用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器的制作方法

本发明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。

背景技术：

1、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)。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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

1、本发明的目的在于克服以上缺点，并且特别地该缺点与电压振铃相关。本发明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，其允许获得至少相同或更高的效率。目的在于提供允许在没有或具有有限的效率损失的情况下增加处理产量的这样的发生器和方法。

2、本发明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。

3、根据本公开的第一方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的电压波形发生器。本文中描述的用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器包括：公共节点；电压供应电路，可操作用于在第一开关节点处在至少两个电压电平之间切换；第一(物理)电感器，电感器连接在第一开关节点和公共节点之间；以及控制单元，被配置成操作电压供应电路。第一电感器的电感有利地增加了与等离子体辅助处理设备的电连接的杂散电感，从而降低了由负载电容和杂散电感形成的lc电路的谐振频率，并增加了负载阻抗。这允许改善对施加到负载的电流(和电压)的控制。当生成期望的电压波形时，在开关节点处的电压切换期间，lc电路的电压振荡也被减小，从而允许对期望的电压波形的改进的控制。

4、有利地，电压波形发生器包括连接到公共节点和电压箝位节点的电压箝位电路。电压箝位电路可操作用于将公共节点的电压箝位到电压箝位节点的电压，该电压箝位节点可以是电压供应电路的电压节点。有利地，控制单元被配置成确定用于切换开关节点处的至少两个电压电平的切换时间，以在通过第一电感器的电流(并且因此存储在电感器中的能量)基本为零的时刻在公共节点处实现与电压箝位节点处的电压相等的电压。通过这样做，电压箝位可以在降低或抑制电压振荡和/或电压过冲的情况下被激活，从而进一步改善对期望电压波形的控制。

5、根据本公开的第二方面，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。

6、根据本公开的第三方面，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。

7、有利地，如本文所述的电压波形发生器以及如本文所述的设备被配置成实行如本文所述的方法。

8、本公开的各方面在以下编号的项目中阐述。

9、1、一种用于等离子体辅助处理设备的电压波形发生器，包括：

10、第一开关节点和公共节点，

11、电压供应电路，连接到第一开关节点，并且可操作用于在第一开关节点处在至少两个电压电平之间切换，

12、第一电感器，连接在第一开关节点和公共节点之间，以及

13、控制单元，被配置成操作电压供应电路，以在公共节点处获得预定电压波形。

14、2、根据项目1的电压波形发生器，其中，控制单元被配置成操作电压供应电路，以获得通过第一电感器的第一符号的第一电流脉冲，第一电流脉冲随后是相反符号的第二电流脉冲。

15、3、根据项目1或2的电压波形发生器，其中，控制单元被配置成操作电压供应电路，以在开关节点处获得切换电压信号，切换电压信号导致通过第一电感器的电流脉冲允许在公共节点处获得预定波形。

16、4、根据项目3的电压波形发生器，其中，切换电压信号包括电压电平序列，其中序列包括具有第一幅值的第一电压电平，第一电压电平随后是具有低于第一幅值的第二幅值的第二电压电平，第二电压电平随后是具有高于第二幅值的第三幅值的第三电压电平，其中，第三幅值等于或不同于第一幅值。

17、5、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，其中，预定波形是电压脉冲。

18、6、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，其中，电压供应电路包括中性点箝位转换器，该中性点箝位转换器可操作用于在第一开关节点处在至少三个电压电平之间切换。

19、7、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，包括电流源，该电流源耦合到公共节点，并且被配置成从公共节点提取dc电流。

20、8、根据项目7的电压波形发生器，其中，电流源持续连接到公共节点，并且被配置成持续提取dc电流。

21、9、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，包括电压箝位电路，该电压箝位电路耦合到公共节点并且可操作用于将公共节点的电压箝位在预定电平。

22、10、根据项目9的电压波形发生器，其中，电压箝位电路耦合到电压供应电路的电压节点，电压节点被配置用于提供至少两个电压电平中的一个作为预定电平。

23、11、根据项目9或10的电压波形发生器，其中，电压箝位电路包括无源箝位支路，该无源箝位支路包括一个或多个二极管。

24、12、根据项目9至11中任一项的电压波形发生器，其中，电压箝位电路包括有源箝位支路。

25、13、根据项目11和12的电压波形发生器，其中，有源箝位支路和无源箝位支路并联连接。

26、14、根据项目9至13中任一项的电压波形发生器，包括电阻尼元件。

27、15、根据项目9至14中任一项的电压波形发生器，其中，控制单元被配置成确定用于在开关节点处施加至少两个电压电平的切换时间，以在通过第一电感器的电流基本为零的时刻在公共节点处实现等于预定电平的电压。

28、16、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，包括用于连接到等离子体反应器的输出端子，其中，公共节点通过dc电流阻隔电容器连接到输出端子。

29、17、一种用于衬底的等离子体辅助处理的设备，包括：

30、用于生成等离子体的装置，

31、用于支承衬底的处理平台，以及

32、根据前述项目中任一项的电压波形发生器，其中，公共节点电连接到处理平台。

33、18、一种生成用于受到等离子体辅助处理的衬底的电压波形的方法，该方法包括：

34、向开关节点施加切换电压，该开关节点经由电感器连接到公共节点，该公共节点电耦合到衬底，其中，切换电压导致第一电流流过电感器，并且其中，流过电感器的第一电流限定电压波形的电压脉冲的斜升和斜降。

35、19、根据项目18的方法，其中，施加切换电压包括：

36、在第一时段期间施加具有第一幅值的第一电压电平，从而引起第一电流的增加，

37、在第一时段之后的第二时段期间施加具有小于第一幅值的第二幅值的第二电压电平，从而引起第一电流的减小。

38、20、根据项目19的方法，还包括：

39、在第二时段之后的第三时段期间，在第一电流的绝对值基本为零时，将公共节点处的电压箝位到具有第三幅值的第三电压电平。

40、21、根据项目20所述的方法，其中，第三幅值等于或大于第一幅值。

41、22、根据项目20或21的方法，其中，在第二时段结束时，第一电流的绝对值基本为零并且公共节点处的电压基本等于第三电压电平。

42、23、根据项目19至22中任一项的方法，还包括在第二时段和可选的第三时段之后的第四时段期间施加具有第四幅值的第四电压电平，使得第一电流的绝对值增加。

43、24、根据项目19至23中任一项的方法，还包括在第二时段、可选的第三时段、可选的第四时段之后的第五时段期间施加具有比第二幅值大的第五幅值的第五电压电平，使得第一电流的绝对值减小。

44、25、根据项目18至24中任一项的方法，包括至少在后续周期的第三时段和第一时段之间向公共节点施加第二电流。

45、26、根据项目25的方法，其中，从第一时段开始贯穿整个第三时段施加第二电流。

46、27、根据项目18至26中任一项的方法，该方法实施在根据项目1至16中任一项的电压波形发生器的控制单元或根据项目17的设备中。