CN111095523A - 利用经供电的边缘环的处理 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例总体上涉及用于在基板上形成结构的方法及相关处理装备(例如，在基板上形成的一个或更多个层内蚀刻高纵横比结构)。本文所述的方法及相关装备可以通过控制基板的周边附近的等离子体鞘层边界的曲率来改善基板上的结构的形成(例如，通过在整个基板上(即，从中心到边缘)产生基本平坦的等离子体鞘层边界)。下文描述的方法及相关装备可以提供等离子体鞘层边界的曲率的控制，并包括通过使用分离且独立的RF功率源来将RF功率施加到围绕基板的边缘环，以产生平坦的等离子体鞘层边界。

Description

利用经供电的边缘环的处理
背景
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于在基板上形成结构的方法(例如，用于形成半导体器件的高纵横比结构)。
背景技术
反应离子蚀刻(RIE)用于移除部分的层，以在基板上建立结构(例如，用于形成半导体器件的高纵横比结构)。通常将基板放置在处理腔室中的静电卡盘(ESC)上，并且将RF电压施加到设置于静电卡盘组件内的导电元件，以在基板上方产生等离子体。RF功率也可以施加到设置于处理腔室的顶部的一个或更多个感应线圈，以用于产生等离子体。基板通常由边缘环围绕，边缘环可以用于将供应到ESC的RF能量耦接到边缘环上方的处理腔室的区域，以在基板的周边附近的等离子体鞘层边界的曲率上提供控制。尽管使用边缘环，但在整个基板上取得均匀的RIE结果仍然是挑战。例如，即使使用边缘环，蚀刻速率可能在基板的中心及基板的边缘的位置之间变化。此外，由于RIE处理，在基板的中心处产生的特征(例如，高纵横比结构)的形状可以不同于在基板的边缘处建立的特征的形状。这些可变蚀刻速率以及由RIE产生的特征形状防碍取得均匀的结果，并且可能导致在基板的表面上的不同位置处形成的管芯的装置性能的变化。
因此，需要改善的RIE处理以及相关装备，以在经受处理的基板上(例如，从基板的中心到基板的边缘)产生更均匀的蚀刻结果。
发明内容
本公开的实施例总体上涉及用于在基板上形成结构的方法及相关处理装备(例如，在基板上形成的一个或更多个层内蚀刻高纵横比结构)。在一个实施例中，提供一种基板支撑组件。基板支撑组件包括：包含电极的静电卡盘组件，其中电极电连接到第一RF功率源；设置成围绕静电卡盘组件的边缘环；以及附接到边缘环的表面的分配器，其中分配器直接连接到第二RF功率源。
在另一实施例中，提供一种等离子体处理系统。等离子体处理系统包括：RF功率源组件，RF功率源组件包含第一RF功率源与第二RF功率源；以及基板支撑组件，包含：包括电极的静电卡盘组件，其中电极电连接到第一RF功率源；以及设置成围绕静电卡盘组件的边缘环，其中边缘环电连接到第二RF功率源。
在另一实施例中，提供一种处理基板的方法。该方法包括以下步骤：将一或更多种气体供应到等离子体腔室的处理容积，其中第一电极定位成在RF功率被提供到第一电极时，将电磁能量提供到处理容积，第一基板设置于静电卡盘组件上，静电卡盘组件设置于处理容积内，静电卡盘组件包括电极，而边缘环设置成围绕静电卡盘组件；通过将电连接到第一电极的第一RF功率源激发，而在等离子体腔室的处理容积中产生一或更多种气体的等离子体；以及通过在产生等离子体之后将电连接到边缘环的第二RF功率源激发并将电连接到静电卡盘组件的电极的第三RF功率源激发，而蚀刻第一基板的一部分。
附图说明
为使本公开的上述特征可详细地被理解的方式，上文简要概括的本公开的更具体描述可参照实施例而得，该等实施例中的一些绘示于所附附图中。然而，应注意所附附图仅图示本公开的典型实施例，而非视为限定本公开的保护范围，本公开可接纳其他等效实施例。
图1A为设置于静电卡盘(ESC)上并在等离子体处理期间由等离子体处理的第一器件基板的部分横截面图。
图1B为图1A的第一器件基板的区域的横截面图。
图1C为设置于静电卡盘上并在等离子体处理期间由等离子体处理的第二器件基板的部分横截面图。
图1D为图1C的第二器件基板的区域的横截面图。
图1E为说明调整标准化蚀刻速率相对于基板上的径向位置的鞘层电压径向分布的影响的曲线图。
图1F为说明调整标准化临界尺寸(CD)偏差相对于基板上径向位置的鞘层电压径向分布的影响的曲线图。
图2A为根据一个实施例的包括用于执行等离子体处理的蚀刻处理腔室的示例性蚀刻处理系统的简化剖视图。
图2B为根据一个实施例的设置于ESC上并由图2A的边缘环组件围绕的图2A的装置的顶视图。
图2C为根据一个实施例的沿着图2B的剖面线段2C截取的装置、ESC、及边缘环组件的部分横截面图。
图2D图示根据一个实施例的可以在处理期间使用的RF功率递送时序。
为便于理解，各图中相同的参考标号尽可能指定相同的元件。预期一个实施例所公开的元件可以有利地用于其他实施例上，在此不具体详述。除非特别说明，否则本文所指称的附图不应理解为按比例绘制。此外，为了清楚呈现及说明，通常简化附图并省略细节或部件。附图及讨论用于解释下面讨论的原理，其中相同的标记表示相同的元件。
具体实施方式
本公开的实施例总体上涉及用于在基板上形成结构的方法及相关处理装备(例如，在基板上形成的一个或更多个层内蚀刻高纵横比结构)。下面所描述的方法及相关装备可以通过控制基板的周边附近的等离子体鞘层边界的曲率来改善基板上的结构的形成(例如，通过在整个基板上(即，从中心到边缘)产生基本平坦的等离子体鞘层边界)。下面描述的方法及相关装备可以提供等离子体鞘层边界的曲率的控制，并包括通过独立控制施加到围绕基板的边缘环的RF功率，以产生平坦的等离子体鞘层边界。尽管下列公开描述将RF功率施加到设置于电感耦合等离子体处理腔室内的边缘环的方法，但是本公开同样适用于包括电感或电容耦合的处理腔室等离子体源的任何处理腔室配置。
典型的反应离子蚀刻(RIE)等离子体处理腔室包括射频(RF)偏压产生器，以将RF电压供应到“功率电极”，“功率电极”可以是嵌入“静电卡盘”(ESC)组件内的金属底板(通常称为“阴极”)。功率电极通过陶瓷层(为ESC组件的一部分)而电容耦合到处理系统的等离子体。等离子体鞘层的非线性的类二极管特性导致所施加的RF场的整流，而使得阴极与等离子体之间出现直流(DC)压降或“自偏压”。跨越鞘层的此压降(或“鞘层电压”)确定朝向阴极加速的等离子体离子的平均能量以及平均鞘层厚度(根据以零阶近似的Child-Langmuir定律)。鞘层中的电场很大程度垂直于等离子体鞘层边界，等离子体鞘层边界定义对应于等离子体电位的等电位表面。因为基板与周围表面的相对高度由于结构和/或处理原因而是固定的，所以鞘层压降的可能径向变化以及随后的鞘层厚度的变化导致等离子体鞘层边界的弯折。此外，即使当鞘层厚度均匀时，基板与周围表面的相对高度的差异也可能导致等离子体鞘层边界的弯折。进而，鞘层边界曲率确定离子轨迹，其中离子轨迹基本垂直于等离子体鞘层边界，而导致离子在基板的边缘处聚焦或散焦。如图1A及图1C所示，净效应取决于鞘层电压与厚度以及面向等离子体的表面的高度是否随着半径超出基板的边缘而减少或增加。应注意，在本申请的此处及任何地方，“在边缘处”定义环形区域，其中外/内半径分别等于基板的半径加上/减去几毫米(例如，3mm)。
图1A为RIE等离子体处理期间设置于静电卡盘(ESC)组件45上的器件基板10(例如，半导体基板的部分)的示意性部分横截面图。如示意性图标，静电卡盘组件45通常包括支撑结构，支撑结构包括全部由结构元件45C支撑的支撑边缘环40的含电介质的支撑区域45A以及支撑基板20的含电介质的支撑区域45B，结构元件45C通常包括耦接到RF功率源的金属底板。边缘环40设置成围绕器件基板10的外边缘15。所产生的等离子体71包括等离子体鞘层边界75。在处理期间，在等离子体71中形成的离子穿过鞘层。取决于离子的原点，将具有从等离子体鞘层边界75延伸到器件基板10的表面与边缘环40的表面的不同轨迹81。如上所述，离子轨迹基本垂直于等离子体鞘层边界，并因此通过等离子体鞘层边界曲率来决定。器件基板10包括器件基板10的外边缘15附近的区域11(图1B)以及更靠近器件基板10的中心的区域12。
图1B为图1A的器件基板10的区域11的放大横截面图。如图1B所示，器件基板10的区域11中的特征包括形成于器件基板10上方的停止层51、形成于停止层51上方的一个或更多个器件层52、及形成于一个或更多个器件层52上方的掩模53。产生等离子体71(图1A)的RIE等离子体处理用于从器件基板10移除一个或更多个器件层52的一部分，以建立多个高纵横比结构91。如下面将进一步讨论，处理期间的离子的成角度轨迹81造成区域11中的多个高纵横比结构91成角度。相反地，区域12中的多个高纵横比结构将基本上垂直。
图1C为RIE等离子体处理期间设置于静电卡盘组件45上的器件基板20的示意性部分横截面图。示意性图示于图1C中的静电卡盘组件45通常包括支撑结构，支撑结构包括全部由结构元件45C支撑的支撑边缘环40的介电支撑区域45A以及支撑基板20的介电支撑区域45B。器件基板20包括器件基板20的外边缘25附近的区域21(图1D)以及相较于靠近器件基板20的外边缘25的区域21而更远离器件基板20的外边缘25的区域22。图1C类似于图1A，但ESC组件和/或边缘环配置与图1A不同，而造成等离子体鞘层边界76具有交替的剖面或形状。器件基板20可以与器件基板10基本类似(即，包括相同的材料、特征、及尺寸)。边缘环40'的构造(例如，对于边缘环40'的阻抗产生影响的厚度和/或材料成分)和/或边缘环的支撑结构(例如，设置于边缘环下方的介电支撑区域45A的性质)已经改变来自图1A所示的剖面的等离子体鞘层边界76的剖面。
图1D为器件基板20的区域21的横截面图。如图1B所示，器件基板20包括形成于基板60上方的停止层61、形成于停止层61上方的一个或更多个器件层62、及形成于一个或更多个器件层62上方的掩模63。如图1B所示，停止层61、一个或更多个器件层62、及掩模63可以分别由与停止层51、一个或更多个器件层52、及掩模53相同的材料来形成。产生等离子体72(图1C)的RIE等离子体处理用于从器件基板20移除一个或更多个器件层62的一部分，以建立多个高纵横比结构92。如下面将进一步讨论，处理期间的离子的成角度轨迹82造成区域21中的多个高纵横比结构92相对于区域22成角度。
如上所述，鞘层边界曲率确定离子轨迹，其中延伸穿过鞘层的离子轨迹基本垂直于等离子体鞘层边界，而导致离子在基板的边缘处聚焦或散焦。因此，通过控制基板的边缘处的鞘层电压及厚度径向分布，可以控制鞘层边界曲率，并因此控制基板的边缘处的离子轨迹。如图1B至图1F所示，因为边缘处的离子轨迹影响处理度量(例如，特征的临界尺寸(CD)偏差(与毯式蚀刻速率径向分布相关)以及倾斜角度)，所以尤其希望能够控制基板的边缘处的离子轨迹。此外，对超过基板的边缘的鞘层电压的独立控制提供附加能力，以补偿由于延长的时间段内累积的磨损而导致的周边部件的表面的向下漂移。即，对于在基板周围的部件上方具有固定鞘层电压及厚度的处理而言，当此部件由于磨损而变薄时，部件的顶表面与等离子体鞘层边界一起向下移动。此向下移动改变基板的边缘处的等离子体鞘层边界的曲率与离子轨迹，并导致非常不期望的长期处理漂移。然而，通过根据表面的降低来增加周边部件上方的鞘层电压及厚度，可以防止等离子体鞘层边界向下漂移。电压及厚度的此增加允许在基板的边缘处维持预定义的鞘层边界曲率及离子轨迹，并避免长期的处理漂移。包括(A1)远边缘处理可调谐性及(A2)由于部件磨损引起的周边表面向下漂移的补偿的这些能力在常规等离子体蚀刻工具中通常并不存在，而使用特殊的创造性技术来实现这样的控制程度。
图1E及图1F图示由于控制和/或调整基板的边缘处的鞘层电压及厚度径向分布的能力而可以控制的一些附加处理结果的示例。图1E为说明调整标准化蚀刻速率相对于基板(例如，300mm的基板)上的径向位置的鞘层电压径向分布的影响的曲线图。如图1E所示的示例所示，通过调整基板的边缘区域相对于基板的中心区域处的鞘层电压径向分布，可以在基板的边缘处减少标准化蚀刻速率，如曲线36所示。可替代地，通过调整基板的边缘区域相对于基板的中心区域处的鞘层电压径向分布，可以在基板边缘处增加标准化蚀刻速率，如曲线35所示。因此，通过调整基板的边缘区域处的鞘层电压径向分布的曲率将允许在基板的边缘处控制标准化蚀刻速率以及从基板蚀刻的材料的剖面。
图1F为说明调整标准化临界尺寸(CD)偏差相对于300mm的基板上径向位置的鞘层电压径向分布的影响的曲线图。应注意，CD偏差通常是通过初始掩模图像(即，预蚀刻)的临界尺寸(CD)与最终蚀刻图案的CD(即，蚀刻后)的差异所定义。如图1F所示的示例所示，通过调整基板的边缘区域相对于中心区域处的鞘层电压径向分布，可以在基板边缘处减少CD，如曲线38所示。可替代地，通过调整基板的边缘区域相对于基板的中心区域处的鞘层电压径向分布，可以在边缘处增加CD偏差，如曲线37所示。因此，通过调整基板的边缘区域处的鞘层电压径向分布的曲率，可以控制在基板的边缘处建立的CD偏差。
ESC金属底板(例如，图1A及图1C中的组件45C)与陶瓷层的直径通常大于基板的直径，在这种情况下，利用称为“边缘环”(例如，图1A及图1C中的边缘环40或40'以及图2A至图2C中的项目271)的可消耗周边组件来覆盖ESC表面的延伸超出基板的部分。此边缘环通常直接放置于ESC顶表面上，而通过陶瓷层(例如，参见区域45A)与金属底板电容耦合，陶瓷层通常为几mm厚(例如，3mm)。在一个示例中，陶瓷层可以由例如氧化铝的材料制成。由于高介电常数(例如，10)与相对较小的陶瓷层厚度，耦合电容通常相当高(例如，175至200pF)，并且通常高于鞘层电容(例如，20至130pF)。边缘环通常也由中等电阻率材料(例如，碳化硅)制成，以确保沿着边缘环的轴线的环件的电阻阻抗显著小于鞘层电容电阻阻抗。因此，在环件厚度上几乎不存在压降，而电容耦合到环件下表面的所有RF电压都在环件上方的鞘层处下降。由于与金属底板的强电容耦合以及沿着边缘环的轴线的边缘环的相对小的电阻阻抗，类似于基板，环件实际上为RF供电，其中环件上方的鞘层处的RF及DC电压与基板上方的鞘层处的相当。
为了控制基板的边缘区域的鞘层电压及厚度径向分布(以及鞘层边界曲率)并实现上面讨论的能力A1及A2，我们建议：(B1)最小化边缘环与金属底板之间的耦合电容(即，将环件与阴极解耦)，以显著减少或消除边缘环上方的鞘层中的阴极驱动的RF及DC电压；以及(B2)将RF电压从功率源(RF产生器)施加到边缘环，以独立于基板上方来控制边缘环上方的鞘层的电压及厚度。在一些配置中，边缘环可以通过RF功率源供电，该RF功率源与经配置以在处理期间驱动设置于基板下方的金属底板的RF功率源分离。在一些替代配置中，可以通过使用耦接到RF功率分配器的单一RF功率源以受控比例的方式驱动边缘环与金属底板二者，RF功率分配器包括用于将受控比例的功率量提供到边缘环与金属底板的电路。这些RF功率递送配置中的任一者都将允许控制基板的边缘处的等离子体鞘层边界的曲率以及离子轨迹，这进而至少产生如上所述的特别希望的附加能力(A1)及(A2)。
图2A为根据一个实施例的包括用于在器件基板102(例如，半导体器件)上执行等离子体处理(例如，RIE处理)的蚀刻处理腔室201的示例性蚀刻处理系统200的简化剖视图。
蚀刻处理腔室201包括腔室主体205，腔室主体205具有定义于其中的处理容积202。腔室主体205具有耦接至电接地226的侧壁212及底部218。侧壁212具有保护性衬垫215，以延长蚀刻处理腔室201的维护周期之间的时间。腔室主体205的尺寸与蚀刻处理腔室201的相关部件不受限制，而通常成比例地大于要在其中处理的器件基板102的大小。
腔室主体205支撑腔室盖组件210，以封闭处理容积202。腔室主体205可从铝或其他的适当的材料制成。穿过腔室主体205的侧壁212形成接取端口213，从而有利于器件基板102进出蚀刻处理腔室201的转移。
蚀刻处理腔室201包括基板支撑组件234，基板支撑组件234包括基板支撑台座235与边缘环组件270。基板支撑台座235设置于处理腔室201中，以在处理期间支撑器件基板102。基板支撑台座235可以包括升降销(未示出)，升降销可以选择性移动穿过基板支撑台座235，以提升基板支撑台座235上方的器件基板102，从而有利于通过转移机器人(未示出)或其他合适的转移机制接取器件基板102。在一些实施例中，基板支撑台座235可以由石英管272围绕。
基板支撑台座235可以包括静电卡盘(ESC)组件220(此后称为ESC 220)。ESC 220包括金属底板229以及设置于金属底板229上的介电主体222。在一些实施例中，介电主体222可以由陶瓷形成，并包括夹持电极221。
金属底板229可以耦接到RF功率源225，RF功率源225与匹配电路224集成。RF功率源225将偏压提供到金属底板229，从而有助于产生等离子体，并且也将处理容积202中的处理气体所形成的等离子体离子吸引到ESC 220的基板支撑表面以及定位于其上的器件基板102。RF功率源225可以在约400kHz至约200MHz的频率下利用约50W至约9000W的功率水平来供应RF能量。RF功率源225可以通过包括在蚀刻处理系统200中的控制器265控制。在一些实施例中，RF功率源225将RF功率脉冲供应到金属底板229。
ESC 220使用静电吸引力，以将器件基板102托持于基板支撑台座235。在一些配置中，ESC 220的介电主体222中的电极221耦接到DC功率源250。DC功率源250可以由控制器265控制，以用于夹持及解除夹持器件基板102。因此，在一些情况下，电极221用于在处理期间将器件基板102静电托持于适当位置。
ESC 220可以包括设置于其中并连接到加热器功率源(未示出)的加热器组件(未示出)，以用于加热器件基板102。在一些实施例中，热转移底座(未示出)可以包括于ESC220中，并且可以包括用于循环热转移流体的导管，以维持ESC 220与设置于其上的器件基板102的温度。ESC 220经配置以在器件基板102上制造的器件的热预算所要求的温度范围内执行。例如，对于某些实施例而言，ESC 220可经配置以将器件基板102维持于约负20摄氏度至约90摄氏度的温度。
边缘环组件270设置于ESC 220上，并围绕基板支撑台座235的周边，从而使得边缘环组件270在处理期间围绕器件基板102。边缘环组件270经配置以在器件基板102的边缘处促进(但不限于)均匀处理，从而使得围绕器件基板102的边缘的处理与器件基板102的其余部分(例如，器件基板102的中心)的处理一致。传统上，边缘环用于将所提供的RF能量从金属底板229电容耦合到边缘环上方的处理容积中的区域。
在本文公开的一些实施例中，边缘环组件270连接到单独的RF功率源285，以允许控制施加到边缘环组件270内的一个或更多个部件的RF偏压。在一些实施例中，RF功率源285通过匹配电路284连接到边缘环组件270内的导电组件。RF功率源285可以在约400kHz至约200MHz的频率下利用约10W至约2000W的功率水平来供应RF能量。RF功率源285可以由控制器265控制，以用于控制处理容积202中的鞘层。可以独立于由RF功率源225供应到金属底板229的RF功率，而调整由RF功率源285供应到边缘环组件270的RF功率，以允许(1)调谐器件基板102的边缘区域上方的鞘层特性(例如，鞘层边界曲率)，以及(2)用于在边缘环组件270的整个使用寿命期间补偿边缘环组件270的磨损。在一些实施例中，边缘环组件270可经配置以包括温度控制(例如，电阻加热器，或者通过让热控制流体流经边缘环组件的一部分)。下面参照图2B及图2C描述边缘环组件270的其他细节。
蚀刻处理腔室201可以进一步包括穿过腔室主体205的侧壁212中的一者或更多者而形成的泵送端口245。泵送端口连接到处理容积202。泵送装置(未示出)通过泵送端口245耦接到处理容积202，以控制其中的压力。在处理期间可以将压力控制在约1mTorr至约200mTorr之间。
气体控制板260通过气体管线267耦接到腔室主体205，以将气体供应到处理容积202中。气体控制板260可以包括一个或更多个处理气体源261、262、263，并且可以附加地包括稀释气体源264。可以通过气体控制板260提供的处理气体的示例包括但不限于O2、N2、CF4、CH2F2、CHF3、CL2、HBr、及SiCL4。阀门266控制来自气体控制板260的气体源261、262、263、264的处理气体的流动，并且阀门266由控制器265管理。从气体控制板260供应到处理容积202的气体流动可以包括多种气体的组合。
腔室盖组件210可以包括喷嘴214。喷嘴214具有一个或更多个端口，以用于将来自气体控制板260的气体源261、262、263、264的处理气体及惰性气体引入处理容积202。在将处理气体引入蚀刻处理腔室201之后，将气体离子化，以形成等离子体。天线248(例如，一个或更多个电感器线圈)可以设置成与蚀刻处理腔室201相邻(例如，在盖组件210上方)。天线RF功率源242通过匹配电路241将功率施加至天线248，以将能量(例如，RF能量)电感耦合到处理气体，以维持由蚀刻处理腔室201的处理容积202中的处理气体所形成的等离子体。RF功率源242可以在约400kHz至约200MHz的频率下利用约50W至约6000W的功率水平来供应RF能量。天线RF功率源242的操作可以由控制器(例如，控制器265)控制，该控制器同样控制蚀刻处理腔室201中的其他部件的操作。
控制器265可以用于控制处理序列，调节从气体控制板260进入蚀刻处理腔室201的气体流动，以及调节其他处理参数(例如，提供到金属底板229、边缘环组件270、及天线248的频率及功率)。控制器265通常设计成促进蚀刻处理系统200的控制及自动化，并且可以通过有线或无线连接与各种传感器、致动器、及相关联于蚀刻处理系统200的其他装备通讯。系统控制器265通常包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)、及支持电路(或I/O)(未示出)。
CPU可以是工业环境中用于控制各种系统功能、基板移动、腔室处理、及控制支持硬件(例如，传感器、内部及外部机器人、电机、气体流量控制等)的任何形式的计算机处理器中的一者，并且可监测系统中所执行的处理(例如，RF功率测量、腔室处理时间、I/O信号等)。存储器连接至CPU，并且可以是计算机可读取媒体，可以是例如随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储的本地或远程的容易取得的存储器中的一者或更多者。可以将软件指令及数据编码并存储于存储器中，以指示CPU。
支持电路同样连接至CPU，以通过常规方式支持处理器。支持电路可以包括高速缓存、功率供应器、频率电路、输入/输出电路、子系统、及类似者。可以通过控制器265读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在蚀刻处理腔室201中的半导体器件上执行。较佳地，程序为可通过控制器195读取的软件，并包括用于执行与监测、执行、及控制基板的移动、支撑、和/或定位相关的任务的代码，以及在蚀刻处理腔室201中执行的各种处理配方任务(例如，等离子体产生、气体递送检查操作、处理环境控制)及各种腔室处理配方操作的代码。当通过控制器265的CPU执行时，软件例程将CPU转换成控制蚀刻处理腔室201的专用计算机(控制器)，以执行处理。软件例程也可以通过第二控制器(未示出)存储和/或执行。
图2B为根据一个实施例的设置于ESC 220(图2A)上并由边缘环组件270围绕的器件基板102的顶视图。边缘环组件270包括边缘环271，而边缘环271在处理期间围绕器件基板102的边缘。下面参照图2C描述边缘环271与边缘环组件270的其他部件的附加细节。
图2C图示本文提供的本公开的一个实施例，并提供可以实现上面讨论的理念(B1)及(B2)的示例。图2C为沿着图2B的剖面线段2C-2C截取的器件基板102、ESC 220、及边缘环组件270的部分横截面图。边缘环组件270包括边缘环271以及设置于边缘环271与介电主体222之间的多个绝缘支座274。ESC 220的介电主体222包括外凸出部223，外凸出部223环绕地延伸，以形成介电主体222的外周边。外凸出部223可以在相对于介电主体222的顶表面227的一高度处凹陷，以在处理期间将器件基板102放置其上。绝缘支座274可以设置于外凸出部223上。根据上面关于理念(B1)及(B2)所公开的方法，边缘环271可以设置于绝缘支座274上，以在等离子体处理期间将边缘环271与ESC 220的部分电解耦。尽管仅图示一个绝缘支座274，但是多个绝缘支座274可以围绕外凸出部223以方位角分布，以在边缘环271与介电主体222的外凸出部223区域之间引入多个真空间隙。由于在绝缘支座274之间形成的真空间隙中发现的小的真空介电常数(等于1)，这些真空间隙显著减少边缘环271与ESC 220之间所形成的耦合电容。此外，这些真空间隙可以包含大于多个绝缘支座的容积。例如，支座274可以围绕圆周或其他周边均匀分布，并且支座274可以仅设置于该圆周或其他周边的5％或更少。绝缘支座274的减少的占用面积可以进一步有助于减少边缘环271与ESC 220的部分之间所形成的耦合电容。
介电主体222包括顶表面227，在处理期间器件基板102放置于顶表面227上。器件基板102延伸经过ESC 220的介电主体222的顶表面227，从而使得器件基板102的边缘103并未接触介电主体222的顶表面227。边缘环271包括内凸出部273，内凸出部273在器件基板102的延伸经过ESC 220的介电主体222的顶表面227的部分下方延伸。选择绝缘支座274的厚度，而使得边缘环271的内凸出部273的顶表面与器件基板102的边缘103的底表面之间仍然存在足够的垂直间隙230(例如，0.5mm)。此足够的间隙使边缘环271与器件基板102之间的电容耦合最小化，并因此减少器件基板102的中心区域上方的鞘层上的施加到边缘环271的RF功率的影响。
边缘环组件270可以进一步包括功率分配器276及接合层275。接合层275用于将功率分配器276附接到边缘环271的底表面278。功率分配器276连接到导体277(例如，电绝缘线)。导体277将功率分配器276连接到RF功率源285(参见图2A)。导体277可以实体耦接(例如，利用金属螺钉固定至适当位置)到功率分配器276。功率分配器276可以具有环形形状。功率分配器可以利用具有低体电阻率的材料来形成(例如，具有小于1×10-7欧姆-米(Ω-M)的电阻率的材料)(例如，阳极化的铝)。
对于中等电阻率的边缘环271而言，边缘环271的方位角方向上的电阻可以非常高(例如，几千欧姆(k-Ohms))，而可以高于或等于鞘层电阻电容阻抗。因此，对于中等电阻率的边缘环271而言，在不使用功率分配器276的情况下，将来自RF功率源285的外部RF功率直接连接到边缘环271可能导致边缘环271上方的鞘层电压及厚度的显著的方位角不均匀。应注意，在一些实施例中，可以通过利用具有低电阻率(例如，<0.5Ohm-cm)的材料(例如，高度掺杂的碳化硅)来制造边缘环271，以规避功率分配器276的使用。
如图2C所示，功率分配器276通过接合层275电容耦合到边缘环271。在一个实施例中，接合层275可以是聚酰亚胺膜(例如，
Figure BDA0002404305550000121
胶带)，其中两侧都设置黏合剂(例如，硅树脂黏合剂)。接合层275可以用于将功率分配器276悬挂于边缘环271的底表面278。相较于鞘层电容电阻阻抗，接合层275引入相当小的电容阻抗(例如，300欧姆)，可以是例如对于1至2mm厚的鞘层的468至90JΩ，以及对于5至7mm厚的鞘层的3424至3045jΩ。相较于从外部产生器施加的完全RF电压，这种相当小的电容阻抗导致小到中等的RF压降(例如，小于20至25％)。相较于鞘层电容电阻阻抗，边缘环271的沿着边缘环271的轴线的电阻阻抗(即，Z方向)小得多。将功率分配器276接合到边缘环271的优点之一为可以封闭可能在这两个部件之间形成的任何潜在的真空间隙。应注意，小至25微米的真空间隙引入～300欧姆的有效电容阻抗(对于功率分配器276与边缘环271之间的接口的整个周边而言)，因此不规则的真空间隙可能导致所施加的RF电压的鞘层部分的显著的方位角不均匀。也应注意，接合层275在接口的周边上均匀地引入电容阻抗，因此即使接合层275造成相当大的部分的所施加的压降，仍然可以通过简单地增加所施加的总RF电压来取得所期望的鞘层压降。
在本文中可能描述的设计的一些配置中，所有部件之间的所有真空间隙保持够小，以避免潜在的电弧放电(所谓的“等离子体点燃”)。
相对于通过ESC 220耦接到鞘层的RF功率，具有分别连接到ESC 220中的金属底板229与边缘环271的分离的RF功率源225、285允许通过边缘环271耦接到鞘层的RF功率独立调整。因此，可以调整供应到边缘环271的RF功率，而使得边缘环271上方的鞘层的厚度基本上匹配于ESC 220的大部分上方的鞘层的厚度。此外，因为边缘环271上方的鞘层的厚度基本上匹配于ESC 220的大部分上方的鞘层的厚度，所以等离子体鞘层边界可以基本上是平坦的(如等离子体鞘层边界295所示)。如上面参照图1A至图1D所讨论，朝向基板的离子轨迹基本上垂直于等离子体鞘层边界。因此，通过将分离的RF功率源285耦接到边缘环271并调整由RF功率源285供应的RF功率的特性(例如，频率、功率水平)，可以在整个基板102上方建立具有均匀厚度的鞘层。此外，在不期望这些类型的形成特征的情况下，可以避免如参照图1A及图1C所讨论的具有成角度的离子角度轨迹的边缘区域，而因此也可以避免成角度特征的产生(例如，图1B及图1D的成角度的高纵横比结构91及92)。在其他情况下，可以通过将单独的RF功率源285耦接到边缘环271并调整由RF功率源285所供应的RF功率的特性(例如，频率、功率水平)来促进成角度结构的产生。在边缘环271的顶表面并未对准ESC上的器件基板102的顶表面的一些实施例中，相对于具有器件基板102与边缘环271上方的均匀厚度的鞘层，可以调整施加到边缘环271的RF功率，以取得平坦的等离子体鞘层边界，而使得在不期望这些类型的形成特征的情况下，可以避免朝向器件基板102的成角度的离子轨迹。
此外，可以依据边缘环271在Z方向上的厚度和/或依据顶表面279的高度，而调整由RF功率源285供应到边缘环271的RF功率，而使得边缘环271上方的鞘层的厚度基本上匹配于ESC 220的大部分上方的鞘层的厚度。这些调整依据边缘环271的厚度和/或依据边缘环271的顶表面279的高度，而有助于补偿边缘环271随着时间的磨损，以帮助在边缘环271的整个使用寿命期间取得一致的结果。
在一些实施例中，RF功率源225、285可以在约100Hz至约10kHz的脉冲频率下激发及解除激发。这些脉冲频率可以具有约5％至约80％的工作循环。此外，来自RF功率源285的脉冲可以与来自RF功率源225的脉冲同步，而通过图2D中的展示时间T1处的激发态的脉冲225E及285E以及展示时间T2处的解除激发态的脉冲225D、285D所表示。在一个实施例中，RF功率源225、285可经配置而以主从关系操作。例如，耦接到边缘环271的RF功率源285(从装置)可经配置以在RF功率源225(主装置)激发时激发。在此主从配置中，RF功率源285可以通过控制器265(参见图2A及图2C)或者例如通过专用高速控制器接收RF功率源225的激发态的状态。在同步操作中耦接到ESC 220与边缘环271的RF功率的激发及解除激发能够有效地控制鞘层边界曲率，并因此控制器件基板102的边缘处的离子轨迹。
在另一实施例中，RF功率源225与RF功率源285可以在相同的RF频率下同相操作。在这样的实施例中，由RF功率源285供应的RF信号的相位可以与RF功率源225供应的RF信号的相位进行相位锁定。在相位锁定的实施例中，相对于由RF功率源225提供的RF功率的功率水平，仍然可以独立调整由RF功率源285提供的RF功率的功率水平。
在一些实施例中，可能期望供应到ESC 220中的金属底板229与边缘环271的RF信号在相同的RF频率下操作。在另一实施例中，可能期望使用单一RF功率源以将RF功率供应到ESC 220中的金属底板229与边缘环271。使用单一RF功率源可以确保施加到ESC 220中的金属底板229与边缘环271的RF信号的相位及频率相同。尽管在这样的实施例中可以使用单一RF功率源，但是通过从单一RF源提供的RF功率的成比例递送，仍然可以相对于提供到边缘环271的RF功率而独立调整供应到ESC 220中的金属底板229的RF信号的RF功率。
尽管利用在维持施加到ESC 220的金属底板229的RF功率的特性时调整施加到边缘环271的RF功率，已经很大程度描述控制鞘层厚度及等离子体鞘层边界的平坦度，但是也可以在维持施加到边缘环271的RF功率的特性时调整施加到ESC 220的金属底板229的RF功率。将施加到边缘环271的RF功率独立于施加到ESC 220的金属底板229的RF功率，以允许控制鞘层厚度及等离子体鞘层边界的平坦度。
在本文提供的方法的一些实施例中，可以通过将RF功率施加到天线248并且也同时从分离的RF功率源(例如，RF功率源285)将RF功率施加到边缘环271来产生处理腔室201的处理容积202内所形成的等离子体。在这种情况下，可以通过供应到边缘环271的RF信号所供应的附加RF功率来辅助天线248引发所产生的等离子体。通过将RF功率递送到边缘环271以及施加到天线248的RF功率来辅助等离子体的产生，可以有助于改善在一些类型的处理腔室(例如，电感耦合的等离子体处理腔室)的处理容积中等离子体的形成的可靠性，和/或也可以减少在处理腔室内引发等离子体所耗费的时间的变化性。
尽管前述针对本公开的实施例，本公开的其他及进一步的实施例可在不背离本公开的基本范围的情况下设想出，且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种基板支撑组件，包含：
静电卡盘组件，包含电极，其中所述电极电连接到第一RF功率源；
边缘环，设置成围绕所述静电卡盘组件；以及
分配器，附接到所述边缘环的表面，其中所述分配器直接连接到第二RF功率源。
2.如权利要求1所述的基板支撑组件，进一步包含设置于所述静电卡盘组件与所述边缘环之间的多个绝缘支座，其中所述绝缘支座彼此间隔开，以在所述静电卡盘组件与所述边缘环之间形成多个间隙。
3.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述多个间隙包含大于所述多个绝缘支座的容积。
4.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中
所述分配器通过接合层附接到所述边缘环的所述表面，所述接合层经配置以通过所述边缘环电容耦合来自所述第二RF功率源的所述RF功率，并且
所述接合层为双面黏合带。
5.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中
所述分配器具有小于1×10-7ohm-m的电阻率，并且
所述分配器具有环形形状。
6.一种等离子体处理系统，包含：
RF功率源组件，包含：
第一RF功率源；和
第二RF功率源；以及
基板支撑组件，包含：
静电卡盘组件，包含电极，其中所述电极电连接到所述第一RF功率源；和
边缘环，设置成围绕所述静电卡盘组件，其中所述边缘环电连接到所述第二RF功率源。
7.如权利要求6所述的等离子体处理系统，其中所述边缘环具有<0.5Ohm-cm的电阻率。
8.如权利要求7所述的等离子体处理系统，进一步包含设置于所述静电卡盘组件与所述边缘环之间的多个绝缘支座，其中
所述绝缘支座彼此间隔开，以在所述静电卡盘组件与所述边缘环之间形成多个间隙，并且
所述多个间隙包含大于所述多个绝缘支座的容积。
9.如权利要求6所述的等离子体处理系统，进一步包含：
第三RF功率源；
一个或更多个线圈，设置于所述基板支撑组件上方，其中所述一个或更多个线圈电耦接到所述第三RF功率源；以及
控制器，耦接到所述第一RF功率源、所述第二RF功率源、及所述第三RF功率源，其中所述控制器经配置以通过激发所述第二RF功率源且不激发所述第一RF功率源，而在所述基板支撑组件上方引发等离子体。
10.如权利要求6所述的等离子体处理系统，进一步包含耦接到所述第一RF功率源与所述第二RF功率源的控制器，其中所述控制器经配置以：
在第一脉冲频率下操作第一RF功率源与所述第二RF功率源；并且
在所述第一脉冲频率下将供应到所述电极及所述边缘环的RF能量的脉冲进行同步。
11.如权利要求6所述的等离子体处理系统，其中所述RF功率源组件进一步包含耦接到功率分配器组件的单一RF功率源，其中所述第一RF功率源与所述第二RF功率源中的每一者都是设置于所述功率分配器组件内的分离的RF功率递送部件。
12.一种处理基板的方法，包含以下步骤：
将一或更多种气体供应到等离子体腔室的处理容积，其中：
第一电极定位成在RF功率被提供到所述第一电极时，将电磁能量提供到所述处理容积；
第一基板设置于静电卡盘组件上，所述静电卡盘组件设置于所述处理容积内，
所述静电卡盘组件包括电极，以及
边缘环设置成围绕所述静电卡盘组件；
通过将电连接到所述第一电极的第一RF功率源激发，以在所述等离子体腔室的所述处理容积中产生所述一或更多种气体的等离子体；以及
通过在产生所述等离子体之后将电连接到所述边缘环的第二RF功率源激发并将电连接到所述静电卡盘组件的所述电极的第三RF功率源激发，而蚀刻所述第一基板的一部分。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一电极包含设置于所述处理容积外侧的一个或更多个线圈。
14.如权利要求12所述的方法，其中通过同时激发所述第一RF功率源与所述第二RF功率源来初始地产生所述等离子体。
15.如权利要求16所述的方法，进一步包含以下步骤：
在蚀刻所述第一基板的所述部分之后，从所述等离子体腔室的所述处理容积移除所述第一基板；
在所述第一基板的所述移除之后，将第二基板定位于所述等离子体腔室的所述处理容积中的所述静电卡盘组件上；
将所述一或更多种气体供应到等离子体腔室的处理容积；以及
通过将电连接到所述第一电极的所述第一RF功率源激发，以在所述第二基板上方产生所述一或更多种气体的等离子体；以及
蚀刻所述第二基板的至少一部分，其中蚀刻所述第二基板的至少一部分包含：
将电连接到所述边缘环的所述第二RF功率源激发；以及
在产生所述等离子体之后，将电连接到所述静电卡盘组件的所述电极的所述第三RF功率源激发，
其中基于所述边缘环的特性的改变，相对于所述第一基板的蚀刻期间的所述第二RF功率源所供应的RF信号的RF特性，来调整所述第二基板的蚀刻期间的所述第二RF功率源所供应的RF信号的RF特性中的一者或更多者，其中所述边缘环的特性包含所述边缘环的厚度的改变。
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