CN111180303A - 等离子体处理设备 - Google Patents
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Abstract
等离子体处理设备包括基板卡盘、聚焦环和边缘块，基板卡盘具有用于支撑基板的第一表面、与第一表面相对的第二表面及侧壁，聚焦环用于包围基板的周界；边缘块用于支撑聚焦环。所述边缘块包括位于基板卡盘的侧壁上的侧电极和位于基板卡盘的第二表面上的底电极。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0139392的优先权，其公开内容通过引用全文并入本文。
技术领域
本发明构思的示例性实施例涉及一种半导体制造设备，更具体地，涉及一种等离子体处理设备。
背景技术
通常，执行诸如沉积工艺、蚀刻工艺或清洗工艺的各个工艺来制造半导体器件。这种工艺可以通过包括处理室的沉积设备、蚀刻设备和/或清洗设备执行。例如，在蚀刻工艺中，使用电容耦合等离子体或电感耦合等离子体的等离子体蚀刻设备已经用于蚀刻基板上的材料层。随着半导体器件的小型化和变得高度集成化，可能期望半导体制造工艺具有均匀的工艺特性。
发明内容
根据本发明构思的示例性实施例，等离子体处理设备可包括：具有用于支撑基板的第一表面、与第一表面相对的第二表面和侧壁的基板卡盘；用于包围基板的周界的聚焦环；以及用于支撑聚焦环的边缘块。边缘块包括位于基板卡盘的侧壁上的侧电极和位于基板卡盘的第二表面上的底电极。
根据本发明构思的示例性实施例，等离子体处理设备可包括：具有用于支撑基板的第一表面、与第一表面相对的第二表面和侧壁的基板卡盘；用于包围基板的周界的聚焦环；边缘块，包括主体及主体中的电极，其中，所述主体覆盖基板卡盘的侧壁和第二表面的至少一部分，并且所述电极包括基板卡盘的侧壁上的侧电极，以及基板卡盘的第二表面上的底电极；用于向基板卡盘提供射频(RF)功率的电源单元；以及控制单元，所述控制单元包括连接到边缘块的电极的可变电容器。所述控制单元构造为通过控制所述可变电容器来控制所述基板卡盘与所述边缘块的电极之间的RF耦合操作。
根据本发明构思的示例性实施例，等离子体处理设备可包括：具有用于支撑基板的第一表面以及与第一表面相对的第二表面的基板卡盘；用于包围基板的周界的聚焦环；用于支撑聚焦环的边缘块，所述边缘块包括沿基板卡盘的圆周彼此径向间隔的多个子电极；用于向基板卡盘提供射频(RF)功率的电源单元；以及控制模块，其用于控制所述基板卡盘与多个子电极中的每一个之间的RF耦合操作。
附图说明
图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的控制图1的等离子体处理设备中边缘块的电极与基板卡盘(chuck)之间的射频(RF)耦合操作的电路图。
图3和图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的控制边缘等离子体鞘(sheath)的方法的示图。
图5是示出根据本发明构思的示例性实施的图1的等离子体处理设备中施加到边缘块的电极的RF电压随着从侧电极延伸的底电极的长度的变化的曲线图。
图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中参考方向与离子前进方向之间的角随着从侧电极延伸的底电极的长度的变化的曲线图。
图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中施加至边缘块的电极的RF电压随底电极与基板卡盘之间距离的变化的曲线图。
图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中参考方向与离子前进方向之间的角随底电极与基板卡盘之间距离的变化的曲线图。
图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。
图10和11是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意图。
图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。
具体实施方式
现将参照附图更全面地描述本发明构思的示例性实施例，贯穿本申请，相同的附图标记可以指代相同的元件。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。
参照图1，等离子体处理设备100可包括基板卡盘110、电源单元150、聚焦环120、边缘块130和控制单元140。
基板卡盘110可设置在绝缘板160上，并可支撑基板101。基板卡盘110可以是静电卡盘(ESC)，该静电卡盘构造为通过静电力来固定基板101。基板卡盘110可以设置在处理室中，该处理室构造为使用等离子体执行半导体制造工艺，例如蚀刻工艺、沉积工艺或清洗工艺。
电源单元150可向基板卡盘110供应射频(RF)功率。电源单元150可通过RF路151将源功率或偏置功率施加到基板卡盘110上。在基板101上进行等离子体处理期间，基板卡盘110可用作电极，以在处理室中产生等离子体。
聚焦环120可设置在边缘块130上，以环绕基板101的周界。根据本发明构思的示例性实施例，聚焦环120可以完全或部分环绕基板101的周界。聚焦环120的内侧部分可设置在基板101的边缘部分之下，并可由基板卡盘110支撑。聚焦环120的周界可由边缘环170包围。施加到基板卡盘110的RF功率可通过基板卡盘110和/或边缘块130传输到聚焦环120。随着RF功率通过基板卡盘110和/或边缘块130传输到聚焦环120，处理室中的电场形成区可能延伸到聚焦环120的附近，而且处理室中产生的等离子体可能会进一步扩展。
在本发明构思的示例性实施例中，聚焦环120可以由介电材料、绝缘材料、半导体材料或其组合制成。例如，聚焦环120可以由硅(Si)、碳化硅(SiC)、碳(C)或它们的组合制成。
边缘块130可包括主体131和电极133。
边缘块130的主体131可以覆盖基板卡盘110的侧壁的至少一部分、基板卡盘110的与基板卡盘110的第一表面110a相对的第二表面110b的至少一部分，作为形成边缘块130的外表的一部分，在第一表面110a上安装有基板101(或者第一表面110a用于支撑基板101)。边缘块130的主体131可支撑其上的聚焦环120。
在本发明构思的示例性实施例中，边缘块130的主体131可以由介电材料、绝缘材料、半导体材料或其组合制成。例如，边缘块130的主体131可以由氧化铝(A12O3)、石英、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiO2)或它们的组合制成。
电极133可设置在边缘块130的主体131中，以与基板卡盘110隔开。例如，电极133可以与基板卡盘110隔开，其中主体131的一部分位于两者之间。当RF功率施加到基板卡盘110时，基板卡盘110与电极133之间可形成预定的电容，且电极133可与基板卡盘110射频耦合(RF耦合)。
在本发明构思的示例性实施例中，电极133可以由铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)或它们的组合制成。
电极133可包括位于基板卡盘110的侧壁上的侧电极1331和位于基板卡盘110的第二表面110b上的底电极1333。
侧电极1331可在基板卡盘110的径向上与基板卡盘110重叠。侧电极1331可与基板卡盘110的侧壁隔开，从而在侧电极1331与基板卡盘110的侧壁之间形成电容器。
侧电极1331可沿基板卡盘110的侧壁延伸。例如，侧电极1331可实质上平行于基板卡盘110的侧壁延伸。换句话说，侧电极1331与基板卡盘110在基板卡盘110的径向上的距离可以是恒定的。
在本发明构思的示例性实施例中，侧电极1331可具有沿基板卡盘110的侧壁(或周界)连续延伸的盘形形状或环形形状
在本发明构思的示例性实施例中，侧电极1331可以包括多个间隔的子电极。例如，构成侧电极1331的多个间隔的子电极可以彼此径向间隔。
底电极1333可设置在基板卡盘110的第二表面110b上，并可在相对于基板卡盘110的第二表面110b竖直的方向(例如，垂直于基板卡盘110的第二表面110b的方向)上与基板卡盘110重叠。底电极1333可与基板卡盘110的第二表面110b隔开，从而在底电极1333与基板卡盘110的第二表面110b之间形成电容器。
底电极1333可沿基板卡盘110的第二表面110b延伸。底电极1333可实质上平行于基板卡盘110的第二表面110b延伸。换句话说，底电极1333可以与基板卡盘110的第二表面110b在相对于基板卡盘110的第二表面110b的竖直方向上间隔恒定距离。
底电极1333可具有沿基板卡盘110的第二表面110b延伸的板形形状。在本发明构思的示例性实施例中，底电极1333的厚度范围可从约10mm到约50mm。
在本发明构思的示例性实施例中，底电极1333可具有沿基板卡盘110的边缘连续延伸的盘形形状。
在本发明构思的示例性实施例中，底电极1333可包括多个间隔的子电极。例如，构成底电极1333的多个间隔的子电极可以沿基板卡盘110的圆周彼此径向间隔。
在本发明构思的示例性实施例中，可将底电极1333和侧电极1331相互连接。在本发明构思的示例性实施例中，可将底电极1333与侧电极1331隔开。
在边缘块130的电极133与基板卡盘110之间形成的电容器的电容可随底电极1333的面积和/或底电极1333与基板卡盘110之间的间隔距离而变化。随着底电极1333的面积增大和/或基板卡盘110与底电极1333之间的间隔距离减小，边缘块130的电极133与基板卡盘110之间形成的电容器的电容可以增大。因此，可以通过适当调节底电极1333的面积和/或底电极1333与基板卡盘110之间的间隔距离来调节边缘块130的电极133与基板卡盘110之间形成的电容器的电容。
在本发明构思的示例性实施例中，随着从侧电极1331延伸的底电极1333的长度d1增加，底电极1333的面对基板卡盘110的第二表面110b的表面的面积可以增加。在本发明构思的示例性实施例中，从侧电极1331延伸的底电极1333的长度d1的范围可从约1mm到约140mm。
在本发明构思的示例性实施例中，底电极1333与基板卡盘110之间间隔的距离d2的范围可从约3mm至约30mm。
控制单元140可控制基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的RF耦合操作。例如，控制单元140可以包括连接到边缘块130的电极133的可变电容器，边缘块130的电极133可以通过可变电容器连接到地。当RF功率施加到基板卡盘110时，控制单元140可调整施加到边缘块130的电极133的RF功率的大小。当通过控制RF耦合操作来调节施加到边缘块130的电极133的RF功率的大小时，可以调节基板101的边缘部分附近和聚焦环120中形成的边缘等离子体鞘的厚度(例如，聚焦环120表面和边缘等离子体鞘之间的距离，以及基板101边缘部分的表面和边缘等离子体鞘之间的距离)。下文中，将参照图3和图4详细描述通过RF耦合操作来控制边缘等离子体鞘的厚度。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的控制等离子体处理设备中边缘块的电极与基板卡盘之间的RF耦合操作的电路图。
参照图2，在基板101与等离子体103之间可以形成第四电容器C4，在聚焦环120与等离子体103之间可以形成第三电容器C3。在基板卡盘110与边缘块130的电极133之间可以形成第一电容器C1，在基板卡盘110与聚焦环120之间可以形成第二电容器C2。第一电容器C1和第二电容器C2可以互相并联连接，第一电容器C1和第二电容器C2的复合电容器可以串联连接到第三电容器C3。
控制单元140可包括与边缘块130的电极133电连接的可变电容器C5。边缘块130的电极133可通过可变电容器C5与地连接。控制单元140可调节可变电容器C5的电容，以控制基板卡盘110与边缘块130之间的RF耦合操作。
更具体地，控制单元140可以降低可变电容器C5的电容，从而增加施加到边缘块130的电极133上的RF电压。当施加到边缘块130的电极133上的RF电压增大时，可以增大聚焦环120附近的RF幅度，并且可以增大边缘等离子体鞘的厚度。
控制单元140可增加可变电容器C5的电容，从而降低施加到边缘块130的电极133上的与基板卡盘110RF耦合的RF电压。当施加到边缘块130的电极133上的RF电压减小时，可以减小聚焦环120附近的RF幅度，并且可以减小边缘等离子体鞘的厚度。
一般来说，作为备件的聚焦环120可能会随着时间的推移而消耗掉。聚焦环120随时间的变化可能导致边缘等离子体鞘的轮廓发生变化。例如，开始使用聚焦环120时，边缘等离子体鞘通常与基板101中心部分附近形成的中心等离子体鞘具有实质上相同的水平厚度。但由于聚焦环120随着时间变化，边缘等离子体鞘可能会变为低于中心等离子体鞘。随着边缘等离子体鞘的轮廓变化，在基板101边缘部分入射的离子的入射方向可能发生变化，使得基板101边缘部分处的工艺特性可能不均匀。
根据本发明构思的示例性实施例，控制单元140可以控制基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的RF耦合操作，从而校正由于聚焦环120随时间的变化引起的边缘等离子体鞘的变化。例如，响应于由于聚焦环120随时间的变化引起的边缘等离子体鞘水平厚度的降低，控制单元140可以增加施加到边缘块130的电极133上的RF电压，以控制边缘等离子体鞘的轮廓，使得边缘等离子体鞘具有与中心等离子体鞘相同的水平厚度。
由于根据聚焦环120损耗而引起的边缘等离子体鞘的变化量得到校正，因此，可以均匀地维持基板101的边缘部分处的工艺特性，而且可以增加聚焦环120的使用周期，从而提高生产率。
控制单元140可包括频率滤波器143。频率滤波器143可设置在可变电容器C5和边缘块130的电极133之间。频率滤波器143可以允许特定频带的频率选择性地通过，使得可以在特定频带的频率处执行基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的RF耦合操作。例如，频率滤波器143可以包括低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和/或带阻滤波器。
例如，频率滤波器143可以是低通滤波器，其构造为允许低频带的频率通过。在这种情况下，当相对低的RF功率(例如，偏置功率)通过电源单元150提供给基板卡盘110时，控制单元140可以控制可变电容器C5的操作来控制RF耦合操作。相反，当相对高的RF功率(例如，源功率)被提供给基板卡盘110时，RF功率可能无法通过频率滤波器143，从而无法进行RF耦合操作的控制。
图3和图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的控制边缘等离子体鞘的方法的示图。
参照图3，中心等离子鞘PC可以具有与基板101的表面实质上平行的轮廓，并且边缘等离子鞘PE可以具有沿径向逐渐降低的轮廓。
此时，控制单元140可以降低可变电容器C5的电容。如参照图2所述，随着可变电容器C5的电容减小，施加在边缘块130的电极133上的RF电压可以增大，从而边缘等离子鞘PE’的厚度可以增加。由于边缘等离子鞘PE’的厚度增加，因此可将边缘等离子鞘PE’调节为具有与中心等离子鞘PC的轮廓平行或类似的轮廓。
参照图4，中心等离子鞘PC的轮廓可以实质上平行于基板101的表面，并且边缘等离子鞘PE的轮廓可以沿径向逐渐上升。
此时，控制单元140可增大可变电容器C5的电容。如参照图2所述，随着可变电容器C5的电容增大，施加在边缘块130的电极133上的RF电压可以减小，从而边缘等离子鞘PE’的厚度可以减小。由于边缘等离子鞘PE’的厚度减小，因此可以将边缘等离子鞘PE’的轮廓调节为与中心等离子鞘PC的轮廓平行或类似。
如图3和图4所示，通过控制基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的RF耦合操作，可以调节影响基板101边缘部分的工艺特性的边缘等离子鞘的轮廓。例如，通过将边缘等离子鞘PE’的轮廓调节为实质上平行于基板101的表面，离子可以沿垂直于基板101表面的方向入射到基板101的边缘部分。由于影响基板101的边缘部分处的工艺特性的边缘等离子鞘PE’的轮廓被调节，因此可以减小基板101的边缘部分与基板101的中心部分之间的工艺分配。
根据本发明构思的示例性实施例，参照图2、图3和图4，由于边缘块130的电极133包括基板卡盘110侧壁上的侧电极1331和基板卡盘110的第二表面110b上的底电极1333，因此基板卡盘110和边缘块130之间的第一电容器C1可以具有相对大的电容，并且可以加强基板卡盘110和边缘块130之间的RF耦合。由于基板卡盘110和边缘块130之间的RF耦合被加强，因此可以提高通过控制基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的RF耦合操作而调节边缘等离子鞘PE’的能力。
图5是示出根据本发明构思的示例性实施的图1的等离子体处理设备中施加到边缘块的电极的RF电压随着从侧电极延伸的底电极的长度的变化的曲线图。
参照图1、图2和图5，图5所示的曲线表示第一操作模式的第一轮廓M1、第二操作模式的第二轮廓M2以及与第一轮廓M1和第二轮廓M2之间的差对应的第三轮廓M3，在所述第一操作模式中，图2的可变电容器C5具有相对低的电容，在所述第二操作模式中，图2的可变电容器C5具有相对高的电容。
如第一轮廓M1和第二轮廓M2所表示的那样，施加到边缘块130的电极133上的RF电压随着底电极1333的长度d1(参照图1)的增大而增加。第一电容器C1的电容可以随着底电极1333的长度d1(参照图1)的增加而增大，因此基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的RF耦合可以越来越增强。
如第三轮廓M3所表示的那样，在第一操作模式中施加到边缘块130的电极133上的RF电压与在第二操作模式中施加到边缘块130的电极133上的RF电压之间的差随着底电极1333的长度d1(参照图1)的增大而增加。可变电容器C5的电容在相同范围内变化，并且第一操作模式中的RF电压与第二操作模式中的RF电压之间的差随着第一电容器C1的电容增大而增大。第一操作模式中的RF电压和第二操作模式中的RF电压之间的差可以与利用对基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的RF耦合操作进行控制的边缘等离子体鞘的控制范围成正比，因此根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备可以有效地控制边缘等离子体鞘。
图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中参考方向与离子前进方向之间的角随着从侧电极延伸的底电极的长度的变化的曲线图。
参照图1、图2和图6，图6所示的曲线图显示了当施加与图5中的第三轮廓M3对应的RF电压时，离子的前进方向与任意参考方向之间的角随底电极1333的长度d1(参照图1)的变化。如图6所示，随着底电极1333长度d1的增加，离子的前进方向相对于参考方向的越来越倾斜。在根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备中，由于基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的第一电容器C1形成为具有相对高的电容，因此离子入射到基板101的入射角可以在较宽的范围调节。
图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中施加至边缘块的电极的RF电压随底电极与基板卡盘之间距离的变化的曲线图。。
参照图1、图2和图7，图7所示的曲线图表示第一操作模式的第一轮廓M1、第二操作模式的第二轮廓M2以及与第一轮廓M1和第二轮廓M2之间的差对应的第三轮廓M3，在所述第一操作模式中，图2的可变电容器C5具有相对低的电容，在所述第二操作模式中，图2的可变电容器C5具有相对高的电容。
如第一轮廓M1和第二轮廓M2所表示的那样，随着底电极1333与基板卡盘110之间的距离d2(参照图1)的减小，施加到边缘块130的电极133上的RF电压增大。基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的第一电容器C1的电容可以随着底电极1333离基板卡盘110越来越近而增大。因此基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的RF耦合可以越来越增强。
如第三轮廓M3所表示的那样，在第一操作模式中施加至边缘块130的电极133的RF电压与在第二操作模式中施加至边缘块130的电极133的RF电压之间的差随着底电极1333与基板卡盘11之间的距离d2的减小而增加。由于在根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备中，基板卡盘110与边缘块130的电极133之间的第一电容器C1形成为具有相对高的电容，因此可以有效地控制边缘等离子体鞘。
图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的等离子体处理设备中参考方向与离子前进方向之间的角随底电极与基板卡盘之间距离的变化的曲线图。
参照图1、图2和图8，图8所示的曲线显示了当施加与图7中的第三轮廓M3对应的RF电压时，离子的入射角随底电极1333与基板卡盘110之间的距离d2(参照图1)的变化。如图8所示，随着底电极与基板卡盘之间的距离d2的减小，离子的前进方向相对于任意参考方向越来越倾斜。在根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备中，由于基板卡盘110和边缘块130的电极133之间的第一电容器C1形成为具有相对高的电容，因此离子的入射到基板101的入射角可以在较宽的范围调节
图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。除了聚焦环120包括聚焦环电极121之外，图9中的等离子体处理设备100a可以与图1中的等离子体处理设备100基本相同。与上述示例性实施例中的相同元件用相同的标号指代，且将省略对其的描述。
参照图9，聚焦环120可包括在其中的聚焦环电极121。例如，聚焦环电极121可以由铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)或它们的组合制成。
控制单元140a可向聚焦环电极121供电，以调节边缘等离子体鞘。例如，控制单元140a可构造为向聚焦环电极121提供RF功率或直流(DC)功率。
当边缘等离子体鞘的轮廓沿径向逐渐降低时，如图3所示，控制单元140a可以通过增加对聚焦环电极121施加的功率来增加边缘等离子体鞘的厚度。因此，可以调节边缘等离子体鞘，使其轮廓平行于或类似于中心等离子体鞘。
当边缘等离子体鞘的轮廓沿径向逐渐上升时，如图4所示，控制单元140a可以通过减小对聚焦环电极121施加的功率来减小边缘等离子体鞘的厚度。因此，可以调节边缘等离子体鞘，使其轮廓平行于或类似于中心等离子体鞘。
在本发明构思的示例性实施例中，控制单元140a可通过调节提供给聚焦环电极121的功率来调节边缘等离子鞘，同时控制基板卡盘110和边缘块130之间的RF耦合操作。控制单元140a除了控制基板卡盘110和边缘块130之间的RF耦合操作外，还可以通过调节提供给聚焦环电极121的功率来调节边缘等离子鞘。
图10和图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意图。
参照图10，在根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备100b中，边缘块230可以包括多个径向间隔的子电极。例如，边缘块230的电极可以包括彼此径向间隔的第一子电极231、第二子电极232、第三子电极233和第四子电极234。第一子电极231、第二子电极232、第三子电极233和第四子电极234中的每一个可以包括如上所述的基板卡盘(参照图1中的110)的侧壁上的侧电极(参照图1中的1331)以基板卡盘(参照图1中的110)的第二表面(参照图1中的110b)上的底电极(参照图1中的1333)。
在图10的示例性实施例中，边缘块230可以包括四个径向间隔的子电极，但本发明构思不限于此。例如，边缘块230可以包括两个、三个、五个或更多个径向间隔的子电极。
在本发明构思的示例性实施例中，第一子电极231可通过第一可变电容器连接到地，第二子电极232可通过第二可变电容器连接到地，第三子电极233可通过第三可变电容器连接到地，并且第四子电极234可通过第四可变电容器连接到地。
此时，控制单元240可构造为控制基板卡盘110与第一子电极231、第二子电极232、第三子电极233和第四子电极234中的每一个之间的RF耦合操作。基板卡盘110与第一子电极231、第二子电极232、第三子电极233和第四子电极234中的每一个之间的RF耦合操作可以独立控制。
例如，控制单元240可包括构造为调节连接到第一子电极231的第一可变电容器的电容的第一电路控制器241、构造为调节连接到第二子电极232的第二可变电容器的电容的第二电路控制器242、构造为调节连接到第三子电极的第三可变电容器的电容的第三电路控制器243、构造为调节连接到第四子电极234的第四可变电容器的电容的第四电路控制器244。可以利用第一电路控制器至第四电路控制器241、242、243和244中的对应一个来独立地调节第一可变电容器至第四可变电容器中的每一个，并且可以独立地调节施加到第一子电极至第四子电极231、232、233和234中的每一个的RF电压。
由于基板卡盘110与边缘块230中的第一子电极至第四子电极231、232、233和234中的每一个之间的RF耦合操作是独立控制的，因此可以在基板(参照图1中的101)的边缘部分的特定区域处局部地执行工艺控制。
例如，在基板(参照图1中101)的邻近第一子电极231的第一边缘部分处的蚀刻速率可以大于基板(参照图1中101)的邻近第二子电极232的第二边缘部分处的蚀刻速率、基板(参照图1中101)的邻近第三子电极233的第三边缘部分处的蚀刻速率以及基板(参照图1中101)的邻近第四子电极234的第四边缘部分处的蚀刻速率。为了消除或减少这种不对称工艺分布，控制单元240可以增加施加在第一子电极231上的RF电压以降低基板(参照图1的101)的第一边缘部分处的蚀刻速率，并且可以降低施加在第二子电极至第四子电极232、233、234中的每一个上的RF电压以提高基板(参照图1的101)的第二边缘部分至第四边缘部分的蚀刻速率。因此，基板(参照图1中的101)的整个边缘部分的蚀刻速率可以均匀控制。
参照图11，在根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备100c中，控制单元240a可包括电流分流器246和构造为控制电流分流器246的操作的电路控制器245。电流分流器246可以设置在边缘块230的第一子电极至第四子电极231、232、233和234与电路控制器245之间。
例如，电流分流器246可以包括连接到第一子电极231的第一可变电容器、连接到第二子电极232的第二可变电容器、连接到第三子电极233的第三可变电容器、连接到第四子电极234的第四可变电容器。此时，电路控制器245可将用于控制第一可变电容器至第四可变电容器的每一个的操作的操作信号施加到电流分流器246，以将电流分配到第一子电极至第四子电极231、232、233和234中的每一个。
控制单元240a可通过电流分流器246将电流分配到第一子电极至第四子电极231、232、233和234中的每一个，使得第一子电极至第四子电极231、232、233和234中的每一个与基板卡盘110之间的RF耦合操作可以独立控制。
图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备的示意性截面图。
参照图12，作为示例，根据本发明构思的示例性实施例的等离子体处理设备1000可以为电容耦合等离子体蚀刻设备。但是，本发明构思并不限于此。在本发明构思的示例性实施例中，等离子体处理设备1000可以是电感耦合等离子体蚀刻设备或等离子体沉积设备。
等离子体处理设备1000可以是用于在处理室1300中处理基板101(例如，执行等离子体蚀刻工艺)的等离子体蚀刻设备。基板101可以是晶圆，例如硅晶圆。处理室1300可以是包括内部空间1310的室，例如等离子体室。可在基板101上形成材料层，例如，氧化物层或氮化物层。
等离子体处理设备1000可包括设置在支架1190上的基板卡盘110，可以在基板卡盘110上安装基板101。基板卡盘110可以是通过静电力固定基板101的静电卡盘。
基板卡盘110可连接到下电源单元150，并可用作产生等离子体的下电极。例如，下电源单元150可产生RF功率，如偏置功率。从下电源单元150产生的RF功率可以通过阻抗匹配器提供给基板卡盘110。
在基板卡盘110和处理室1300的内侧壁之间可设置挡板1320。在处理室1300的下表面可以设置排出管1337，并且排出管1337可以连接到真空泵1330。在处理室1300的外侧壁上可以设置用于开启和关闭开口1341的闸阀1340，所述开口1341用于将基板101运入和运出。
在处理室1300的上顶上可以设置上电极1400，并且上电极1400可与基板卡盘110向上间隔开。上电极1400可连接到上电源单元1410。上电源单元1410可产生RF功率，并可通过阻抗匹配器将RF功率提供给上电极1400。上电极1400可连接到用于供应工艺气体的气体供应源1430。例如，上电极1400可以是网状(showerhead)电极。从气体供应源1430供应的工艺气体可以通过上电极1400的射流孔1401喷入处理室1300的内部空间1310。
等离子体处理设备1000可包括用于包围安装在基板卡盘110上的基板101的周界的聚焦环120，以及聚焦环120下方的边缘块1100。的边缘块1100可包括参照图1至图11所述的边缘块130和230。等离子体处理设备1000可包括控制单元1200。控制单元1200可包括参照图1至图11中描述的控制单元140、140a、240和240a，并可控制基板卡盘110与边缘块1100之间的RF耦合操作，以调节边缘等离子体鞘。
根据本发明构思的示例性实施例，在检测到基板101的中心部分与基板101的边缘部分之间的工艺特性不均匀的情况下，通过控制边缘块1100的电极和基板卡盘110之间的RF耦合操作可以减少或者去除基板101的工艺分配。在监测装置(如等离子体传感器)监测到基板101的中心部分与基板101的边缘部分之间的等离子体状态非均匀的情况下，可以通过控制基板卡盘110与边缘块1100的电极(参照图1中的133)之间的RF耦合操作来均匀地控制基板101的中心部分附近与基板101的边缘部分附近的等离子体状态。
根据本发明构思的示例性实施例，在检测到基板101的边缘部分处的不对称工艺分布的情况下，通过单独地控制边缘块1100的多个子电极中的每一个与基板卡盘110之间的RF耦合操作减少或去除该不对称工艺分布。在监测装置(如等离子体传感器)确定基板101的边缘部分的等离子体状态不对称的情况下，可以通过单独控制基板卡盘110与边缘块1100中的多个子电极中的每一个之间的RF耦合操作来将基板101的边缘部分的等离子体状态控制为均匀。
尽管已经参照本发明构思的示例性实施例已经特别示出并描述了本发明构思，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求所阐述的本发明构思的精神和范围的情况下，可进行形式上和细节上的各种改变。
Claims (20)
1.一种等离子体处理设备，包括：
基板卡盘，其具有用于支撑基板的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面、和侧壁；
聚焦环，其用于包围所述基板的周界；以及
边缘块，其用于支撑所述聚焦环，其中，所述边缘块包括位于所述基板卡盘的侧壁上的侧电极和位于所述基板卡盘的第二表面上的底电极。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述边缘块还包括主体，
其中，所述侧电极和所述底电极位于所述主体中，并且与所述基板卡盘隔开。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，还包括可变电容器，
其中，所述侧电极和所述底电极通过所述可变电容器连接到地。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理设备，还包括位于所述侧电极与所述可变电容器之间以及所述底电极与所述可变电容器之间的频率滤波器。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述侧电极具有沿所述基板卡盘的侧壁延伸的环形形状。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述底电极具有沿所述基板卡盘的第二表面延伸的板形形状。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述侧电极包括多个径向间隔的子电极。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理设备，还包括可变电容器，
其中，所述侧电极的所述多个径向间隔的子电极中的每一个通过所述可变电容器连接到地。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述底电极包括多个径向间隔的子电极。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理设备，还包括可变电容器，
其中，所述底电极的所述多个径向间隔的子电极中的每一个通过所述可变电容器连接到地。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述聚焦环包括构造为接收功率的聚焦环电极。
12.一种等离子体处理设备，包括：
基板卡盘，其具有用于支撑基板的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面、和侧壁；
聚焦环，其用于包围所述基板的周界；
边缘块，其包括主体以及所述主体中的电极，其中，所述主体覆盖所述基板卡盘的侧壁和第二表面的至少一部分，并且所述电极包括位于所述基板卡盘的侧壁上的侧电极以及位于所述基板卡盘的第二表面上的底电极；
电源单元，其用于向所述基板卡盘提供射频功率；以及
控制单元，其包括连接到所述边缘块的所述电极的可变电容器，其中，所述控制单元构造为通过控制所述可变电容器来控制所述基板卡盘与所述边缘块的所述电极之间的射频耦合操作。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述控制单元还包括所述可变电容器与所述边缘块的所述电极之间的低通滤波器。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述边缘块的所述电极包括多个径向间隔的子电极。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理设备，其中，所述控制单元构造为单独地控制所述基板卡盘与所述多个径向间隔的子电极中的每一个之间的射频耦合操作。
16.根据权利要求14所述的等离子体处理设备，其中，所述控制单元包括电流分流器和电路控制器，所述电流分流器包括分别连接到所述多个径向间隔的子电极的可变电容器，所述电路控制器构造为控制所述电流分流器的可变电容器的操作。
17.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述聚焦环包括聚焦环电极，并且
所述控制单元构造为向所述聚焦环电极提供所述射频功率或直流功率。
18.一种等离子体处理设备，包括:
基板卡盘，其具有用于支撑基板的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；
聚焦环，其用于包围所述基板的周界；
边缘块，其用于支撑所述聚焦环，并且包括沿所述基板卡盘的圆周彼此径向间隔的多个子电极；
电源单元，其用于向所述基板卡盘提供射频功率；以及
控制单元，其用于控制所述基板卡盘与所述多个子电极中的每一个之间的射频耦合操作。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理设备，其中，所述多个子电极中的每一个包括在所述基板卡盘的第二表面上延伸的底电极。
20.根据权利要求18所述的等离子体处理设备，其中，所述多个子电极中的每一个包括在所述基板卡盘的侧壁上延伸的侧电极。
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