控制等离子体加工的系统和方法
阅读说明：本技术 控制等离子体加工的系统和方法 (System and method for controlling plasma processing ) 是由 阿洛科·兰詹 彼得·文特泽克 大幡光德 于 2019-08-08 设计创作，主要内容包括：一种等离子体加工系统包括真空室、第一耦合电极、布置在该真空室中的衬底固持器、第二耦合电极以及控制器。该衬底固持器被配置为支撑衬底。该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功率。该第一耦合电极被进一步配置为将源功率脉冲耦合到该等离子体。该第二耦合电极被配置为将偏置功率脉冲耦合到该衬底。该控制器被配置为控制这些源功率脉冲这些偏置功率脉冲之间的第一偏移持续时间。(A plasma processing system includes a vacuum chamber, a first coupling electrode, a substrate holder disposed in the vacuum chamber, a second coupling electrode, and a controller. The substrate holder is configured to support a substrate. The first coupling electrode is configured to provide power for generating a plasma in the vacuum chamber. The first coupling electrode is further configured to couple a source power pulse to the plasma. The second coupling electrode is configured to couple a bias power pulse to the substrate. The controller is configured to control a first offset duration between the source power pulses and the bias power pulses.)
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月14日提交的美国临时申请号62/718,454、于2018年8月30日提交的美国临时申请号62/724,879以及于2018年12月13日提交的美国非临时申请号16/219,535的优先权，这些申请特此通过引用整体并入。
技术领域
本发明总体上涉及等离子体加工，并且在具体实施例中，涉及控制等离子体加工的系统和方法。
背景技术
半导体器件的制造涉及包括在衬底上形成、图案化和去除多个材料层的一系列技术。为了实现当前和下一代半导体器件的物理和电气规格，对于各种图案化工艺，期望能够在维持结构完整性的同时减小特征尺寸的加工流程。从历史上看，已经利用微细加工在一个平面上创建晶体管，并在上方形成接线/金属化层，并且因此，这被表征为二维(2D)电路或2D制作。虽然微缩(Scaling)工作已经极大地增加了2D电路中每单位面积的晶体管数量，但是随着微缩进入纳米级半导体器件制作节点，微缩工作也将面临更大的挑战。因此，期望晶体管堆叠在彼此之上的三维(3D)半导体器件。
随着设备结构的致密化和竖直发展，对精确材料加工的期望变得越来越迫切。在等离子体工艺中，选择性、轮廓控制、膜保形性和均匀性之间的权衡可能难以管理。因此，期望将加工条件隔离和控制为对于刻蚀和沉积方案最佳的设备和技术，以便精确地操纵材料并且满足先进的微缩挑战。
等离子体工艺通常用于制造半导体器件。例如，等离子体刻蚀和等离子体沉积是半导体器件制作期间的常见工艺步骤。在等离子体加工期间，可以使用源功率和偏置功率的组合来生成和引导等离子体。图16展示了在等离子体加工期间用于施加源功率和偏置功率的常规时序图。在顶部的图中，源功率或偏置功率不存在明显的脉冲。在中间的图中，施加没有脉冲的连续偏置功率，而施加100μs源脉冲。在底部的图中，施加没有脉冲的连续源功率，而施加80μs偏置脉冲。
发明内容
根据实施例，一种等离子体加工系统包括真空室、第一耦合电极、布置在该真空室中的衬底固持器、第二耦合电极以及控制器。该衬底固持器被配置为支撑衬底。该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功率。该第一耦合电极被进一步配置为将源功率脉冲耦合到该等离子体。该第二耦合电极被配置为将偏置功率脉冲耦合到该衬底。该控制器被配置为控制这些源功率脉冲这些偏置功率脉冲之间的第一偏移持续时间。
根据另一个实施例，一种装置包括真空室、耦合电极以及衬底固持器。该耦合电极耦合到源功率供应节点并且被配置为使用第一源功率脉冲序列在该真空室内生成等离子体。该衬底固持器耦合到偏置功率供应节点并且布置在该真空室内。该衬底固持器被配置为支撑要通过该等离子体加工的衬底。第二偏置功率脉冲序列被配置为使该等离子体的离子朝该衬底加速。
根据仍另一个实施例，一种等离子体加工方法包括：使用第一脉冲调制电路将第一信号输出到第一函数发生器；响应于输出该第一信号，使用该第一函数发生器生成第一源功率脉冲；在真空室的第一耦合电极处提供该第一源功率脉冲以生成等离子体；通过触发相对于该第一源功率脉冲的延迟来生成偏置功率脉冲；在该真空室的第二耦合电极处提供该偏置功率脉冲；以及对布置在该真空室中的衬底执行等离子体沉积或刻蚀工艺。提供该偏置功率脉冲使离子从该等离子体朝该衬底加速。
附图说明
为了更完整地理解本发明和其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的示例等离子体加工方法的脉冲序列的示意性时序图和对应的定性曲线图；
图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示例等离子体加工系统的框图；
图3展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有正前侧偏移(leadingoffset)和负前侧偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图；
图4展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有负后侧偏移(trai lingoffset)和正后侧偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图；
图5展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有动态偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图；
图6展示了根据本发明的实施例的包括偏置功率脉冲串的示例等离子体加工方法的示意性时序图；
图7展示了根据本发明的实施例的包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲定时的示例等离子体加工方法的示意性时序图；
图8展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例电容耦合等离子体加工系统的示意图；
图9展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例电感耦合等离子体加工系统的示意图；
图10展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例表面波等离子体加工系统的示意图；
图11展示了根据本发明的实施例的可以用于执行等离子体加工方法的示例远程等离子体加工系统的示意图；
图12展示了根据本发明的实施例的包括非谐振源功率耦合电极的示例等离子体加工系统的框图；
图13展示了根据本发明的实施例的包括谐振源功率耦合电极的示例等离子体加工系统的框图；
图14展示了根据本发明的实施例的示例螺旋谐振器等离子体加工系统的示意图；
图15展示了根据本发明的实施例的示例等离子体加工方法；以及
图16展示了包括源功率和偏置功率的若干种常规时序图。
除非另外指示，否则不同图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。绘制图以清楚地展示实施例的相关方面，并且这些图不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征范围的终止。
具体实施方式
下文详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例可应用于各种各样的特定情况。所讨论的具体实施例仅是制作和使用各种实施例的具体方式的说明，并且不应在有限的范围内解释。
如本文描述的，各种技术涉及使用精密等离子体加工技术(包括刻蚀工艺和沉积工艺)的设备制作。在半导体制造中，从前段制程(FEOL，例如晶体管制作)到后段制程(BEOL，例如互连制作)都有若干个明显的实例，其中，要以高精度对材料进行操纵。常规的等离子体加工装置和方法可能缺乏对等离子体特性的控制(包括对自由基群体和组成的控制、对离子群体的控制、以及对电子群体的控制)以及对反应副产物的控制，并且因此在满足先进的微缩要求方面存在不足。
当使用等离子体操纵工件表面上纳米级的材料以实现高级设备拓扑时，例如可能期望精确控制一种或多种等离子体特性，如离子能量分布(IEDF)、离子温度(Ti)、离子角分布(IADF)、电子能量分布(EEDF)、电子温度(Te)。传统的等离子体工艺参数(如气压、功率)，以及更具体地，电磁场耦合到气体环境以便形成等离子体的方式(例如，电容耦合、电感耦合等)可能影响这些等离子体特性。然而，为了满足当前和未来的最先进设备制作的需求，相对更复杂的方法可能是有益的，使得可以有效地操纵比如IEDF、Ti、IADF等等离子体特性以在制作工件上实现差异化的目标结果。
例如，被广泛接受的是，在本领域中不存在主动控制机制来控制在等离子体加工期间入射到微电子设备的形貌特征上的离子的角度。将绝对竖直或基本竖直的离子传送到衬底表面可以是有益的。另外地，在考虑和/或校正图案化结构的侧壁上的散射的同时控制传送到结构中的离子束的角度也可以是有益的。例如，这种对离子分布角度的控制对于高纵横比接触(HARC)型刻蚀和图案化应用以及其他刻蚀/沉积工艺可能有用。
本文描述的各种实施例提供了用于控制等离子体特性以传送离子用于比如反应性离子刻蚀或等离子体沉积等中的等离子体加工的系统和方法。各种实施例可以提供用于等离子体加工的反相、反同步和/或异相源功率和偏置功率脉冲。可以使用等离子体加工参数来控制脉冲，这些等离子体加工参数包括源功率和偏置功率两者的脉冲宽度、频率和振幅以及脉冲之间的一个或多个偏移。使用等离子体加工参数，可以以延迟的方式从源等离子体或在与源等离子体相同的时间处脉冲化偏置功率脉冲。可以使用如本文描述的实施例系统和方法来调制和控制各种等离子体特性，如离子温度Ti、电子温度Te、电子密度ne、鞘电压降V鞘、等离子体体电势VP等。
下文提供的实施例描述了操作等离子体加工系统的各种系统和方法，并且具体地，包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的等离子体加工方法。以下描述描述了实施例。使用图1描述包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的实施例方法的示例示意性时序图和定性曲线图。使用图2描述包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的实施例等离子体加工系统。使用图3描述包括相对于源脉冲具有正前侧偏移和负前侧偏移的偏置脉冲的两种等离子体加工实施例方法。使用图4描述包括相对于源脉冲具有负后侧偏移和正后侧偏移的偏置脉冲的两种等离子体加工实施例方法。使用图5描述包括具有动态偏移的偏置脉冲的等离子体加工实施例方法。使用图6描述包括偏置功率脉冲串的等离子体加工实施例方法。使用图7描述包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲定时的等离子体加工实施例方法。使用图8至图11描述若干个实施例等离子体加工系统。使用图12和图13描述包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的两种实施例等离子体加工系统。使用图14描述实施例螺旋谐振器等离子体加工系统。使用图15描述等离子体加工实施例方法。
图1展示了根据本发明的实施例的包括源功率脉冲和偏置功率脉冲的控制等离子体加工的示例方法的脉冲序列的示意性时序图和对应的定性曲线图。源功率耦合到等离子体加工系统的等离子体加工室，并且用于生成用于加工微电子工件的等离子体。偏置功率也耦合到等离子体加工室，并且除了其他功能之外，还可以用于使离子朝微电子工件的表面加速。
参考图1，时序图100包括脉冲化以生成离子并且将这些离子传送到微电子工件(例如，半导体晶圆)的源功率1和偏置功率2。具体地，时序图100包括具有在时间上至少部分不重叠的一个或多个源功率(SP)脉冲11和偏置功率(BP)脉冲12的脉冲序列。例如，源功率1可以是交流(AC)功率，该AC功率在导通状态与截止状态之间切换以生成SP脉冲11(AC功率的频率高于SP脉冲11的频率)。类似地，偏置功率2也可以是AC功率。替代性地，源功率1和偏置功率2之一或两者可以是DC功率。
在各种实施例中，脉冲序列是周期性的，具有脉冲调制周期5，并且包括多个SP脉冲11和BP脉冲12。然而，在一些情况下，脉冲序列可以指单个SP脉冲和单个BP脉冲。进一步，尽管周期性可能是有益的，但是不存在脉冲序列是周期性的或者SP脉冲具有与BP脉冲相同的周期的严格要求。
如曲线图102所示，所生成的等离子体的温度曲线31和密度曲线32根据时序图100的所施加的源功率1变化。SP脉冲11生成由比如电子密度ne、电子温度Te和离子温度Ti等各种等离子体参数的增加表征的等离子体辉光相(glow phase)。SP脉冲11的初始施加可能产生等离子体温度(例如，Te和Ti)的尖峰21，对于SP脉冲的剩余部分，该尖峰松弛到伪平衡状态23。SP脉冲结束之后，等离子体进入余辉相(afterglow phase)，在该余辉相期间离子和电子可以冷却下来，从而导致Te、Ti降低。电子和离子通过双极扩散扩散到壁上，导致ne降低。在各种实施例中，在余辉相期间，施加BP脉冲以使所生成的离子朝微电子工件的表面加速。
如曲线图102所展示的，在余辉相中，Te和Ti可以比ne更迅速地降低。由于电子密度ne与可用离子相关，因此在余辉相期间施加BP脉冲可能特别有效，以便使低温离子向微电子工件的表面加速。在余辉相期间，等离子体电流也可以减小。当施加偏置功率(例如，使用BP脉冲)时，此电流降可以允许跨等离子体鞘的大的电压差Vp和余辉相中的VDC(RF DC自偏置电压)。增加的电压差Vp和时间平均下降dc电压降VDC以及较低的离子温度可以改善离子通量的方向性。
因此，SP脉冲和BP脉冲在时间上至少部分地不重叠。在一个实施例中，如时序图100所展示的，SP脉冲和BP脉冲是完全异相的。在其他实施例中，SP脉冲和BP脉冲可以部分地重叠。因此，该方法的实施例既包括在没有偏置功率2的情况下施加源功率1的非零时间间隔，也包括在没有源功率1的情况下施加偏置功率2的非零时间间隔。
仍参考图1，可以使用脉冲调制工艺参数来生成时序图100的脉冲序列。脉冲调制工艺参数可以包括与源功率1序列相对应的SP脉冲宽度3和SP脉冲振幅4，以及与偏置功率2序列相对应的前沿偏置偏移6、BP脉冲宽度7、BP脉冲振幅8和后沿偏置偏移9。具体地，每个SP脉冲11包括SP脉冲宽度3和SP脉冲振幅4，而每个BP脉冲12包括BP脉冲宽度7和BP脉冲振幅8。应该提到的是，除非另有说明，否则如本文使用的振幅是指给定脉冲的平均峰间振幅。
对于SP脉冲11和BP脉冲12，可以通过选择给定脉冲调制周期5的占空比(％)来实施特定脉冲宽度。例如，如果将脉冲调制周期设置为150μs，则56％的源功率占空比(％)和28％的偏置功率占空比(％)将产生84μs SP脉冲宽度和42μs BP脉冲宽度。在一个实施例中，源功率1和偏置功率2具有相同的脉冲调制周期。替代性地，源功率1和偏置功率2可以利用单独的脉冲调制周期操作。在各种实施例中，SP脉冲11和BP脉冲12中任一个的占空比(％)可以在从约3％至约90％的范围内。在一个实施例中，SP脉冲11的占空比(％)为约5％。在另一个实施例中，SP脉冲11的占空比(％)为约50％。在仍另一个实施例中，SP脉冲11和BP脉冲12两者的占空比(％)为约40％。可以根据给定等离子体工艺的特定特性来选择SP脉冲11和BP脉冲12的合适的占空比(％)。
本文描述的脉冲宽度中的任何脉冲宽度的持续时间可以具有如基于给定等离子体工艺的特定参数选择的任何合适的值。例如，SP脉冲宽度3可以在约10μs与约100μs之间的范围内。替代性地，SP脉冲宽度3可以更大或更小。例如，在一些实施例中，SP脉冲宽度3可以为毫秒量级。类似地，BP脉冲宽度7可以在10μs与约100μs之间的范围内，但是也可以与SP脉冲宽度3一样更大或更小。此外，可以根据给定的等离子体工艺独立地选择SP脉冲宽度3和BP脉冲宽度7。
如图1所展示的，SP脉冲11与BP脉冲12之间的延迟可以被称为前沿偏置偏移6。前沿偏置偏移6可以被实施为脉冲调制周期5的百分比。例如，前沿偏置偏移可以在脉冲调制周期5的-10％至+10％之间变化。替代性地，前沿偏置偏移6可以设置为特定时间值。例如，继续上文源功率1和偏置功率2具有设置为150μs的相同脉冲调制周期的情况，前沿偏置偏移为10％将导致SP脉冲的后沿与BP脉冲之间15μs的延迟。在前述示例中，前沿偏置偏移6被设置为正。然而，前沿偏置偏移6也可以是零或负。
类似地，BP脉冲12与SP脉冲11之间的延迟可以被称为后沿偏置偏移9，并且可以通过SP脉冲宽度3、前沿偏置偏移6和BP脉冲宽度7的组合来实施。继续上文示例，56％的源功率占空比(％)、10％的前沿偏置偏移和28％的偏置功率占空比(％)占整个脉冲调制周期的94％。因此，在此特定示例中，在BP脉冲的后沿与SP脉冲的前沿之间存在等于脉冲调制周期的6％的延迟。由于脉冲调制周期为150μs，因此作为后沿偏置偏移9的此延迟等于9μs。类似于前沿偏置偏移6，后沿偏置偏移9不需要为正，也可以为零或负。
本文描述的偏移中的任何偏移的持续时间可以具有如基于给定等离子体工艺的特定参数选择的任何合适的值。例如，前沿偏置偏移6可以在约-50μs与约50μs之间的范围内。在各种实施例中，前沿偏置偏移6可以在约-15μs与约20μs之间的范围内。在一个实施例中，前沿偏置偏移6为约20μs。在另一个实施例中，前沿偏置偏移6为约10μs。在仍另一个实施例中，前沿偏置偏移6为约1μs。
脉冲振幅可以具有对应的高振幅状态和低振幅状态。例如，高振幅和低振幅可以是电压电平。具体地，SP脉冲11中的每一个可以在SP低振幅状态13与SP高振幅状态14之间振荡，而BP脉冲12中的每一个可以在BP低振幅状态17与BP高振幅状态18之间振荡。可以将正DC偏置或负DC偏置施加到源功率1或偏置功率2之一或两者，使得相应的高振幅和低振幅达到期望的电平。
应该提到的是，温度曲线31和密度曲线32两者本质上都是定性的。因此，尽管该温度曲线和该密度曲线都可以指示与脉冲序列对比如Te、Ti和ne等等离子体参数的影响相关联的重要现象，但该温度曲线和该密度曲线都不旨在以特定比例绘制或定量精确。此外，为了清楚起见，可以进行简化。例如，电子温度Te和离子温度Ti已经在曲线图102中表示为单个曲线，因为曲线的形状是类似的，即使Te可以比冷等离子体中的Ti大至少一个数量级。
图2展示了根据本发明的实施例的包括源脉冲调制电路和脉冲调制定时电路的示例等离子体加工系统的框图。图2的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，如图1的方法。
参考图2，等离子体加工系统200包括耦合到等离子体加工室210的SP耦合电极15。例如，等离子体加工室210可以包括真空室。SP耦合电极可以允许将源功率施加到等离子体加工室210，从而导致等离子体60的生成。在各种实施例中，SP耦合电极15是定位于等离子体加工室210周围的导电线圈，并且在一个实施例中是四分之一波螺旋谐振器。在另一个实施例中，SP耦合电极15是半波螺旋谐振器。替代性地，作为示例，可以采用比如天线、板电极或波导等其他SP耦合电极。
等离子体加工系统200进一步包括耦合到等离子体加工室205的BP耦合电极19。BP耦合电极19可以使能够将偏置功率施加到正被加工的微电子工件。在各种实施例中，BP耦合电极19是衬底固持器，并且在一个实施例中是静电吸盘。
可以使用包括SP脉冲调制电路51的SP控制路径201将源功率耦合到等离子体加工室210。SP脉冲调制电路51可以在SP高振幅状态14与SP低振幅状态13之间调制源信号。例如，如关于图1所描述的，经调制源信号可以与SP脉冲11相对应。经调制源信号可以由SP函数发生器20接收，该SP函数发生器可以将波形叠加到经调制源信号上。如本领域技术人员可以认识到的，例如，可以例如使用能够为比如AVTECH AVOZ-D2-B脉冲发生器型电路等激光二极管生成高功率脉冲的激光驱动器来实施脉冲调制电路，比如SP脉冲调制电路51。
可以使用如本领域技术人员已知的任何函数发生器(比如在一个特定示例中的2235A HP函数发生器)实施的SP函数发生器20还可以可选地包括被配置为增加经调制源信号的振幅的放大电路，比如RF放大器。在各种实施例中，SP函数发生器20可以是信号发生器，并且在一个实施例中可以是射频(RF)信号发生器。替代性地，SP函数发生器20可以是微波函数发生器。在一个实施例中，SP函数发生器20可以是任意波形发生器(AWG)。
比如SP函数发生器20等函数发生器可以是包括电子振荡器的电路。函数发生器中可以包括多于一个电子振荡器。波形可以由函数发生器使用数字信号处理来生成。然后可以用数模转换器转换数字输出以产生模拟波形。函数发生器还可以包括比如振幅调制、频率调制或相位调制等调制功能。
叠加波形的频率可以高于脉冲调制频率。在各种实施例中，叠加波形的频率可以是RF频率，并且在一个实施例中为约13.56MHz。因此，所得的SP脉冲中的每一个可以包括叠加波形的若干个循环。波形形状可以包括比如正弦波、方波、锯齿波等周期性波形。替代性地，波形形状可以包括非周期性波，比如叠加各种频率的多个正弦波以生成任意波形形状。
SP控制路径201可以包括可选的SP阻抗匹配网络25。如本领域技术人员可以认识到的，可以使用基于比如美国专利公开2009/0000942中描述的阻抗测量对补偿信号进行相移的反馈控制电路来实施阻抗匹配网络，比如SP阻抗匹配网络25。匹配电路可以是L型网络和T型网络的变体。例如，阻抗匹配网络可以包括电感器、电容器和/或可变电容器的网络。频率调谐(即调整驱动频率以匹配天线-等离子体谐振)是另一种匹配方式。脉冲化模式下的频率调谐可以利用反馈控制来利用与等离子体阻抗相关的功率或电压测量。
由SP函数发生器20生成的SP脉冲可以在由SP耦合电极15耦合到等离子体加工室210之前，穿过可选的SP阻抗匹配网络25。在某些等离子体加工系统中，如当SP耦合电极15是电感耦合到等离子体60的谐振结构时，可以省略可选的SP阻抗匹配网络25。相反，当SP耦合电极15是非谐振的时，可以包括可选的SP阻抗匹配网络25。可选的SP阻抗匹配网络25可以用于通过将负载的阻抗与电源的阻抗匹配来确保源功率被高效地耦合到等离子体60。
仍参考图2，偏置功率可以使用BP控制路径202耦合到等离子体加工室210。BP控制路径202可以通过脉冲调制定时电路52耦合到SP控制路径201。脉冲调制定时电路52可以相对于通过SP控制路径201生成的SP脉冲的定时来确定BP脉冲的定时。脉冲调制定时电路52可以从SP脉冲调制电路51接收信号，并且引入由SP脉冲的前沿或后沿触发的延迟。作为示例，从SP脉冲调制电路51到脉冲调制定时电路52的信号可以是SP脉冲或指示SP脉冲的时钟信号。替代性地，SP脉冲和BP脉冲可以基于可以使用时钟信令实施的定时时间表是彼此偏移的。作为示例，如果前沿偏置偏移参数被设置为脉冲调制周期的8％，则脉冲调制定时电路52可以在被SP脉冲的后沿触发之后引入等于脉冲调制周期的8％的延迟。替代性地，如果脉冲调制定时电路52被配置为由SP脉冲的前沿触发，则脉冲调制定时电路52可以引入脉冲调制周期的8％加上源功率占空比(％)的延迟。作为另外的替代性方案，脉冲调制定时电路52可以相对于通过BP控制路径202生成的BP脉冲的定时来确定SP脉冲的定时。
如本领域技术人员可以认识到的，可以使用任何定时电路来实施定时电路，比如脉冲调制定时电路52。在一个特定示例中，可以使用Highland Technology(高地技术公司)T560 4通道紧凑型数字延迟和脉冲发生器电路。
类似于SP控制路径201，BP控制路径202可以包括由脉冲调制定时电路52触发的可选的BP脉冲调制电路53。可选的BP脉冲调制电路53可以在BP高振幅状态与BP低振幅状态之间调制偏置信号。例如，如关于图1所描述的，经调制偏置信号可以与BP脉冲12相对应。替代性地，可以省略可选的BP脉冲调制电路53，并且延迟的经调制源信号可以与BP脉冲相对应。
经调制偏置信号可以由可选的BP函数发生器30接收。可选的BP函数发生器30可以将波形叠加到经调制偏置信号上。该波形可以与叠加在经调制源信号上的波形类似或不同，并且可以具有如先前描述的任何期望的波形形状。可选的BP函数发生器30还可以可选地包括用于增加经调制偏置信号的振幅的放大电路。在一个实施例中，传送到等离子体加工室210的偏置功率为DC功率。在这种情况下，可以省略可选的BP函数发生器30。在需要放大但不需要函数生成的一些情况下，可以包括放大电路来代替可选的BP函数发生器30。
在可选的BP函数发生器30与BP耦合电极19之间的BP控制路径202中还包括BP阻抗匹配网络35。BP阻抗匹配网络可以用于通过将负载的阻抗与电源的阻抗匹配来确保偏置功率被高效地耦合到等离子体加工室210。
SP函数发生器20和可选的SP阻抗匹配网络25可以包括在SP发生器电路240中，该SP发生器电路接收源功率并且将SP脉冲提供给SP耦合电极15。类似地，可选的BP函数发生器30和BP阻抗匹配网络35可以包括在BP发生器电路245中，该BP发生器电路接收偏置功率并且将BP脉冲提供给BP耦合电极19。
上文描述的元件中的一个或多个元件可以包括在控制器中。例如，如图2所示，SP脉冲调制电路51、脉冲调制定时电路52和可选的BP脉冲调制电路53可以包括在控制器250中。控制器250可以相对于等离子体加工室210本地定位。替代性地，控制器250可以相对于等离子体加工室210远程定位。控制器250可以能够与SP控制路径201和BP控制路径202中包括的元件中的一个或多个元件交换数据。阻抗匹配网络中的每一个可以由控制器250控制或可以包括单独的控制器。
控制器250可以被配置为设置、监测和/或控制与生成等离子体以及将离子传送到微电子工件的表面相关联的各种控制参数。控制参数可以包括但不限于源功率和偏置功率的功率电平、频率和占空比(％)以及偏置偏移百分比。也可以使用其他控制参数集。例如，可以直接输入SP脉冲和BP脉冲的脉冲宽度以及偏置偏移，而不是将其表示为脉冲调制周期的占空比(％)。
图3展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有正前侧偏移和负前侧偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图。例如，图3的时序图可以是其他实施例时序图的特定实施方式，如图1的时序图100。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图3，时序图300包括SP脉冲11的高振幅状态与非重叠BP脉冲312的高振幅状态之间的正前沿(+LE)偏置偏移306，这些非重叠BP脉冲在时间上不与脉冲序列中的相邻SP脉冲11重叠。非重叠BP脉冲312还包括非重叠BP脉冲宽度307，并且与后续SP脉冲11分离后沿偏置偏移9。
相比而言，时序图320与时序图300类似，除了时序图320包括SP脉冲11的高振幅状态与-LE BP脉冲322的高振幅状态之间的负前沿(-LE)偏置偏移326，这些-LE BP脉冲在时间上与脉冲序列中的相邻SP脉冲11部分地重叠。例如，相对于相应SP脉冲11的后沿测量+LE偏置偏移306和-LE偏置偏移326。因此，比如-LE偏置偏移326等负偏移产生-LE BP脉冲322。-LE BP脉冲322还包括重叠的BP脉冲宽度327，并且与后续SP脉冲11分离后沿偏置偏移9。
图4展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有负后侧偏移和正后侧偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图。例如，图4的时序图可以是其他实施例时序图的特定实施方式，如图1的时序图100。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图4，时序图400除了+LE偏置偏移306之外，还包括负后沿(-TE)偏置偏移409。脉冲序列中的每个所得的-TE BP脉冲412具有-TE BP脉冲宽度407，并且在时间上与前一SP脉冲11不重叠，但是在时间上与后一SP脉冲11部分地重叠。根据此图示中针对偏移采用的约定，负偏移值指示与相邻脉冲重叠。因此，对于给定脉冲的后沿偏移，例如，如针对时序图400中的-TE偏置偏移409所展示的，负偏移导致脉冲的后沿与下一个脉冲的前沿之间的重叠。
类似地，时序图420除了SP脉冲11的高振幅状态与重叠BP脉冲422的高振幅状态之间的-LE偏置偏移326之外还包括负-TE偏置偏移409，这些重叠BP脉冲与脉冲序列中的前一SP脉冲11和后一SP脉冲11两者部分地重叠。重叠BP脉冲11包括重叠BP脉冲宽度427，该重叠BP脉冲宽度的持续时间大于SP脉冲11的每个SP脉冲宽度3的持续时间。
图5展示了根据本发明的实施例的包括相对于源脉冲具有动态偏移的偏置脉冲的示例等离子体加工方法的示意性时序图。例如，图5的时序图可以是其他实施例时序图的特定实施方式，比如图1的时序图100。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图5，时序图500包括具有脉冲调制周期5的SP脉冲11和具有可以动态变化的可变前侧偏移偏置偏移(509、519、529)的BP脉冲12。具体地，每个BP脉冲12的前沿偏置偏移可以针对脉冲序列的每个SP脉冲11而改变。正前侧或后侧偏移、零前侧或后侧偏移和负前侧或后侧偏移的任何组合都是可能的。例如，第一BP脉冲12被展示为具有正可变偏移509，而第二和第三BP脉冲12被分别展示为具有零值可变偏移519和负可变偏移529。应当注意，尽管偏移可以每脉冲调制周期5发生变化，但是这些偏移也可以一次在多个脉冲调制周期中保持不变或逐渐变化。例如，大的正偏移可以逐周期量级逐渐减小，直到其变为零并且然后为负。
图6展示了根据本发明的实施例的包括偏置功率脉冲串的示例等离子体加工方法的示意性时序图。例如，图6的时序图可以是其他实施例时序图的特定实施方式，比如图1的时序图100。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图6，时序图600包括SP脉冲11和具有BP脉冲串宽度607的BP脉冲串612。BP脉冲串612可以是如先前描述的BP脉冲12的特定实施例。BP脉冲串612包括BP子脉冲622以及对应的BP子脉冲宽度617和BP子脉冲间隔619。BP子脉冲622中的每一个可以类似于BP脉冲12来实施。在各种实施例中，BP子脉冲622是AC脉冲并且在一个实施例中是RF脉冲。在另一个实施例中，BP子脉冲622是DC脉冲。
图7展示了根据本发明的实施例的包括与特定气体流相关联的源脉冲和偏置脉冲定时的示例等离子体加工方法的示意性时序图。图7的时序图可以合并其他实施例时序图的一个或多个特定实施方式，如图1的时序图100。例如，给定的等离子体工艺可以利用多种类型的气体，该多种类型的气体中的每种气体可以具有与之相关联的实施例时序图的特定实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图7，时序图700除了源功率1和偏置功率2之外还包括气体源701。气体源701可以包括多种气体和/或气体的混合物。例如，如时序图700所展示的，气体源701包括具有G1气体流持续时间735的第一气体(G1)流731和具有G2气体流持续时间765的第二气体(G2)流761。G1气体流731和G2气体流761在时间上分离了气体流偏移740。替代性地，第二气体可以在G1气体流731期间被引入，并且G2气体流761可以与G2气体流731部分地重叠。
每种气体可以具有与相应的气体流持续时间相关联的脉冲序列。具体地，可以例如从比如图1、图3至图6中的先前实施例中为每种气体选择一组等离子体加工参数，以生成在将特定气体提供给等离子体加工室时专门为特定气体定制的脉冲序列。
如时序图700所展示的，与G1气体流731相关联的G1脉冲序列71包括具有G1 SP脉冲宽度703的G1 SP脉冲711以及具有G1 BP脉冲宽度707和G1 BP脉冲振幅708的G1 BP脉冲712。通过G1 LE偏置偏移706和G1 TE偏置偏移709相对于G1 SP脉冲711在时间上定义了G1BP脉冲712。G1脉冲序列71具有G1脉冲调制周期705，并且可以相对于G1气体流731的前沿偏移G1 LE源偏移736。
类似地，G2气体流761具有相关联的G2脉冲序列72，该脉冲序列包括具有G2 SP脉冲宽度743的G2 SP脉冲751以及具有G2 BP脉冲宽度747和G2 BP脉冲振幅758的G2 BP脉冲752。通过G2 LE偏置偏移746和G2 TE偏置偏移749相对于G2 SP脉冲751在时间上定义了G2BP脉冲752。G2脉冲序列72具有G2脉冲调制周期745，并且可以相对于G2气体流761的前沿偏移G2 LE源偏移766。如所展示的，等离子体加工参数在气体流之间可以不同。例如，源功率和偏置功率的脉冲宽度、脉冲振幅、频率、偏移和其他可以随气体流而变化。
本文描述的SP脉冲和BP脉冲耦合到等离子体的实施例可以由各种装置(如图8至图11所描绘的那些)来实施。根据本发明的实施例，图8展示了示例电容耦合等离子体加工系统的示意图，图9展示了示例电感耦合等离子体加工系统的示意图，图10展示了示例表面波等离子体加工系统的示意图，并且图11展示了可以用于执行等离子体加工方法的示例远程等离子体加工系统的示意图。例如，图8至图11的等离子体加工系统各自可以是其他实施例等离子体加工系统的特定实施方式，如图2的等离子体加工系统200。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图8，电容耦合等离子体(CCP)加工系统800包括耦合到SP发生器电路240的AC源电源881和耦合到BP发生器电路245的AC偏置电源882，该SP发生器电路耦合到上板电极(UEL)815，该BP发生器电路耦合到下板电极(LEL)819。AC源电源881和AC偏置电源882可以根据比如图1、图3至图7中先前描述的实施例分别生成源功率和偏置功率。CCP 860在接地等离子体加工室810靠近UEL815与LEL 819之间的衬底16形成。LEL 819还可以用作静电吸盘(ESC)以支撑和保持衬底16。在各种实施例中，通过将RF功率耦合到电极中的至少一个来形成等离子体。耦合到UEL 815的AC功率可以具有与耦合到LEL 819的AC功率不同的RF频率。替代性地，多个RF功率源可以耦合到同一电极。而且，直流(DC)功率可以耦合到上电极和/或下电极。
参考图9，电感耦合等离子体(ICP)加工系统900包括耦合到SP发生器电路240的AC源电源881和耦合到BP发生器电路245的AC偏置电源882，该SP发生器电路耦合到感应电极915，该BP发生器电路耦合到LEL 819。再次，AC源电源881和AC偏置电源882可以根据比如图1、图3至图7中先前描述的实施例分别生成源功率和偏置功率。ICP 960靠近感应电极915(例如，平面或螺线管/螺旋线圈或天线)与LEL 819之间的衬底16形成。介电材料910将感应电极915与ICP 960分离。介电材料910可以减少和/或防止电容耦合效应。
参考图10，表面波等离子体(SWP)加工系统1000包括耦合到SP发生器电路240的AC源电源881，该SP发生器电路耦合到微波波导(μ-波导)1014和缝隙天线1015。类似地，AC源电源881和AC偏置电源882可以根据比如图1和图3至图7中先前描述的实施例分别生成源功率和偏置功率。SWP 1060靠近缝隙天线1015与LEL 819之间的衬底16形成。通过经由同轴线和μ波导1014将微波频率下的RF功率耦合到缝隙天线1015来形成SWP 1060。PV可能是图10的小细节，但缝隙天线1015可以实施为带有孔的板或其他结构。在一些实施例中，缝隙天线可以被夹在类似于图9的介电材料910的介电结构之间，使得微波可以从波导(中心)径向地从中心向外(例如，通过具有介电常数的陶瓷结构，使得波长减小，通过天线结构和/或通过另一种介电材料)通过。
参考图11，远程等离子体加工系统1100类似于图9的ICP加工系统900，除了代替靠近衬底形成等离子体，在远离衬底16的区域中(例如，在不同的等离子体室中或在等离子体加工室810的隔离部分中)形成远程等离子体1160。远程等离子体1160通过粒子隔离结构1118与衬底16分离或隔离。粒子隔离结构1118可以是被布置成阻碍带电粒子从远程等离子体源传输到衬底16的过滤器、导管或孔板。在一个实施例中，远程等离子体1160是ICP。替代性地，远程等离子体1160可以是CCP、SWP等。
图12展示了根据本发明的实施例的包括非谐振源功率耦合电极的示例等离子体加工系统的框图。图12的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，如图1的方法。
参考图12，非谐振等离子体加工系统1200包括：SP供应节点81，该SP供应节点供应耦合到等离子体加工室1210的非谐振SP耦合电极1215的源功率1；以及BP供应节点82，该BP供应节点供应耦合到等离子体加工室1210的偏置功率耦合电极19的偏置功率2。源功率1通过SP控制路径1201耦合到非谐振SP耦合电极1215，该SP控制路径包括被配置为控制源功率设置的SP控制器1226。例如，SP控制器1226可以调整SP RF函数发生器和放大器1220的增益设置以及SP阻抗匹配网络1225的阻抗匹配设置。类似地，偏置功率2通过包括BP控制器1236的BP控制路径1202耦合到BP耦合电极19，该BP控制器控制BP RF函数发生器和放大器1230以及BP阻抗匹配网络1235的偏置设置。
由于非谐振等离子体加工系统1200使用非谐振结构耦合源功率1，因此包括SP阻抗匹配网络1225以便高效地向等离子体提供源功率。为了使最大功率从非谐振SP耦合电极1215传递到等离子体，电源上负载的阻抗应与电源本身的阻抗相同。例如，电源上负载的阻抗可能被等离子体的阻抗影响，该等离子体的阻抗可以取决于比如化学性质、压力、密度等特定的快速变化条件。因此，SP阻抗匹配网络1225可以有利地允许改变等离子体条件，同时维持源功率1到等离子体60的高效功率耦合。
SP脉冲信号是使用SP脉冲调制电路1251生成的，该SP脉冲调制电路可以接收一个或多个等离子体加工参数作为输入。例如，如所展示的，SP脉冲调制电路1251接收SP脉冲频率fS和SP脉冲宽度tp,S。然后SP脉冲调制电路1251使用fS和tp,S生成SP脉冲信号V(fS,tp,S)。在一个实施例中，SP脉冲信号V(fS,tp,S)包括约5V的高振幅状态和约0V的低振幅状态。然而，其他电压电平也是可能的。SP脉冲频率fS可以在约0.1Hz到约10kHz的范围内。替代性地，SP脉冲频率fS可以在约1kHz到约5kHz的范围内。
SP RF函数发生器和放大器1220从SP供应节点81接收源功率1，并且从SP脉冲调制电路1251接收SP脉冲信号V(fS,tp,S)，并且然后通过利用函数对SP脉冲信号V(fS,tp,S)进行放大和调制来生成SP脉冲。功率放大可以在几瓦(例如，1W至2W)到大于1000kW的范围内。在一个实施例中，所生成的函数可以包括AC信号。AC信号可以在源频率下生成，该源频率可以落入电磁频谱的RF范围、超高频(VHF)范围或微波(MW)范围内。替代性地，所生成的函数可以包括DC信号，如脉冲化DC信号。
SP脉冲穿过SP阻抗匹配网络1225并且到达SP定向耦合器1227。因此，SP定向耦合器1227接收具有随时间变化的源电压VS(t)和源电流IS(t)的SP脉冲。SP定向耦合器1227被配置为将SP脉冲传递到非谐振SP耦合电极1215。如所展示的，SP定向耦合器1227还耦合到SP控制器1226，这可以有利地允许SP控制器1226基于正向源功率Pf,S和反向源功率Pr,S的比较来调整源功率设置。例如，正向源功率Pf,S可以是对在正向方向上(即，朝向SP耦合电极)传输的功率的大小的指示，而反向源功率Pr,S可以是对在反向方向上(即，远离SP耦合电极)反射的功率的大小的指示。Pf,S和Pr,S可以通过SP控制器1226测量。
可以在BP控制器1236与接收随时间变化的偏置电压VB(t)和偏置电流IB(t)的BP定向耦合器1237之间实施类似的反馈机制，使得可以基于正向偏置功率Pf,B与反向偏置功率Pr,B的比较来调整偏置功率设置，该正向偏置功率可以是对在正向方向上(即，朝向BP耦合电极)传输的功率的大小并且该反向偏置功率可以是对在反向方向上(即，远离BP耦合电极)反射的功率的大小的指示。Pf,B和Pr,B可以通过BP控制器1236测量。
SP RF函数发生器和放大器1220、SP阻抗匹配网络1225、SP控制器1226和SP定向耦合器1227包括在非谐振SP发生器电路1240中，该非谐振SP发生器电路从SP供应节点81接收源功率1，并且将SP脉冲提供给非谐振SP耦合电极1215。例如，非谐振SP发生器电路1240可以是图2的SP发生器电路240的特定实施方式。类似地，BP RF函数发生器和放大器1230、BP阻抗匹配网络1235、BP控制器1236和BP定向耦合器1237包括在BP发生器电路1245中，该BP发生器电路从BP供应节点82接收偏置功率2，并且将BP脉冲提供给BP耦合电极19。例如，BP发生器电路1245可以是图2的BP发生器电路245的特定实施方式。
使用耦合到SP脉冲调制电路1251的输出端的BPt延迟定时电路1252在SP脉冲与BP脉冲之间引入时间延迟t延迟。SP脉冲调制电路1251可以将信号传输到BPt延迟定时电路1252，其中该信号可以是SP脉冲或指示SP脉冲的时钟信号。BPt延迟定时电路1252在输入端处接收时间延迟t延迟，并且然后将信号发送到BP脉冲调制电路1253。在一个实施例中，BPt延迟定时电路1252由SP脉冲信号的后沿触发。替代性地，BPt延迟定时电路1252可以由SP脉冲信号的前沿触发。BP脉冲调制电路1253使用输入(例如，BP脉冲频率fB和BP脉冲宽度tp,B)生成BP脉冲信号，该BP脉冲信号然后被发送到BP RF函数发生器和放大器1230。
当对不同的气体进行脉冲化时，可以使用交替的时间延迟。例如，特定时间延迟可以对应于给定等离子体工艺期间的每种气体或气体的组合。进一步，对于特定气体或气体的组合，比如SP脉冲频率fS、SP脉冲宽度tp,S、BP脉冲频率fB、BP脉冲宽度tp,B等其他等离子体加工参数可能发生变化。
由BP RF函数发生器和放大器1230生成的函数可以包括AC信号。AC信号可以在偏置频率下生成，该偏置频率也可以落入RF范围、VHF范围或MW范围内。例如，源频率可以超过约10MHz，并且偏置频率可以小于约15MHz。替代性地，例如，源频率可以超过约50MHz，并且偏置频率可以小于约5MHz。仍替代性地，源频率可以在约50MHz到约150MHz的范围内，并且偏置频率可以从约1MHz到约5MHz的范围内。
图13展示了根据本发明的实施例的包括谐振源功率耦合电极的示例等离子体加工系统的框图。图13的等离子体加工系统可以用于例如执行如本文描述的实施例方法中的任何实施例方法，如图1的方法。
参考图13，谐振等离子体加工系统1300包括SP控制路径1301，该SP控制路径包括谐振SP耦合电极1315。谐振等离子体加工系统1300类似于非谐振等离子体加工系统1200，除了在SP控制路径1301中省略了SP阻抗匹配网络1225，因为谐振SP耦合电极1315可以提供高效源功率耦合到等离子体60而无需阻抗匹配的优点。因此，SP RF函数发生器和放大器1220将SP脉冲直接提供给SP定向耦合器1227，该SP定向耦合器可以将反馈提供给SP控制器1327。SP RF函数发生器和放大器1220、SP控制器1226和SP定向耦合器1227包括在谐振SP发生器电路1340中，该谐振SP发生器电路从SP供应节点81接收源功率1，并且将SP脉冲提供给谐振SP耦合电极1315。例如，谐振SP发生器电路1340可以是图2的SP发生器电路240的特定实施方式。
谐振等离子体加工系统1300还可以有利地实现源功率的敏捷脉冲。例如，阻抗匹配网络可能无法像比如谐振SP耦合电极1315等无匹配谐振结构那样迅速响应。因此，在较高的SP脉冲频率下，阻抗匹配网络可能限于较低的频率，以便将高效源功率提供给等离子体。在各种实施例中，谐振SP耦合电极1315包括螺旋谐振器天线1329。
图14展示了根据本发明的实施例的示例螺旋谐振器等离子体加工系统的示意图。作为示例，螺旋谐振器等离子体加工系统可以是比如图2的等离子体加工系统200、图9的ICP加工系统900和/或图13的谐振等离子体加工系统1300等其他等离子体加工系统的特定实施方式。具体地，源功率耦合电极形成为螺旋谐振器天线。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图14，螺旋谐振器等离子体加工系统1400包括接地外部结构1410，该接地外部结构包围被实施为螺旋谐振器天线1329的谐振SP耦合电极1315，该谐振SP耦合电极进而包围介电内表面1411。螺旋谐振器天线1329的一端接地而另一端自由。AC源电源881耦合到SP发生器电路240，该SP发生器电路以距接地连接适当的距离耦合到螺旋谐振器天线1329。源功率耦合位置(也被称为抽头位置)可能取决于操作频率以及其他考虑因素。生成电感耦合到谐振SP耦合电极1315的螺旋谐振器等离子体1460。例如，介电内表面1411可以设置在螺旋谐振器等离子体1460与螺旋谐振器天线1329之间，以促进电感耦合。AC偏置电源882可以耦合到BP发生器电路245，该BP发生器电路耦合到下板电极(LEL)819。下板电极(LEL)819用作静电吸盘(ESC)以支撑和保持衬底16。
螺旋谐振器天线1329可以是全波、半波或四分之一波天线。例如，如果使用频率为13.56MHz的RF功率来驱动螺旋谐振器天线1329，则四分之一波螺旋谐振器天线的长度可以为约5.5m。随着RF频率增加，螺旋谐振器天线1329的长度可以减小。例如，以约50MHz驱动的四分之一波螺旋谐振器天线的长度可以为约1.5m。
图15展示了根据本发明的实施例的示例等离子体加工方法。例如，图15的方法可以由如本文描述的实施例等离子体加工系统中的任何实施例等离子体加工系统执行，如图2的等离子体加工系统200。应当注意，图15并非旨在将方法步骤限制为特定顺序。另外，如图15中所描述的任何步骤可以以任何组合同时执行以及单独地执行。因此，下文的方法步骤的顺序和/或时序的变化处于所描述的方法的范围内，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。
等离子体加工方法1500的步骤1501包括使用脉冲调制电路将信号输出到函数发生器。步骤1502包括响应于输出信号而使用函数发生器来生成SP脉冲。步骤1503包括在等离子体加工室的SP耦合电极处提供SP脉冲以生成等离子体。步骤1504包括通过触发相对于SP脉冲的延迟来生成BP脉冲。步骤1505包括在等离子体加工室的BP耦合电极处提供BP脉冲。步骤1506包括对布置在等离子体加工室中的衬底执行等离子体沉积或刻蚀工艺，其中，提供BP脉冲使离子从该等离子体朝该衬底加速。
这里总结了本发明的示例实施例。从说明书的整体以及本文提出的权利要求中也可以理解其他实施例。
示例1.一种等离子体加工系统，包括：真空室；第一耦合电极，该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功率，该第一耦合电极被进一步配置为将SP脉冲耦合到该等离子体；衬底固持器，该衬底固持器布置在该真空室中，并且被配置为支撑衬底；第二耦合电极，该第二耦合电极被配置为将BP脉冲耦合到该衬底；以及控制器，该控制器被配置为控制这些SP脉冲这些BP脉冲之间的第一偏移持续时间。
示例2.如示例1所述的等离子体加工系统，其中，该第一耦合电极电容耦合到该等离子体，其中，该等离子体加工系统包括电容耦合等离子体加工系统；或者第一耦合电极电感耦合到该等离子体，其中，该等离子体加工系统包括电感耦合等离子体加工系统；或者其中，该第一耦合电极通过微波波导和缝隙天线耦合到该等离子体，其中，该等离子体加工系统包括表面波等离子体加工系统。
示例3.如示例1和示例2之一所述的等离子体加工系统，进一步包括第一函数发生器，该第一函数发生器被配置为生成该SP脉冲，其中，该控制器包括：定时电路，该定时电路被配置为生成该第一偏移持续时间；以及第一脉冲调制电路，该第一脉冲调制电路包括耦合到该第一函数发生器的输入端的第一输出端和耦合到该定时电路的第二输出端。
示例4.如示例3所述的等离子体加工系统，进一步包括：第二脉冲调制电路，该第二脉冲调制电路耦合到该定时电路；以及第二函数发生器，该第二函数发生器耦合到该第二脉冲调制电路并且被配置为生成这些BP脉冲。
示例5.如示例3和示例4之一所述的等离子体加工系统，其中，该定时电路被进一步配置为控制这些BP脉冲与这些SP脉冲之间的第二偏移持续时间。
示例6.如示例3至示例5之一所述的等离子体加工系统，其中，该第一脉冲调制电路包括第一输入端和第二输入端，该第一输入端被配置为接收第一脉冲频率，该第二输入端被配置为接收第一脉冲宽度，并且其中，该第一脉冲调制电路被进一步配置为基于该第一脉冲频率和该第一脉冲宽度在输出端处生成SP脉冲信号。
示例7.如示例3至示例6之一所述的等离子体加工系统，其中，该定时电路包括被配置为接收时间延迟的定时电路输入端，并且其中，该定时电路被进一步配置为基于该时间延迟来设置该第一偏移持续时间。
示例8.如示例3至示例7之一所述的等离子体加工系统，其中，该第一函数发生器被配置为通过利用在第一频率下生成的交流(AC)信号对从该第一脉冲调制电路接收的SP脉冲信号进行调制来生成这些SP脉冲。
示例9.如示例8所述的等离子体加工系统，进一步包括：第二脉冲调制电路，该第二脉冲调制电路耦合到该定时电路并且被配置为生成BP脉冲信号；以及第二函数发生器，该第二函数发生器耦合到该第二脉冲调制电路并且被配置为通过利用在第二频率下生成的AC信号对该BP脉冲信号进行调制来生成这些BP脉冲，其中，该第二频率小于约15MHz，并且其中，该第一频率大于约10MHz。
示例10.一种装置，包括：真空室；耦合电极，该耦合电极耦合到源功率(SP)供应节点并且被配置为使用第一SP脉冲序列在该真空室内生成等离子体；以及衬底固持器，该衬底固持器耦合到偏置功率(BP)供应节点并且布置在该真空室内，该衬底固持器被配置为支撑要通过该等离子体加工的衬底，其中，第二BP脉冲序列被配置为使该等离子体的离子朝该衬底加速。
示例11.如示例10所述的装置，其中，该第一SP脉冲和该BP脉冲在时间上至少部分地不重叠。
示例12.如示例10和示例11之一所述的装置，其中，该耦合电极是谐振耦合电极。
示例13.如示例12所述的装置，进一步包括：函数发生器；以及定向耦合器，该定向耦合器包括直接耦合到该谐振耦合电极的输出端和直接耦合到该函数发生器的输入端。
示例14.如示例12和示例13之一所述的装置，其中，该谐振耦合电极是螺旋谐振器天线。
示例15.如示例10所述的装置，进一步包括：函数发生器；阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络耦合到该函数发生器；以及定向耦合器，该定向耦合器包括耦合到该阻抗匹配网络的输入端，其中，该耦合电极是非谐振耦合电极，并且其中，该定向耦合器进一步包括耦合到该非谐振耦合电极的输出端。
示例16.一种等离子体加工方法，包括：使用第一脉冲调制电路，将第一信号输出到第一函数发生器；响应于输出该第一信号，使用该第一函数发生器生成第一源功率(SP)脉冲；在真空室的第一耦合电极处提供该第一SP脉冲以生成等离子体；通过触发相对于该第一SP脉冲的延迟来生成偏置功率(BP)脉冲；在该真空室的第二耦合电极处提供该BP脉冲；以及对布置在该真空室中的衬底执行等离子体沉积或刻蚀工艺，其中，提供该BP脉冲使离子从该等离子体朝该衬底加速。
示例17.如示例16所述的方法，其中，该延迟包括介于约-15μs与约20μs之间的偏移持续时间；并且该BP脉冲的前沿与该第一SP脉冲的后沿分离该偏移持续时间。
示例18.如示例16和示例17之一所述的方法，进一步包括：使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该BP脉冲的后沿与该第二SP脉冲的前沿分离大于零秒的偏移持续时间。
示例19.如示例16至示例18之一所述的方法，进一步包括：使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该BP脉冲的后沿与该第二SP脉冲的前沿重叠大于零秒的偏移持续时间。
示例20.如示例16至示例19之一所述的方法，进一步包括：使用该第一函数发生器生成第二SP脉冲，其中，该第一SP脉冲的前沿与该第二SP脉冲的前沿分离介于约200μs与约1000μs之间的脉冲调制周期。
如本文描述的功率控制技术可以由控制器控制。还应注意的是，可以使用被编程为提供本文描述的功能的一个或多个可编程集成电路来实施控制器。例如，一个或多个处理器(例如，微处理器、微控制器、中央处理单元等)、可编程逻辑设备(例如，CPLD(复杂可编程逻辑设备)、FPGA(现场可编程门阵列)等)和/或其他可编程集成电路可以使用软件或其他编程指令进行编程，以实施本文描述的任何功能。应进一步注意的是，可以将软件或其他编程指令存储在一个或多个非暂态计算机可读介质(例如，存储器存储设备、闪速存储器、DRAM存储器、可重编程存储设备、硬盘驱动器、软盘、DVD、CD-ROM等)中，并且软件或其他编程指令当由可编程集成电路执行时使可编程集成电路执行本文所描述的过程、功能和/或能力。上文的其他变体也可以实施。
一种或多种沉积工艺可以用于使用本文描述的等离子体工艺来形成材料层。对于等离子体沉积工艺，可以在多种压力、功率、流量和温度条件下，将前驱气体混合物(包括但不限于碳氢化合物、碳氟化合物或含氮碳氢化合物)与一种或多种稀释气体(例如，氩气、氮气等)组合使用。类似地，一种或多种刻蚀工艺可以用于使用本文描述的等离子体工艺来对材料层进行刻蚀。例如，可以使用包含碳氟化合物、氧气、氮气、氢气、氩气和/或其他气体的等离子体来实施等离子体刻蚀工艺。另外，可以控制用于工艺步骤的操作变量，例如腔室温度、腔室压力、气体的流速、在生成等离子体时施加到电极组件的频率和/或功率和/或用于加工步骤的其他操作变量。在仍然利用本文描述的技术的同时，也可以实施上文的变体。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是此描述并非旨在以限制性的意义来解释。参考描述，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，图3至图7的实施例可以在另外实施例中组合。因此，意图是所附权利要求涵盖任何这种修改或实施例。