CN112997270B - 成形dc脉冲等离子体处理装置中的边缘环控制电路 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及相对于位于处理腔室内的基板支撑件上的基板来操纵边缘环处的电压的设备和方法。设备包括基板支撑组件，基板支撑组件具有主体，主体具有嵌入在主体中的基板电极以用于向基板施加电压。基板支撑组件的主体另外具有嵌入在主体中的边缘环电极以用于向边缘环施加电压。设备进一步包括耦合到边缘环电极的边缘环电压控制电路。基板电压控制电路耦合到基板电极。边缘环电压控制电路和基板电压控制电路独立地可调谐，以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。

Description

成形DC脉冲等离子体处理装置中的边缘环控制电路
背景技术
技术领域
本公开内容的示例总体上涉及用于等离子体处理腔室的基板支撑件，并且更具体而言，涉及用于相对于基板支撑件的基板支撑部分改变施加到基板支撑件的边缘环部分的电压以控制等离子体处理腔室中的等离子体壳层的设备和方法。
相关技术说明
随着半导体技术节点随着减小的器件几何尺寸而发展，对基板边缘的临界尺寸均匀性的要求变得更加严格，并影响管芯良率。商用等离子体反应器包括多个可调旋钮以用于控制整个基板上的工艺均匀性，诸如例如，温度、气流、RF功率等。
在处理期间，设置在基板支撑件上的基板可能会经历以下过程，所述过程通常是连续或交替进行的：将材料沉积在基板上并从基板去除或蚀刻材料的部分。在整个基板表面上具有均匀的沉积和蚀刻速率通常是有益的。然而，工艺不均匀性通常存在于整个基板表面上，并且在基板的周边或边缘处可能是显著的。由于不同的离子密度、RF均匀性或先前的处理，基板极端边缘处的蚀刻轮廓可能会偏离基板中心处的蚀刻轮廓。在周边处的这些不均匀性可归因于电场终端影响，有时也称为边缘效应。这些边缘效应减少靠近基板的边缘的可用管芯良率。
本领域中用于获得更好的均匀性的一种技术是调谐施加到设置在基板支撑件上的边缘环的电压，以改变基板边缘处的离子密度。这提供了控制旋钮以控制极端边缘处理轮廓和特征倾斜。这可以通过将第一RF电压施加到嵌入在边缘环中的边缘环电极并将第二RF电压施加到嵌入在基板支撑件中的基板支撑件电极来实现。然而，采用多个RF源电压是昂贵的。存在用于控制等离子体壳层的其他方法和设备，诸如可相对于基板支撑件移动的边缘环。然而，某些电子器件制造工艺受到严格的颗粒要求，这使移动部件是不期望的。可移动边缘环也容易产生电弧。
因此，需要改善基板上的工艺均匀性的设备和方法。
发明内容
本公开内容提供了用于相对于位于基板支撑件上的基板来操纵边缘环处的电压的设备和方法，这用作有效的调节旋钮以控制基板边缘附近的处理轮廓。操纵边缘环的电压可以改善基板上的工艺均匀性。而且，控制边缘环的电压可以帮助控制在基板边缘附近形成的特征的垂直度(即，倾斜度)。
在一个示例中，设备包括基板支撑组件，基板支撑组件具有主体，主体具有基板支撑部分，基板支撑部分具有嵌入在基板支撑部分中的基板电极以用于向基板施加基板电压。基板支撑组件的主体进一步具有设置成与基板支撑部分相邻的边缘环部分。边缘环部分具有嵌入在边缘环部分中的边缘环电极以用于向边缘环施加边缘环电压。设备进一步包括耦合到边缘环电极的边缘环电压控制电路。基板电压控制电路耦合到基板电极。边缘环电压控制电路和基板电压控制电路独立地可调谐，以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。
在另一个示例中，设备包括处理腔室，处理腔室包括：腔室主体；设置在腔室主体上的盖；定位在盖上方的电感耦合等离子体设备；以及定位在腔室主体内的基板支撑组件。基板支撑组件具有主体，主体具有基板支撑部分，基板支撑部分具有嵌入在基板支撑部分中的基板电极以用于向基板施加基板电压。基板支撑组件的主体进一步具有设置成与基板支撑部分相邻的边缘环部分。边缘环部分具有嵌入在边缘环部分中的边缘环电极以用于向边缘环施加边缘环电压。设备进一步包括耦合到边缘环电极的边缘环电压控制电路。基板电压控制电路耦合到基板电极。边缘环电压控制电路和基板电压控制电路独立地可调谐，以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。
在另一个示例中，公开了一种操作处理腔室的方法。处理腔室包括腔室主体和定位在腔室主体内的基板支撑组件，基板支撑组件具有主体，主体具有基板支撑部分和边缘环部分，基板支撑部分具有嵌入在基板支撑部分中的基板电极，边缘环部分设置为与基板支撑部分相邻，边缘环部分具有嵌入在边缘环部分中的边缘环电极。方法包括通过基板电压控制电路向基板电极施加基板电压。方法进一步包括通过边缘环电压控制电路向边缘环电极施加边缘环电压。方法进一步包括独立地调谐边缘环电压控制电路和基板电压控制电路，以改变边缘环电压与基板电压之间的比率。
附图说明
为了能够更详细地理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施例来获得以上简要概述的本公开内容的更具体描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应注意到，附图仅示出示例性实施例，并且因此不应被视为限制实施例的范围，并可允许其他等效的实施例。
图1是根据本公开内容的一个实施例的处理腔室的示意性截面图。
图2A至图2C是根据本公开内容的示例的等离子体壳层相对于基板的边缘的示意图。
图3A和图3B示出了图1所示的基板支撑件的放大示意图。
图4是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的一个实施例的示意性电路图。
图5是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图6是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图7是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图8是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图9是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图10是示出用于驱动基板支撑组件的电极的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路的另一个实施例的示意性电路图。
图11是示出根据本公开内容的一个方面的上述支撑件电路的操作过程的流程图。
图12A和图12B描绘了在给定成形DC脉冲电压源的情况下通过改变图4-10的可变电容器和/或电感器来产生的经调制的边缘环或晶片电压波形的示例模拟结果。
为了便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记表示附图中共有的相同元件。已构想到，一个实施例的元件与特征可有益地并入其他实施例中，而无需进一步的叙述。
具体实施方式
本公开内容总体上涉及在基板支撑组件的基板支撑部分与边缘环支撑部分之间施加电压差的设备和方法。基板支撑组件具有主体，主体具有基板支撑部分，基板支撑部分具有嵌入在基板支撑部分中的基板电极以用于向基板的中央部分施加基板电压。基板支撑组件的主体进一步具有设置成与基板支撑部分相邻的边缘环部分。边缘环部分具有嵌入在边缘环部分中的边缘环电极以用于向基板的边缘环施加边缘环电压。
设备和方法进一步包括耦合到边缘环电极的边缘环电压控制电路。基板电压控制电路耦合到基板电极。至少一个成形DC脉冲电压源耦合到边缘环电压控制电路和基板电压控制电路中的一个或两个。边缘环电压控制电路和基板电压控制电路独立地可调谐，以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。
当由于不同的离子密度、RF均匀性或先前的处理而使得等离子体壳层在边缘环附近变得不均匀时，调整边缘环电压控制电路和基板电压控制电路中的一个或两个以影响基板与边缘环之间的电压振幅差。经由调谐边缘环电压控制电路和基板电压控制电路中的一个或两个来调整电压振幅差，从而调整在基板周边附近的等离子体壳层。在基板周边处的壳层的弯曲将在距基板边缘约0mm-10mm(取决于工艺条件)的区域中聚焦离子(增加蚀刻速率)或离焦离子(降低蚀刻速率)。
本公开内容还解决了对补偿由先前工艺步骤留下的极端边缘不均匀性的需要。在所有这些应用中，当工艺对颗粒非常敏感时(例如在逻辑电路应用中)，将移动部件置于在基板附近被认为是很高的风险。本公开内容解决了对在没有移动部件的情况下的极端边缘电压可调性的需求。
图1是根据本公开内容的一个示例的处理腔室100的示意性截面图。处理腔室100包括腔室主体101和设置在腔室主体101上的盖102，腔室主体101和盖102一起限定内部容积124。腔室主体101通常耦合到电接地103。基板支撑组件104设置在内部容积内，以在处理期间在基板支撑组件104上支撑基板105。边缘环106定位在基板支撑组件104上并围绕基板105的外围。处理腔室100还包括电感耦合等离子体设备107和控制器108，电感耦合等离子体设备107用于在处理腔室100内产生反应性物质的等离子体，控制器108适于控制处理腔室100的系统和子系统。
基板支撑组件104设置在内部容积124中。基板支撑组件104通常至少包括基板支撑件152。基板支撑件152包括静电吸盘150，静电吸盘150包括基板支撑部分154与边缘环部分156，基板支撑部分154被配置为在要处理的基板105下面并支撑要处理的基板105，边缘环部分156被配置为支撑边缘环106。基板支撑组件104可以另外包括加热器组件169。基板支撑组件104还可包括冷却基座131。冷却基座131可以替代地与基板支撑组件104分离。基板支撑组件104可被可移除地耦合至支撑底座125。支撑底座125安装到腔室主体101。支撑底座125可以可选地包括设施板180。基板支撑组件104可被周期性地从支撑底座125移除，以允许翻新基板支撑组件126的一个或多个部件。如常规已知的那样，将升降杆146设置成穿过基板支撑组件104以促进基板传送。
设施板180被配置成容纳来自静电吸盘150与冷却基座131的多个流体连接。设施板180还被配置成容纳来自静电吸盘150与加热器组件169的多个电连接。各种连接可在基板支撑组件104外部或内部运行，而设施板180可提供用于到相应终端的连接的接口。
基板电极109嵌入在静电吸盘150的基板支撑部分154内，以用于向设置在基板支撑组件104的上表面160上的基板105施加基板电压。边缘环部分156具有嵌入在边缘环部分156中的边缘环电极111，以用于向边缘环106施加边缘环电压。边缘环电压控制电路155耦合到边缘环电极111。基板电压控制电路158耦合到基板电极109。在一个实施例中，第一成形DC脉冲电压源159耦合到边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158中的一个或两个。在另一个实施例中，第一成形DC脉冲电压源159耦合到边缘环电压控制电路155，并且第二成形DC脉冲电压源161耦合到基板电压控制电路158。边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158独立地可调谐，以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。基板电压控制电路158和边缘环电压控制电路155各自包括可变的和/或固定的电容器和/或电感器，以提供边缘环电压和基板电压的独立可调性。基板电极109进一步耦合至吸附电源115，以促进在处理期间用静电吸盘150将基板105吸附至上表面160。
电感耦合等离子体设备107设置在盖102上方并且被配置为将RF功率电感耦合至处理腔室100内的气体以生成等离子体116。电感耦合等离子体设备107包括设置在盖102上方的第一线圈118和第二线圈120。每个线圈118、120的相对位置、直径比例、和/或每个线圈118、120中的匝数可各自根据需要调整以控制形成的等离子体116的轮廓或密度。第一线圈118和第二线圈120中的每一个通过匹配网络122经由RF馈送结构123耦合到RF电源121。RF电源121可以说明性地能够在从50kHz至13.56MHz范围中的可调谐频率下产生高达约4000W(但不限于约4000W)，尽管可根据需要针对特定应用使用其他频率与功率。
在一些示例中，可以在RF馈送结构123与RF电源121之间提供诸如分压电容器之类的功率分配器126，以控制提供给相应的第一线圈118和第二线圈120的RF功率的相对量。
在其他实施例中，可以在盖102上方使用电容耦合等离子体设备(未示出)。
加热器元件128可以设置在盖102上，以促进加热处理腔室100的内部。加热元件128可以设置在盖102与第一线圈118和第二线圈120之间。在一些示例中，加热器元件128可以包括电阻加热元件并且可以耦合至诸如AC电源之类的电源130，电源130被配置为提供足够的能量以将加热器元件128的温度控制在期望的范围内。
在操作期间，将诸如半导体基板或适合于等离子体处理的其他基板之类的基板105放置在基板支撑组件104上。基板升降杆146可移动地设置在基板支撑组件104中，以帮助将基板105转移到基板支撑组件104上。在定位基板105之后，将工艺气体从气体面板132通过进入端口134供应到腔室主体101的内部容积124中。通过将来自RF电源121的功率施加到第一线圈118和第二线圈120来将工艺气体点燃为处理腔室100中的等离子体116。可以使用阀136和真空泵138来控制处理腔室100的内部容积124内的压力。
处理腔室100包括控制器108以在处理期间控制处理腔室100的操作。控制器108包括中央处理单元(CPU)140、存储器142和用于CPU 140的支持电路144，并且有助于控制处理腔室100的部件。控制器108可以是可在工业设定中使用以用于控制各种腔室与子处理器的任何形式的通用计算机处理器中的一种。存储器142储存可被执行或调用从而以本文所述的方式控制处理腔室100的操作的软件(源代码或目标代码)。控制器108被配置为控制第一成形DC脉冲电压源159、第二成形DC脉冲电压源161、边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158。
图2A至图2C是根据本公开内容的示例的在处理腔室100内生成的等离子体116下面的等离子体壳层176相对于基板105的边缘的示意图。图2A示出了相对于边缘环106和覆盖在静电吸盘150上的基板105的基线等离子体壳层176。当将相同的电压施加到基板电极109和边缘环电极111时，边缘环106和基板105的上表面通常是共面的，并且等离子体壳层176的边界通常是线性的并且平行于基板105，而壳层176在基板105的边缘部分166上交叉。等离子体壳层176与边缘环106和基板105的上表面基本平行并且相等地间隔开。给定在基板105和边缘环106上方生成的均匀等离子体，图2A所示的等离子体壳层176的轮廓导致朝向基板105的均匀的中心至边缘离子密度和离子能量。在示例中，在基板105与边缘环106之间没有电压差。这可以被称为基线电压。
在处理预定数量的基板之后，边缘环106的高度可能更低，不再与基板顶部共面，从而导致在基板105的边缘部分166上形成不期望的边缘效应。在其他应用中，等离子体密度、气体浓度等的不均匀性可能导致基板105的边缘部分166附近的处理轮廓的不均匀性。在又其他应用中，先前的工艺可能导致不均匀的中心到边缘特征分布，并且期望用边缘调谐旋钮来补偿这种均匀性。为了对抗边缘效应，在边缘环106与基板105之间形成正电压差或负电压差。
如图2B所示，在向边缘环电极111施加与基板电极109相比更高的电压的情况下，边界等离子体壳层176在基板105与边缘环106的界面处不再平坦并且具有与边缘环106的表面相对于基板105的不同间距。等离子体壳层176的轮廓在基板105的边缘部分166处相对于基板105的中心168处更宽。这指示相对于基板105中心的在基板105边缘部分166处的离焦离子浓度。因此，这降低了在基板105的边缘部分166处相对于基板105的中心168处的蚀刻速率，并且还改变了撞击基板105的边缘部分166的离子的入射角。
图2C示出了当与基板电极109相比向边缘环电极111施加更低的电压时，可以如何在基板105的边缘处可控地改变壳层边界/高度。等离子体壳层176的轮廓在基板105的边缘部分166处相对于基板105的中心168处更窄。因此，离子被聚焦到基板105的边缘部分166。因此，这增加了在基板105的边缘部分166处的蚀刻速率，并且还改变了撞击基板105的边缘部分166的离子的入射角。
图3A和图3B示出了图1所示的基板支撑件152的放大示意图。基板支撑件152具有主体174。主体174包括基板支撑部分154和边缘环部分156。基板支撑部分154包括第一隔离层182、可选的第二隔离层184和第一阴极188。基板支撑部分154的第一隔离层182可以由陶瓷制成。基板支撑部分154的第一隔离层182可以具有嵌入在第一隔离层182中的基板电极109以用于向基板105施加基板电压。可选的第二隔离层184在第一隔离层182下面，并且由陶瓷制成以改善基板电极109与基板支撑件152中其他导电部件的热隔离和电隔离。第一阴极188可以在基板支撑部分154的第一隔离层182和第二隔离层184中的一个或两个的下面。
边缘环部分156设置成与基板支撑部分154相邻。边缘环部分156可以支撑边缘环106。边缘环部分156可以包括第一隔离层183、可选的第二隔离层185和第二阴极191。第一隔离层具有嵌入在第一隔离层中的边缘环电极111以用于向边缘环106施加边缘环电压。第一隔离层183可以由陶瓷制成。可选的第二隔离层185在第一隔离层183下面，并且由陶瓷制成以改善边缘环电极111与基板支撑件152中的其他导电部件的热隔离和电隔离。第二阴极191可以在边缘环部分156的第一隔离层183和第二隔离层185中的一个或两个的下面。低k介电圆柱层195可将边缘环部分156与基板支撑部分154横向地完全或部分地分离。在边缘环部分156与基板支撑部分154的部分分离的实施例中，第一阴极188和第二阴极191可以是一个件，和/或在基板105下方的第二隔离层184和边缘环106下方的第二隔离层185可以是一个件。
边缘环电压控制电路155的第一接点电耦合至边缘环电极111。基板电压控制电路158的第一接点电耦合至基板电极109。边缘环电压控制电路155可以并入基板支撑组件104中，或者在基板支撑组件104的外部但在处理腔室100的内部，或者可以完全在处理腔室100的外部。
在一个实施例中，边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158两者的第二接点可以一起耦合到第一成形DC脉冲电压源159。在另一实施例中，边缘环电压控制电路155的第二接点不连结到基板电压控制电路158的第二接点，但在基板电压控制电路158的第二接点耦合到第二成形DC脉冲电压源161时，边缘环电压控制电路155的第二接点单独地耦合至第一成形DC脉冲电压源159。在一个或两个成形DC脉冲电压源的任一配置中，边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158可独立地调谐以在边缘环电压与基板电压之间产生电压差。
在一个实施例中，边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158是相同的电路。在另一个实施例中，边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158彼此不同。在实施例中，边缘环电压控制电路155和基板电压控制电路158中的至少一个包括至少一个可变无源部件，以提供施加到边缘环电极111和/或基板电极109的电压的可调性。
图4是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路400的一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间。正向偏压二极管194连接到电流返回路径163，电流返回路径163包括与电感器197串联耦合到接地的电阻器196。电容199可以存在于杂散电容198与等离子体壳层176之间。可变电容器202耦合到正向偏压二极管194，并且耦合到边缘环电极111或基板电极109。可变电容器202还耦合到杂散电容198。等离子体壳层176可以被建模(等离子体模型176)为包括与二极管206并联耦合的电容器204以及与接地和可变电容器202耦合的电流源208的电路。
可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电容器202以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电容器202，边缘环106或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图5是示出可用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路500的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间，正向偏压二极管194耦合到电流返回路径163，电流返回路径163包括与电感器197串联耦合到接地的电阻器196。在实施例中，可变电感器210耦合到正向偏压二极管194，并且耦合到边缘环电极111或基板电极109。可变电感器210还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电感器210以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，可以改变在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度。通过改变可变电感器210，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图6是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路600的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间，正向偏压二极管194耦合到电流返回路径163，电流返回路径163包括与电感器197串联耦合到接地的电阻器196。可变电感器212的一个端子与固定电容器214串联耦合，固定电容器214耦合到正向偏压二极管194。可变电感器212的另一端子耦合到边缘环电极111或基板电极109。可变电容器212还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电感器212以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电感器212，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图7是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路700的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间，正向偏压二极管194耦合到电流返回路径163，电流返回路径163包括与电感器197串联耦合到接地的电阻器196。可变电容器216与可变电感器218串联耦合。可变电容器216还耦合到正向偏压二极管194。可变电感器218还与边缘环电极111或基板电极109串联耦合。可变电容器218还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电容器216和/或可变电感器218以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电容器216和/或可变电感器218，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图8是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路800的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间，正向偏压二极管194耦合到电流返回路径163，电流返回路径163包括与电感器197串联耦合到接地的电阻器196。可变电容器220的第一端子耦合到正向偏压二极管194。可变电容器220的第一端子进一步耦合到固定电阻器224，固定电阻器224耦合到电流返回路径163以及固定电容器222的一个端子，固定电容器222的第二端子耦合到可变电容器220的第二端子以及边缘环电极111或基板电极109。可变电容器220还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电容器220以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电容器220，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图9是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环电压控制电路/基板电压控制电路900的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间。可变电容器225的第一端子耦合到正向偏压二极管194。可变电容器225的第一端子进一步耦合到第一固定电阻器226，第一固定电阻器226耦合到电流返回路径163以及第二固定电阻器228的一个端子。第二固定电阻器228与固定电容器230的第一端子串联耦合。固定电容器230的第二端子耦合到可变电容器225的第二端子以及边缘环电极111或基板电极109。可变电容器225还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电容器225以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电容器225，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图10是示出用于驱动基板支撑组件104的电极109、111的边缘环控制电路/基板电压控制电路1000的另一个实施例的示意性电路图。第一成形DC脉冲电压源159或第二成形DC脉冲电压源161耦合在接地与正向偏压二极管194之间。可变电容器231的第一端子耦合到正向偏压二极管194。可变电容器231的第一端子进一步耦合至与固定电感器234的一个端子串联的第一固定电阻器232。固定电感器234耦合到电流返回路径163。固定电感器234的第二端子进一步耦合至第二固定电阻器236的第一端子。第二固定电阻器236的第二端子耦合到固定电容器238的第一端子。固定电容器238的第二端子耦合到可变电容器231的第二端子以及边缘环电极111或基板电极109。可变电容器231还耦合到杂散电容198。
如上所述，可以在边缘环电极111和基板电极109处测量电压。使用所测量的电压，控制器108确定边缘环电极111与基板电极109的电压比。基于测量结果，可以调整边缘环电压控制电路155或基板电压控制电路158中的任一个或两个中的可变电容器231以操纵施加到边缘环电极111的电压，这影响在边缘环106处和/或基板105处的基板电极109处产生的电压。因此，在边缘环106和基板105上方的等离子体壳层176的高度可以被成形。通过改变可变电容器231，边缘环或基板电压波形振幅可以在几乎零到完全的成形DC脉冲输入电压之间变化。
图11是示出上述支撑件电路155、158的操作过程1100的流程图。可以使用本公开内容中提供的图4至图10的电路配置来实现操作过程1100。操作过程1100还提供了操作处理腔室100的方法。
在操作1105处，控制器108通过基板电压控制电路158将基板电压施加到基板电极109。在操作1110处，控制器108通过边缘环电压控制电路155将边缘环电压施加到边缘环电极111。在操作1115处，控制器108测量边缘环电极111和基板电极109处的电压。基于测量的结果，控制器108确定边缘环106和基板105的电压之间的振幅比。在操作1120处，控制器108更新边缘环电压控制电路155和/或基板电压控制电路158中的可变电容器值或可变电感器值以及(多个)成形DC脉冲电压源159、161的(多个)输出电压的值的预测。在操作1125处，控制器108调谐边缘环电压控制电路155、基板电压控制电路158以及(多个)成形DC脉冲电压源159、161的(多个)输出电压，以便通过反馈控制回路1115、1120和1125实现具有指定的振幅差(比率)的目标边缘环电压和基板电压。
图12A和图12B描绘了在给定成形DC脉冲电压输入的情况下通过改变图4-10的可变电容器和/或电感器来产生的经调制的边缘环或晶片电压波形的示例模拟结果。对于固定的输入电压振幅，可变电容器和电感器可以在几乎为零到完全的输入电压之间调谐调谐电路的输出电压振幅，同时保持输出电压的形状，以在整个脉冲导通时间内保持基板电压与边缘环电压之间恒定的电压差。
本公开内容的益处包括在基板边缘处调整等离子体壳层以代替更换腔室部件的能力，从而在减少停机时间并减少耗材支出的同时提高器件良率。另外，本文描述的各方面允许在不影响基板中心处的等离子体参数的情况下在基板边缘处调整等离子体壳层，从而提供用于极端边缘处理轮廓控制和特征倾斜校正的调谐旋钮。

Claims (14)

1.一种基板支撑件，包括：
主体，所述主体包括：
基板支撑部分，所述基板支撑部分具有嵌入在所述基板支撑部分中的基板电极，所述基板电极用于施加基板电压至基板；
边缘环部分，所述边缘环部分设置为与所述基板支撑部分相邻，所述边缘环部分具有嵌入在所述边缘环部分中的边缘环电极，所述边缘环电极用于施加边缘环电压至设置在所述边缘环部分上的边缘环；以及
低k介电圆柱层，所述低k介电圆柱层将所述边缘环部分与所述基板支撑部分横向地分离；
边缘环电压控制电路，所述边缘环电压控制电路耦合在设置于所述主体中的所述边缘环电极与第一成形脉冲DC电源之间；以及
基板电压控制电路，所述基板电压控制电路耦合在所述基板电极与第二成形脉冲DC电源之间，其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路各自具有可变无源部件并且其中所述边缘环电压控制电路被配置为将脉冲电压从所述第一成形脉冲DC电源通过所述可变无源部件传输到所述边缘环电极，并且其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路独立地可调谐，以在所述边缘环与所述基板之间供应直流电压差，并且其中所述可变无源部件是可变电容器或可变电感器。
2.如权利要求1所述的基板支撑件，其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路是相同的电路。
3.如权利要求1所述的基板支撑件，其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路彼此不同。
4.如权利要求1所述的基板支撑件，进一步包括绝缘体，所述绝缘体设置在所述边缘环部分与所述基板支撑部分之间。
5.一种处理腔室，包括：
腔室主体；
盖，所述盖设置在所述腔室主体上；
电感耦合等离子体设备，所述电感耦合等离子体设备设置在所述盖上方；以及
基板支撑组件，所述基板支撑组件定位在所述腔室主体内，所述基板支撑组件具有主体，所述主体包括：
基板支撑部分，所述基板支撑部分具有嵌入在所述基板支撑部分中的基板电极，所述基板电极用于施加基板电压至基板；
边缘环部分，所述边缘环部分设置为与所述基板支撑部分相邻，所述边缘环部分具有嵌入在所述边缘环部分中的边缘环电极，所述边缘环电极用于施加边缘环电压至设置在所述边缘环部分上的边缘环；以及
低k介电圆柱层，所述低k介电圆柱层将所述边缘环部分与所述基板支撑部分横向地分离；
边缘环电压控制电路，所述边缘环电压控制电路耦合在设置于所述主体中的所述边缘环电极与第一成形脉冲DC电源之间；以及
基板电压控制电路，所述基板电压控制电路耦合在所述基板电极与第二成形脉冲DC电源之间，其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路各自具有可变无源部件并且其中所述边缘环电压控制电路被配置为将脉冲电压从所述第一成形脉冲DC电源通过所述可变无源部件传输到所述边缘环电极，并且其中所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路独立地可调谐，以在所述边缘环与所述基板之间供应直流电压差，并且其中所述可变无源部件是可变电容器或可变电感器。
6.如权利要求5所述的处理腔室，进一步包括：
第一成形DC脉冲电压源，所述第一成形DC脉冲电压源并联耦合到所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路两者。
7.如权利要求5所述的处理腔室，进一步包括：
第一成形DC脉冲电压源，所述第一成形DC脉冲电压源耦合到所述边缘环电压控制电路；以及
第二成形DC脉冲电压源，所述第二成形DC脉冲电压源耦合到所述基板电压控制电路。
8.如权利要求5所述的处理腔室，其中所述可变无源部件包括可变电容器，所述可变电容器耦合在至少一个成形DC脉冲电压源与所述边缘环电极和所述基板电极中的至少一者之间。
9.如权利要求5所述的处理腔室，其中所述可变无源部件包括可变电感器，所述可变电感器耦合在至少一个成形DC脉冲电压源与所述边缘环电极和所述基板电极中的至少一者之间。
10.如权利要求5所述的处理腔室，其中所述可变无源部件包括与电容器串联的可变电感器，所述与电容器串联的可变电感器耦合在至少一个成形DC脉冲电压源与所述边缘环电极和所述基板电极中的至少一者之间。
11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述电容器是可变电容器。
12.如权利要求5所述的处理腔室，其中所述可变无源部件包括可变电容器，所述可变电容器与串联的固定电容器与第一电阻器并联耦合，其中所述可变电容器与所述第一电阻器之间的第一共同端子耦合至至少一个成形DC脉冲电压源，并且其中所述可变电容器与所述固定电容器之间的第二共同端子耦合至所述边缘环电极与所述基板电极中的至少一者。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述可变无源部件进一步包括第二电阻器，所述第二电阻器串联耦合在所述第一电阻器与所述固定电容器之间。
14.一种操作处理腔室的方法，其中所述处理腔室包括腔室主体和定位在所述腔室主体内的基板支撑件，所述基板支撑件具有主体，所述主体具有基板支撑部分和边缘环部分，所述基板支撑部分具有嵌入在所述基板支撑部分中的基板电极，所述边缘环部分设置为与所述基板支撑部分相邻，所述边缘环部分具有嵌入在所述边缘环部分中的边缘环电极，所述方法包括：
通过基板电压控制电路用成形脉冲DC电源将基板电压施加到所述基板电极；
通过边缘环电压控制电路用成形脉冲DC电源将边缘环电压施加到所述边缘环电极，所述边缘环电压与所述基板电压不同；
更新对于所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路中的可变无源部件的预测值；以及
独立地调谐施加到具有所述可变无源部件的所述边缘环电压控制电路和所述基板电压控制电路的所述成形脉冲DC电源的输出电压以在所述边缘环电压与所述基板电压之间产生电压差，并且其中所述可变无源部件是可变电容器或可变电感器。
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