CN101809719A - 具有可调节电容的等离子体处理系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在等离子体处理室中处理衬底的方法。该衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕。该边缘环被从该卡盘电性隔离。该方法还包括向该卡盘提供射频电力。该方法还包括提供可调节电容装置。该可调节电容装置耦合于该边缘环以向该边缘环提供射频耦合，使得该边缘环具有边缘环电势。该方法进一步包括在该等离子体处理室中产生等离子体以处理该衬底。该衬底被处理而该可调节电容装置被配置为在处理该衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。

Description

具有可调节电容的等离子体处理系统的方法和装置
背景技术
等离子体处理的进步驱动了半导体工业的增长。由于半导体工业的高度竞争特性，器件制造商想要使产量最大化并高效地利用衬底上能够获得的表面。在衬底的等离子体处理过程中，需要控制多个参数以确保处理的器件的高产量。有缺陷的器件的通常原因是缺乏衬底处理过程中的一致性。可能影响一致性的因素是衬底边缘效应。有缺陷的器件的另一个原因可能是由于在转移过程中聚合物副产品从一个衬底的后部脱落，落到另一个衬底上。
当前的制造技术面临着对更高性能器件的需要、进一步减少衬底特征尺寸的压力以及更新的最优衬底材料的实现的挑战。例如，保持更大的衬底(例如，＞300毫米)上从中心到边缘的处理结果的一致性变得越来越困难。通常，对于给定的特征尺寸，随着衬底的尺寸变得更大，边缘附近衬底上的器件的数量增加。同样地，对于给定的衬底尺寸，随着器件的特征尺寸的减小，边缘附近衬底上的器件的数量增加。例如，通常，衬底上的器件总数的20％以上位于衬底的圆周附近。
图1显示了具有单一热边缘环的电容耦合等离子体处理系统的简图。通常，通过电容耦合，使用射频发生器112来产生等离子体并控制等离子体密度。某些刻蚀应用可能要求上电极接地而下电极由射频能量接电。
一般来说，一组适当的气体通过上电极102中的进口流入。然后该气体被离子化以形成等离子体104，以处理(例如，刻蚀或沉积在)衬底106(比如半导体衬底或玻璃平板)的暴露区域，在静电卡盘(ESC)108上有热边缘环(HER)116(例如，硅等)，该静电卡盘108也作为接电电极。
热边缘环116通常执行多种功能，包括在ESC108上定位衬底106以及遮挡不在衬底自身保护下的下方元件免于被等离子体的离子损害。热边缘环116，如图1所示，被置于衬底106的边缘的下方和周围。热边缘环116可以进一步坐落在耦合环114(例如，石英等)上，其通常被配置为提供从卡盘108到热边缘环116的电流通路。
如图1所示，石英套筒126被配置为从耦合环114伸出以将HER 116与ESC108隔离以最小化从ESC组件108和110到HER 116的直接的射频耦合。HER 116到ESC组件108和110的射频耦合是由耦合环114提供的。石英套筒126和耦合环114可以是单一部件或者可以是两个独立的部件。
在图1的实施例中，绝缘体环118和120被配置为提供ESC108和接地环122之间的隔离。石英罩124被置于接地环122上。耦合环114的材料可以是石英或者合适的材料以优化从ESC 108到HER116的射频耦合。例如，可以使用石英作为耦合环114以最小化到HER 116的射频耦合。在另一个实施例中，可以使用铝作为耦合环114以增强到HER 116的射频耦合。
由于衬底边缘效应，比如电场、等离子体温度和来自工艺化学物质的负载作用，在等离子体处理过程中，衬底边缘附近的处理结果可能不同于衬底的其它(中心)区域的处理结果。例如，衬底106边缘周围的电场可能由于到HER 116的射频耦合的变化而变化。等离子体包层的等势线可能被破坏，在衬底边缘周围带来不一致的离子角分布(angular distribution)。
一般来说，人们希望电场在衬底的整个表面上方保持大体恒定，以保持处理的一致性和竖直的刻蚀轮廓。在等离子体处理过程中，可以通过设计优化衬底106和HER 116之间的射频耦合平衡以保持处理的一致性和纵向刻蚀。例如，可以将到HER 116的射频耦合优化为最大的射频耦合以获得一致刻蚀。然而，保持处理一致性的射频耦合平衡可能带来斜缘(beveled edge)聚合体沉积的代价。
在刻蚀处理过程中，聚合物副产品(例如，氟化聚合物等)在衬底背部上和/或衬底边缘周围形成是常见的。氟化聚合物通常是由先前暴露于刻蚀化学物质的光刻胶材料或者碳氟化合物刻蚀处理过程中沉积的聚合物副产品组成的。通常，氟化聚合物是一种具有化学式CxHyFz的物质，其中x、z是大于0的整数，而y是大于或等于0的整数(例如，CF4、C2F6、CH2F2、C4F8、C5F8等)。
然而，当连续的聚合物层作为一些不同刻蚀处理的结果而沉积在边缘区域时，通常坚固而粘着的有机粘结物会最终削弱并脱落或剥离，通常在转移过程中会落在另一个衬底上。例如，衬底通常是通过基本清洁的容器(通常称为盒)在各等离子体处理系统之间成组移动的。当放置的较高的衬底在该容器中移动时，一部分聚合物层可能会落到较低的衬底上(那里存在晶粒)，有可能影响器件的良率。
图2显示了衬底的简图，其中显示一组边缘聚合物已经沉积在平坦的背部上。如前所述，在刻蚀处理过程中，聚合物副产品(边缘聚合物)在衬底上形成是常见的。在此实施例中，聚合物副产品已经沉积在平坦的背部，也就是说，衬底上远离等离子体的那一侧。例如，聚合物的厚度可以是：在大约70°202处为大约250nm，在大约45°204处为270nm，在0°206处为大约120nm。通常，聚合物的厚度越大，聚合物的一部分变得移位并落在另一个衬底或者卡盘上，从而影响生产良率的概率越高。
例如，到HER 116的射频耦合可以优化为最小的射频耦合以减少聚合物副产品在斜缘上的沉积。然而，最小化斜缘聚合物沉积的射频耦合平衡可能带来保持衬底边缘的处理一致性的代价。
因此，上述现有技术方法要求最佳的热边缘环具有固定的几何形状和/或材料，使得射频耦合的值恒定。因此，可能需要平衡热边缘环和衬底之间的射频耦合，以在边缘一致性或者斜缘聚合物沉积的优化之间找到平衡。
发明内容
在一个实施方式中，本发明涉及一种在等离子体处理室中处理衬底的方法。该衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕。该边缘环被从该卡盘电性隔离。该方法还包括向该卡盘提供射频电力。该方法还包括提供可调节电容装置。该可调节电容装置耦合于该边缘环以向该边缘环提供射频耦合，使得该边缘环具有边缘环电势。该方法进一步包括在该等离子体处理室中产生等离子体以处理该衬底。该衬底被处理而该可调节电容装置被配置为在处理该衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。
上述发明内容只涉及此处揭示的本发明的许多实施方式中的一个，并不意在限制本发明的范围，该范围如权利要求所述。在下面本发明的具体实施方式部分，结合附图，对本发明的这些及其他特征进行更加详细的描述。
附图说明
本发明是以附图的各图中的实施例的方式进行说明的，而不是以限制的方式，其中类似的参考标号表示类似的元件，其中：
图1显示了具有单一热边缘环的电容耦合等离子体处理系统的简图。
图2显示了衬底的简图，其中显示一组边缘聚合物已经沉积在平坦的背部上。
图3显示了，按照本发明的一个实施方式，被配置有具有气密密封腔的耦合环组件以提供可调节(tunable)电容的电容耦合等离子体处理系统的简图。
图4显示了，按照本发明的一个实施方式，配置有直流继电器开关的多频电容耦合等离子体处理系统。
图5A显示了，按照本发明的一个实施方式，配置有机械电容器装置(arrangement)的多频电容耦合等离子体处理系统。
图5B显示了，按照本发明的一个实施方式，配置有可用于可变电容器装置中的断流器(cutout)的同心环的俯视图。
具体实施方式
现在参考附图中描绘的一些实施方式，对本发明进行详细描述。在下面的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，显然，对本领域的技术人员来说，没有这些具体细节中的一些或全部本发明仍然可以实现。在其它情况下，没有对熟知的工艺步骤和/或结构进行详细描述，以免不必要地模糊本发明。
下面描述了包括方法和技术在内的各种实施方式。应当记住，本发明也涵盖包括计算机可读介质的制造品，在该计算机可读介质上存储有用于执行本发明的技术的各实施方式的计算机可读指令。计算机可读介质可能包括，例如，半导体、磁的、光磁的、光学的或者其它形式的用于存储计算机可读代码的计算机可读介质。进一步，本发明还可涵盖用于实现本发明的各实施方式的装置。这样的装置可能包括电路(专用的和/或可编程的)以执行与本发明的各实施方式有关的任务。这样的装置的实施例包括被适当编程的通用计算机和/或专用计算装置，并可包括适于执行与本发明的各实施方式有关的各种任务的计算机/计算装置和专用/可编程电路。
按照本发明的各实施方式，提供用于配置等离子体处理系统以增强对各等离子体处理参数的控制的方法和装置。本发明的各实施方式包括为到热边缘环的射频耦合提供可调节电容，以在衬底和该热边缘环之间制造出期望的电势差。因此，给定的等离子体处理的等离子体包层的等势线可以被优化以实现衬底边缘的一致的刻蚀，而又不妨碍从该衬底的斜缘清洁聚合物副产品。
在本发明的一个或多个实施方式中，提供一种配置有上耦合环和下耦合环的耦合环组件。在一个实施方式中，该上耦合环和该下耦合环可以被耦合以形成气密密封。在一个实施方式中，该气密密封耦合环组件内有一个腔，该气密密封腔可被配置有进口和出口以传送电介质材料进出该空腔。在一个实施方式中，通过改变该气密密封腔内部的电介质材料可以改变该耦合环组件的电容，以影响热边缘环顶上的区域的电学性质。因此，在等离子体处理过程中，调整该耦合环的电容以最小化衬底和该热边缘环之间的电势差以获得对该衬底的一致刻蚀。类似地，调整该耦合环的电容以最大化该衬底和该热边缘环之间的电势差以执行对该衬底的斜缘清洁。
在一个实施方式中，HER可以配置有接触脚(contactfoot)。在一个实施方式中，可移动的连接器可被配置于轴上方以使该连接器上下移动以与该接触脚接触。按照本发明的一个实施方式，该轴可以通过带片(strap)射频耦合于ESC下电极。在一个实施方式中，在等离子体处理过程中，该连接器可以被上下移动以与该接触脚接触以充当机械开关，也就是说，直流继电器开关，打开或者关闭从该ESC下电极到该HER的射频耦合。因此，当该连接器和该脚之间接触时，到该HER的射频耦合为一致刻蚀而优化。然而，当该连接器和该脚之间不接触时，到该HER的射频耦合为斜缘清洁而最小化。
在一个实施方式中，下热边缘环可以配置有向下突出的第一板。在一个实施方式中，下热边缘环可以配置于HER下方并且不暴露于等离子体。在另一个实施方式中，第一板可以直接耦合于HER而不使用下热边缘环。按照本发明的一个实施方式，该第一板可以被配置为平行于第二板以在该第一板和该第二板之间形成具有空气间隙的机械电容器装置。在一个实施方式中，该第二板可以通过多个带片射频耦合于下ESC电极。在等离子体处理过程中，在一个实施方式中，通过相对于该第一板移动该第二板以改变这两个板之间的重叠面积，可以动态调整该机械电容器装置的电容。因此，从该ESC下电极到该HER的射频耦合可以由该机械电容器装置动态调整。
在另一个实施方式中，该机械电容器装置可以是从多个同心环配置的。在一个实施方式中，一个同心环可以配置有多个断流器和多个隔离该断流器的部分。在一个实施方式中，根据最佳射频耦合的预先确定的需要，每个断流器和/或每个部分可以配置有类似的或不同的几何形状。在一个实施方式中，两个同心环(其中每个具有多个断流器)可以被置于热边缘环下方。在一个实施方式中，各同心环可以被空气间隙隔开以形成电容器装置。在等离子体处理过程中，该同心环电容器装置的电容可以被动态调整以改变从ESC组件到HER的射频耦合。
参考下面的附图和讨论，可以更好地理解本发明的特征和优点。图3显示了，按照本发明的一个实施方式，被配置有具有气密密封腔的耦合环组件以提供可调节电容的电容耦合等离子体处理系统300的简图。
等离子体处理系统300可以是单频、双频或三频射频电容性放电系统(discharge system)。在一个实施例中，射频可包括但不限于，例如，2MHz、27MHz和60MHz。等离子体处理系统300可以被配置为包括位于静电卡盘(ESC)308上方的衬底306。ESC 308(其也充当接电电极)被置于ESC下电极310上方。
考虑这种情况，例如，其中正在处理衬底306。在等离子体处理过程中，具有到地通路(未示以简化该图)的多频射频发生器312可以通过射频匹配网络(未示以简化该图)向ESC下电极310供应低射频偏置电力。来自射频发生器312的射频电力可能与气体(未示以简化该图)相互作用以在上电极302和衬底306之间引燃等离子体304。可以使用等离子体刻蚀衬底306和/或在衬底306上沉积材料以形成电子器件。
如图3所示，某些特定刻蚀应用可能要求上电极302相对于下电极(其被RF接电)接地。该射频电力是2MHz、27MHz和60MHz中的至少一个。又一种刻蚀应用可能要求该上电极和该下电极两者都被使用类似的射频频率射频接电。
在图3的实现中，绝缘体环318和320被配置为在热边缘环(HER)316和接地环322之间提供隔离。石英罩324被置于接地环322顶上。HER 316可进一步坐落于耦合环组件314上。耦合环组件314可以是由比如铝或石墨等导电材料制成的，以提供从ESC组件(例如，ESC 308和ESC下电极310)到HER 316的射频耦合。
与现有技术不同，按照本发明的一个实施方式，其中该耦合环是整体结构，耦合环组件314被配置有上耦合环314a、下耦合环314b和空腔330。在一个实施方式中，空腔330是在耦合环组件内部气密密封的。此处使用的术语“气密密封”用来表示防止气体或者液体进入或者漏出空腔。
在一个实施方式中，空腔330可以是使用位于上耦合环314a和下耦合环314b之间的交界332处的O形环(未示)气密密封的。替代地，可以使用形成气密密封的其它方式，例如，电阻焊接、焊封和/或玻璃密封，以适当地匹配用作耦合环组件的材料。
尽管不希望被理论束缚，在此发明人相信，改变耦合环组件314的电容可以带来HER 316的顶部表面的射频电压的相应改变。例如，因为电容是通过该耦合环组件增加的，该耦合环组件的阻抗的减少在该HER的顶部表面带来更高的RF电压。因此，可以在该HER上方的区域中产生更高的等离子体密度。
另一方面，例如，如果该耦合环组件的电容减少，阻抗会减少，在该HER的顶部表面上带来更低的射频电压。因此，该HER上方的区域中的等离子体密度可能更少。
按照本发明的一个实施方式，图3显示了具有气密密封腔330、进口通道326和出口通道328的耦合环组件314。在一个实施方式中，进口通道326和出口通道328被配置为传送电介质材料进出气密密封腔330。因此，在一个实施方式中，通过改变空腔330内部的电介质材料，可以改变耦合环组件314的电容。
电介质材料可以是一种固体、液体或者气体。例如，在一个实施方式中，可以使用如空气、氮气、矿物油、蓖麻油、水、甘油等电介质材料以实现预先确定的电容。
在一个实施方式中，对转移电介质材料进和/或出空腔330的控制是主动或被动的流量控制系统。在主动流量控制系统中，该电介质材料流入和/或流出空腔330可以被动态控制。例如，在等离子体处理过程中，该电介质材料可以是以预先确定的流速流过该空腔的。在另一个实施例中，对于被动流量控制系统，该电介质材料可以是以期望的体积流入空腔330的。然而，在等离子体处理过程中，对于被动流量控制系统，该电介质材料不是被动态地流过空腔330的。
考虑这种情况，例如，其中在等离子体处理过程中，期望对衬底306进行一致刻蚀。在一个实施例中，按照一个实施方式，可以选定第一电介质材料以给耦合环组件314预先确定的电容以优化从ESC组件到HER 316的射频耦合，以在衬底边缘环316上方的射频包层电压(Vedge ring)区域相对于衬底306上方的射频包层电压(Vsubstrate)区域之间实现类似的等离子体包层以产生最小电势差(Vsubstrate-Vedge ring)。因此，对于给定的等离子体处理，该等离子体包层的等势线被优化以使得对衬底306边缘的离子轰击保持笔直。衬底306边缘的竖直的离子轰击可以确保在等离子体处理过程中相对于衬底中心的一致刻蚀和刻蚀成的图案的竖直轮廓。
替代地，按照一个实施方式，可以选定第二电介质材料以赋予耦合环组件314预先确定的电容以最小化从ESC组件到HER316的射频耦合，以在衬底边缘环316上方的射频包层电压(Vedgering)区域相对于衬底306上方的射频包层电压(Vsubstrate)区域之间实现不相似的等离子体包层，以产生最大的电势差(Vsubstrate-Vedge ring)。
由于衬底306和HER 316之间的高电压电势，在衬底306的斜缘上可能发生电弧。通常，电弧是一种不受欢迎的不可控事件。然而，在衬底的斜缘上没有器件。因此，按照本发明的一个实施方式，衬底306的斜缘上的电弧或微爆炸可以作为一种清洁机制而需要，以除去该衬底的斜缘上沉积的聚合物副产品。
在现有技术中，该耦合环是一种整体结构而到该HER的射频耦合被优化以在衬底边缘的一致刻蚀或该斜缘上沉积聚合物副产品之间取得平衡。与现有技术方法不同，通过在该耦合环组件的空腔内部有预先确定的电介质材料，该耦合环组件的电容可以被调节。因此，在对衬底的多步骤等离子体处理中，可以调整该热边缘环上的电学性质以在刻蚀步骤过程中实现一致刻蚀而在清洁步骤中实现聚合物副产品沉积的斜缘清洁。
图4显示了，按照本发明的一个实施方式，配置有直流继电器开关的多频电容耦合等离子体处理系统400。等离子体处理系统400可以被配置为包括接地上电极402、衬底406、静电卡盘(ESC)408、ESC下电极410、绝缘体环418和420、接地环422和石英罩424。
考虑这种情况，例如，正在处理衬底406。当气体(未示以简化该图)与来自射频电力产生器412的射频电力相互作用时，可以激发等离子体404。可以使用等离子体404刻蚀衬底406和/或在衬底406上沉积材料以形成电子器件。
如上所述，衬底边缘效应，比如电场、等离子体温度和来自处理化学物质的负载作用，可能使得衬底边缘附近的处理结果不同于衬底的其它(中心)区域的处理结果。例如，该等离子体包层的等势线可能被破坏，导致衬底边缘周围的非一致离子角分布。
在图4的实现中，HER 416被置于耦合环414上方及衬底406的边缘周围。在一个实施方式中，HER 416可配置有接触脚426。按照本发明的一个实施方式，可移动连接器428可置于轴430上方以使连接器428向上和/或向下移动。在一个实施方式中，轴430被配置为通过带片432实现与ESC下电极410的射频耦合。在一个实施方式中，通过向上和/或向下移动连接器428，连接器428可以与接触脚426物理接触以充当机械开关，也就是说，直流继电器开关，以开启或关闭从ESC下电极410到HER 416的射频耦合。
在一个实施方式中，当连接器428被向上移动与接触脚426物理接触时，到HER 416的射频耦合被优化以在衬底406和HER416之间提供最小的电势差(Vsubstrate-Vedge ring)以实现该衬底边缘的一致刻蚀。
在另一个实施方式中，当连接器428被向下移动从而不与接触脚426接触时，到HER 416的射频耦合可以被最小化以在衬底406和HER 416之间提供最大的电势差(Vsubstrate-Vedge ring)以除去沉积在该衬底斜缘上的聚合物副产品。
在现有技术中，到该HER的射频耦合被优化以在衬底边缘的一致刻蚀或该斜缘上的聚合物副产品的沉积之间取得平衡。与现有技术方法不同，该机械开关可被配置为改变从ESC下电极到HER的射频耦合的开启和闭合以影响该HER顶上的电学性质。因此，在对衬底的多步骤等离子体处理中，在刻蚀步骤中，通过开启该机械开关而透过射频耦合优化该热边缘环上的电学性质，以实现一致刻蚀。类似地，在清洁步骤中，通过用该机械开关关闭射频耦合，而实现对聚合物副产品沉积的斜缘清洁。
图5A显示，按照本发明的一个实施方式，配置有机械电容器装置的多频电容耦合等离子体处理系统500。等离子体处理系统500可以被配置为包括接地上电极502、衬底506、静电卡盘(ESC)508、ESC下电极510、石英套筒517、绝缘体环518和520、接地环522和石英罩524。
考虑这种情况，例如，正在处理衬底506。当气体(未示以简化该图)与来自射频电力产生器512的射频电力相互作用时，可以激发等离子体504。可以使用等离子体504刻蚀衬底506和/或在衬底506上沉积材料以形成电子器件。
在图5的实现中，HER 516被置于衬底508的边缘周围。石英套筒517被配置为将HER 516从ESC 508隔离以最小化从ESC组件508和510到HER 516的直接射频耦合。
在一个实施方式中，下HER环526(其配置有向下突出的第一电容器环528)可被置于HER 516下方。在一个实施方式中，下HER环526不暴露于等离子体504并且不需要像HER 516那样频繁更换。按照本发明的一个实施方式，从下HER环526向下突出的第一环528可被配置为平行于第二环530以在打开的空腔区域514中形成具有空气间隙534的机械电容器装置。在一个实施方式中，第二环530可以通过多个带片532射频耦合于ESC下电极510。该多个带片532可用于提供第二环530周围的射频耦合的方位角的一致性。
替代地，在另一个实施方式中，第一环528可以被直接附着于HER 516以形成具有第二环530的电容器装置。在此实现中，下HER环526不是必需的。
在一个实施方式中，在等离子体处理过程中，第二环530可以被配置为相对于第一环528向上和/或向下移动以改变第二环530和第一环528之间的重叠面积。在一个实施方式中，通过改变该重叠面积，在等离子体处理过程中可以动态调整该电容以改变从ESC下电极510到HER 516的射频耦合。
在一个实施方式中，当第二环530被向上移动以与第一环528形成最大重叠时，到HER 516的射频耦合可以被优化以在衬底506和HER 516之间提供最小的电势差(Vsubstrate-Vedge ring)以实现该衬底边缘的一致刻蚀。
在另一个实施方式中，当第二环530被向下移动从而不与第一环528重叠时，到HER 516的射频耦合可被最小化以在衬底506和HER 516之间提供最大的电势差(Vsubstrate-Vedge ring)以除去该衬底斜缘上沉积的聚合物副产品。
图5B显示了，按照本发明的一个实施方式，配置有可用于可变电容器装置中的断流器的同心环540的俯视图。在一个实施方式中，同心环540可以配置有断流器550、554和558。在一个实施方式中，围绕同心环540，第一断流器550可以由第一部分552隔开，第二断流器554可以由第二部分556隔开等。
按照本发明的一个实施方式，第一断流器550可与第二断流器552具有同样的面积。替代地，第一断流器550可与第二断流器554具有不同的面积。在一个实施方式中，第一部分552可与第二部分556具有相同的面积。替代地，在一个实施方式中，第一部分552可与第二部分556有不同的面积。因此，根据最佳射频耦合的预先确定的需要，该同心环周围的每个断流器和/或每个部分可具有类似的或不同的面积。
考虑这种情况，例如，其中两个同心环(类似于同心环540)可被置于HER下。在一个实施方式中，这两个同心环可由空气间隙隔开以形成电容器装置。通过旋转第一同心环通过第二同心环可以改变电容从而可以改变断流器和实心部分的重叠面积以动态调整电容。因此，可以使用配置有具有断流器的两个同心环的机械电容器装置以提供可变电容以影响从ESC组件到HER的射频耦合。
从上文可以看出，本发明的实施方式提供通过改变ESC组件和热边缘环之间的电容的机制而改变该热边缘环的射频耦合的方法和装置。通过改变到该HER的射频耦合，可以实现在该衬底边缘的刻蚀一致性，同时又不会牺牲等离子体处理过程中该斜缘的聚合物副产品的清洁。
尽管依据一些优选实施方式描述了本发明，然而，存在落入本发明范围的变更、置换和等同。而且，此处提供的名称、发明内容和摘要是为了方便，不应当被用于解释此处权利要求的范围。还应当注意，有许多实现本发明的方法和装置的替代方式。尽管此处提供了各种实施例，这些实施例意在是说明性的而非对本发明进行限制。而且，在此申请中，一组“n”个项目指的是该组中的0个或以上的项目。因而，所附权利要求的范围意在被解读为包括所有这些落入本发明的真实精神和范围的变更、置换和等同。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在等离子体处理室中处理衬底的方法，所述衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕，所述边缘环被从所述卡盘电性隔离，包含：
向所述卡盘提供射频电力；
提供可调节电容装置，所述可调节电容装置耦合于所述边缘环以向所述边缘环提供射频耦合，使得所述边缘环具有边缘环电势；
在所述可调节电容装置中包括耦合环组件；以及
在所述等离子体处理室中产生等离子体以处理所述衬底，所述衬底被处理而所述可调节电容装置被配置为在处理所述衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包括所述耦合环组件包含：
提供上耦合环；
提供下耦合环，所述下耦合环耦合于所述上耦合环以形成气密密封；
提供气密密封腔，所述气密密封腔置于所述耦合环组件内部，其中所述气密密封腔配置有进口和出口以传送电介质材料进出所述气密密封腔以改变所述耦合组件的电容。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电介质材料包括固体、液体和气体的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述电介质材料包括空气、氮气、矿物油、蓖麻油、水和甘油的至少一种。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述传送所述预先确定的电介质材料是通过主动流量控制系统和被动流量控制系统的至少一种实现的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述耦合环组件是由包括导电材料、铝和石墨中的至少一种的材料形成的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述可调节电容装置是机械开关。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述机械开关包含：
轴；
接触脚；以及
可移动连接器，所述可移动连接器被置于所述轴上方，所述轴被配置为协助所述可移动连接器相对于所述接触脚上下移动，所述接触脚被配置为耦合于所述边缘环。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述轴通过带片射频耦合于所述卡盘。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器与所述接触脚物理接触，则实现最大的射频耦合。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器不与所述接触脚物理接触，则实现最小的射频耦合。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在所述可调节电容装置中提供机械电容器装置，其中所述提供所述机械电容器装置包含：
提供第一板；
提供第二板，所述第二板被配置为平行于所述第一板，所述第一板被配置为从所述边缘环向下突出，所述第一板和所述第二板由空气间隙隔开；
提供多个带片，所述多个带片被配置将所述第二板射频耦合于所述卡盘；以及
提供上下移动所述第二板的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述机械电容器装置包含：
提供第一同心环，所述第一同心环配置有第一多个断流器；
提供第二同心环，所述第二同心环配置有第二多个断流器，所述第二同心环被配置为平行于所述第一同心环，所述第一同心环和第二同心环由空气间隙隔开；
提供旋转所述第二同心环的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
14.根据权利要求13所述的方法，其中来自所述第一多个断流器的所述断流器具有大致相同的尺寸。
15.根据权利要求13所述的方法，其中来自所述第一多个断流器的所述断流器具有大致不同的尺寸。
16.根据权利要求13所述的方法，其中来自所述第二多个断流器的所述断流器具有大致相同的尺寸。
17.根据权利要求13所述的方法，其中来自所述第二多个断流器的所述断流器具有大致不同的尺寸。
18.一种具有配置为处理衬底的等离子体处理室的等离子体处理系统，所述衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕，所述边缘环被从所述卡盘电性隔离，包含：
向所述卡盘提供射频电力；
可调节电容装置，所述可调节电容装置包括机械开关，所述可调节电容装置耦合于所述边缘环以向所述边缘环提供射频耦合，使得所述边缘环具有边缘环电势；以及
所述等离子体处理室被配置为激发等离子体以处理所述衬底，所述衬底被处理而所述可调节电容装置被配置为在处理所述衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理系统，其中所述可调节电容装置包括耦合环组件。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理系统，其中所述耦合环组件包含：
上耦合环；
下耦合环，所述下耦合环耦合于所述上耦合环以形成气密密封；
气密密封腔，所述气密密封腔置于所述耦合环组件内部，其中所述气密密封腔配置有进口和出口以传送电介质材料进出所述气密密封腔以改变所述耦合组件的电容。
21.根据权利要求20所述的等离子体处理系统，其中所述电介质材料包括固体、液体、气体的至少一种。
22.根据权利要求21所述的等离子体处理系统，其中所述电介质材料包括空气、氮气、矿物油、蓖麻油、水和甘油的至少一种。
23.根据权利要求20所述的等离子体处理系统，其中所述传送所述预先确定的电介质材料是通过主动流量控制系统和被动流量控制系统的至少一种实现的。
24.根据权利要求18所述的等离子体处理系统，其中所述机械开关包含：
轴；
接触脚；以及
可移动连接器，所述可移动连接器被置于所述轴上方，所述轴被配置为帮助所述可移动连接器相对于所述接触脚上下移动，所述接触脚被配置为耦合于所述边缘环。
25.根据权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述轴由带片射频耦合于所述卡盘。
26.根据权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器与所述接触脚物理接触，则实现最大的射频耦合。
27.根据权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器不与所述接触脚物理接触，则实现最小的射频耦合。
28.根据权利要求18所述的等离子体处理系统，其中所述可调节电容装置包括机械电容器装置，所述机械电容器装置包含：
第一板；
第二板，所述第二板被配置为平行于所述第一板，所述第一板被配置为从所述边缘环向下突出，所述第一板和所述第二板由空气间隙隔开；
多个带片，所述多个带片被配置将所述第二板射频耦合于所述卡盘；以及
上下移动所述第二板的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
29.根据权利要求28所述的等离子体处理系统，其中所述机械电容器装置包含：
第一同心环，所述第一同心环配置有第一多个断流器；
第二同心环，所述第二同心环配置有第二多个断流器，
所述第二同心环被配置为平行于所述第一同心环，所述第一同心环和第二同心环由空气间隙隔开；
旋转所述第二同心环的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。

Claims (34)

1.一种在等离子体处理室中处理衬底的方法，所述衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕，所述边缘环被从所述卡盘电性隔离，包含：
向所述卡盘提供射频电力；
提供可调节电容装置，所述可调节电容装置耦合于所述边缘环以向所述边缘环提供射频耦合，使得所述边缘环具有边缘环电势；以及
在所述等离子体处理室中产生等离子体以处理所述衬底，所述衬底被处理而所述可调节电容装置被配置为在处理所述衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可调节电容装置包括耦合环组件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述耦合环组件包含：
提供上耦合环；
提供下耦合环，所述下耦合环耦合于所述上耦合环以形成气密密封；
提供气密密封腔，所述气密密封腔置于所述耦合环组件内部，其中所述气密密封腔配置有进口和出口以传送电介质材料进出所述气密密封腔以改变所述耦合组件的电容。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述电介质材料包括固体、液体和气体的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述电介质材料包括空气、氮气、矿物油、蓖麻油、水和甘油的至少一种。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述传送所述预先确定的电介质材料是通过主动流量控制系统和被动流量控制系统的至少一种实现的。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述耦合环组件是由包括导电材料、铝和石墨中的至少一种的材料形成的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述可调节电容装置是机械开关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述机械开关包含：
轴；
接触脚；以及
可移动连接器，所述可移动连接器被置于所述轴上方，所述轴被配置为协助所述可移动连接器相对于所述接触脚上下移动，所述接触脚被配置为耦合于所述边缘环。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述轴射频通过带片耦合于所述卡盘。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器与所述接触脚物理接触，则实现最大的射频耦合。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器不与所述接触脚物理接触，则实现最小的射频耦合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述可调节电容装置是机械电容器装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述机械电容器装置包含：
提供第一板；
提供第二板，所述第二板被配置为平行于所述第一板，所述第一板被配置为从所述边缘环向下突出，所述第一板和所述第二板由空气间隙隔开；
提供多个带片，所述多个带片被配置将所述第二板射频耦合于所述卡盘；以及
提供上下移动所述第二板的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述机械电容器装置包含：
提供第一同心环，所述第一同心环配置有第一多个断流器；
提供第二同心环，所述第二同心环配置有第二多个断流器，所述第二同心环被配置为平行于所述第一同心环，所述第一同心环和第二同心环由空气间隙隔开；
提供旋转所述第二同心环的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
16.根据权利要求15所述的方法，其中来自所述第一多个断流器的所述断流器具有大致相同的尺寸。
17.根据权利要求15所述的方法，其中来自所述第一多个断流器的所述断流器具有大致不同的尺寸。
18.根据权利要求15所述的方法，其中来自所述第二多个断流器的所述断流器具有大致相同的尺寸。
19.根据权利要求15所述的方法，其中来自所述第二多个断流器的所述断流器具有大致不同的尺寸。
20.根据权利要求1所述的方法，其中被传递到所述卡盘的所述射频电力具有包括约2MHz、约27MHz和约60MHz的一组射频频率。
21.一种具有配置为处理衬底的等离子体处理室的等离子体处理系统，所述衬底被置于卡盘上方并被边缘环围绕，所述边缘环被从所述卡盘电性隔离，包含：
向所述卡盘提供射频电力；
可调节电容装置，所述可调节电容装置耦合于所述边缘环以向所述边缘环提供射频耦合，使得所述边缘环具有边缘环电势；以及
所述等离子体处理室被配置为激发等离子体以处理所述衬底，所述衬底被处理而所述可调节电容装置被配置为在处理所述衬底的同时，按照所述衬底的直流电势动态调节所述边缘环电势。
22.根据权利要求21所述的等离子体处理系统，其中所述可调节电容装置包括耦合环组件。
23.根据权利要求22所述的等离子体处理系统，其中所述耦合环组件包含：
上耦合环；
下耦合环，所述下耦合环耦合于所述上耦合环以形成气密密封；
气密密封腔，所述气密密封腔置于所述耦合环组件内部，其中所述气密密封腔配置有进口和出口以传送电介质材料进出所述气密密封腔以改变所述耦合组件的电容。
24.根据权利要求23所述的等离子体处理系统，其中所述电介质材料包括固体、液体和气体的至少一种。
25.根据权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述电介质材料包括空气、氮气、矿物油、蓖麻油、水和甘油的至少一种。
26.根据权利要求23所述的等离子体处理系统，其中所述传送所述预先确定的电介质材料是通过主动流量控制系统和被动流量控制系统的至少一种实现的。
27.根据权利要求21所述的等离子体处理系统，其中所述可调节电容装置是机械开关。
28.根据权利要求27所述的等离子体处理系统，其中所述机械开关包含：
轴；
接触脚；以及
可移动连接器，所述可移动连接器被置于所述轴上方，所述轴被配置为帮助所述可移动连接器相对于所述接触脚上下移动，所述接触脚被配置为耦合于所述边缘环。
29.根据权利要求28所述的等离子体处理系统，其中所述轴由带片射频耦合于所述卡盘。
30.根据权利要求28所述的等离子体处理系统，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器与所述接触脚物理接触，则实现最大的射频耦合。
31.根据权利要求28所述的等离子体处理系统，其中所述边缘环被配置为如果所述可移动连接器不与所述接触脚物理接触，则实现最小的射频耦合。
32.根据权利要求21所述的等离子体处理系统，其中所述可调节电容装置是机械电容器装置。
33.根据权利要求32所述的等离子体处理系统，其中所述机械电容器装置包含：
第一板；
第二板，所述第二板被配置为平行于所述第一板，所述
第一板被配置为从所述边缘环向下突出，所述第一板和所述第二板由空气间隙隔开；
多个带片，所述多个带片被配置将所述第二板射频耦合于所述卡盘；以及
上下移动所述第二板的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
34.根据权利要求32所述的等离子体处理系统，其中所述机械电容器装置包含：
第一同心环，所述第一同心环配置有第一多个断流器；
第二同心环，所述第二同心环配置有第二多个断流器，所述第二同心环被配置为平行于所述第一同心环，所述第一同心环和第二同心环由空气间隙隔开；
旋转所述第二同心环的工具以在等离子体处理过程中调整与所述第一板的重叠面积。
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