TW201721801A - 陶瓷加熱器和具有增強的晶片邊緣效能的esc - Google Patents

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Abstract

本案的實施方式提供一種用於支撐基板的改進的靜電卡盤。該靜電卡盤包括：卡盤主體，該卡盤主體耦合到支撐桿，該卡盤主體具有基板支撐表面；多個突片，該多個突片遠離該卡盤主體的該基板支撐表面突出，其中該突片繞該卡盤主體圓周設置；電極，該電極嵌入在該卡盤主體內，該電極從該卡盤主體的中心徑向地延伸到超出該多個突片的區域；及RF電源，該RF電源透過第一電連接耦合到該電極。

Description

陶瓷加熱器和具有增強的晶片邊緣效能的ESC
本案的實施方式大體涉及一種用於處理半導體基板的設備。更具體地，本案的實施方式涉及一種用於電漿腔室中的靜電卡盤。
電漿增強製程、諸如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)製程、電漿浸沒離子注入製程(P3I)和電漿蝕刻製程已在半導體處理中變得必不可少。電漿在半導體裝置的製造中提供許多優點。例如，由於降低的處理溫度，使用電漿使得廣範圍的應用成為可能，電漿增強沉積對於高深寬比縫隙和高沉積速率具有出色的縫隙填充。
在電漿處理期間發生的一個問題是由於用於製造靜電卡盤和基板的部件的材料的不同電性質和熱性質而在基板的邊緣附近造成的製程不均勻性。另外，由於RF駐波效應，在基板上方的電磁場不均勻，從而導致形成具有電漿鞘（sheath）電漿鞘在基板的邊緣附近朝基板彎曲）的電漿。與基板中心處相比，電漿鞘的這種彎曲導致在基板的邊緣附近轟擊基板的離子軌跡的差異，由此導致對基板的非均勻的處理，並且因此影響總臨界尺寸均勻性。
因此，需要一種提供增強的基板邊緣電磁場和均勻電漿效能的改進的靜電卡盤。
本案的實施方式提供一種用於支撐基板的改進的靜電卡盤。在一個實施方式中，該靜電卡盤包括：卡盤主體，該卡盤主體耦合到支撐桿，該卡盤主體具有基板支撐表面；多個突片，該多個突片遠離該卡盤主體的該基板支撐表面突出，其中該突片繞該卡盤主體的圓周設置；電極，該電極嵌入在該卡盤主體內，該電極從該卡盤主體的中心徑向延伸到超出該多個突片的區域；及RF電源，該RF電源透過第一電連接耦合到該電極。
在另一實施方式中，該靜電卡盤包括：主體，該主體耦合到支撐桿，該主體具有基板支撐表面；環形肩部，該環形肩部遠離該基板支撐表面突出，該環形肩部設置在該主體的周邊；內部電極，該內部電極嵌入在該主體內；內部電極，該內部電極從該主體的中心徑向延伸到該環形肩部附近的區域；外部電極，該外部電極嵌入在該主體內，該外部電極徑向地設置在該內部電極的外部，該外部電極在該環形肩部下方徑向地延伸，其中該外部電極相對地設置在該內部電極下方；導電連接件，該導電連接件將該內部電極與該外部電極連接；及RF電源，該RF電源透過第一電連接耦合到該內部電極。
在又一實施方式中，該靜電卡盤包括：卡盤主體，該卡盤主體耦合到支撐桿，該卡盤主體具有基板支撐表面；環形肩部，該環形肩部遠離該基板支撐表面突出，該環形肩部設置在該卡盤主體的周邊；內部電極，該內部電極嵌入在該卡盤主體內，該內部電極從該卡盤主體的中心徑向延伸到該環形肩部附近的區域；外部電極，該外部電極嵌入在該卡盤主體內，該外部電極徑向地設置在該內部電極的外部，該外部電極在該環形肩部下方徑向地延伸；及第一電源，該第一電源透過第一可變電容器耦合到該外部電極，該第一電源經由第一電連接來向該外部電極提供RF偏壓。
示例性腔室硬體：圖1示出可用於實踐本案的各種實施方式的示例性PECVD系統100的截面圖。應當注意，儘管在本案中描述PECVD系統，但本案的設備亦可應用於使用靜電卡盤或基板支撐件的任何合適的電漿製程。PECVD系統100大體包括支撐腔室蓋104的腔室主體102。腔室蓋104可透過鉸鏈(未圖示)附接到腔室主體102。腔室主體102包括側壁112和底壁116，側壁112和底壁116限定處理區域120。腔室蓋104可以包括穿過它設置的一或多個氣體分佈系統108，用以將反應氣體和清潔氣體遞送到處理區域120中。形成在側壁112中並且耦合到泵送系統164的周向泵送通道125被配置成將氣體從處理區域120排空並且控制處理區域120內的壓力。兩個通道122和124形成在底壁116中。靜電卡盤的桿126穿過通道122。配置用於啟動基板升降銷161的棒130穿過通道124。
由陶瓷等製成的腔室襯裡127設置在處理區域120中以保護側壁112免受腐蝕性的處理環境損害。腔室襯裡127可由形成在側壁112中的突出物129支撐。多個排氣埠131可形成於腔室襯裡127上。多個排氣埠131被配置以將處理區域120連接到泵送通道125。
氣體分佈系統108被配置成遞送反應氣體和清潔氣體並且設置成穿過腔室蓋104以將氣體遞送到處理區域120中。氣體分佈系統108包括氣體入口通道140，其將氣體遞送到噴淋頭組件142中。噴淋頭組件142包括環形底板148，該環形底板148具有設置在面板146中間的擋板144。
冷卻通道147形成在氣體分佈系統108的底板148中，以在操作期間冷卻底板148。冷卻入口145將冷卻劑流體(諸如水等)遞送到冷卻通道147中。冷卻劑流體透過冷卻劑出口149離開冷卻通道147。
腔室蓋104具有匹配通道以將氣體從一或多個氣體入口168、163、169透過遠端電漿源162遞送到定位在腔室蓋104的頂部上的氣體入口歧管167。PECVD系統100可以包括一或多個液體遞送源150以及配置成提供載氣及/或前驅氣體的一或多個氣源172。
靜電卡盤128配置成支撐並固持待處理的基板。靜電卡盤128可以包括至少一個電極123，電壓被施加至該至少一個電極123以將基板靜電地固定在該靜電卡盤128上。電極123由經由低通濾波器177連接到電極123的直流(DC)電源176供電。靜電卡盤128可為單極、雙極、三級、DC、交叉、帶狀等。
在一個實施方式中，靜電卡盤128可移動地設置在由耦合到桿126的驅動系統103驅動的處理區域120中。靜電卡盤128可以包括加熱元件（例如電阻元件），以便將定位在該靜電卡盤128上的基板加熱到期望的處理溫度。或者，靜電卡盤128可由外部加熱元件(諸如燈組件)加熱。驅動系統103可包括線性致動器、或電機和減速齒輪元件，以降低或升高處理區域120內的靜電卡盤128。
RF源165可透過阻抗匹配電路173耦合到噴淋頭元件142和電極123。噴淋頭組件142的面板146和可經由高通濾波器(諸如電容器178)接地的電極123形成電容性電漿產生器。RF源165向噴淋頭元件142提供RF能量以促進在噴淋頭元件142的面板146與靜電卡盤128之間的電容性電漿的產生。電極123提供用於RF源165和來自DC源176的電偏置兩者的接地路徑以允許對基板的靜電卡緊。
RF源165可以包括高頻無線電頻率(HFRF)電源(例如13.56 MHz RF產生器)和低頻無線電頻率(LFRF)電源(例如300 kHz RF產生器)。LFRF電源提供低頻產生元件和固定匹配元件兩者。HFRF電源被設計成與固定匹配一起使用並調節遞送到負載的功率，從而消除關於正向和反射的功率的顧慮。
在某些實施方式中，可在電漿製程期間監測固定在靜電卡盤128上的基板的性質。在某些實施方式中，可在電漿製程期間監測固定在靜電卡盤128上的基板的平坦度。在一個實施方式中，可透過量測其上固定有基板的靜電卡盤128的特性來監測固定在靜電卡盤128上的基板的平坦度。靜電卡盤128的特性可透過與面板146連接的感測器174來量測。感測器174可為連接在面板146與阻抗匹配電路173之間的VI探針。在一些實施方式中，感測器174可配置成量測面板146與電極123之間的電容，因為面板146與電極123之間的電容受到定位在面板146與電極123之間的基板121的平坦度影響。
靜電卡盤(諸如靜電卡盤128)在設置在其上的基板變得較不平坦時可具有增加的電容電抗。當基板並不平坦(例如因電漿的熱量而變形)時，在基板與靜電卡盤128之間存在不均勻的空氣縫隙分佈。因此，靜電卡盤中的基板的平坦度的變化導致電漿反應器的電容變化，這可透過靜電卡盤的假想阻抗的變化來度量。在這種情況下，感測器174可配置成透過量測由面板146和電極123形成的電容器的電壓和電流來量測靜電卡盤128的阻抗，由此監測固定在靜電卡盤128上的基板的平坦度。
如圖1所示，感測器174可連接到系統控制器175。系統控制器175可配置成計算和調整正在PECVD系統100中處理的基板121的平坦度。在一個實施方式中，系統控制器175可透過監測靜電卡盤128的特性(諸如假想阻抗)來計算基板121的平坦度或夾持狀態。當假想阻抗的量測指示基板121的平坦度減小時，系統控制器175可透過調節DC源176來增加夾持功率。在一個實施方式中，基板121的減小的平坦度可由靜電卡盤128的負增長的假想阻抗來指示。示例性靜電卡盤
圖2A是根據本案的一個實施方式的靜電卡盤208的示意性截面圖。靜電卡盤208可以用於替換圖1的靜電卡盤128。靜電卡盤208包括耦合到支撐桿226的卡盤主體228。卡盤主體228具有頂表面202，該頂表面202被配置成在處理期間提供支撐並夾緊基板121。靜電卡盤208的卡盤主體228具有繞頂表面202的周邊設置的環形肩部236。環形肩部236設置在靜電卡盤208的周邊。環形肩部236遠離頂表面202突出，並且被配置成將基板121的運動橫向約束在預定位置中。環形肩部236的高度可相對低於或大於基板121的厚度。
卡盤主體228包括耦合到導電構件286的單個電極223。電極223可以是基本上平行於基板121的導電網孔。可以按任何配置或圖案佈置電極223，使得電極跨頂表面202均勻地分佈。例如，可以按格狀、圖元狀或點狀配置佈置電極223。導電構件286可為棒、管、線等，並由導電材料諸如鉬(Mo)、鎢(W)或具有基本上與構成主體228的其他材料類似的膨脹係數的其他材料製成。電極223可由導電材料(例如金屬，諸如銅、鎳、鉻、鋁和它們的合金)製成。
在如圖所示一個實施方式中，靜電卡盤208使用單片電極223在電極223與基板121之間維持基本上均勻的電壓。具體來說，電極223從靜電卡盤208的中心延伸到超出基板121的邊緣的區域。電極223可以徑向地延伸並超出基板121的邊緣任何適合於提供更均勻的電磁場的距離。在一個實例中，電極223從靜電卡盤208的中心徑向地延伸到環形肩部236。在另一實例中，電極223從靜電卡盤208的中心徑向地延伸到環形肩部236下方的區域。透過使電極223延伸超出基板121的邊緣，可在基板121上方產生更均勻的電磁場237，這繼而使電漿延伸超出基板的邊緣。因此，減少或消除電漿鞘在基板邊緣附近朝向基板的彎曲(如在背景技術中所論述)。
電極223可耦合到一或多個電源。例如，電極223可耦合到卡盤電源278（諸如DC或AC電源）(經由電連接281)，以有助於將基板121固定在靜電卡盤208上。在一些實施方式中，電極223可透過匹配網路277耦合到RF電源276。RF功率可向基板121提供處理功率（例如偏置功率），以有助於朝向基板121引導電漿物質。RF電源276可以在高達約60 MHz、或在一些實施方式中約400 kHz、或在一些實施方式中約2 MHz、或在一些實施方式中約13.56 MHz的頻率下提供高達約12000 W的功率。電極223亦可用作RF接地，其中RF功率透過電連接282耦合接地。
卡盤主體228包括介電質材料或由介電質材料構成，介電質材料能夠在約-20℃到約850℃的溫度範圍（諸如約350℃到約700℃、例如約650℃）內，將足夠的夾持力提供到基板。介電質材料可以具有相對低的RF電場吸收，這允許從電極223發出的RF電場電容性地耦合透過介電質。合適的材料可以包括但不限於氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、碳化矽、碳化硼、氮化硼、氧化釔等。
在一些實施方式中，卡盤主體228可以包括一或多個嵌入式加熱器288以向卡盤主體228提供熱量。來自加熱器288的熱量隨後轉移到基板121以增強製造製程，諸如沉積製程。加熱器288可或可不平行於電極223來定位。儘管加熱器288示為位於電極223下方的位置處，但是電極亦可沿著與加熱器288相同的平面或在加熱器288上方設置。加熱器288可為單個連續金屬線或呈離散的金屬線的形式。加熱器288可以是適用於向靜電卡盤提供感應加熱或電阻加熱的任何加熱裝置。
加熱器288透過支撐桿226耦合到電源283以向加熱器288供電。電源283可以包括直流(DC)電源、交流(AC)電源或兩者的組合。在一個實施方式中，電源283是交流(AC)電源以向加熱器288提供AC信號。加熱器288可由電阻金屬、電阻金屬合金或兩者的組合構成。用於加熱元件的適合的材料可以包括具有高熱電阻的那些材料，諸如鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)等等。亦可利用熱性質(例如熱膨脹係數)基本上類似於構成卡盤主體228的材料的熱性質的材料製造加熱器288，以便減小因不匹配的熱膨脹而引起的應力。
圖2B示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤240的示意性截面圖。靜電卡盤240基本上與靜電卡盤208相同，不同之處在於雙電極設計被適配。為了清楚起見，將僅論述電極的佈置。在這個實施方式中，靜電卡盤240包括兩個分離電極，即，內部電極242和環繞內部電極242的外部電極244。內部電極242與外部電極244可以是同心的。在一個實施方式中，內部電極242與外部電極244不共面，並且可以經由電連接246彼此電連接。在如圖所示一個態樣中，外部電極244相對於內部電極242相對佈置在上方。內部電極242可設置成使得在內部電極242與頂表面202之間的距離與在外部電極244與環形肩部236的頂表面之間的距離相同或不同(更大或更小)。
內部電極242可由與外部電極244相同、或在一些實施方式中不同的材料製造。用於內部電極242和外部電極244的適合的材料可以是上文關於電極223論述的那些材料。內部電極242和外部電極244可由電源276、278以上文關於圖2A論述的方式供電。或者，內部電極242和外部電極244可由相應的電源供電，該電源可以是RF電源、DC電源或兩者的組合。
內部電極242可以從靜電卡盤240的中心徑向延伸到超出基板121的邊緣的區域。在一個實施方式中，內部電極242延伸超出基板121的邊緣到達環形肩部236，由此在基板121上方提供均勻的電磁場。外部電極244可以徑向延伸到環形肩部236下方的區域，由此在環形肩部236上方提供均勻的電磁場。內部電極242與外部電極244的組合在基板121和環形肩部236上方提供均勻的電磁場239，從而使得電漿延伸超出基板的邊緣。因此，減少或消除電漿鞘在基板邊緣附近朝向基板的彎曲(如在背景技術中所論述)。
圖2C示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤250的示意性截面圖。靜電卡盤250基本上與靜電卡盤240相同，不同之處在於外部電極相對於內部電極佈置在下方。在這個實施方式中，靜電卡盤250包括兩個分離的電極，即，內部電極252和環繞內部電極252的外部電極254。內部電極252與外部電極254可以是同心的。在一個實施方式中，內部電極252與外部電極254不共面並且可以經由導電連接件256彼此電連接。外部電極254可設置成使得它相對高於內部電極252，或相對低於內部電極252，如圖所示(即，在外部電極254與卡盤主體228的頂表面202之間的距離大於在內部電極252與卡盤主體228的頂表面202之間的距離)。將外部電極254設置在低於內部電極252的高度的高度可能導致在基板的邊緣附近的電磁場的彎曲並且因此補償RF駐波效應。因此，提供在基板121和環形肩部236上方的均勻的電磁場241。
類似地，內部電極252可由與外部電極254相同、或在一些實施方式中不同的材料製造。用於內部和外部電極252、254的適合的材料可以是上文關於電極223論述的材料。內部電極252和外部電極254可由電源276、278以上文關於圖2A論述的方式供電。或者，內部電極242和外部電極244可由相應的電源供電，該電源可為RF電源、DC電源或它們的組合。
在一些實施方式中，卡盤主體228可以包括一或多個嵌入式加熱器288以向卡盤主體228提供熱量。加熱器288可如圖所示定位在內部電極252下方的位置處，或加熱器288可以沿著與內部電極252相同的平面或在內部電極252上方設置。加熱器288可以是單個連續金屬線或呈離散的金屬線的形式。加熱器288可以是適用於向靜電卡盤提供感應加熱或電阻加熱的任何加熱裝置。
圖3A到圖3C示出根據本案的實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。在圖3A到圖3C中示出的實施方式基本上與在圖2A到圖2C中示出的實施方式相同，不同之處在於環形肩部236被多個突片或突起替換，該突片或突起充當在製程期間將基板121的運動約束在預定位置中的機構。在圖3A的實施方式中，多個突片310 (僅圖示兩個突片)可以繞靜電卡盤308的圓周等距離地隔開。在一個實例中，使用三個突片。在另一實例中，使用四個突片。構想到，亦構想更多或更少的突片。突片310遠離頂表面202突出並且可以具有約2 mm到約5 mm的高度。儘管示出並論述了突片，但是具有合適形狀（諸如矩形、菱形、方形、半球形、六角形或三角形）的任何突起或不同形狀的突起的混合亦可用於約束基板121的運動。
類似於圖2A的實施方式，電極223從靜電卡盤308的中心延伸到超出基板121的邊緣的區域。電極223可以徑向地延伸超出基板121的邊緣任何適合於提供更均勻的電磁場的距離。在一個實例中，電極223從靜電卡盤308的中心徑向地延伸到超出突片310的區域。透過使電極223延伸超出基板121的邊緣，可在基板121上方產生更均勻的電磁場，這繼而使電漿延伸超出基板邊緣。突片310和電極223的佈置允許與靜電卡盤308的上表面接觸的非常平坦且均勻的電漿邊界312。因此，實現對基板的均勻處理。
圖3B類似於圖3A，不同之處在於諸如圖2B中所示的雙電極設計被適配。類似於圖2B的實施方式，靜電卡盤318包括兩個分離的電極，即，內部電極242和環繞內部電極242的外部電極244。內部電極242與外部電極244可以是同心的。在一個實施方式中，內部電極242與外部電極244不共面並且可以經由電連接件246彼此電連接。在內部電極242與頂表面202之間的距離可以大於在外部電極244與頂表面202之間的距離，如圖所示，或小於在外部電極244與頂表面202之間的距離。這些距離可變化以調節基板上方的電磁場。非共面的電極設計亦用作調節在基板的邊緣附近的電磁場的額外方式。
內部電極242可由與外部電極244相同、或在一些實施方式中不同的材料製造。用於內部電極242和外部電極244的適合的材料可以是上文關於電極223論述的材料。內部電極242和外部電極244可由電源276、278以上文關於圖2A論述的方式供電。或者，內部電極242和外部電極244可由相應電源的供電，該電源可為RF電源、DC電源或它們的組合。
內部電極242可以從靜電卡盤318的中心徑向地延伸到超出基板121的邊緣的區域。在一個實施方式中，內部電極242延伸超出基板121的邊緣到達突片310，從而在基板121上方提供均勻的電磁場。外部電極244可以從基板121的邊緣徑向地延伸到靜電卡盤318的周邊的邊緣，從而在突片310上方提供均勻的電磁場。突片310與內部和外部電極242、244的組合使電漿延伸超出基板的邊緣，從而提供與靜電卡盤318的上表面接觸的非常平坦且均勻的電漿邊界320。因此，實現對基板的均勻處理。
圖3C類似於圖3A，不同之處在於外部電極相對地佈置在內部電極下方。類似於圖2C的實施方式，靜電卡盤328包括兩個分離的電極，即，內部電極252和環繞內部電極252的外部電極254。內部電極252與外部電極254可以是同心的。在一個實施方式中，內部電極252與外部電極254不共面並且可以經由導電連接件256彼此電連接。非共面的電極設計用作調節在基板的邊緣附近的電磁場的額外方式。外部電極254可設置成使它相對低於內部電極252，如圖所示，或相對高於內部電極252。將外部電極254設置在低於內部電極252的高度的高度可以導致與靜電卡盤318的上表面接觸的非常平坦且均勻的電漿邊界330。因此，實現對基板的均勻處理。
內部電極252可由與外部電極254相同、或在一些實施方式中不同的材料製造。用於內部電極252和外部電極254的適合的材料可以是上文關於電極223論述的材料。內部電極252和外部電極254可由電源276、278以上文關於圖2A論述的方式供電。或者，內部電極252和外部電極254可由相應的電源供電，該電源可為RF電源、DC電源或其組合。
在一些實施方式中，替代使用突片310，靜電卡盤308、318、328可使用突環來支撐基板121。或者，基板121可以放置在具有任何合適形狀的隆起或突起上，諸如矩形、菱形、方形、半球形、六角形、三角形突起或不同形狀的突起的混合。
圖4A示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤420的示意性截面圖。圖4A中示出的實施方式基本上與圖3A相同，不同之處在於邊緣環徑向地設置在突片301的外部。在這個實施方式中，邊緣環412設置在靜電卡盤420的頂表面202的頂上。突片301由邊緣環412環繞。
圖4B示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤460的一部分的放大截面圖。靜電卡盤460可與圖3A至圖3C相同，不同之處在於添加梯形或楔形邊緣環。在如圖所示實施方式中，突片462可具有梯形以防止基板121滑出基板支撐表面461。邊緣環464亦可具有梯形，以便控制局部電漿密度。已觀察到，邊緣環464的將它的氣體界定到基板邊緣的高度「H」和內徑「R」可以用於調整局部電漿，尤其在基板邊緣區域中。高度「H」可以在約0.03英寸與約0.10英寸之間變化，例如是約0.05英寸，這取決於製程應用。在一些配置中，邊緣環464的斜坡466可相對於基板支撐表面461具有約10°到90°的角「α」。
下表1示出邊緣環464的角度「α」和內徑「R」的一些實例。
表1
在一些實施方式中，在邊緣環464的內徑「R」與突片462的外徑之間的距離「D1」為約0.060英寸到約0.500英寸。在突片462的外徑與突片462的內徑之間的距離「D2」為約0.07英寸到約0.09英寸。在突片462的內徑與基板121的邊緣之間的距離「D3」可為約0.040英寸到約0.050英寸。
在一些實施方式中，邊緣環412、464可由具有與靜電卡盤420、460的材料相同的介電常數的材料製成。在一些實施方式中，邊緣環412、464可由具有與靜電卡盤420、460的材料不同的介電常數的材料製成。在這種情況下，邊緣環412、464可以由具有類似於基板121的介電常數的介電常數的材料製成，從而允許在基板上方產生更均勻的電磁場(並且因此產生更均勻的電漿421)。邊緣環412、464可以具有類似於突片301和基板121的熱導率的熱導率，從而在基板121的邊緣附近提供更均勻的溫度梯度，由此進一步地降低製程非均勻性。
在圖4A或4B中示出的任一配置中，邊緣環412、464的材料可用於模組化局部EM場以便補償電漿非均勻性。邊緣環412、464的材料可以具有與基板121不同的介電常數。用於邊緣環412、464的適合的材料可以包括但不限於：石英、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氮化矽(SiN)、含有釔的材料、氧化釔(Y2 O3 )、釔鋁石榴石(YAG)、氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、碳化矽(SiC)、ASMY (氧化鋁矽鎂釔)、由Y4 Al2 O9 (YAM)的化合物和Y2 -xZrxO3 的固體溶液(Y2 O3 -ZrO2固體溶液)構成的高效能材料(HPM)、氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2 )、碳化鈦(TiC)、碳化硼(Bx Cy )、氮化硼(BN)，以及可滿足本文中論述的相同要求的其他類似或不同的性質。
在一些實施方式中，電極223可為兩個分離的電極，即，內部電極和環繞內部電極的外部電極，它們以如圖2C的實施方式中所示的方式佈置。內部電極與外部電極可以是同心的。內部電極與外部電極可不共面並且可經由電連接件彼此電連接以調節在基板邊緣附近的電磁場。外部電極可設置成使得它相對位於內部電極的下方或上方。
圖5A和圖5B示出根據本案的實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。圖5A和5B中示出的實施方式基本上與圖2A到2C中示出的實施方式相同，不同之處在於具有單獨可調節能力的雙電極被適配。在圖5A中示出的實施方式中，靜電卡盤540包括兩個分離的電極，即，內部電極542和環繞內部電極542的外部電極544。內部電極542和外部電極544可以是同心的。在一個實施方式中，內部電極542與外部電極544共面。在一個實施方式中，內部電極542與外部電極544不共面。例如，內部電極542可以相對設置在外部電極544下方，反之亦然。或者，內部電極542可設置成使得在內部電極542與頂表面202之間的距離與在外部電極544與環形肩部236的頂表面之間的距離相同或不同(更大或更小)。
內部電極542可由與外部電極544相同、或在一些實施方式中不同的材料製造。用於內部電極542和外部電極544的適合的材料可以是上文關於電極223所論述的材料。例如，內部電極542可由銅、鎳或它們的合金製成，而外部電極544可由鋁和它的合金製成。
內部電極542可以從靜電卡盤540的中心徑向地延伸到靠近基板121邊緣的區域。或者，內部電極542可以從靜電卡盤540的中心徑向地延伸到超出基板121邊緣的區域。外部電極544可以從靠近基板121的邊緣的區域向外延伸到環形肩部236，並且可徑向地延伸到在環形肩部236下方的區域。因此，內部電極542和外部電極544形成兩個分離的電極區，這兩個分離的電極區是同心的並且彼此絕緣。可使用更大或更小數目的電極，這取決於應用。若需要，內部電極542與外部電極544可以不是同心的，只要它們相對於彼此定位成在基板上方建立電磁場的期望的空間分佈。
內部電極542可被供應DC夾持電壓，以將基板121靜電地固持在靜電卡盤540上。內部電極542亦可配置用於運載RF偏壓與DC夾持電壓兩者，這兩者都可由電源576透過電連接578施加。電源576可以包括用於向內部電極542提供電漿產生RF電壓的AC電壓源，並且可選地包括用於向內部電極542提供夾持電壓的DC電壓源。AC電壓源提供RF產生電壓，該電壓在典型從約50到約3000瓦特的功率位準下，具有例如400 KHz到60 MHz的一或多個頻率。約200到約2000伏特的DC電壓可施加至內部電極542，以提供將基板121固持到靜電卡盤540的靜電電荷。電源576亦可包括系統控制器，該系統控制器用於透過將DC電流和RF電流或兩者引導到內部電極542來控制內部電極542的操作以便夾持和鬆開基板121並且維持或激勵基板121上方的電漿。
在電源576提供RF偏壓的一些實施方式中，可變電容器577可選地設置在內部電極542與電源576之間。可變電容器577可由控制器579單獨地控制或調諧，該控制器579用來單獨地調節可變電容器577以實現在腔室內產生的電漿的期望的空間分佈。對電漿的空間分佈的控制是透過控制由可變電容器577耦合到內部電極542的RF偏壓來實現。例如，可變電容器577可由控制器579調諧，以便減小施加到內部電極542的RF偏壓，這繼而將會減小電磁場，並且因此減小基板121的中心附近的電漿密度。
外部電極544經由電連接582來耦合到RF電源580。RF電源580由匹配網路584調整並透過可變電容器586電容性地耦合到外部電極544。匹配網路584用來使從處理腔室返回的RF反射最小化，否則，該RF反射將降低所產生的電漿的效率。這種功率反射一般是由RF電源580的阻抗與由靜電卡盤540和腔室(例如，圖1的腔室主體102)內產生的電漿的組合形成的負載的不匹配引起的。
可變電容器586可由控制器588單獨地控制或調諧，該控制器588用來單獨地調節可變電容器586，以便實現在腔室內產生的電漿的期望的空間分佈。對電漿的空間分佈的控制是透過控制由可變電容器586耦合到外部電極542的RF偏壓來實現。例如，若已知電漿密度傾向於在基板121邊緣附近降低，則可變電容器586就由控制器588調節，以便稍微增加施加到外部電極544的RF偏壓。因此，提供在基板121和環形肩部236上方的均勻的電磁場541。
儘管圖5A示出內部電極542和外部電極544連接到相應的可變電容器，但是在一些實施方式中，在內部電極542和外部電極544中僅有一個連接到可變電容器。圖5B示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤560的示意性截面圖。圖5B的實施方式類似於圖5A，不同之處在於內部電極542和外部電極544由同一電源供電。在這個實施方式中，內部電極542和外部電極544被耦合到公共電源550，該公共電源可以包括兩個或兩個以上電源，諸如DC電源和RF電源。在一個實施方式中，外部電極544經由可變電容器552耦合到電源550，同時內部電極542經由電容器554耦合到電源550。可變電容器552可由控制器556單獨地控制或調諧，該控制器556用於單獨地調節可變電容器552以實現在基板121邊緣附近的電漿的期望的空間分佈。透過調節電容器554的位置，可調節電容器552、554的各個末端的比率。圖5B的實施方式允許在基板121和環形肩部236上方建立均勻的電磁場561。
本案的實施方式提供一種改進的靜電卡盤，這種靜電卡盤使用能夠在電漿處理製程期間在設置在靜電卡盤頂上的基板上方產生增強的基板邊緣電磁場和均勻的局部電漿效能的伸長的單電極或雙電極(共面或不共面)。具有雙電極的靜電卡盤允許單獨可調節能力以在基板上方提供均勻的電磁場，減少或消除在基板上方形成的電漿的電漿鞘的彎曲，這繼而使在基板的邊緣附近與在基板中心處轟擊基板的離子軌跡的差異最小化。因此，實現對基板的均勻處理。
儘管上述內容針對本案的實施方式，但亦可在不脫離本案的基本範圍的情況下設計本案的其他和進一步的實施方式。
100‧‧‧PECVD系統
102‧‧‧腔室主體
103‧‧‧驅動系統
104‧‧‧腔室蓋
108‧‧‧氣體分佈系統
112‧‧‧側壁
116‧‧‧底壁
120‧‧‧處理區域
121‧‧‧基板
122‧‧‧通道
123‧‧‧電極
124‧‧‧通道
125‧‧‧泵送通道
126‧‧‧桿
127‧‧‧腔室襯裡
128‧‧‧靜電卡盤
129‧‧‧突出部分
130‧‧‧棒
131‧‧‧排氣埠
140‧‧‧氣體入口通道
142‧‧‧噴淋頭組件
144‧‧‧擋板
145‧‧‧冷卻入口
146‧‧‧面板
147‧‧‧冷卻通道
148‧‧‧底板
149‧‧‧冷卻劑出口
150‧‧‧液體遞送源
161‧‧‧啟動基板升降銷
162‧‧‧遠程電漿源
163‧‧‧氣體入口
164‧‧‧泵送系統
165‧‧‧RF源
167‧‧‧氣體入口歧管
168‧‧‧氣體入口
169‧‧‧氣體入口
172‧‧‧氣源
173‧‧‧阻抗匹配電路
174‧‧‧感測器
175‧‧‧系統控制器
176‧‧‧DC源
177‧‧‧低通濾波器
178‧‧‧電容器
202‧‧‧頂表面
208‧‧‧靜電卡盤
223‧‧‧電極
226‧‧‧支撐桿
228‧‧‧主體
236‧‧‧環形肩部
237‧‧‧均勻的電磁場
239‧‧‧均勻的電磁場
240‧‧‧靜電卡盤
241‧‧‧均勻的電磁場
242‧‧‧內部電極
244‧‧‧外部電極
246‧‧‧電連接
250‧‧‧靜電卡盤
252‧‧‧內部電極
254‧‧‧外部電極
256‧‧‧導電連接
276‧‧‧電源
277‧‧‧匹配網路
278‧‧‧電源
281‧‧‧電連接
282‧‧‧電連接
283‧‧‧電源
286‧‧‧導電構件
288‧‧‧加熱器
301‧‧‧突片
308‧‧‧靜電卡盤
310‧‧‧突片
312‧‧‧均勻電漿邊界
318‧‧‧靜電卡盤
320‧‧‧均勻電漿邊界
328‧‧‧靜電卡盤
330‧‧‧均勻電漿邊界
412‧‧‧邊緣環
420‧‧‧靜電卡盤
421‧‧‧電漿
460‧‧‧靜電卡盤
461‧‧‧基板支撐表面
462‧‧‧突片
464‧‧‧邊緣環
466‧‧‧斜坡
540‧‧‧靜電卡盤
541‧‧‧均勻的電磁場
542‧‧‧內部電極
544‧‧‧外部電極
550‧‧‧公共電源
550‧‧‧電源
552‧‧‧電容器
554‧‧‧電容器
556‧‧‧控制器
560‧‧‧靜電卡盤
561‧‧‧均勻的電磁場
576‧‧‧電源
577‧‧‧可變電容器
578‧‧‧電連接
579‧‧‧控制器
580‧‧‧RF電源
582‧‧‧電連接
584‧‧‧匹配網路
586‧‧‧可變電容器
588‧‧‧控制器
上文簡要概述且在下文更詳細地論述的本案的實施方式可以參考附圖中圖示的本案的說明性的實施方式進行理解。然而，應當注意，附圖僅僅示出本案的典型實施方式，並且因此不應視為限制本案的範圍，因為本案可允許其他等效實施方式。
圖1示出可用於實踐本案的各種實施方式的示例性PECVD系統的截面圖。
圖2A是根據本案的一個實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
圖2B示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
圖2C示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
圖3A至圖3C示出根據本案的各個實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
圖4A至圖4B示出根據本案的另一實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
圖5A至圖5B示出根據本案的各個實施方式的靜電卡盤的示意性截面圖。
為了促進理解，已儘可能使用相同元件符號指定各圖所共有的相同元件。附圖並非按比例繪製並且可以出於清晰性的目的加以簡化。應預見到，一個實施方式的元素和特徵可有益地併入其他實施方式而無需進一步的敘述。
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121‧‧‧基板
460‧‧‧靜電卡盤
461‧‧‧基板支撐表面
462‧‧‧突片
464‧‧‧邊緣環
466‧‧‧斜坡

Claims (20)

  1. 一種用於支撐一基板的靜電卡盤，該靜電卡盤包括： 一卡盤主體，該卡盤主體耦合到一支撐桿，該卡盤主體具有一基板支撐表面；多個突片，該多個突片遠離該卡盤主體的該基板支撐表面突出，其中該突片繞該卡盤主體的周圍設置；一電極，該電極嵌入在該卡盤主體內，該電極從該卡盤主體的一中心徑向地延伸到超出該多個突片的一區域；及一RF電源，該RF電源透過一第一電連接耦合到該電極。
  2. 如請求項1之靜電卡盤，其進一步包括： 一夾持電源，該夾持電源經由一第二電連接耦合到該電極。
  3. 如請求項1之靜電卡盤，其進一步包括： 一邊緣環，該邊緣環繞該多個突片設置，其中該邊緣環由具有與將設置在該基板支撐表面上的該基板的介電常數類似的一介電常數的一材料製成。
  4. 如請求項1之靜電卡盤，其中該電極包括一內部電極和環繞該內部電極的一外部電極。
  5. 如請求項4之靜電卡盤，其中該內部電極與該外部電極不共面。
  6. 如請求項5之靜電卡盤，其中該內部電極相對設置在該外部電極下方。
  7. 如請求項1之靜電卡盤，其中該卡盤主體包含氮化鋁或氧化鋁。
  8. 一種用於支撐一基板的靜電卡盤，該靜電卡盤包括： 一主體，該主體耦合到一支撐桿，該主體具有一基板支撐表面； 一環形肩部，該環形肩部遠離該基板支撐表面突出，該環形肩部設置在該主體的周邊； 一內部電極，該內部電極嵌入在該主體內，該內部電極從該主體的一中心徑向地延伸到鄰近該環形肩部的一區域； 一外部電極，該外部電極嵌入在該主體內，該外部電極徑向地設置在該內部電極的外部，該外部電極在該環形肩部下方徑向地延伸，其中該外部電極相對地設置在該內部電極下方； 一導電連接件，該導電連接件將該內部電極與該外部電極相連接；及 一RF電源，該RF電源透過一第一電連接耦合到該內部電極。
  9. 如請求項8之靜電卡盤，其進一步包括： 一夾持電源，該夾持電源經由一第二電連接耦合到該內部電極。
  10. 如請求項8之靜電卡盤，其進一步包括： 一或多個加熱元件，該一或多個加熱元件嵌入在該主體中，其中該加熱元件沿著與該內部電極相同的平面設置。
  11. 一種用於支撐一基板的靜電卡盤，該靜電卡盤包括： 一卡盤主體，該卡盤主體耦合到一支撐桿，該卡盤主體具有一基板支撐表面； 一環形肩部，該環形肩部遠離該基板支撐表面突出，該環形肩部設置在該卡盤主體的周邊； 一內部電極，該內部電極嵌入在該卡盤主體內，該內部電極徑向地從該卡盤主體的一中心延伸到鄰近該環形肩部的一區域； 一外部電極，該外部電極嵌入在該卡盤主體內，該外部電極徑向地設置在該內部電極的外部，該外部電極在該環形肩部下方徑向地延伸；及 一第一電源，該第一電源透過一第一可變電容器耦合到該外部電極，該第一電源經由一第一電連接向該外部電極提供一RF偏壓。
  12. 如請求項11之靜電卡盤，其中該第一電源透過一第二可變電容器耦合到該內部電極。
  13. 如請求項12之靜電卡盤，其中該第一電源提供一DC夾持電壓和一RF偏壓。
  14. 如請求項11之靜電卡盤，其進一步包括： 一第二電源，該第二電源被耦合到該內部電極，該第二電源經由一第二電連接提供一DC夾持電壓和一RF偏壓。
  15. 如請求項14之靜電卡盤，其中該第二電源透過一第二可變電容器耦合到該內部電極。
  16. 如請求項11之靜電卡盤，其中該內部電極與該外部電極共面。
  17. 如請求項11之靜電卡盤，其中該內部電極和該外部電極不共面。
  18. 如請求項14之靜電卡盤，其中該內部電極相對設置在該外部電極下方。
  19. 如請求項11之靜電卡盤，其中該內部電極由與該外部電極不同的材料製造。
  20. 如請求項11之靜電卡盤，其中該卡盤主體包含氮化鋁或氧化鋁。
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