具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

本公开的示例方面涉及等离子体处理设备和相关方法。该等离子体处理设备可以包括一个或多个感应耦合元件(例如，线圈)，该感应耦合元件用于在用于处理工件(例如，执行干蚀刻工艺或干剥离工艺)的等离子体腔室内感应感应等离子体。该一个或多个感应耦合元件可以被布置为邻近形成该等离子体腔室的一部分的介电窗(例如，介电壁)。该一个或多个感应耦合元件可以用射频(RF)能量来供能以感应等离子体，该等离子体在该等离子体腔室中的工艺气体中是至少部分感应的。该等离子体处理设备可以包括布置在该一个或多个感应耦合元件(例如，天线或线圈)与该介电窗之间的静电屏蔽体(例如，Faraday屏蔽)。该静电屏蔽体的结构具有到感应耦合元件的自由空间或气隙电容，C_A。该C_A可以取决于该静电屏蔽体和该感应耦合元件的尺寸以及该静电屏蔽体与该感应耦合元件之间的接近度。此外，可以存在寄生电容，该寄生电容包括静电屏蔽体到感应耦合元件的接地外壳以及到室的其他接地部件的自由空间或气隙电容，C_S。同样，从等离子体腔室的顶盖到外壳以及到室的其他接地部件可以存在自由空间或气隙电容，C_T-G。该外壳可以是被配置为减少进入周围环境的电磁干扰辐射的RF外壳(例如，RF罩)。

根据本公开的示例方面，静电屏蔽体可以通过具有可调电抗阻抗的电路连接到感应耦合元件和/或可以通过具有可调电抗阻抗的电路接地。在一些实施例中，该等离子体处理设备可以包括电压传感器，该电压传感器被配置为测量该静电屏蔽体的RF电压的射频分量。在一些示例实施例中，该等离子体处理设备可以包括控制器，该控制器通过调节将该静电屏蔽体连接到该感应耦合元件和/或该静电屏蔽体到地的电路中的一个或多个可变电容器来调节从该静电屏蔽体到地以及从该感应耦合元件到该静电屏蔽体的电抗。这些可以被调节以根据指定电容值的方案来保持电容值。此外，可存在将电压传感器连接到控制器的电路，使得控制器可监视静电屏蔽体的RF电压，并由此根据可指定静电屏蔽体的RF电压的预编程方案调节电容器以控制静电屏蔽体的RF电压。因此，通过调节将静电屏蔽体连接到地的电路的可调电抗阻抗和/或将静电屏蔽体连接到感应耦合元件的电路的可调电抗阻抗，可以将静电屏蔽体的RF电压保持在期望的设置点电压。

在一些情况下，难以从工件(例如，衬底、硅晶片或薄膜)去除特定类型的材料。难以去除的材料的示例可以包括光致抗蚀剂、有机材料、具有硬化表面层或表面组合物的材料，其干扰各向同性的、基于反应性自由基的去除、剥离和/或蚀刻工艺。另外，蚀刻室难以以这样的方式蚀刻薄膜，使得蚀刻工艺的各向异性在蚀刻工艺期间可以显著变化并且以受控的方式变化。对于具有离子辅助处理能力的蚀刻室，以例如大于约1000纳米(nm)/分钟的高速率进一步提供各向同性蚀刻也可能是困难的。此外，可能难以提供处理腔室，所述处理腔室经配置以在蚀刻工艺的某一部分中提供非常低的离子轰击能量(例如，低于约5eV)，使得离子轰击有效地各向同性，且在所述工艺的其它部分中，在高得多的离子能量下，足以使离子轰击各向异性且由此使蚀刻工艺定向。

本公开的示例方面涉及一种等离子体处理设备，该等离子体处理设备可包括具有静电屏蔽体(例如，Faraday屏蔽)的感应耦合等离子体源，该静电屏蔽体通过第一可调的，基本上电抗阻抗连接到电接地。在一些实施例中，静电屏蔽体还可以通过第二和独立的可调电抗阻抗连接到感应耦合元件，用于额外控制静电屏蔽体上的RF电压。该等离子体处理设备可用于处理半导体晶片，特别是执行蚀刻、剥离或等离子体增强化学气相沉积(PEVCD)工艺。该等离子体处理设备可以包括控制器，以在工件处理之前和/或期间设置和控制电抗阻抗。该控制器可以包括传感器和电路以测量该静电屏蔽体的RF电压并且将所测量的电压值提供给该控制器，这样使得该第一和第二电抗阻抗可以被调节成使得该静电屏蔽体的所测量的电压在等离子体处理中的特定时段或步骤内接近所希望的设置点。在一些实施例中，控制器可以在靠近介电窗的一个或多个位置处测量静电屏蔽体的内表面上的RF电压。在一些实施例中，静电屏蔽体可以包括多个屏蔽板。连接到控制器的传感器可以测量屏蔽板的表面上的一个或多个位置处的RF电压。

在一些实施例中，将静电屏蔽体到地的电路的第一可调电抗阻抗可有效地与静电屏蔽体到地的寄生电容并联。该寄生电容C_S可以来自通过任何介电隔离物或屏障的来自静电屏蔽体的电容以及从静电屏蔽体的气隙电容到用于感应耦合元件的处理腔室壁和RF屏蔽外壳的电容的并联组合。改变第一可调电抗阻抗电路中的电容-有效地与寄生电容C_S并联-可以在相当大的范围上改变静电屏蔽体和地之间的总电抗阻抗的幅度和符号(例如，正表示电感，负表示电容)。在一些实施例中，通过改变第一可调电抗阻抗电路中的电容，静电屏蔽体的RF电压幅度可以在从小于约2V_RMS(例如，对于小于约10欧姆或以下的阻抗值)到大于约50V_RMS(例如，对于超过约100欧姆的大阻抗值)的范围内变化。

在等离子体源(例如，感应耦合元件等)的操作期间，来自感应耦合元件的RF磁场可穿过静电屏蔽体件中的开口或间隙并穿过介电壁，以在等离子体腔室内产生感应电场来维持等离子体。在一些示例中，来自静电屏蔽体和等离子体腔室的顶盖的电容场通常不会对等离子体的功率输入贡献超过小百分比。由于从感应耦合元件到静电屏蔽体的相当大的自由空间或气隙寄生电容C_A，通常可能存在从感应耦合元件到静电屏蔽体的一些RF电流。然后，由静电屏蔽体拾取的RF电流可以通过介电壁经由电容C_S-P流到等离子体，通过可调电抗阻抗流到地，或者通过静电屏蔽体的自由空间电容C_S流到室的接地外壳和接地部件。

根据本公开的示例方面，因为静电屏蔽体靠近等离子体腔室的介电壁，所以静电屏蔽体上的RF电压可以通过该壁电容性地耦合(经由C_S-P)到等离子体，其传导RF电流到等离子体。结果，在静电屏蔽体的RF电压和等离子体腔室内的RF等离子体电势之间可以存在大致成比例的关系。在一些实现方式中，通过基于电容C_A和C_S-P改变第一电抗电路，静电屏蔽体的RF电压的可接近值使得允许在大约2V_RMS和大约50V_RMS之间调节等离子体电势。因此，对于由期望等离子体处理中的方案指定的步骤，可以将静电屏蔽体上的RF电压以及由此的RF等离子体电势调整到合理的宽范围内。

根据本公开的示例方面，在一些实施例中，通过另外具有第二可调电抗阻抗电路，该第二可调电抗阻抗电路在一些实施例中含有将感应耦合元件连接到静电屏蔽体的电感器和可变电容器两者，与不具有第二可调节电抗电路的静电屏蔽体的RF电压范围相比，静电屏蔽体上的RF电压范围可进一步显著增加。例如，在一些实施例中，第二电抗阻抗电路可以通过调谐该电路中的可变电容器来增加静电屏蔽体的RF电压(例如，仅由第一电抗电路实现的最大屏蔽RF电压)，使得电容电抗支配该电路中电感器的电感电抗。与气隙电容耦合C_A并联的第二电抗阻抗电路的所得到的净电容电抗可以增加从感应耦合元件到静电屏蔽体的RF电流。与通过气隙电容C_A的电流同相的增加的RF电流可以增加从感应耦合元件到静电屏蔽体的净总RF电流以及静电屏蔽体上的RF电压。在一些实施例中，通过调谐第二可调节电抗电路中的电容器以与电感器串联谐振以提供从感应耦合元件到静电屏蔽体的充分增加的总RF电流，可以增加(例如，最大化)流向静电屏蔽体的RF电流。在一些实施例中，可以通过将第二电抗阻抗电路中的电容器调谐为具有大于或等于第二电抗阻抗电路中的电感器的电感电抗的电容电抗，来增加流向屏蔽的RF电流。这样，静电屏蔽体上的RF电压可以容易地增加到大于约100V_RMS，甚至增加到约200V_RMS，这使得RF等离子体电势能够超过约50V_RMS，甚至达到约100V_RMS。

在一些实施例中，第二可调电抗阻抗电路可以显著降低屏蔽RF电压。例如，将静电屏蔽体连接到地的第一可调电抗阻抗电路可被调谐为具有非常低的净电抗，而第二可调电抗阻抗电路可被调谐为具有静电屏蔽体和感应耦合元件之间的气隙电容的并联谐振条件。第二电路的这种并联谐振可以导致从感应耦合元件到静电屏蔽体的RF(位移)电流的基本消除，从而将静电屏蔽体RF电压降低到大约1V_RMS或以下。因此，具有这种阻抗范围并且独立于第一电抗电路的第二可调电抗阻抗电路可以增加可以实现的屏蔽RF电压的范围并且因此增加处理腔室的灵活性和能力。

在一些实施例中，在没有第一可调电抗阻抗电路的情况下，第二可调电抗阻抗电路可单独用于增大或减小屏蔽RF电压范围。例如，在一些实施例中，第二电抗阻抗电路可以通过调谐该电路中的可变电容器来增加屏蔽RF电压，使得电容电抗支配该电路中电感器的电感电抗。在一些实施例中，可以通过调谐第二可调电抗电路中的电容器以与电感器串联谐振来进一步增加流向静电屏蔽体的RF电流，以提供从感应耦合元件流向静电屏蔽体的充分增加的总RF电流。在一些实施例中，第二可调电抗阻抗电路可被调谐为与静电屏蔽体和感应耦合元件之间的气隙电容并联谐振，以充分减小到屏蔽的净RF电流以及屏蔽RF电压。

在一些实施例中，对于RF等离子体电势足够大的第一可调电抗阻抗电路和/或第二可调电抗阻抗电路条件的范围，等离子体可以延伸到与工件支撑基座相邻的体积。当工件支撑基座由导电材料构成并且在从静电屏蔽体到地的可调阻抗的某些设置范围内具有对地的低电阻抗(例如，小于约10欧姆)时，可以存在空间电荷鞘在等离子体和工件支撑基座之间具有超过约10伏特的RF电压幅度，使得来自基座上方的等离子体的离子可以通过鞘中的电场加速以轰击支撑在基座上的工件。当RF等离子体电势大于约50伏特幅度(例如，约35V_RMS)时，离子可具有大于约20电子伏特(eV)或以上的大能量(例如，最大能量)，使得离子可参与加速或控制工件上的蚀刻或PEVCD工艺。在一些实施例中，基座上方的等离子体电势可以是静电屏蔽体的表面积与基座和周围金属室壁的表面积的比的函数。通过将等离子体体积限制为小的等离子体体积(例如，覆盖工件所需的最小等离子体体积)，屏蔽表面面积与接地壁面积的比可以大于约1，并且工件上方的鞘电势可以大于静电屏蔽体内的介电壁处的鞘电势。这有助于减少从介电壁溅射以及增加轰击工件(例如，衬底或晶片)的离子能量。

本公开的一个示例方面涉及一种等离子体处理设备。等离子体处理设备可以包括等离子体腔室、形成等离子体腔室的至少一部分的介电窗或壁、位于介电窗附近的感应耦合元件、插入在介电壁和感应耦合元件之间的静电屏蔽体，并且静电屏蔽体通过具有可调阻抗的第一可调电抗阻抗电路接地、将静电屏蔽体连接到感应耦合元件的第二可调电抗阻抗电路、测量静电屏蔽体的RF电压的电压传感器，以及被配置为通过调节第一可调电抗阻抗电路和第二可调电抗阻抗电路的电抗阻抗来调节静电屏蔽体的RF电压的控制器。由于该静电屏蔽体与该工件处理腔室之间的显著的气隙或自由空间电容，以及该静电屏蔽体与用于该等离子体腔室的外壳之间的气隙或自由空间寄生电容具有总电容C_S，将静电屏蔽体连接到地的第一可调电抗阻抗电路可以与静电屏蔽体到地的组合自由空间电容并联地组合，从而在静电屏蔽体和地之间给出宽范围的净电抗阻抗。在一些实施例中，第一电抗电路的电抗范围可以包括与C_S的并联谐振以及第一可调电抗阻抗电路内的电容器和电感器的串联谐振。第一电抗电路的这种电抗范围可导致静电屏蔽体上的RF电压的更宽的可调范围。在一些实施例中，第二电抗电路的电抗范围可以包括与C_A的并联谐振以及第二可调电抗阻抗电路内的电容器和电感器的串联谐振。第二电抗电路的这种电抗范围可导致感应耦合元件与静电屏蔽体之间的总阻抗的更宽调谐范围。

在一些实施例中，静电屏蔽体到电接地的空气中或自由空间寄生电容C_S可以在大约20皮法和大约2000皮法之间，其不包括将静电屏蔽体到地的任何电路。在一些实施例中，C_S的范围可以为约50pf至约1000pf。在一些实施例中，从静电屏蔽体到地的第一可调电抗阻抗电路可以是与寄生电容C_S并联的电路。在一些实施例中，第一可调电抗阻抗电路可以包括电感器L₁和可变电容器C₁的串联组合。可以选择电感器L₁的电感范围和电容器C₁的电容范围，以实现L₁与C₁的串联谐振以及组合部件L₁+C₁与静电屏蔽体到地的寄生电容C_S的并联谐振。电感器L₁的电抗的幅度可以大于静电屏蔽体与地之间的寄生电容(自由空间加通过任何介电绝缘)C_S的电抗的幅度。可变电容器C₁可具有第一电抗幅度(例如，最大电抗幅度)和第二电抗幅度(例如，最小电抗幅度)，第一电抗幅度稍微大于(例如，大于约10％)L₁的电感电抗的幅度，第二电抗幅度足够小，使得当从L₁的电抗减去第二电抗幅度时，第二电抗幅度可产生第一电路的净电感电抗，其稍微大于静电屏蔽体和接地参考之间的自由空间电容的电抗幅度(|Xc|＝1/[ωC_S])。后一种并联谐振条件可以允许部分或完全消除从静电屏蔽体通过C_S到地的RF电流，从而增加静电屏蔽体RF电压和静电屏蔽体可以被调谐到的RF电压范围。在一些实施例中，静电屏蔽体和地之间的第一电抗阻抗电路中的可变电容器可以是简单的两位置电容器，其中一个位置是第一电抗电路的低阻抗，而另一个位置是与C_S接近并联谐振，产生屏蔽到地的高总阻抗，使得可以更经济地实现在给定功率电平下的静电屏蔽体RF电压的调谐。根据本公开的示例方面，当用RF能量供能时，等离子体处理设备的感应耦合元件可以在等离子体腔室中产生等离子体。该RF等离子体电势可以被控制在多个水平。这种等离子体处理设备和相关方法对于不同的应用是非常有用的。

在一些实施例中，感应耦合元件到静电屏蔽体的空气中或自由空间寄生电容(C_A)可以在大约5皮法和大约1000皮法之间。在一些实施例中，C_A的范围可以为约20pf至约500pf。在一些实施例中，从静电屏蔽体到感应耦合元件的第二可调电抗阻抗电路可以包括串联连接的电感器和可变电容器。可以选择电感器L₂的电感和电容器C₂的电容范围，以实现L₂与C₂的串联谐振以及组合部件与静电屏蔽体到感应耦合元件的寄生电容C_A的并联谐振。电感器L₂的电抗的幅度可以在静电屏蔽体与感应耦合元件之间(自由空间加通过任何介电绝缘)电容C_A的电抗的幅度的一倍与两倍之间。该可变电容器可以具有略大于L₂的电感电抗的幅度的第一电抗幅度(例如，最大电抗幅度)。所述可变电容器可具有足够小的第二电抗幅度(例如，最小电抗幅度)，使得当从L₂的电抗减去时，其产生略大于静电屏蔽体与线圈之间的自由空间电容的电抗幅度的净电抗(|Xc|＝1/[ωC_A])。同样地，对于第二电抗电路，可以实现并联谐振条件，其允许有效地消除从感应耦合元件流到静电屏蔽体的RF电流，从而减小分流到静电屏蔽体的RF电流并减小静电屏蔽体可以被调谐到的RF电压范围的下限。在一些实施例中，静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二电抗阻抗电路中的可变电容器可以结合到阻抗匹配网络外壳中，以及来自静电屏蔽体的第一电抗电路的接地，使得可以更经济地实现在给定功率电平下的静电屏蔽体RF电压的调谐。根据本公开的示例方面，当用RF能量供能时，等离子体处理设备的感应耦合元件可以在等离子体腔室中产生等离子体。可以将RF等离子体电势控制在可用于一个或多个工艺的任何步骤的宽范围的水平。

在一些实施例中，该感应耦合元件(例如，用于感应耦合等离子体源的天线或线圈)可以由可自动控制的RF电功率源供电，该RF电功率源提供RF电流以流过该感应耦合元件。工件支撑基座可以位于排气室内，和/或位于由感应耦合元件产生的等离子体内和/或附近。该介电窗可以是形成该等离子体腔室的至少一部分的介电壁。该静电屏蔽体可以是插在该感应耦合元件与该介电壁之间的槽式静电屏蔽体。该静电屏蔽体可以通过可调的，基本上电抗的第一电抗阻抗电路连接到电接地。在一些实施例中，静电屏蔽体可以具有通过第一可自动调节的电抗阻抗电路共同接地的多个导电材料板，并且这些板可以通过宽度在约2毫米(mm)和约3(厘米)之间的间隙彼此分开。这种间隙可以具有大致垂直于感应耦合元件中的电流方向的长方向。板和间隙的配置可以使得感应耦合元件和介电壁的内表面之间的直接静电耦合(电容)可以减小至少大约两倍或以上。

在一些实施例中，静电屏蔽体可以连接到等离子体腔室的导电顶盖，使得导电顶盖可以直接或通过可以邻近顶盖内表面的薄介电衬垫向/从由感应耦合元件产生的等离子体传导RF电流。在一些实施例中，导电顶盖可以邻近介电壁的顶部定位。在一些实施例中，控制器可以通过将从静电屏蔽体到地的总阻抗(包括寄生电容C_S+C_T-G(因为C_S和C_T-G组合是从屏蔽和顶盖到地的并联电容))与第一可调电抗阻抗电路并联地从大约1欧姆调整到大约100欧姆或以上，以及将从感应耦合元件到静电屏蔽体的总阻抗(包括寄生电容C_A和第二可调电抗阻抗电路)从小于大约50欧姆调整到大于大约200欧姆，来在从小于大约5V的幅度到大约500V的幅度的范围内调整静电屏蔽体的RF电压，并由此调整顶盖的电压。

在一些实施例中，控制器可以包括电路(例如，连接到电压传感器或检测器)以测量在一个或多个屏蔽板或形成静电屏蔽体的外壳上靠近感应耦合元件的位置处的RF电压。该电路可以向该控制器提供指示这个测量的RF电压的数据，以使得该控制器能够作为闭环控制系统的一部分来调节该静电屏蔽体与地之间的该第一电路的电抗阻抗。在一些实施例中，作为闭环控制系统的一部分，控制器可以调节将感应耦合元件连接到静电屏蔽体的第二可变电抗电路的阻抗。在一些实施例中，控制器可以调节第一和第二电抗阻抗电路的电抗阻抗，以针对特定工艺步骤调节静电屏蔽体上的RF电压，从而为该工艺步骤提供期望水平的离子轰击。在一些实施例中，控制器可调节第一和第二电抗电路的阻抗，使得静电屏蔽体上的RF电压可减小(例如，最小化)，使得根据特定工艺步骤对工件的离子轰击减小(例如，最小)。在一些实施例中，控制器可以与调节静电屏蔽体与地之间的阻抗并行地调节静电屏蔽体与感应耦合元件之间的阻抗，从而可以实现对静电屏蔽体上的RF电压的准确且可重复的控制。

根据本公开的示例方面，等离子体处理设备可以包括处理工件的处理腔室和将处理腔室与等离子体腔室分离(例如，部分分离，也称为分离挡板)的挡板结构(例如，分离挡板)。例如，分离挡板可以插入处理腔室中的等离子体腔室和工件支撑基座之间。该分离挡板可以阻挡该等离子体和气体从该等离子体产生区域到该工件的流动路径的一个或多个部分，以部分地吸收或转移从该等离子体腔室向下流动到该工件的气流中的带电粒子。

在一些实施例中，分离挡板可以没有孔，使得气体不会流过分离挡板，例如，没有孔的盘。在一些实施例中，分离挡板可具有圆盘形状和关于圆柱形等离子体源体积的中心轴对称的覆盖区域，使得分离挡板的中心位于工件支撑件的大致中心上方。在一些实施例中，分离挡板可具有在该位置处的室的直径的约0.7与小至室的直径的约0.10之间的直径。例如，分离挡板可仅覆盖从感应耦合元件到工件的流动面积的一部分(例如，小于约50％，例如小于约25％)。在一些实施例中，分离挡板可以是圆形的和对称的，其中心位于工件的中心上方，使得等离子体可以随着气体向下到工件而围绕分离挡板扩散或流动。分离挡板可由电绝缘材料或导电材料制成。在一些实施例中，分离挡板可在离工件约5cm与离工件约20cm之间。

在一些实施例中，分离挡板可具有允许一些气体流过分离挡板的多个孔。例如，分离挡板可以是具有多个小孔的小栅格。孔直径可以与分离挡板的厚度具有相同的量级或相同的尺寸，使得进入该孔的大部分离子不能穿透分离挡板。在一些实施例中，分离挡板可由导电材料制成，例如金属、硅、碳或具有某种电传导测量的其它材料。

在一些实施例中，分离挡板可由外部电源电偏置。该偏置电压可以通过用于处理腔室的控制器来控制。该偏置电压可以在用于单个工件或多个工件的工艺中从一个工艺到另一个工艺或从一个步骤到另一个步骤而变化。在这种情况下，可以使用电线或导电支柱或支撑件来从外部电源向分离挡板提供电流。

在一些实施例中，分离挡板可以使等离子体在工件上方具有均匀的密度分布，使得工件的处理可以是均匀的。这种分离挡板可由电绝缘体材料或导电材料制成。由导电材料制成的隔离挡板可电接地或电浮动。在一些实施例中，这样的分离挡板可以不被电偏置以引起增强的离子收集，或接收离子轰击，或引起等离子体的电势升高。

在一些实施例中，当执行各向同性蚀刻工艺时，等离子体处理设备可以包括完整的分离挡板(例如，隔栅)，使得来自室的所有气体流过分离挡板到达工件，其中由感应耦合元件供能的等离子体在其中流动。分离挡板可以部分地或几乎完全地从从等离子体腔室流向工件的气流中吸收带电粒子，以减少工件的带电和对工件的潜在离子损伤。当工艺需要带电粒子时，感应耦合元件的RF等离子体电势可以增加到在分离挡板的孔中点燃中空阳极放电的点，使得在分离挡板的孔中发生电离，从而在邻近分离挡板并邻近工件的气体体积中单独地产生等离子体。

在一些实施例中，处理腔室的工件支撑基座可以是导电材料，并且可以电接地，使得基座接地的DC和RF阻抗中的任一个或两个小于或约为5欧姆。在一些情况下，通常当静电屏蔽体上存在较大的RF电压值时，由感应耦合元件产生的等离子体可以延伸到由导电材料制成的工件支撑基座上方的体积。因此，在从静电屏蔽体到地的可调电抗阻抗电路的设置范围内，等离子体处理设备可以包括在等离子体和工件或工件支撑基座之间的空间电荷鞘，使得来自基座上方的等离子体的离子可以通过空间电荷鞘中的电场加速以轰击支撑在基座上的工件。

在一些实施例中，处理腔室的一个或多个金属或导电壁可以电接地。在一些实施例中，可以定义被称为R_A的面积比的参数，其等于等离子体腔室和介电等离子体屏障之间的处理腔室壁的表面积与工件支撑基座的面积的组合除以静电屏蔽体的面积的比，并且当屏蔽连接到等离子体腔室的顶盖时，等于屏蔽和顶盖的总面积。当R_A小于约3并且同时在屏蔽上存在一些RF电压时，这可有益于增加工件表面处的鞘电势和降低介电壁或顶盖的内壁处的鞘电势的工艺。这可以减少从等离子体源的介电壁的离子溅射并且可以增加轰击工件的离子能量。适合于这样的低源壁溅射条件可以是这样的条件，其中等离子体腔室的介电壁的面积(如果它连接到屏蔽，则与顶盖的面积组合)大于包括工件支撑基座的源的接地壁面积(例如，R_A小于约1)。对于静电屏蔽体上的任何给定RF电压，相对于接地壁面积增加静电屏蔽体和/或盖面积通常将导致工件上方的鞘电势增加，从而进一步增加入射在工件上的离子的能量并减少入射在等离子体源的内壁上的离子能量。在一些实施例中，等离子体腔室可以是处理腔室的一部分，其中与感应耦合元件相邻的壁是介电材料。例如，在一些实施例中，等离子体腔室可以包括具有作为介电壁的一部分的顶盖、邻近顶盖的该部分的感应耦合元件和在感应耦合元件和介电壁之间的静电屏蔽体(例如，Faraday屏蔽)，以及对地具有低RF阻抗的工件支撑基座。围绕工件支撑基座的等离子体腔室金属壁可以电接地。在一些实施例中，与围绕工件支撑基座的金属壁结合的基座的面积可以小于或大约等于邻近介电壁的Faraday屏蔽的面积(例如，R_A小于约3)。在这种情况下，接地面积与屏蔽面积的比可以小于约3，或者在一些实施例中小于约1。

在一些实施例中，在RF功率的固定值，除了调节静电屏蔽体和地之间的第一电抗电路的阻抗之外，控制器还可以调节静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二电抗RF阻抗的值允许在小于约5伏特和约500伏特之间调谐静电屏蔽体上的RF电势的幅度，从而使得等离子体电势的RF幅度在小于约2V_RMS到高达约300V_RMS之间的范围内。

在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括挡板结构，该挡板结构在工件支撑基座附近的一些区域中具有一个或多个介电元件(例如，一个或多个介电隔板，或屏障，或挡板，或介电栅格，或介电壁)。该一个或多个介电元件可以限制该等离子体以防止该等离子体将该工件下方的该处理腔室的一部分体积填充到该真空泵送管线并且包括该真空泵送管线。以这种方式，邻近与基座区域结合的等离子体的接地室壁的区域可以被限制为小于静电屏蔽体的结合区域的5倍，并且在一些实施例中包括等离子体腔室的顶盖，并且在一些实施例中小于屏蔽和顶盖的结合区域。

在一些实施例中，静电屏蔽体可以与等离子体腔室的介电壁间隔小于约1厘米的距离。在一些实施例中，静电屏蔽体与介电壁之间的距离可小于约5毫米(mm)。在一些实施例中，从静电屏蔽体到介电壁的间隙可以小于约2mm。较小的间隙通常增加静电屏蔽体和等离子体之间的电容，并增加从静电屏蔽体流向等离子体的RF电流。例如，对于具有大于约200mm的静电屏蔽体直径的等离子体源，电容可以增加到至少约50皮法。通过这种电容，当感应耦合元件传导RF电流时，RF电流可以从静电屏蔽体，通过介电壁流到等离子体。对于典型地大于安培的RF电流，这使得感应耦合元件由于其电感而具有相当大的RF电压，该电感可以是大约1微亨或以上。通常，从静电屏蔽体到介电壁的间隙越小，电容越大，从而增加RF等离子体电势。

本公开的另一示例方面针对一种用于处理工件的方法。该方法可以包括允许工艺气体进入耗尽的等离子体腔室；通过感应耦合元件从等离子体腔室中的工艺气体产生等离子体；通过调节耦合在静电屏蔽体和接地参考之间的第一可调电抗阻抗来调节位于感应耦合元件和等离子体腔室之间的静电屏蔽体的RF电压；以及通过调节连接在静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二可调电抗电路来进一步调节位于感应耦合元件和等离子体腔室之间的静电屏蔽体的电压；对所述工件进行刻蚀工艺中的步骤。

在一些实施例中，排气泵可从等离子体腔室去除用过的工艺气体。一个或多个工艺气体可通过一个或多个质量流量控制器以一个或多个流速流入等离子体腔室，该一个或多个流速可在蚀刻处理的不同步骤期间独立地自动控制至适当值。可以通过用于蚀刻工艺的自动控制器来控制等离子体腔室中的气体压力。气体压力可控制在约1mTorr(例如，约0.13帕斯卡)和约10Torr(例如，约660帕斯卡)之间的范围内。工艺气体的示例可包括氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、水蒸气(H₂O)、氯气(Cl₂)、三溴化硼(BBr₃)、三氯化硼(BCl₃)和一种或多种氟化气体，包括四氟甲烷(CF₄)、三氟化氮(NF₃)、六氟化硫(SF₆)、氟化氢(HF)、氟气(F₂)和其它气体。

在一些实施例中，控制器可以预设从静电屏蔽体到地的第一可调电抗阻抗，使得可调电抗阻抗的幅度可以为至少约10欧姆，并且从静电屏蔽体到地的总阻抗可以为至少约5欧姆。可接通RF功率以向感应耦合元件(例如，感应线圈)提供RF电流，使得静电屏蔽体的电压可大于约10V_RMS。该等离子体然后可以由邻近该静电屏蔽体的介电壁的内表面的RF电场来点燃。该介电壁(也称为介电窗)可以形成该等离子体腔室外壳的至少一部分。当接通RF功率时，一个或多个电压传感器可以测量静电屏蔽体的电压并且可以向控制器提供静电屏蔽体的测量电压。该控制器可以调谐第一和第二电抗阻抗，该第一和第二电抗阻抗使得该屏蔽电压适合于该蚀刻工艺的第一步骤(例如，等离子体点火)。

在一些实施例中，蚀刻工艺可以包括各向同性蚀刻步骤，该各向同性蚀刻步骤具有小于3V幅度的RF等离子体电势(例如，约2V_RMS)。在该步骤期间，控制器可以将静电屏蔽体罩和地之间的第一可调电抗阻抗设置为非常低的值(例如，小于约2欧姆，或小于约1欧姆)，这可以通过在L₁和C₁之间的串联谐振处或附近进行调谐来实现。然后，控制器可以独立地将从感应耦合元件到静电屏蔽体的第二可调电抗电路设置为接近与C_A并联谐振，降低从感应耦合元件到静电屏蔽体的总电抗阻抗以降低静电屏蔽体上的RF电压，使得RF电压可以小于大约10V幅度(7V_RMS)，从而使得离子轰击的能量足够低(例如，小于约2eV)，使得气体中的离子散射产生基本上各向同性的离子分布。

在一些实施例中，蚀刻工艺可包括具有实质离子轰击辅助的离子辅助蚀刻步骤。在该步骤期间，在一些实施例中，控制器可以将第一可调电抗电路L₁和C₁串联设置，使得与C_S并联的该电路处于或接近与C_S并联谐振，使得从静电屏蔽体到地的阻抗大于约100欧姆。该第二可调电抗电路还可以被调谐，使得该第二可调电抗电路从该感应耦合元件到该静电屏蔽体的电抗可以是电容的并且小于或大约等于该气隙电容(C_A)从该感应耦合元件到该静电屏蔽体的电容电抗。第二可调电抗电路的这种电容电抗可将从感应耦合元件到静电屏蔽体的RF电流增加至少约50％，从而将静电屏蔽体的RF电压增加到至少约30V_RMS或以上，且优选地增加到100V_RMS，使得等离子体电势可为至少约10V_RMS且优选地大于约30V_RMS。然后可以进行蚀刻工艺的该步骤，直到时间耗尽或者来自等离子体或诊断的终点信号导致该步骤终止。

在一些实施例中，等离子体处理设备可以执行蚀刻步骤，该蚀刻步骤可以是多步骤工艺中的第一步骤，其中离子轰击是用于激活蚀刻的重要机制。在一些实施例中，对于该蚀刻步骤，静电屏蔽体和地之间的第一电抗阻抗电路以及感应耦合元件和静电屏蔽体之间的第二可调电抗电路都可以根据上述方法通过自动控制系统独立地调谐，使得静电屏蔽体上的RF电势可以大于大约50伏特RMS，并且RF等离子体电势可以大于大约20伏特RMS。然后，这可以提供具有足够能量的工件离子轰击以激活工件表面上的反应性离子蚀刻(RIE)反应。

在一些实施例中，一旦蚀刻工艺的第一步骤已经完成，气流和RF功率可以被改变到用于蚀刻工艺的第二步骤的期望设置，该蚀刻工艺的第二步骤可以是各向同性蚀刻步骤，其中对于该步骤离子轰击被大大降低。该控制器可以针对第二或后续步骤重新调谐该电抗阻抗，使得该静电屏蔽体的测量的RF电压远小于该第一步骤所使用的RF电压。例如，如上所述，当该步骤是各向同性蚀刻步骤时，静电屏蔽体的RF电压可以小于约10V_RMS。

作为另一示例，控制器可将静电屏蔽体的RF电压调节为与第一步骤的RF电压不同的值，例如高于约100V_RMS。这样，可以设置从静电屏蔽体到地的第一可调电抗电路和从感应耦合元件到静电屏蔽体的第二可调电抗电路，使得静电屏蔽体的RF电压可以具有适合离子轰击需要的值。如工艺所需的静电屏蔽体电压的这样的值可以来自第二步骤的方案。该控制器可以将该测量值与该静电屏蔽体的一个所希望的电压进行比较以调节该第一和第二可调电抗电路，直到该测量值等于该所希望的电压(例如，设置值)。第一和第二可调电抗电路的使用可以独立地实现用于这种处理灵活性的宽范围的屏蔽电压。所希望的电压可以被预编程，例如在工艺“方案”中，和/或可以由操作者手动输入。

为了说明和讨论的目的，参考蚀刻工艺的两个步骤讨论本公开的方面。使用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，蚀刻工艺可以包括两个或更多个工艺步骤和用于蚀刻工艺的每个步骤的各种控制参数(例如，与电抗性阻抗、静电屏蔽体的电压相关的值)，使得可以在步骤开始时调整各种控制参数，并且在整个工艺步骤中将各种控制参数维持在期望值。

本公开的另一示例方面涉及一种等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括等离子体腔室、形成该等离子体腔室的至少一部分的介电壁、位于该介电壁附近的感应耦合元件(感应耦合元件)、位于该感应耦合元件和该介电壁之间的静电屏蔽体、具有将该静电屏蔽体到地的至少一个可变电容器的第一可调电抗电路、具有将该静电屏蔽体连接到该感应耦合元件的至少一个可变电容器的第二可调电抗电路。该感应耦合元件在用射频(RF)能量供能时可以在该等离子体腔室中产生等离子体。组合的第一和第二可调电抗电路的功能可以是在更宽的范围上调节静电屏蔽体的RF电压。从感应耦合元件到静电屏蔽体以及从静电屏蔽体到地的总阻抗包括C_A和C_S，使得并联的第一和第二可调电路与寄生电容的并联组合可以为每个总阻抗提供宽范围(例如，最大范围)。这样的组合可以使这些阻抗可独立地调谐，使得屏蔽RF电压可以被调节到适当的值。

在一些实施例中，从静电屏蔽体连接到电接地的第一可调电抗电路可以是具有至少一个电感器和至少一个电容器的组合的电路，其中任何部件可以在电抗范围内可调节或可调谐。在一些实施例中，静电屏蔽体和地之间的第一可调电抗电路可以至少包括电感器L₁的串联组合，该电感器具有比电容(C_S)的电抗幅度更大的电抗幅度。电感器L₁可以在所述范围的某个部分上是固定的或可调谐的。即：ωL₁>(1/(ωC_S))，其中ω是提供给感应耦合元件的主要RF功率傅立叶分量的角频率。此外，该电路的电容器可以是固定的或可变的，但是优选地可以在从第一下限电容值到第二上限电容值的电容范围内变化。例如，下限电容值可以具有电感器L₁的电抗幅度的电抗幅度：[1/(ωC_1,min))]>(ωL₁)。该上限电容可以具有一个幅度[1/(ωC_1,max))]，当从电感器L₁的电感电抗中减去时，产生组合L₁和C₁的一个总电抗，其是电感的并且大于或等于自由空间或空气间隙电容的电抗的幅度，[1/(ωC_S)]。然后，第一可调电抗电路可以由自动控制系统调谐，该自动控制系统调谐电容器C₁或电感器L₁或这两者，使得电感器L₁和电容器C₁可以进行近似串联谐振，在这种情况下，静电屏蔽体和地之间的阻抗可以小于大约10欧姆。而且，可以调谐电容器C₁的电容，使得寄生电容C_S和第一电抗电路处于或接近并联谐振，从而导致静电屏蔽体和地之间的大的总阻抗(例如，大于约100欧姆)。在后一种情况下，可以减小流向地的净RF电流，从而相对于没有第一可调电抗电路的情况，导致静电屏蔽体的更高电压。在一些实施例中，将静电屏蔽体连接到地的第一可调电抗电路可以连接到静电屏蔽体上最靠近感应耦合元件的中心的一个或多个位置，或者可以连接到静电屏蔽体上的任何点。在一些实施例中，第一可调电路可以连接到静电屏蔽体的一端，为了计算谐振条件电感L₁可以包括从静电屏蔽体的中心到其连接到第一可调电路的点的电感。

在一些实施例中，从感应耦合元件连接到静电屏蔽体的第二可调电抗电路可以是具有至少一个电感器和至少一个电容器的组合的电路，其中任何部件可以在电抗范围内是可调节的或可调谐的。在一些实施例中，第二可调电路可以至少包括电感器L₂和电容器C₂的串联组合。电感器L₂可以具有比气隙(自由空间)电容(C_A)的电抗幅度更大的电抗幅度。电感器L₂可以在所述范围的某个部分上是固定的或可调谐的。即：ωL>(1/(ωC_A))，其中ω是提供给感应耦合元件的主要RF功率傅立叶分量的角频率。此外，连接感应耦合元件和静电屏蔽体的电容器C₂可以是固定的或可变的。电容器C₂可以具有从作为C₂的下限的第一电容到作为C₂的上限的第二电容的电容范围。第一电容C_2,min应当具有大于电感器L₂的电抗幅度的电抗幅度：[1/(ωC_2,min))]>(ωL₂)。C₂的第二电容(上限)可具有这样幅度的电抗，[1/(ωC_2,max))]，使得当从电感器L₂的电感电抗减去该电抗(即ωL₂)时，其导致串联组合L₂和C₂的总电抗为净电感，并且大于自由空间或气隙电容的电抗的幅度，[1/(ωC_A)]。然后，第二可调电抗电路可以由自动控制系统调谐，该自动控制系统调谐电容器C₂或电感器L₂或两者，使得电感器L₂和电容器C₂可以产生串联谐振，在这种情况下，感应耦合元件和静电屏蔽体之间的阻抗小于约10欧姆。此外，可以调谐电容器C₂的电容，使得气隙电容C_A和第二电抗电路的组合并联谐振，从而导致静电屏蔽体和感应耦合元件之间的大的总阻抗(例如，大于约100欧姆)。在后一种情况下，相对于没有第二可调电路的情况，在感应耦合元件和静电屏蔽体之间可以存在减小的净RF电流，这导致在静电屏蔽体上由来自感应耦合元件的电容耦合感应的较小的感应RF电势。在一些实施例中，第二可调电抗电路可以将感应耦合元件上靠近感应耦合元件的中心的一个或多个位置连接到静电屏蔽体，或者可以将感应耦合元件上的任何点连接到静电屏蔽体。在一些实施例中，第二可调电路可以将感应耦合元件的一端连接到静电屏蔽体。为了计算谐振条件，电感L₂可以包括从感应耦合元件的中心到其连接点的电感。

在上述情况之一中，可以为将静电屏蔽体连接到感应耦合元件的第二电抗电路调谐接近或处于串联谐振的低阻抗，从而在静电屏蔽体上提供增加的RF电压。在一些实施例中，连接静电屏蔽体和地的第一可调电抗电路可通过调谐第一可调电抗电路中的可变电容器来进一步增加静电屏蔽体上的RF电压，以使得第一电抗电路具有电感的总电抗，使得其与寄生电容并联组合，从而增加从静电屏蔽体到地的总阻抗。在这种情况下，对于输入到感应耦合元件的给定电平的RF功率，静电屏蔽体上的RF电压可以增加(例如，最大化)并且离子轰击到工件或衬底上的能量可以增加(例如，最大化)。

对于需要非常低的屏蔽电压的情况，第二可调电路可以被调谐用于第二电抗电路与气隙电容C_A的并联谐振，并且同时通过将第一可调电路的电抗调谐到电容器C₁和电感器L₁的串联谐振的条件来进一步降低静电屏蔽体上的RF电压。这可以将静电屏蔽体上的RF电压的值减小(例如，最小化)到接近或小于1V_RMS的值，使得RF等离子体电势的值可以给出来自等离子体的工件的离子轰击的非常低(例如，小于约2eV)的能量，这将避免各向异性蚀刻。

在一些实施例中，到静电屏蔽体的感应耦合元件的“气隙”电容(C_A)可以在大约5皮法和大约500皮法之间，在一些实施例中，电容C_A可以在大约10皮法和大约200皮法之间，所述“气隙”电容(C_A)是在没有电路连接时两者之间的自由空间电容。在一些实施例中，该等离子体处理设备可以进一步包括被配置为测量该静电屏蔽体的电压的电压传感器。在一些实施例中，可以调谐将静电屏蔽体连接到感应耦合元件的第二可调电抗电路，以将感应耦合元件和静电屏蔽体之间的总阻抗从具有非常小的阻抗值(例如，小于约1欧姆)的电路的串联谐振改变为第二电路与气隙电容C_A的并联谐振，从而给出一个非常大的阻抗值(例如，大于约100欧姆)。该等离子体处理设备还可以包括控制器，该控制器通过基于静电屏蔽体的测量电压调节静电屏蔽体和地之间的第一可调电抗阻抗电路(例如，可变电容器C₁)来自动地或手动地调节静电屏蔽体的电压。在一些实施例中，控制器可以通过调节将静电屏蔽体与感应耦合元件连接的第二可调电抗电路(例如，可变电容器C₂)来进一步调节(增加先前的最大RF电压或减小先前的最小RF电压)静电屏蔽体的电压。

出于说明和讨论的目的，参考“工件”、“衬底”或“晶片”来讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开内容的所属领域的技术人员将了解，本公开的示例方面可与任何半导体晶片或衬底或其它合适的衬底或工件相关联地使用。“基座”是可用于支撑工件的任何结构。此外，术语“约”或“大约”与数值结合使用是指在所述数值的10％内。

如这里所使用的，当可调电抗阻抗电路的净电感电抗大约等于在施加到感应耦合元件的RF能量的频率下的寄生电容的电抗的幅度时，在静电屏蔽体和接地参考之间出现具有寄生电容的并联谐振条件。在一些实施例中，当静电屏蔽体上的电压在相对最大值的10％内时，可以发生并联谐振条件和/或可以检测并联谐振条件。当在施加到感应耦合元件的RF能量的频率下，可调电抗阻抗电路的净电感电抗大约等于寄生电容的电抗的幅度时，在静电屏蔽体和感应耦合元件参考之间出现具有寄生电容的并联谐振条件。在一些实施例中，当静电屏蔽体上的电压在相对最小值的10％之内时，可以发生并联谐振条件和/或可以检测并联谐振条件。当在施加到感应耦合元件的RF能量的频率下，可调电抗阻抗电路的电感器的净电抗近似等于可调电抗阻抗电路的电容器的电抗时，发生可调电抗阻抗电路的串联谐振条件。在一些实施例中，当静电屏蔽体上的电压在相对最小值的10％内时，可以发生并联谐振条件和/或可以检测并联谐振条件。

本公开的一个示例实施例涉及一种等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括被配置为能够保持等离子体的等离子体腔室。该等离子体处理设备可以包括形成该等离子体腔室的壁的至少一部分的介电窗。该等离子体处理设备可以包括气体源，被配置为向该等离子体腔室供应工艺气体。该等离子体处理设备可以包括位于该介电窗附近的感应耦合元件。该感应耦合元件可以被配置为当用射频(RF)能量供能时在该等离子体腔室中从该工艺气体产生等离子体。该等离子体处理设备可以包括具有被配置为支撑工件的工件支撑件的处理腔室。该处理腔室可以与该等离子体腔室流体连通。该等离子体处理设备可以包括位于该感应耦合元件与该介电窗之间的静电屏蔽体。该静电屏蔽体可以经由可调电抗阻抗电路接地到接地参考。该静电屏蔽体可以具有到该接地参考的寄生电容。该可调电抗阻抗电路可以被配置为用于在提供给该感应耦合元件的RF能量的频率下在电容电抗的条件与电感电抗的条件之间调节该静电屏蔽体与该接地参考之间的电抗范围。该电抗范围可以包括足以实现与静电屏蔽体与接地参考之间的寄生电容的并联谐振条件的电感电抗。

在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括挡板结构。该挡板结构可以包括多个介电限制元件。多个介电限制元件中的至少两个可由间隙隔开。该间隙的宽度可以小于约1cm。在一些示例中，多个介电限制元件可包括大致平行于处理腔室的接地侧壁安装的多个介电室衬垫。在一些实现中，挡板结构可以位于等离子体腔室和处理腔室之间。该挡板结构可以具有在该等离子体腔室的直径的约10％至约70％的范围内的直径。该挡板结构可以被配置为从该等离子体吸收一种或多种带电物质。在一些情况下，挡板结构的中心可位于工件支撑件的大致中心上方。

在一些实施例中，可调电抗阻抗电路可以包括串联连接的电感器和可变电容器。可变电容器的电容范围具有小于0.9*C_s/a的下限和大于大约C_s/(a-1)上限，其中C_s是静电屏蔽体和接地参考之间的寄生电容，a是大于大约1.01的常数。

在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括耦合在静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二可调电抗阻抗电路。该第二可调电抗阻抗电路可以被配置为用于在提供给该感应耦合元件的RF能量的频率下在电容电抗的条件与电感电抗的条件之间调节该感应耦合元件与静电屏蔽体之间的电抗。

本公开的另一示例实施例涉及一种等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括被配置为能够保持等离子体的等离子体腔室。该等离子体处理设备可以包括形成该等离子体腔室的壁的至少一部分的介电窗。该等离子体处理设备可以包括气体源，被配置为向该等离子体腔室供应工艺气体。该等离子体处理设备可以包括位于该介电窗附近的感应耦合元件。该感应耦合元件可以被配置为当用射频(RF)能量供能时在该等离子体腔室中从该工艺气体产生等离子体。该等离子体处理设备可以包括具有被配置为支撑工件的工件支撑件的处理腔室。该处理腔室可以与该等离子体腔室流体连通。该等离子体处理设备可以包括位于该感应耦合元件与该介电窗之间的静电屏蔽体。该静电屏蔽体与该感应耦合元件与该静电屏蔽体之间的寄生电容相关联。该等离子体处理设备可以包括耦合在该感应耦合元件与该静电屏蔽体之间的可调电抗阻抗电路。该可调电抗阻抗电路可以被配置为用于在提供给该感应耦合元件的RF能量的频率下在电容电抗条件与电感电抗条件之间调节该感应耦合元件与该静电屏蔽体之间的电抗。该可调电抗阻抗电路可操作以实现至少近似等于该寄生电容的电容电抗的电感电抗。

在一些实施例中，可调电抗阻抗电路可以包括串联连接的电感器和可变电容器。对于ω提供给感应耦合元件的能量的频率，电感器可以具有大于1/(ω²C_s)的电感值，并且C_s是静电屏蔽体和接地参考之间的寄生电容。可变电容器可以具有这样的范围，使得可调电抗阻抗电路可以实现感应耦合元件与静电屏蔽体之间的串联谐振条件。

在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括多个介电限制元件。所述多个介电限制元件中的至少两个由间隙隔开。该间隙的宽度小于约1cm。在一些情况下，多个介电限制元件包括大致平行于处理腔室的接地侧壁安装的多个介电室衬垫。

在一些实施例中，等离子体处理设备可包括配置为从等离子体吸收一种或多种带电物质的挡板结构。在一些实现中，挡板结构可以位于等离子体腔室和处理腔室之间。该挡板结构具有在该等离子体腔室的直径的约10％至约70％的范围内的直径。挡板结构的中心可位于工件支撑件的大致中心的上方。

本公开的另一示例实施例涉及一种等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括被配置为能够保持等离子体的等离子体腔室。该等离子体处理设备可以包括形成该等离子体腔室的壁的至少一部分的介电窗。该等离子体处理设备可以包括气体源，被配置为向该等离子体腔室供应工艺气体。该等离子体处理设备可以包括位于该介电窗附近的感应耦合元件。该感应耦合元件可以被配置为当用射频(RF)能量供能时在该等离子体腔室中从该工艺气体产生等离子体。该等离子体处理设备可以包括具有被配置为支撑工件的工件支撑件的处理腔室。该处理腔室可以与该等离子体腔室流体连通。该等离子体处理设备可以包括位于该感应耦合元件与该介电窗之间的静电屏蔽体。静电屏蔽体可以通过第一可调电抗阻抗电路接地。该第一可调电抗阻抗电路可以被配置为用于在从电感电抗到电容电抗的范围内调节该感应耦合元件与接地参考之间的电抗。该等离子体处理设备可以包括耦合在该感应耦合元件与该静电屏蔽体之间的第二可调电抗阻抗电路。该第二可调电抗阻抗电路可以被配置为用于在从电感电抗到电容电抗的范围内调节该感应耦合元件与该静电屏蔽体之间的电抗。

在一些实施例中，第一可调电抗阻抗电路可操作以利用静电屏蔽体和接地参考之间的寄生电容实现并联谐振条件。例如，在一些实施例中，第一可调电抗阻抗电路可以包括串联耦合的电感器和可变电容器。该可变电容器具有一个范围，该范围可操作以在提供给该感应耦合元件的RF能量的频率下实现与该第一可调阻抗电路中的电感器的串联谐振条件。

在一些实施例中，第二可调电抗阻抗电路可操作以在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下利用感应耦合元件与静电屏蔽体之间的寄生电容实现并联谐振条件。例如，在一些实施例中，在不存在等离子体的情况下，第二可调电抗阻抗电路可操作以在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下在感应耦合元件与静电屏蔽体之间实现小于约50欧姆的净电容电抗。

本公开的另一示例实施例涉及一种用于处理工件的方法。该方法可以包括允许工艺气体进入等离子体腔室。该方法可以包括用RF能量供能感应耦合元件以启动在工艺气体中感应的等离子体的点火。该方法可以包括调节位于感应耦合元件和等离子体腔室之间的静电屏蔽体的RF电压。该静电屏蔽体可以具有到接地参考的寄生电容。该方法可以包括至少部分地基于静电屏蔽体的RF电压在工件上进行离子辅助蚀刻工艺。调整静电屏蔽体的RF电压可以包括将耦合在静电屏蔽体和接地参考之间的第一可调电抗阻抗电路调节为电感电抗状态，使得在没有等离子体的情况下，在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下，静电屏蔽体和接地参考之间的总阻抗的幅度至少是静电屏蔽体和接地参考之间的寄生电容的阻抗幅度的两倍。

在一些实施例中，调节静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和接地参考之间的第一可调电抗阻抗电路，使得第一可调电抗阻抗电路在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下产生与从静电屏蔽体到接地参考的寄生电容的并联谐振条件。

在一些实施例中，调节静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二可调电抗阻抗电路，在没有等离子体的情况下，在静电屏蔽体和感应耦合元件之间产生总阻抗，该总阻抗的幅度小于静电屏蔽体和感应耦合元件之间的寄生电容的阻抗的幅度的一半。

在一些实施例中，静电屏蔽体的RF电压可被调节为大于约100V_RMS。该第一可调电抗阻抗电路可以包括串联耦合的电感器和电容器。该第二可调电抗阻抗电路可以包括串联耦合的电感器和电容器。从静电屏蔽体到接地参考的寄生电容可以在大约20皮法到大约2000皮法的范围内。

本公开的另一示例实施例涉及一种用于处理工件的方法。该方法可以包括允许工艺气体进入等离子体腔室。该方法可以包括用RF能量供能感应耦合元件以启动在工艺气体中感应的等离子体的点火。该方法可以包括调节位于该感应耦合元件与该等离子体之间的静电屏蔽体的RF电压，其中该静电屏蔽体具有到接地参考的寄生电容。该方法可以包括至少部分地基于静电屏蔽体的RF电压在工件上进行各向同性蚀刻工艺。调节该静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在该静电屏蔽体与该接地参考之间的第一可调电抗阻抗电路以具有净电容电抗，使得该第一可调电抗阻抗电路在没有等离子体的情况下产生该静电屏蔽体与该接地参考之间的总阻抗，该总阻抗小于在提供给该感应耦合元件的该RF能量的频率下在该静电屏蔽体与该接地参考之间的该寄生电容的阻抗的幅度的一半。

在一些实施例中，调节静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和接地参考之间的第一可调电抗阻抗电路，使得第一可调电抗阻抗电路在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下产生与从静电屏蔽体到接地参考的寄生电容的串联谐振条件。

在一些实施例中，调节静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和静电屏蔽体之间的第二可调电抗阻抗电路，以在没有等离子体的情况下在静电屏蔽体和感应耦合元件之间产生总阻抗，该总阻抗的幅度大于静电屏蔽体和接地参考之间的寄生电容的阻抗的幅度的两倍。

在一些实施例中，调节静电屏蔽体的RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和接地参考感应耦合元件之间的第二可调电抗阻抗电路，以产生该第二可调电路的净电感电抗，其在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下与屏蔽和感应耦合元件之间的寄生电容具有串并联谐振条件。

在一些实施例中，静电屏蔽体的RF电压被调节为小于或等于约10V_RMS。第一可调电抗阻抗电路的阻抗可以被设置为在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下小于或等于约5欧姆。从感应耦合元件到静电屏蔽体的寄生电容可以在约5皮法到约1000皮法的范围内。

本公开的另一示例实施例涉及一种用于处理工件的方法。该方法可以包括允许工艺气体进入等离子体腔室。该方法可以包括用RF能量供能感应耦合元件以启动在工艺气体中感应的等离子体的点火。该方法可以包括调节设置在感应耦合元件和等离子体腔室之间的静电屏蔽体的RF电压以获得静电屏蔽体的第一RF电压，该静电屏蔽体与接地参考的寄生电容相关联。该方法可以包括至少部分地基于静电屏蔽体的第一RF电压在工件上进行离子辅助蚀刻工艺。该方法可以包括调节静电屏蔽体的RF电压以获得静电屏蔽体的第二RF电压。该方法可以包括至少部分地基于静电屏蔽体的第二RF电压在工件上进行各向同性蚀刻工艺。调节该静电屏蔽体的该RF电压以获得该静电屏蔽体的该第一RF电压可以包括调节耦合在该静电屏蔽体与接地参考之间的第一可调电抗阻抗电路，使得该静电屏蔽体与该接地参考之间在不存在等离子体的情况下的总阻抗是第一幅度。调节该静电屏蔽体的该RF电压以获得该静电屏蔽体的该第二RF电压可以包括调节耦合在该静电屏蔽体与接地参考之间的该第一可调电抗阻抗电路，使得该静电屏蔽体与该接地参考之间在不存在等离子体的情况下的总阻抗是第二幅度。该第二幅度可以小于该第一幅度。

在一些实施例中，调节该静电屏蔽体的RF电压以获得该静电屏蔽体的第一RF电压可以包括调节耦合在该静电屏蔽体与该感应耦合元件之间的第二可调电抗阻抗电路，使得在该静电屏蔽体与该感应耦合元件之间不存在等离子体的情况下的总阻抗是第三幅度；以及调节静电屏蔽体的RF电压以获得静电屏蔽体的第二RF电压可以包括调节耦合在静电屏蔽体和感应耦合元件之间的第二可调电抗阻抗电路，使得静电屏蔽体和感应耦合元件之间在不存在等离子体的情况下的总阻抗为第四幅度。第三幅度可以小于第四幅度。

在一些实施例中，静电屏蔽体的第一RF电压大于约100V_RMS，且第二RF电压小于约10V_RMS。在第一可调电抗阻抗电路的设置下执行离子辅助蚀刻工艺，使得在没有等离子体的情况下，在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下，从静电屏蔽体到接地参考的总阻抗大于约100欧姆，并且在第一可调电抗阻抗电路的第二阻抗下执行各向同性蚀刻工艺，其中在提供给感应耦合元件的RF能量的频率下，第二阻抗小于约10欧姆。

在一些实施例中，第一可调电抗阻抗电路包含串联耦合的第一电感器和第一电容器；第二可调电抗阻抗电路包含串联耦合的第二电感器和第二电容器。第一电感器和第一电容器中的至少一个是可调谐的，并且第二电感器和第二电容器中的至少一个是可调谐的。

图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备。如图所示，等离子体处理设备100包括处理腔室110和等离子体腔室120，等离子体腔室120与处理腔室110不同，但其体积连接到处理腔室的体积，使得处理腔室与等离子体腔室流体连通。处理腔室110包括被配置为支撑或保持诸如半导体晶片的待处理工件114的工件支撑件或基座112。工件支撑件或基座112可接地。在该示例图示中，通过感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体产生区域)中产生等离子体，并且将期望的物质从等离子体腔室120通过和绕过挡板结构(例如，分离挡板200)引导到工件114的表面。该挡板结构(例如，分离挡板)可以被配置为从等离子体吸收带电物质。

等离子体腔室120包括介电侧壁122(也称为介电窗)和顶板124(也称为导电顶盖)。介电侧壁122、顶板124和分离挡板200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。该感应耦合等离子体源135可包括感应线圈130，其邻近该等离子体腔室120周围的介电侧壁122布置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF发生器134的RF功率输出。工艺气体可以从气体供应源150和环形气体分配通道151或其它合适的气体引入机构提供到室内部。工艺气体的示例可包括以下中的一种或多种：氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、H₂O、氯气(Cl₂)、三溴化硼(BBr₃)、三氯化硼(BCl₃)和一种或多种氟化气体，包括四氟甲烷(CF₄)、三氟化氮(NF₃)、六氟化硫(SF₆)、氟化氢(HF)、氟气(F₂)。当感应线圈130(感应耦合元件)由来自RF功率发生器134的RF功率供能时，可以在等离子体腔室120中产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理设备100可以包括静电屏蔽体128(例如，Faraday屏蔽，或具有导电材料的屏蔽)，以减少感应线圈130到等离子体的电容耦合。处理腔室110和基座112的金属壁接地。

根据本公开的示例方面，如图1所示，静电屏蔽体128位于感应线圈130和介电侧壁122之间。静电屏蔽体128经由第一可调电抗电路145接地(例如，经由接地外壳170)。第一可调电抗电路145可以包括可变阻抗，该可变阻抗在一些实施例中基本上是电抗阻抗。可变阻抗可以由具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路提供，以允许第一可调电抗电路145的阻抗在宽范围内变化。第一和/或第二可调电路中的每一个还可以与电感器和电容器一起包括适度(<10欧姆)的电阻(图1中未示出)，该电阻有助于拓宽并联谐振的电容范围并使电路的调谐更稳定。在一些实施例中，静电屏蔽体128还连接到等离子体腔室120的顶板124，使得顶板124可以直接或通过薄介电衬垫(图1中未示出)将RF电流传导到由感应线圈130产生的等离子体/从该等离子体传导RF电流到静电屏蔽体128，然后通过第一可调电抗电路145到地。

根据本公开的示例方面，如图1所示，静电屏蔽体128还通过第二可调电抗电路160连接到感应线圈130。第二可调电抗电路160可以包括主要是电抗的可变阻抗。可变阻抗可以由具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路提供，以允许第二可调电抗电路160的阻抗在宽范围内变化。在一些实施例中，该主要电抗阻抗可以包括小电阻器(大约<10欧姆)，该小电阻器具有比电感器或电容器小得多的阻抗，但是足以加宽谐振的电容范围，使得谐振条件更稳定。

如图1所示，等离子体处理设备100还包括控制器140和电压传感器142。控制器140控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160以基于静电屏蔽体128的电压调节等离子体电势。电压传感器142在其最接近感应线圈130的一些实施例中测量静电屏蔽体128的电压，并向控制器140提供可以是模拟的或数字的，表示静电屏蔽体128的测量电压的信号。在一些实施例中，控制器140可以基于工艺条件的“方案”来控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160，其包括从电压传感器142接收的信号的电压范围。

如图1所示，控制器140控制RF功率发生器134以通过RF电流向感应线圈130提供RF功率给等离子体。在一些实施例中，为了点燃等离子体，控制器140可控制静电屏蔽体128的电压大于约10V_RMS，且高达约100V_RMS。等离子体可以由RF静电场(图1中未示出)点燃，该RF静电场设置在与静电屏蔽体128相邻的介电侧壁122的内表面。电压传感器142可测量静电屏蔽体128上指定点处的电压，并可将静电屏蔽体128的测量电压提供给控制器140。控制器140可通过基于由电压传感器142提供的静电屏蔽体的测量电压调节第一可调电抗电路145和/或第二可调电抗电路160的可变阻抗以提供闭环控制来将静电屏蔽体128的电压调节在期望范围内。

在一些实施例中，控制器140可通过在由感应线圈130提供的RF电流的主频率下将第一可调电抗电路145的阻抗调节在从约10欧姆到100欧姆的范围内并进一步调节第二可调电抗电路160来在小于约1V_RMS到约200V_RMS之间的范围内调节静电屏蔽体128的电压。在一些实施例中，控制器140可以调节第一和第二电抗阻抗电路的电抗阻抗，以针对特定工艺步骤调节静电屏蔽体上的RF电压，从而为该工艺步骤提供期望水平的离子轰击。

例如，在一些实施例中，为了增加静电屏蔽体128的电压(例如，用于离子辅助蚀刻工艺)，控制器140可以调节第一可调电抗电路145以在第一可调电抗阻抗电路145和从静电屏蔽体128到接地参考的寄生电容(C_S)之间产生基本上并联谐振。控制器140可以进一步调谐第二可调电抗电路160以产生第二可调电抗阻抗电路160内的电感器和电容器的基本上串联谐振。在一些实施例中，第二电抗电路可以被调谐为具有在约100欧姆和约25欧姆之间的电抗的电容的，以增加从感应耦合元件到屏蔽的RF电流。在一些实施例中，为了降低静电屏蔽体128的电压(例如，各向同性蚀刻工艺)，控制器140可以调谐第一可调电抗电路145以在第一可调电抗阻抗电路145内产生电感器和电容器的基本上串联谐振。控制器140可以调节第二可调电抗电路160，以在第二可调电抗阻抗电路160和从感应耦合元件到静电场128的寄生电容(C_A)之间产生基本上并联谐振，从而在屏蔽上提供最小的RF电压。

在一些实施例中，控制器140可独立地控制第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160，以增加或降低静电屏蔽体128的电压。例如，控制器140可单独调谐第一可调电抗电路145以增加或降低静电屏蔽体128的电压，以用于各种应用，例如，等离子体点火、离子辅助蚀刻工艺和/或各向同性蚀刻工艺。控制器140可单独调谐第二可调电抗电路160，以增加或降低用于这些应用的静电屏蔽体128的电压。

控制器140和/或在此公开的任何控制器或其他控制装置可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。该一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，这些计算机可读指令在由该一个或多个处理器执行时执行操作。这些操作可以包括例如调谐耦合在静电屏蔽体128与地之间的可变阻抗，和/或调谐耦合在静电屏蔽体128与感应线圈130之间的可变阻抗。这些操作可以包括例如控制RF发生器134。控制器140可以执行与等离子体处理设备相关联的其他操作。

根据本公开的示例方面，如图1所示，分离挡板200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离挡板200可阻挡等离子体和气体从等离子体产生区域到工件114的流动路径的一个或多个部分，以部分地吸收或转移从等离子体腔室120向下流动到工件114的气流中的带电粒子。分离挡板200可用于执行离子阻挡以及从室120中由等离子体产生的混合物中分离带电与中性物质以产生经过滤的混合物。过滤的混合物可以在处理腔室110中暴露于工件114。因为穿过分离挡板200的流速基本上低于穿过分离挡板200周围的一个或多个开放区域，所以分离挡板200还可以帮助重新成形穿过工件114的中性物质的分布。

在一些实施例中，分离挡板200可以没有孔，使得气体不流过分离挡板200，例如，没有孔的盘。在一些实施例中，分离挡板200可具有圆盘形状和关于圆柱形等离子体源体积的中心轴对称的覆盖区域，使得分离挡板200的中心位于工件支撑件的大致中心上方。例如，阻挡流动路径的一个或多个部分的分离挡板200的一个或多个部分可以关于感应线圈130的中心轴对称地布置。

在一些实施例中，位于等离子体腔室120中的位置处的分离挡板200的直径可以在该位置处的等离子体腔室120的直径的约0.1至约0.7的范围内。例如，分离挡板200可仅覆盖从感应线圈130到工件114的流动面积的一部分(例如，小于约50％，例如小于约10％)。在一些实施例中，分离挡板200可以是圆形且对称的，其中心位于工件114的中心上方，使得等离子体可以随着气体向下到工件114而围绕分离挡板200扩散或流动。分离挡板200可以由电绝缘材料或导电材料制成。在一些实施例中，分离挡板200可以在距工件约5cm与距工件114约20cm之间。

在一些实施例中，分离挡板200可以具有允许一些气体流过分离挡板200的多个孔。例如，分离挡板200可以是具有多个小孔的小栅格210。栅格210仅覆盖等离子体腔室120的体积125的横截面面积的一部分。中性物质可以通过栅格210，而带电粒子通常不通过。气流可以基本上围绕栅格210，但是较小的带电部分以及中性物质围绕栅格210移动到接近栅格210的对称轴的区域中。因此，这可以通过降低通常较高的工件114的中心的速率来帮助使处理速率更均匀。

在一些实施例中，孔直径可以与分离挡板200的厚度具有相同的量级或相同的尺寸，使得大部分离子不能穿透分离挡板。在一些实施例中，分离挡板200可以由导电材料制成，例如金属、硅、碳或具有某种电传导测量的其他材料。

在一些实施例中，分离挡板200可由外部电源215电偏置。该偏置电压可由处理腔室110的控制器140控制。对于单个工件，偏置电压可以随工艺或工艺内的步骤而变化。在这种情况下，可以使用电线或导电支柱或支撑件来从外部电源215向分离挡板200提供电流。

在一些实施例中，分离挡板200可以使等离子体在工件114上方具有均匀的密度分布，使得工件114的处理可以是均匀的。在一些实施例中，分离挡板200的面积可以为从感应线圈130到工件114的流动路径的横截面面积的高达约50％到低至约10％。分离挡板200可以由电绝缘材料或导电材料制成。由导电材料制成的分离挡板200可电接地或电浮动。在一些实施例中，分离挡板200不能被电偏置，使得分离挡板200可以引起增强的离子收集，或可以接收离子轰击，或引起等离子体的电势升高。

在一些实施例中，当执行各向同性蚀刻工艺时，分离挡板200可以是完整的隔栅，使得来自等离子体腔室120的全部气流流过分离挡板200以到达工件114。分离挡板200可以部分地或几乎完全地从从等离子体腔室120流向工件114的气流中吸收带电粒子，以减少工件114的带电和对工件114的潜在离子损伤。当工艺需要带电粒子时，感应线圈130的RF等离子体电势可以增加到当其接地时在分离挡板200中点燃中空阳极放电的点，使得在分离挡板200中的孔中发生电离，从而在分离挡板200下方但直接在工件114上方的气体体积中单独产生等离子体。

图2描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备100的示例等效电路202。如图2所示，电容耦合204位于等离子体和盖(也称为顶板)124(在图2中未示出)之间。盖124可以是为等离子体体积提供顶板的导电材料。盖124可以连接到地，或者可以是电浮动的，或者可以不连接到屏蔽。当盖124连接到静电屏蔽体128时，如图2所示，电容204和206可以并联工作以提供从静电屏蔽体128到等离子体的RF电流。在一些实施例中，电容耦合204和电容耦合206取决于等离子体条件。等离子体和静电屏蔽体128之间的电容206取决于介电壁材料和介电壁表面处的鞘厚度。该电容使RF电流从静电屏蔽体128流到等离子体，由此可以使等离子体维持RF电势。电容耦合208(C_A)在静电屏蔽体128和感应线圈130之间，感应线圈130也耦合到RF电源212，RF电源212可以包括合适的匹配网络132和RF功率发生器134。静电屏蔽体128和电接地外壳(未示出)之间的自由空间(气隙)电容209称为C_S。静电屏蔽体128通过包括电感器214和可变电容器216的第一可调电路145接地。在一些实施例中，这还可以包括小电阻(图2中未示出)，以在可调电路与电容C_S接近并联谐振条件时稳定从屏蔽到地的总阻抗。该可调电路可以有效地与静电屏蔽体128和地之间的寄生电容209(C_S)并联工作，其可以在大约20皮法和大约2000皮法之间。电容耦合208的电容可以在大约5皮法和大约1000皮法之间。部件218和220分别是包括在将感应线圈130连接到静电屏蔽体128的第二可调电抗电路160中的电感器和可变电容器。在这个示出的实施例中，可变电容器220的调谐可以允许静电屏蔽体128和感应线圈130之间的总阻抗在非常宽的范围内变化，导致RF等离子体电势的电压范围的极大改善，并因此导致轰击工件的离子的能量的极大改善。

在一些实施例中，第二可调电抗电路160可以被调谐为具有低的总阻抗，适中的电容电抗，或者被调谐为与寄生电容C_A并联谐振。在低的总阻抗情况下，可能存在从感应线圈130到静电屏蔽体罩128的大量RF电流，并且特别是如果第一可调电路在高阻抗状态下使用-例如在与电容C_S209并联谐振或接近并联谐振时，静电屏蔽体罩128上的RF电压的幅度可能更接近感应线圈130上的RF电压的幅度(例如，多达五百伏或以上)。如果该第二电路被调谐到适中的电容电抗(<100欧姆)，则该屏蔽上的电压也可以是显著的，由此提供从线圈到屏蔽的增加的RF电流。通过适当地控制具有电感器218和电容器220的电路，可以增加(例如，最大化)静电屏蔽体128上的电压。还可以调节第二可调电抗电路160以具有低(例如，最小)阻抗，如果调谐第二可调电抗电路160使得电容电抗使电路的电感电抗为零，则可以实现该低阻抗。

为了增加静电屏蔽体的最大可能电压，还可以通过调节电容器216来调谐第一可调电抗电路145，使得包括电路中所有元件的第一可调电抗电路145的总电抗可以具有与从静电屏蔽体128到地的电容209的电容电抗相同的幅度(但符号相反)。在这种情况下，可以存在第一可调电抗电路145与气隙和静电屏蔽体128的寄生电容(C_S)对地的其他贡献者的并联谐振，并且静电屏蔽体128的对地阻抗(不存在等离子体)可以显著增加(例如，最大化)。这可以提供来自静电屏蔽体128的低(例如，最小)接地电流，从而在静电屏蔽体128上提供高(例如，最大)RF电压。然后，该RF电压可以引起从静电屏蔽体128电容耦合到等离子体的高(例如，最大)RF电流，导致从等离子体到工件114的高(例如，最高)鞘电压，从而给出轰击工件114的高(例如，最高)离子能量。

在一些实施例中，当第一可调电抗电路145被调谐到电容器216和电感器214的串联谐振时，这可以有效地使静电屏蔽体128接地。然后，如果第二可调电抗电路160被调谐为与从感应线圈130到静电屏蔽体128的气隙电容208(C_A)并联谐振。可以存在从感应线圈130到静电屏蔽体128的低(例如，最小)RF电流。结果，屏蔽RF电压可以是低的(例如，非常接近零伏特)。

图3描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备100的示例等效电路250。如图3所示，第一可调电抗电路145包括电感器214和可变电容器216的串联组合。第二可调电抗电路160包括电感器218和可变电容器220的串联组合。第一可调电抗电路145与并联电容(Cs)209并联布置接地。第二可调电抗电路160与电容耦合(C_A)208并联布置。为了增加静电屏蔽体128(图3中未示出)的电压，可以调节第一可调电抗电路145以在第一可调电抗阻抗电路145和寄生电容(C_S)209之间产生并联谐振。可以调节第二可调电抗电路160以产生电感器218和电容器220的串联谐振。可替换地，第二可调电抗电路可以被调谐为具有相对低的电容电抗，从而增加从感应耦合元件到屏蔽的RF电流，导致在屏蔽上更高的RF电压。为了降低静电屏蔽体128(图3中未示出)的电压，可以调节第一可调电抗电路145以产生电感器214和可变电容器216的串联谐振。如果然后调节第二可调电抗电路160以在第二可调电抗阻抗电路160和寄生电容(C_A)208之间产生并联谐振条件或接近并联谐振条件，则屏蔽电压可以被降低甚至更多。

图4描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法(300)的流程图。该方法(300)可以使用图1中的等离子体处理设备100来实现。图4描述了以特定顺序执行的步骤，用于说明和讨论图1中的室配置。使用本文所提供的公开内容的所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本公开的范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文所描述的方法中的任一者的各种步骤。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以执行各种附加步骤(未示出)。

在(310)处，该方法可以包括允许工艺气体进入等离子体腔室。例如，一种或多种工艺气体可以从气体源150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供到室内部125。工艺气体的示例可包括以下中的一种或多种：氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、H₂O、氯气(Cl₂)、三溴化硼(BBr₃)、三氯化硼(BCl₃)和一种或多种氟化气体，包括四氟甲烷(CF₄)、三氟化氮(NF₃)、六氟化硫(SF₆)、氟化氢(HF)、氟气(F₂)。

在(320)处，该方法可以包括供能感应耦合元件以启动在工艺气体中感应的等离子体的点火。例如，在产生等离子体之前，控制器140可以调节静电屏蔽体的电压以产生触发电压(例如，高于或大约10伏特RMS)来点燃等离子体。当感应线圈130由来自RF功率发生器134的RF功率供能时，可以在等离子体腔室120中的工艺气体中产生等离子体。

在(330)处，该方法可以包括调节位于该感应耦合元件与该等离子体腔室之间的静电屏蔽体的电压以获得该静电屏蔽体的第一电压。例如，为了增加静电屏蔽体128的电压(例如，高于大约30V_RMS)，控制器140可以调谐第一可调电抗电路145以在第一可调电抗阻抗电路145和寄生电容(C_S)209之间产生基本上并联的谐振条件，从而导致从静电屏蔽体128到接地参考的非常高的阻抗。例如，第一可调电抗阻抗电路145和电容C_S的并联组合的阻抗可以被设置为大于寄生电容C_S 100的电抗阻抗的大约两倍。控制器140可以进一步调谐第二可调电抗电路160以产生第二可调电抗阻抗电路160内的电感器和电容器的基本上串联的谐振，或者具有诸如小于约50欧姆的电容电抗的低绝对值的条件。

在一些实施例中，第二可调电抗阻抗电路160可以包括电感器218和电容器220的串联组合。电感器218可以是可调电感器，使得电感器218被调谐在静电屏蔽体128和感应线圈130之间的寄生电容(C_A)208的电抗幅度的1和2倍之间的范围内(例如，其中C_A在约20皮法到约2000皮法的范围内)。在一些实施例中，电容器220可以是可变电容器，使得在第一电抗幅度和第二电抗幅度之间的范围内调节电容器220。当从电感器218的电抗中减去第一电抗幅度时，第一电抗幅度可产生大于寄生电容(C_A)208的电抗幅度的净电抗。第二电抗值可以大于电感器218的电抗。

在(340)处，该方法可以包括至少部分地基于静电屏蔽体的第一电压对工件进行离子辅助蚀刻工艺。例如，可以将第一电压调节为至少约30V_RMS或以上，使得等离子体电势可以为至少约10V_RMS。例如，第一电压可以大于约50伏特RMS，结果，在一些实施例中，RF等离子体电势可以大于约20伏特RMS。然后，这可以提供具有足够能量的工件114的离子轰击以激活工件表面上的反应性离子蚀刻(RIE)反应。控制器140可将测量值与静电屏蔽体128的期望电压进行比较，以调节电抗阻抗，直到测量值等于期望电压。

在(350)处，该方法可以包括调节静电屏蔽体的电压以获得该静电屏蔽体的第二电压。例如，为了降低静电屏蔽体128的电压(例如，小于大约5伏特)，控制器140可以调谐第一可调电抗电路145以产生第一可调电抗阻抗电路145内的电感器和电容器的近似串联谐振。例如，可以将第一可调电抗阻抗电路145的阻抗设置为小于大约10欧姆。控制器140可调谐第二可调电抗电路160以在第二可调电抗阻抗电路160与从感应耦合元件到静电场128的寄生电容(C_A)208之间产生近似并联谐振。

在一些实施例中，第一可调电抗阻抗电路145可以包括电感器214和电容器216的串联组合。电感器214可以是可调电感器，使得电感器214被调谐在静电屏蔽体128和接地参考之间的寄生电容(C_S)209的电抗幅度的1和2倍之间的范围内(例如，其中C_S在约5皮法到约1000皮法的范围内)。在一些实施例中，电容器216可以是可变电容器，使得在上限第一电容和第二下限较高电容之间的范围内调节电容器216。当与电感器串联组合时，当从电感器214的电抗中减去第一电抗幅度时，第一上限电容可产生大于寄生电容(C_S)209的电抗幅度的净电感电抗。第二下限电容可以具有大于电感器214的电抗的电抗绝对值，使得能够实现串联谐振条件。

在(360)处，该方法可以包括至少部分地基于该静电屏蔽体的该第二电压对该工件进行各向同性蚀刻工艺。例如，可以将第二电压调节为小于大约10V幅度(7V_RMS)，使得离子轰击的能量足够低(例如，低于大约4eV)，使得气体中的离子散射产生实际上各向同性的离子分布。控制器140可将测量值与静电屏蔽体128的期望电压进行比较，以调节电抗阻抗，直到测量值等于期望电压。

在一些实施例中，在处理步骤之前，控制器410可以调节电抗阻抗以在相当大的范围上改变第一电抗电路或第二电抗电路或这两个电抗电路的电抗的幅度，使得对于适当的并联谐振阻抗值，静电屏蔽体128的电压可以高达200V_RMS或以上。在一些实施例中，控制器410可以调节电抗阻抗，使得静电屏蔽体128的电压对于10欧姆或以下数量级的第一可调电抗电路的近似串联谐振阻抗值可以小于5V _RMS。

在一些实施例中，可以有三种或更多种示例性操作模式：首先，用于撞击等离子体或在工件114上提供中等离子轰击能量(例如，大于大约5eV，并且小于大约50eV)，其中第一可调电抗电路145的设置通过调节第一可调电抗电路以实现从静电屏蔽体128到地的高总阻抗-通过调节第一电抗电路145以具有与屏蔽到地的电容电抗C_S几乎相等的电感电抗幅度，来提供合适的RF屏蔽电压(例如，大于大约10V_RMS，并且小于大约100V_RMS)。第二，一旦撞击等离子体并且当期望各向同性蚀刻操作模式时，在一些实施例中，可以调谐第一可调电抗电路145的可变电容器216以获得如图2所示的由电感器214和电容器216组成的第一可调电路的串联谐振，使得第一可调电抗电路145的阻抗非常低。这可导致静电屏蔽体128上的低RF电压。为了在需要降低等离子体电势时在静电屏蔽体128上实现甚至更低的电压(例如，最小化)，第二可调电抗电路160的阻抗可以被设置为电感的并且在幅度上近似等于感应线圈130和静电屏蔽体128之间的气隙电容C_A的阻抗。这可以在图2中的第二可调电路160和气隙电容C_A 208之间产生接近并联谐振条件，这基本上减小了从感应线圈130到静电屏蔽体128的总RF电流，并且使得屏电压甚至更小。最后，为了实现静电屏蔽体128上的最高电压和工件114处的高(例如，最大)离子轰击能量，可以通过使第一可调电抗电路145的阻抗具有在量值上等于图2中的寄生电容C_S 209的净电感电抗来调节第一可调电抗电路145，这产生如由传感器142测量并且由控制器140控制的屏蔽电压的增加值。然后，第二可调电抗阻抗160可被调节为净电容的，使得从感应线圈130流到静电屏蔽体128的RF电流大于通过图2中的电容C_A 208的电流。然后可以调节第二可调电容电抗以减小该可调电路的电容电抗(通过增加电容)，以提供高达约200V_RMS或以上的屏蔽电压的期望值。

为了说明和讨论的目的，参考蚀刻工艺的两个步骤讨论本公开的方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，蚀刻工艺可以包括两个或更多个工艺步骤和用于蚀刻工艺的每个步骤的各种控制参数(例如，与第一和第二可调电抗电路的电抗阻抗相关的值，和/或静电屏蔽体的电压)，使得可以在步骤开始时调整各种控制参数，并且在整个工艺步骤中将各种控制参数维持在期望值。

图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备400。等离子体处理设备400类似于图1的等离子体处理设备100。等离子体处理设备400包括用于形成等离子体的等离子体腔室内部125和含有工件支撑基座112的处理腔室110。第二可调电抗电路160包括电感器218和可变电容器220。

控制器140和/或在此公开的任何控制器或其他控制装置可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。该一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，这些计算机可读指令在由该一个或多个处理器执行时执行操作。这些操作可以包括例如调谐耦合在静电屏蔽体128与地之间的可变阻抗，和/或调谐耦合在静电屏蔽体128与感应线圈130之间的可变阻抗。这些操作可以包括例如控制RF发生器134。控制器140可以执行与等离子体处理设备相关联的其他操作。

根据本公开的示例方面，如图5所示，等离子体处理设备400还包括定位在工件支撑基座112周围的区域中的多个介电限制元件410(例如，介电隔板、介电挡板或介电室衬垫)。隔板如图5所示，而衬垫(图5中未示出)可以更靠近并平行于接地壁，被支撑在距离接地壁几毫米到多达约10毫米的距离处。这些衬垫可允许气体在衬垫和接地壁之间流动，但防止等离子体进入它们覆盖的接地壁的区域。介电元件410在相邻介电元件之间共同具有窄间隙(例如，小于约1cm)，并且对于工件支撑件和对于如图5所示的隔板或挡板，对于处理腔室的接地壁共同具有窄间隙，可以限制等离子体，以防止其填充处理腔室110的剩余体积的一些部分。这些介电限制元件被配置为仅覆盖接地壁面积的一部分，使得它们允许等离子体接近处理腔室的接地壁面积的其它部分，而不是整个接地壁面积。所述元件被配置为在它们之间具有大约1厘米或以下的间隙，将第二室的体积分割成通过介电限制元件之间的间隙流体连接的第一子体积和第二子体积。以此方式，可接近等离子体以将RF电流传导到地的处理腔室110的壁面积受到限制，且在一些实施例中可以被限制为具有与静电屏蔽体128和顶板124的面积相当或比其小的面积。因此，与图1相比，等离子体最接近并能够传导RF电流的接地壁的面积减小，这使得等离子体的RF和DC电势相对于图1中的那些等离子体增加。

图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备500。等离子体处理设备500类似于图1的等离子体处理设备100和其它等离子体处理设备(例如，图5)。例如，等离子体处理设备500包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括衬底支架或基座112，其可操作以保持待处理的工件114，例如半导体晶片。在该示例图示中，通过感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体产生区域)中产生等离子体，并且将期望的物质从等离子体腔室120通过隔栅组件520引导到工件114的表面。

等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶板124。介电侧壁122、顶板124和隔栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。该感应耦合等离子体源135可包括感应线圈130，其邻近该等离子体腔室120周围的介电侧壁122布置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体可以从气体供应150和环形气体分配通道151或其它合适的气体引入机构提供到室内部。工艺气体的示例可包括以下中的一种或多种：氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、H₂O、氯气(Cl₂)、三溴化硼(BBr₃)、三氯化硼(BCl₃)和一种或多种氟化气体，包括四氟甲烷(CF₄)、三氟化氮(NF₃)、六氟化硫(SF₆)、氟化氢(HF)、氟气(F₂)。当感应线圈130由来自RF功率发生器134的RF功率供能时，可以在等离子体腔室120中产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理设备100可以包括接地静电屏蔽体128以减少感应线圈130到等离子体的电容耦合。处理腔室110的壁和基座112接地。

隔栅520将等离子体腔室120与处理腔室110分离。隔栅520可用于从由等离子体腔室120中的等离子体产生的混合物进行离子过滤以产生过滤的混合物。过滤的混合物可以在处理腔室110中暴露于工件114。

在一些实施例中，隔栅520可以是多板隔栅。例如，隔栅520可以包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板和第二栅板。第一栅板与第二栅板可间隔一段距离。

该第一栅板可以具有第一栅图案，该第一栅图案具有多个孔。该第二栅板可以具有第二栅图案，该第二栅图案具有多个孔。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可以在其穿过隔栅中的每个栅板的孔的路径中在壁上复合。中性物质(例如，基团)可以相对自由地流过第一栅板和第二栅板中的孔。孔的尺寸和每个栅板的厚度可以影响带电粒子和中性粒子的透过性。

在一些实施例中，第一栅板可以由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板可以由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅板和/或第二栅板可以由其他材料制成，例如硅或碳化硅。在栅板由金属或其它导电材料制成的情况下，栅板可接地。

在一些实施例中，如以上在图1和5中所讨论的，隔栅组件520可以由隔栅210代替。控制器140可以控制隔栅520的偏置电压以在用于单个工件114的处理中从一个工艺到另一个工艺或从一个步骤到另一个步骤而变化。

图6的示例性等离子体处理设备500可操作以在等离子体腔室120中产生第一等离子体502(例如，远程等离子体)并在处理腔室110中产生第二等离子体504(例如，直接等离子体)。如本文所用，“远程等离子体”是指远离工件(例如在通过隔栅与工件分离的等离子体腔室中)产生的等离子体。如本文所用，“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体，例如在具有可操作以支撑工件的基座的处理腔室中产生的等离子体。

例如，图6的等离子体处理设备500包括在基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。当用RF能量供能偏置电极510时，可以从处理腔室110中的混合物产生第二等离子体504，用于直接暴露至工件114。处理腔室110可以包括用于从处理腔室110排出气体的排气口516。可以使用第一等离子体502和/或第二等离子体504来处理工件114。此外，在具有隔栅的一些实施例中，可以向第二等离子体504提供补充功率，通过将用于第一等离子体的屏蔽调谐为具有大约50V_RMS或以上的基本屏蔽电压，可以在隔栅的孔中发生对第二等离子体504的密度和功率有贡献的次级等离子体放电。在具有隔栅但不具有第二RF功率发生器的实施例中，由于带电粒子和来自隔栅的孔中的次级等离子体的能量输入，室120中的第一等离子体在屏蔽电压大于约50V_RMS的模式下的操作将提供等离子体504。所述等离子体将在最小RF调制下具有低空间电势，并且适合于某些工艺条件。

根据本公开的示例方面，如图6所示，静电屏蔽体128位于感应线圈130和介电侧壁122之间。静电屏蔽体128经由第一可调电抗电路145连接到电接地。第一可调电抗电路145可以包括阻抗可变的电抗元件。该可变阻抗可以通过具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路来提供，以允许第一可调电抗电路145的阻抗在从约10欧姆或以下至至少约50欧姆的值的宽范围上变化，并且在操作频率下可能超过约100欧姆。在一些实施例中，静电屏蔽体128还可以连接到等离子体腔室120的顶板124，使得顶板124可以直接或通过薄介电衬垫(图6中未示出)将RF电流传导到由感应线圈130产生的等离子体/从该等离子体传导RF电流到静电屏蔽体128，然后通过第一可调电抗电路145到地。

根据本公开的示例方面，如图6所示，静电屏蔽体128还通过第二可调电抗电路160连接到感应线圈130。第二可调电抗电路160可以包括可变阻抗。可变阻抗可以由具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路提供，以允许第二可调电抗电路160的阻抗在宽范围内变化。

如图6所示，等离子体处理设备500还包括控制器140和电压传感器142。控制器140控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160以基于静电屏蔽体128的电压调节等离子体电势。电压传感器142在静电屏蔽体128最接近感应线圈130的一些实施例中测量静电屏蔽体128的电压，并将表示静电屏蔽体128的测量电压的信号提供给控制器140。在一些实施例中，控制器140可以基于工艺条件的“方案”来控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160，其包括从电压传感器142接收的信号的电压范围。

在一些实施例中，控制器140可通过在由感应线圈130提供的RF电流的主频率下将第一可调电抗电路145的阻抗从约10欧姆调节到至少100欧姆并进一步调节第二可调电抗电路160来在小于约10VRMS到约200VRMS之间或更大的范围内调节静电屏蔽体128的电压。在一些实施例中，控制器140可以调节第一和第二电抗阻抗电路的电抗阻抗，以针对特定工艺步骤调节静电屏蔽体上的RF电压，从而为该工艺步骤提供期望水平的离子轰击。

控制器140和/或在此公开的任何控制器或其他控制装置可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。该一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，这些计算机可读指令在由该一个或多个处理器执行时执行操作。这些操作可以包括例如调谐耦合在静电屏蔽体128与地之间的可变阻抗，和/或调谐耦合在静电屏蔽体128与感应线圈130之间的可变阻抗。这些操作可以包括例如控制RF发生器134。控制器140可以执行与等离子体处理设备相关联的其他操作。

图7描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备600。处理腔室600的上部源与图1、图5和图6的处理腔室类似，但是除了上部室的感应耦合源之外，该室还包括处理腔室中的下部感应耦合等离子体源。这允许上部等离子体源产生用于工艺的中性反应性物质，而下部源产生中性反应性物质和可支持衬底的处理的离子两者。这两个源可以独立地操作，使得可以产生合适的物质，带电的和中性的。

例如，等离子体处理设备600包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括衬底支架或基座112，其可操作以保持待处理的工件114，例如半导体晶片。在该示例图示中，通过上部感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体产生区域)中产生等离子体，并且将期望的物质从等离子体腔室120通过隔栅组件520引导到衬底114的表面。

等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶盖或顶板124，其具有形成等离子体的顶部限定表面的顶板。介电侧壁122、顶板124和隔栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。该感应耦合等离子体源135可包括感应线圈130，其邻近该等离子体腔室120周围的介电侧壁122布置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体可以从气体供应150和环形气体分配通道151或其它合适的气体引入机构提供到室内部。工艺气体的示例可包括以下中的一种或多种：氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、H₂O、氯气(Cl₂)、三溴化硼(BBr₃)、三氯化硼(BCl₃)和一种或多种氟化气体，包括四氟甲烷(CF₄)或其他氟代烃、三氟化氮(NF₃)、六氟化硫(SF₆)、氟化氢(HF)、氟气(F₂)。当感应线圈130由来自RF功率发生器134的RF功率供能时，可以在等离子体腔室120中产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理设备100可以包括接地静电屏蔽体128以减少感应线圈130到等离子体的电容耦合。

隔栅520将等离子体腔室120与处理腔室110分离。隔栅520可用于从由等离子体腔室120中的等离子体产生的混合物进行离子过滤以产生过滤的混合物。过滤的混合物可以在处理腔室110中暴露于工件114。

在一些实施例中，隔栅520可以是多板隔栅。例如，隔栅520可以包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板和第二栅板。第一栅板与第二栅板可间隔一段距离。

该第一栅板可以具有第一栅图案，该第一栅图案具有多个孔。该第二栅板可以具有第二栅图案，该第二栅图案具有多个孔。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可以在其穿过隔栅中的每个栅板的孔的路径中在壁上复合。中性物质(例如，基团)可以相对自由地流过第一栅板和第二栅板中的孔。孔的尺寸和每个栅板的厚度可以影响带电粒子和中性粒子的透过性。

在一些实施例中，第一栅板可以由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板可以由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅板和/或第二栅板可以由其他材料制成，例如硅或碳化硅。在栅板由金属或其它导电材料制成的情况下，栅板可接地。

在一些实施例中，如以上在图1和5中所讨论的，隔栅组件520可以由隔栅210代替。控制器140可以控制隔栅520(连接未示出)的偏置电压以在用于单个工件114的处理中从一个工艺到另一个工艺或从一个步骤到另一个步骤而变化。

图7的示例性等离子体处理设备600可操作以在等离子体腔室120中产生第一等离子体602(例如，远程等离子体)并在处理腔室110中产生与衬底相邻的第二等离子体604(例如，直接等离子体)。如图所示，等离子体处理设备600可包括成角度的介电侧壁622，该介电侧壁622从与远程等离子体腔室120相关联的竖直侧壁122延伸。成角度的介电侧壁622可以形成处理腔室110的一部分。

第二电感等离子体源635可具有位于介电侧壁622附近的第二感应耦合元件(感应耦合元件)。第二电感等离子体源635的感应线圈610可以经由合适的匹配网络612耦合到RF发生器614。当用RF能量供能时，感应线圈610可以从处理腔室110中的混合物感应出与衬底相邻的直接等离子体604。可以在感应线圈610和侧壁622之间设置静电屏蔽体628(例如，Faraday屏蔽，或具有导电材料的屏蔽)。

基座112能够在竖直方向V上移动。例如，基座112可以包括竖直升降机616，该竖直升降机616可以被配置为调节基座112与隔栅组件200之间的距离。作为一个示例，基座112可以位于用于使用远程等离子体602进行处理的第一竖直位置。该基座112可以处于第二竖直位置以用于使用该直接等离子体604进行处理。第一竖直位置可以相对于第二竖直位置更靠近隔栅组件200。

图7的等离子体处理设备600包括在基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。处理腔室110可以包括用于从处理腔室110排出气体的排气口516。可以使用第一等离子体602和/或第二等离子体604产生氢自由基。处理腔室110和基座112接地。

根据本公开的示例方面，如图7所示，静电屏蔽体128位于感应线圈130和介电侧壁122之间。静电屏蔽体128通过第一可调电抗电路145接地。第一可调电抗电路145可以包括可变阻抗。可以通过具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路来提供可变阻抗，以允许第一可调电抗电路145的阻抗在从约10欧姆到至少约100欧姆的值的宽范围上变化。静电屏蔽体128还可以连接到等离子体腔室120的顶板124，使得顶板124可以直接或通过薄介电衬垫(图7中未示出)将RF电流传导到由感应线圈130生成的等离子体/从该等离子体传导RF电流到静电屏蔽体128，然后通过第一可调电抗电路145到地。

根据本公开的示例方面，如图7所示，静电屏蔽体128还通过第二可调电抗电路160连接到感应线圈130。第二可调电抗电路160可以包括可变阻抗。可变阻抗可以由具有可变电容器和/或可变电感器的串联LC电路提供，以允许第二可调电抗电路160的阻抗在宽范围内变化。

如图7所示，等离子体处理设备500还包括控制器140和电压传感器142。控制器140控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160以基于静电屏蔽体128的电压调节等离子体电势。电压传感器142在静电屏蔽体128最接近感应线圈130的一些实施例中测量静电屏蔽体128的电压，并将表示静电屏蔽体128的测量电压的信号提供给控制器140。在一些实施例中，控制器140可以基于工艺条件的“方案”来控制RF功率发生器134、第一可调电抗电路145和第二可调电抗电路160，其包括从电压传感器142接收的信号的电压范围。

在一些实施例中，控制器140可通过在由感应线圈130提供的RF电流的主频率下将第一可调电抗电路145的阻抗从约10欧姆调节到100欧姆或以上并进一步调节第二可调电抗电路160来在小于约1V_RMS到约200V_RMS之间的范围内调节静电屏蔽体128的电压。在一些实施例中，控制器140可以调节第一和第二电抗阻抗电路的电抗阻抗，以针对特定工艺步骤调节静电屏蔽体上的RF电压，从而为该工艺步骤提供期望水平的离子轰击。

控制器140和/或在此公开的任何控制器或其他控制装置可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。该一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，这些计算机可读指令在由该一个或多个处理器执行时执行操作。这些操作可以包括例如调谐耦合在静电屏蔽体128与地之间的可变阻抗，和/或调谐耦合在静电屏蔽体128与感应线圈130之间的可变阻抗。这些操作可以包括例如控制RF发生器134。控制器140可以执行与等离子体处理设备相关联的其他操作。

根据本公开的示例方面，如图7所示，静电屏蔽体628连接在感应线圈610和介电侧壁622之间。静电屏蔽体628经由第三可调电抗电路640接地(例如，经由接地外壳)。第三可调电抗电路640可以包括可变阻抗。该可变阻抗可以通过具有可变电容器的串联LC电路来提供，以允许第三可调电抗电路640的阻抗在从约10欧姆到至少约50欧姆的值的宽范围内变化，例如大于约100欧姆。

根据本公开的示例方面，如图7所示，静电屏蔽体628还可以通过第四可调电抗电路660连接到感应线圈610。第四可调电抗电路660可包括可变阻抗。可变阻抗可以由具有可变电容器的串联LC电路提供，以允许第四可调电抗电路660的阻抗在宽范围内变化。

如图7所示，等离子体处理设备600还包括控制器630和电压传感器632。控制器630控制RF功率发生器614、第三可调电抗电路640和第四可调电抗电路660以基于静电屏蔽体628的电压调节等离子体电势。电压传感器632在静电屏蔽体628最接近感应线圈610的一些实施例中测量静电屏蔽体628的电压，并将表示静电屏蔽体128的测量电压的信号提供给控制器630。在一些实施例中，控制器630可以基于工艺条件的“方案”来控制RF功率发生器614、第三可调电抗电路640和第四可调电抗电路660，所述工艺条件包括从电压传感器632接收的信号的电压范围。

在一些实施例中，控制器630可通过在由感应线圈610提供的RF电流的主频率下将第三可调电抗电路640的阻抗从约10欧姆调节到100欧姆并进一步调节第四可调电抗电路660来在小于约10V_RMS到约200V_RMS之间的范围内调节静电屏蔽体628的电压。在一些实施例中，控制器630可以调节第三和第四电抗阻抗电路的电抗阻抗，以针对特定工艺步骤调节静电屏蔽体上的RF电压，从而为该工艺步骤提供期望水平的离子轰击，即使不存在单独的偏置功率。

在一些实施例中，控制器630可控制静电屏蔽体628的电压大于约20V_RMS。可以通过在邻近静电屏蔽体628的介电侧壁622处建立的所得RF电场来辅助等离子体点火。电压传感器632可测量静电屏蔽体628的电压，并可将静电屏蔽体628的测量电压提供给控制器630。控制器630可通过基于由电压传感器632提供的静电屏蔽体628的测量电压调节电路640的可变阻抗来调节静电屏蔽体628的电压，以提供闭环控制。

在一些实施例中，控制器630可通过将电路640的可变阻抗的阻抗从小于约10欧姆调节到幅度等于屏蔽628与地之间的自由空间电容的电抗的电感电抗，来在小于约10V_RMS到约100V_RMS之间的范围内调节静电屏蔽体628的电压。在一些实施例中，从屏蔽628到地的总阻抗可以在相当大范围上是可调节的，该相当大范围可以包括在由感应线圈610提供的RF电流的频率下小于约10欧姆或大于约100欧姆的值。控制器630可将电路640及电路612的可变阻抗调节为使得静电屏蔽体628的电压可在可接受范围内的值。例如，控制器630可将静电屏蔽体628的测量电压与静电屏蔽体628的期望电压进行比较，以调节电路640的可变阻抗，直到测量值在可接受的范围内(例如，等于期望电压)。

控制器630和/或在此公开的任何控制器或其他控制装置可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。该一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，这些计算机可读指令在由该一个或多个处理器执行时执行操作。这些操作可以包括例如调谐耦合在静电屏蔽体628和地之间的可变阻抗640，和/或调谐耦合在静电屏蔽体628和感应线圈610之间的可变阻抗660。这些操作可以包括例如控制RF发生器614。控制器630可以执行与等离子体处理设备相关联的其他操作。

图8描绘了与图1的等离子体处理设备100类似的等离子体处理设备100。代替图1所示的挡板结构200，图8的等离子体处理设备100包括多个介电限制元件213。介电限制元件可由间隙隔开。该间隙的宽度可以小于约1cm。介电限制元件213可以是通常与处理腔室110的接地侧壁平行(例如，在平行的15°以内)安装的介电室衬垫。

用于向具有静电屏蔽体的感应耦合等离子体源提供功率的示例阻抗匹配网络电容器设置(C_调谐和C_负载)以及阻抗(例如，分别连接在静电屏蔽体和感应线圈(Z_{屏蔽-线圈})之间以及静电屏蔽体和接地参考(Z_{屏蔽-接地})之间的第一和第二可调电抗电路的阻抗)和示例屏蔽电压(V_屏蔽)，例如操作模式在下表1中列出：

1号案例：调节第一和第二电抗电路以在第一可调电抗阻抗电路内产生电感器和电容器的串联谐振以及在第二可调电抗阻抗电路和C_A之间产生并联谐振；

2号案例：调节第一可调电抗电路为该电路中的电感和电容部件之间的串联谐振条件，导致从屏蔽到地的低阻抗，而从感应耦合元件到静电屏蔽体的第二可调电抗阻抗电路被调节为具有大的(>200欧姆)电感电抗；

3号案例：如果第一和第二电抗电路完全不存在，或者调节两个可调电路以具有非常大的电感电抗，而两个寄生电容C_S和C_A具有典型值；

4号案例：调节第一电抗电路以具有从静电屏蔽体到接地参考的并联谐振寄生电容(C_S)，而第二可调电抗电路被调谐为高电感电抗或不存在；

5号案例：调谐第一电抗电路为与C_S并联谐振，并且调节第二电抗电路以产生从感应线圈到静电屏蔽体的净150pf并联电容；

6号案例：调谐第一电抗电路为与C_S并联谐振，并且调节第二电抗电路以产生从感应线圈到静电屏蔽体的净300pf并联电容；

表1

在不脱离在所附权利要求中更具体阐述的本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实践对本发明的这些和其他修改和变化。此外，应当理解，各种实施例的各方面可以全部或部分地互换。此外，本领域的普通技术人员将理解，前面的描述仅是示例性的，并不意图限制在这样的所附权利要求中进一步描述的本发明。