[发明专利]用于RF等离子体反应器的等离子体鞘控制

说明书

一些实施例包括一种等离子体鞘控制系统，其包括：RF电源，其产生具有大于20kHz的频率和大于1kV的峰值电压的正弦波形；和等离子体腔室，其与所述RF电源电耦合，所述等离子体腔室具有通过大于大约1kV的能量受加速到所部署的表面中的多个离子，并且所述等离子体腔室从所述正弦波形在所述等离子体腔室内产生等离子体鞘。所述等离子体鞘控制系统包括：阻流二极管，其电连接在所述RF电源与所述等离子体腔室之间；和电容放电电路，其与所述RF电源、所述等离子体腔室和所述阻流二极管电耦合；所述电容放电电路通过大于1kV的峰值电压并且通过小于250纳秒的放电时间使所述等离子体腔室内的电容电荷放电。

相关申请的交叉引用

本申请要求题为“PLASMA SHEATH CONTROL FOR RF PLASMA REACTORS”的2018年8月10日提交的美国临时专利申请No.62/717,523的优先权，其通过其完整引用合并于此。

本申请要求题为“VARIABLE OUTPUT IMPEDANCE RF GENERATOR”的2018年11月30日提交的美国临时专利申请No.62/774,078的优先权，其通过其完整引用合并于此。

本申请要求题为“EFFICIENT ENERGY RECOVERY IN A NANOSECOND PULSERCIRCUIT”的2019年1月8日提交的美国临时专利申请No.62/789,523的优先权，其通过其完整引用合并于此。

本申请要求题为“EFFICIENT NANOSECOND PULSER WITH SOURCE AND SINKCAPABILITY FOR PLASMA CONTROL APPLICATIONS”的2019年1月8日提交的美国临时专利申请No.62/789,526的优先权，其通过其完整引用合并于此。

背景技术

RF激励气体放电在薄膜制造技术中的应用已变为标准。最常使用的最简单几何形状是之间施加电压的两个平面电极的几何形状。在图1中示出这种平面RF等离子体反应器的示意性表示。等离子体鞘分离等离子体与每个电极。

通过由跨越鞘的时间依赖电势差的量值和波形、气体压力，反应器的实体几何形状和/或其他因素确定的离子能量分布函数(IEDF)，等离子体积中产生的正离子受加速跨越等离子体鞘并且到达电极。该离子轰击能量分布可以确定对表面的损坏所引起的离子的薄膜蚀刻量方面的各向异性的程度。

发明内容

一些实施例包括一种等离子体鞘控制系统，其包括：RF电源，其产生具有大于20kHz的频率和大于1kV的峰值电压的RF正弦波形；和等离子体腔室，其与所述RF电源电耦合，所述等离子体腔室具有通过大于大约1kV的能量受加速到所部署的表面中的多个离子，并且所述等离子体腔室从所述RF正弦波形在所述等离子体腔室内产生等离子体鞘。所述等离子体鞘控制系统包括：阻流二极管，其电连接在所述RF电源与所述等离子体腔室之间；和电容放电电路，其与所述RF电源、所述等离子体腔室和所述阻流二极管电耦合；所述电容放电电路通过大于1kV的峰值电压并且通过小于250纳秒的放电时间使所述等离子体腔室内的电容电荷放电。

在一些实施例中，所述电容放电电路包括电阻输出级，其包括按串联布置的电阻器和电感器，所述电阻输出级部署在所述阻流二极管与所述等离子体腔室之间的所述等离子体鞘控制系统上的点与大地之间。在一些实施例中，所述电容放电电路包括能量恢复电路，其包括按串联布置的二极管和电感器，所述能量恢复电路部署在所述阻流二极管与所述等离子体腔室和所述DC电源之间。

在一些实施例中，所述等离子体鞘控制系统可以包括偏置电容器，其按串联部署在所述阻流二极管与所述等离子体腔室之间。在一些实施例中，所述等离子体鞘控制系统可以包括偏置补偿电路，其包括DC电源、电阻器、二极管和高电压开关，所述偏置补偿电路部署在所述阻流二极管与所述RF电源之间的所述等离子体鞘控制系统上的点之间。