理设备和相关方法。特别地，目的在于提供使得能够更精确地接近理想或期望的电压波形和/或允许更快地收敛到这样的理想波形的这样的设备和方法。
[0010]根据本专利技术的第一方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的电压波形发生器。根据本专利技术的各方面的电压波形发生器包括公共节点、电压波形生成电路和电流源。电压波形生成电路可操作地连接到公共节点，并且被配置为在公共节点处施加电压信号。电流源可操作地连接到公共节点，并且被配置为在公共节点处施加DC电流，特别地，DC电流是负电流，即，电流源被配置为从公共节点提取DC电流。
[0011]根据本专利技术，电流源包括通过第一(物理)电感器连接到公共节点的第一开关节点以及连接到第一开关节点的第一电源。电源有利地包括至少两个第一电压节点，其有利地提供至少两个电压电平，其有利地是可调节的。有利地，电流源有利地可操作用于在第一开关节点处的至少两个第一电压节点之间切换，并且因此在至少两个电压电平之间切换。
[0012]这种电流源通过电压节点之间的适当切换，有利地允许最小化DC电流上的纹波。此外，电流源具有最小的占地面积，并且允许与电压波形生成电路共享电源。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的用于等离子体辅助处理的设备。
[0014]根据本专利技术的第三方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的生成电压波形的方法。如本文所述的方法有利地在电压波形发生器或本文描述的设备中实施。
附图说明
[0015]现在将参考附图更详细地描述本专利技术的各方面，其中相同的附图标记表示相同的特征。
[0016]图1示出了根据本专利技术的各方面的用作ICP(电感耦合等离子体)反应器的偏置发生器的电压波形发生器的示例。
[0017]图2示出了简化的等离子体反应器模型和根据本专利技术的与其耦合的电压波形发生器。
[0018]图3示出了根据本专利技术的电压波形发生器的部件的框图。
[0019]图4A示出了组合等离子体电压和鞘电压，即，在处理和放电时段期间在暴露的衬底表面处的电压。图4B示出了在处理和放电时段期间衬底台处的电压，即由根据本专利技术的偏置发生器提供的电压。图4C示出了在处理和放电时段期间在偏置电压发生器内生成并通过DC阻隔电容器偏置的电压。
[0020]图5A示出了处理和放电时段期间的鞘电流和离子电流。图5B示出了处理和放电时段期间的衬底台电流。图5C示出了在处理和放电时段期间由根据本专利技术的偏置发生器提供的电流。
[0021]图6示出了根据本专利技术的偏置电压发生器的电路图。
[0022]图7示出了在图6的偏置电压发生器的脉冲生成电路中用作DC电源的中性点箝位
(NPC)电转换器的电路图。
[0023]图8示出了放电时段期间图4C的电压波形的细节。
[0024]图9示出了放电时段期间由脉冲生成电路提供的电流的细节。
[0025]图10示出了在导致通过脉冲生成电路的电感器线圈的电流上升的电压放电脉冲的斜升时段期间通过偏置电压发生器的电流流动路径。
[0026]图11示出了在斜升之后的导致通过脉冲生成电路的电感器线圈的电流降低的电压放电脉冲的续流时段期间通过偏置电压发生器的电流流动路径。
[0027]图12示出了在与图11中相同的续流时段期间通过偏置电压发生器的替代的电流路径。
[0028]图13示出了在没有电流流过脉冲生成电路的电感器线圈的同时在电压放电脉冲的电压箝位时段期间通过偏置电压发生器的电流流动路径。
[0029]图14示出了在导致通过脉冲生成电路的电感器线圈的反向电流上升的电压放电脉冲的斜降时段期间通过偏置电压发生器的电流流动路径。
[0030]图15示出了在斜降之后的导致通过脉冲生成电路的电感器线圈的反向电流降低的续流时段期间通过偏置电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于等离子体辅助处理设备(100)的电压波形发生器(10)，包括：公共节点(13)，电压波形生成电路(11)，所述电压波形生成电路可操作地连接到所述公共节点(13)，并且被配置成在所述公共节点(13)处施加电压信号(v
CN
)，以及电流源(16)，所述电流源可操作地连接到所述公共节点(13)，并且被配置成在所述公共节点(13)处施加DC电流(i
CS
)，其中，所述电流源(16)包括：第一开关节点(161)，所述第一开关节点通过第一电感器(L
CS
)连接到所述公共节点(13)，以及第一电源(160)，所述第一电源包括连接到所述第一开关节点(161)的至少两个第一电压节点(X，Y)，其中，所述电流源(16)可操作用于在所述第一开关节点(161)处在所述至少两个第一电压节点之间切换。2.根据权利要求1所述的电压波形发生器，其中，所述至少两个第一电压节点(X，Y)通过第一有源开关(162)连接到所述第一开关节点(161)，其中，所述电压波形发生器包括控制单元(17)，所述控制单元被配置成控制所述第一有源开关(162)以在预定时段内最小化所述公共节点(13)处的所述电压信号(v
CN
)和所述第一开关节点(161)处的切换电压(v
CS
)之间的差。3.根据权利要求1或2所述的电压波形发生器，其中，所述电压波形生成电路(11)包括至少两个第二电压节点(A，G)，其中，所述电压波形生成电路(11)被配置成在所述至少两个第二电压节点之间切换，其中，所述电压波形发生器包括控制单元(17)，所述控制单元被配置成使所述电流源在所述至少两个第一电压节点(X，Y)之间的切换与所述电压波形生成电路(11)在所述至少两个第二电压电平(A，G)之间的切换同步。4.根据权利要求3所述的电压波形发生器，其中，所述控制单元(17)被配置成基于相同的时钟信号控制所述电流源(16)在所述至少两个第一电压节点之间的切换以及所述电压生成电路(11)在所述至少两个第二电压节点之间的切换。5.根据前述权利要求中任一项所述的电压波形发生器，其中，所述第一电源(160)被配置成在所述至少两个第一电压节点(X，Y)处提供至少两个第一可调电压电平。6.根据前述权利要求中任一项所述的电压波形发生器，其中，所述第一电源(160)包括在所述至少两个第一电压节点(X，Y)之间的DC总线中点(GND
CS
)。7.根据权利要求6所述的电压波形发生器，其中，所述至少两个第一电压节点(X，Y)是两个第一电压节点，所述第一电源(160)被配置为被操作使得所述两个第一电压节点(X，Y)提供相对于所述DC总线中点(GND
CS
)对称的电压电平。8.根据前述权利要求中任一项所述的电压波形发生器，其中，所述第一电源(160)包括包含所述至少两个第一电压节点(X，Y)的“雨声棒”DC/DC转换器。9.根据前述权利要求中任一项所述的电压波形发生器，其中，所述第一电源(160)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：浦卓科技创新服务有限公司，
类型：发明
国别省市：