TW201743661A - 電漿邊緣區域之控制系統與方法 - Google Patents

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Abstract

用以控制電漿邊緣區域之系統與方法。其中一系統包括頂部電極及底部電極。該系統還包括上部電極延伸件與下部電極延伸件。至少一部分之電漿邊緣區域於頂部電極延伸件與底部電極延伸件之間形成。該系統包括一電路，其用以控制在上部電極延伸件之射頻信號

Description

電漿邊緣區域之控制系統與方法
根據專利法本案主張美國臨時專利申請案第61/563,021號之優先權，該案係於2011年11月22日提出申請，名為「電漿邊緣區域控制系統與方法」(Systems and Methods for Controlling a Plasma Edge Region)，其揭露內容藉由參照全部於此併入作為本案揭示內容的一部分。
本文所描述之各種實施例係關於電漿邊緣區域之控制系統與方法。
應用電漿激發場於真空腔室區域以電漿處理工件為一已知技術。通常藉由處理腔室內之一對頂部和底部電極、或腔室內的一電極及腔室外的線圈而將電漿激發場供給至該區域。處理區域係形成於該頂部電極及底部電極之間。該處理區域與由激發場轉化為處理電漿之氣體耦合。工件通常為半導體晶圓或介電質板而該電漿則用於在工件上形成積體電路之特徵。真空腔室中之電漿通常對工件施以乾式蝕刻，但在某些情況會造成材料被沈積在工件上。 隨著工件的尺寸不斷增加，以及隨著處理區域的大小亦持續增加，於是精確控制電漿處理工件的各項參數之需求亦隨之增加。
在此背景下產生本發明的各種實施例。
當電漿產生系統之電漿腔室內之工件大小及/或處理區域增加，於電漿邊緣區域處控制電漿更形重要。在一實施例中，電漿邊緣區域於電漿產生裝置之上部電極延伸件與電漿產生裝置之下部電極延伸件之間形成。如此電漿邊緣區域之電漿控制是藉由控制施加於電漿邊緣區域之射頻(Radio Frequency, RF)信號之電壓振幅而達成。電漿邊緣區域內之電漿密度藉由控制射頻信號之電壓振幅加以控制。
在一實施例中，一用以控制電漿邊緣區域之系統被描述。該系統包括：用以產生電場之頂部電極及產生電場之底部電極。該系統更包括：環繞部分頂部電極之一或多個上部絕緣環及環繞部分底部電極之下部絕緣環。該系統還包括：環繞部分一或多個上部絕緣環之上部電極延伸件及環繞部分下部絕緣環之下部電極延伸件。至少一部分電漿中心區域於該頂部電極及底部電極之間形成。再者，至少一部分之電漿邊緣區域於該上部電極延伸件與下部電極延伸件之間形成。該系統更包括控制電路，用以產生一第一射頻信號，其施加於上部電極延伸件。在一些實施例中，電漿邊緣區域位於工件之周邊外側，該工件的一部分位於電漿中心區域。
在一些實施例中，當上部電極延伸件與控制電路之被動元件耦合時，頂部電極與接地耦合。再者，當上部電極延伸件與控制電路上之一主動元件耦合時，頂部電極則與控制電路該主動元件或另一主動元件耦合。
在另一實施例中，一用於控制電漿邊緣區域之系統在此被描述。該系統包括控制電路，其用以產生第一射頻信號以施加於上部電極延伸件。該上部電極延伸件不含於（other than）電漿腔室之頂部電極。電漿邊緣區域於電漿腔室之上部電極延伸件與下部電極延伸件之間被形成。
在各實施例中，控制電路包括一主動元件或一被動元件。當頂部電極與接地耦合，該被動元件係與上部電極延伸件耦合。再者，當該相同或一不同之主動元件與上部電極延伸件耦合，該主動元件與頂部電極耦合。
在一些實施例中，一用以控制電漿邊緣區域之方法在此被描述。該方法包括藉由上部電極延伸件接收與電漿邊緣區域之耦合。電漿邊緣區域位於電漿區域內。電漿邊緣區域位於上部電極延伸件與下部電極延伸件之間。該電漿區域包括於頂部電極與底部電極間形成之電漿中心區域。該方法更包括產生射頻信號及施加該射頻信號於上部電極延伸件。該射頻信號之施加包括當頂部電極接收來自一主動元件之電力時，施加該相同或一不同之主動元件所產生之射頻信號。再者，射頻信號之施加包括當頂部電極與接地耦合時，施加由被動元件控制之射頻信號。
此處所述系統與各種方法之優點，藉由隨附圖式及以下詳細說明，將變得更為明白。
在下列描述中，描述許多具體細節，以提供對本發明各種實施例之透徹理解。然而，對熟習此技藝者顯而易見的是，在不具有若干這些具體細節的情況下，仍可實施本發明的一些實施例。除此之外，為了避免不必要地混淆本發明之實施例，已知的處理操作和實施細節並未被詳細描述。
圖1A為用以產生電漿的系統102之一部分之實施例的視圖，圖1B則為系統102其餘部分之實施例的視圖。如圖1B所示，一氣體源103包括一或多種氣體，該氣體流通過頂部電極組件105（參見圖1A）內之一或多個開口而進入一電漿區域，該電漿區域包括一電漿中心區域和一電漿邊緣區域。在一實施例中，C覆緣（C-shroud) 125 之多個內壁164形成電漿區域之邊緣以將電漿限制在電漿區域內。C覆緣125是以半導體製成且被電接地。氣體的例子包括：氫氣、氮氣、氧氣、氨氣、三氟化氮氣體及氟化銨氣體。需注意的是「接地」或「與接地電壓耦合」在本文中可互換使用。再者，接地電壓可為零電壓或一作為參考但非零之電壓。另外，在某些實施例中，「耦合」即意謂「電性耦合」。
頂部電極組件105包括一氣體分配板101、頂部電極104、第一層119、和第二層121。在各種實施方式中，第一層119為介電質層，如由氮化鋁或其他介電質材料所製造的一層。第一層119位於氣體分配板101與第二層121之間。在一些實施例中，頂部電極組件105包含任何數量之分層。在一實施例中，頂部電極組件105並不包括第二層121。在一實施例中，頂部電極104是由半導體材料所製成，如矽或矽晶。在一實施例中，第二層121為加熱器，由金屬製成，其應用傳導性透過第一層119與氣體分配板101以加熱頂部電極104。在一些實施例中，第二層121接收來自交流電源（圖中未示出）之交流電流（AC）或來自直流電源（圖中未示出）之直流電流（直流）以產生熱。再者，第二層121被接地以提供控制頂部電極104之溫度。加熱器及氣體分配板之各種實施例被描述於美國專利第7,712,434號，其揭露內容藉由參照全部於此併入作為本案揭示內容的一部分。
工件93，如晶圓基板，被放置於底部電極108之頂部。在一實施例中，工件93具有大於底部電極108之直徑。在一些實施例中，工件93具有小於或等於底部電極108之直徑。在一實施例中，工件93包括塗佈於晶圓基板上的一介電質層，而一部分之介電質層被電漿蝕刻去除(etched away)。在一些實施例中，將一層的材料利用電漿沉積在工件93上。在各種實施例中，工件93包括：晶圓、及一或多個建立於晶圓之中及/或之上的微電子元件。
參照圖1B，控制器107控制一或多個射頻（RF）源128、130、及132 以發送一或多個射頻信號至合成器（combiner）134。如本文所使用，控制器為處理器與存儲元件之組合。在一些實施例中，處理器為微處理器、中央處理單元（CPU）、特定功能積體電路（ASIC）、或可程式化邏輯元件（PLD）。存儲元件包括：唯讀記憶體（ROM）、隨機存取記憶體（RAM）、或為兩者之組合。值得注意的是射頻信號為電壓信號或電流信號。須注意的是雖然圖1B顯示三個射頻源，在一些實施例中，任何數目之射頻源可被使用。
在一實施例中，控制器107發送信號至射頻源以指示射頻源操作之頻率及/或電壓振幅。射頻源操作之頻率取決於射頻源所產生之信號的頻率，射頻源操作之電壓振幅取決於射頻源所產生之信號的電壓振幅。在一些實施例中，射頻源即為射頻振盪器。
繼續參照圖1B，合成器134結合一或多個射頻源128、130、及132所產生之射頻信號以產生一合成之射頻信號110。在一實施例中，合成器134加總一或多個射頻信號109、111、及113以產生一合成之射頻信號110。合成器134之進一步討論被提供於美國專利申請案公開第2005/0264218號，其全文藉由參照於此併入。射頻信號109由射頻源128產生，射頻信號111由射頻源130產生，及射頻信號113由射頻源132產生。在一實施例中，射頻信號109具有2 MHz之頻率，射頻信號111具有27 MHz之頻率，及射頻信號113具有60 MHz之頻率。在一些實施例中，射頻信號109具有約為2 MHz之頻率，射頻信號111具有約27 MHz之頻率，及射頻信號113具有約60 MHz之頻率。
如圖1A顯示，合成器134將合成射頻信號110提供至底部電極108。在一些實施例中，合成器134將另一合成射頻信號透過氣體分配板101提供至頂部電極104。另一合成射頻信號為一或多個射頻信號之組合。在一實施例中，該頂部電極104與接地電壓耦合。
合成之射頻信號110對於底部電極108的供應、及接地電壓或其他合成射頻信號之一對於頂部電極104之供應導致於底部電極108和頂部電極104之間的電場106之產生。 此外，在一實施例中，如圖1B中所示，控制器107發送信號以驅動馬達123。當馬達123接收該信號，馬達即運作而移動底部電極108以改變電漿中心區域之容積。在一些實施例中，至少一部分的工件93位於電漿中心區域內。
參考圖1A，在一些實施例中，一或多個絕緣環112環繞頂部電極組件105之一部份，例如周邊，以使頂部電極組件與上部電極延伸組件129絕緣。在一實施例中，上部電極延伸組件129環繞一或多個絕緣環112之一部分，例如周邊。
該上部電極延伸組件129包括：上部電極延伸件116、第一層131、及第二層133。在一些實施例中，上部電極延伸組件129包括任意數目的分層。在一實施例中，上部電極延伸件116由半導體製成。在一些實施例中，第一層131是由介電質製成，如石英或氮化鋁。在一實施例中，第二層133為加熱器，其與交流電源（未顯示）或直流電源（未顯出）耦合且接地以控制熱度。從第二層133產生的熱被提供至上部電極延伸件116。在數個實施例中，上部電極延伸組件129不包括第二層133。
在一些實施例中，一或多個絕緣環97環繞上部電極延伸組件129之一部份。在一實施例中，金屬層99環繞一或多個絕緣環97之一部分。金屬層137覆蓋一或多個絕緣環97A、金屬層99、上部電極延伸組件129、絕緣環112、和頂部電極組件105。在一些實施例中，金屬層137被接地。
再者，一或多個射頻耦合環114環繞底部電極108之一部分，以使底部電極108與由半導體製成之下部電極延伸件118絕緣。該一或多個耦合環114為絕緣材料製成的。在一實施例中，下部電極延伸件118圍繞耦合環114之一部分。
在一些實施例中，下部電極延伸件118的面向電漿邊緣區域之表面積等於或小於底部電極108之表面積，以促進適當量之離子能量自電漿入射工件93。在本實施例中，底部電極108之表面積為面向電漿中心區域之表面積。在其它實施例中，下部電極延伸件118的面向電漿邊緣區域之表面積係大於底部電極108之表面積。在這些實施例中，底部電極108之表面積為面向電漿中心區域之表面積。
位於電漿處理真空腔室141之一側壁139為塗佈有介電質之金屬層。例如，側壁139的內表面為介電質製成而側壁139的外表面為金屬製成。側壁139內表面面向著區域147而側壁139的外表面則面對於與內表面為相反側之方向。
在各實施例中，電漿區域以C覆緣125、一或多個絕緣環97、上部電極延伸件116、該一或多個絕緣環112、頂部電極組件105、絕緣環89、下部電極延伸件118、及底部電極108所侷限。在一實施例中，絕緣環89覆蓋了部分之絕緣體149，如石英。在一實施例中，下部電極延伸件118接收來自底部電極108經由一或多個耦合環114之電力。
電漿邊緣區域內部之電漿一部分具有一頂鞘層173及一底鞘層175。在電漿區域中，除電漿邊緣區域以外，其餘的區域即為電漿中心區域。頂鞘層173表示電漿於電漿邊緣區域內的頂部邊界，而頂部邊界與上部電極延伸件116相鄰。再者，底鞘層175表示電漿於電漿邊緣區域內的底部邊界而底部邊界與下部電極延伸件118相鄰。頂鞘層173和底鞘層175之電位係由處理參數加以決定，例如電漿邊緣區域內之電漿壓力、電漿之電漿密度、施加之射頻電壓等。 處理真空腔室141之接地外殼143與底部電極108以絕緣環95分隔。
在電漿區域中的任何中性氣體通過在C覆緣125槽孔145流出至介於側壁139與C覆緣125之間的處理真空腔室141內之區域147，且該中性氣體係以真空幫浦151通過槽孔145由區域147加以抽吸。在一實施例中，絕緣體149位於接地外殼143及下部電極延伸件118之間。
在一些實施例中，頂部電極組件105、一或多個絕緣環112、上部電極延伸組件129、一或多個絕緣環97、C覆緣125、底部電極108、一或更多的耦合環114、下部電極延伸件118、絕緣體149、及電性絕緣環95，係與穿過電極104、108中心之中心軸線135同軸。在各種實施例中，一或多個絕緣環112、上部電極延伸組件129、一或多個絕緣環97、C覆緣125、底部電極108、一或多個耦合環114、下部電極延伸件118、絕緣體149、及/或電絕緣環95，係與中心軸線135非同軸。
當電場106被產生且氣體從氣體源103中被供應至該電漿區域，氣體被以電場106電激發而產生電漿區域內之電漿。在一實施例中，氣體被電場106電激發以離子化氣體。
控制電路124，如圖1B顯示，透過連接器166與上部電極延伸件116連接。在一些實施例中，如文中所用之連接器為金屬導體，如金屬線。在各種實施例中，連接器為一金屬線與一或多個金屬導體之組合，如金屬板、金屬棒、金屬導管、或樞紐(hub)。在一些實施例中，連接器為一金屬導體。
形成通道183，其穿過處理真空腔室141之一部分，如金屬層137、第二層133A及第一層131A，以嵌插連接器166於通道183內。在一些實施例中，通道183藉由鑽孔工具(hole-forming tool)（如鑽孔器）所形成。在一實施例中，使用小孔徑放電加工（EDM）鑽作為鑽孔工具。通道183是由金屬層137、第一層131A、及第二層133A所形成之一壁191所環繞。在一些實施例中，一空間或填充有介電材料之空間形成於連接器166與壁191之間。例如，該通道183被填充有介電材料，如石英或氮化鋁，用以使連接器166係與金屬層137、與第一層131A、及與第二層133A絕緣。
再者，在一些實施例中，控制電路124透過連接器195與頂部電極104連接。在一實施例中，形成通道199，其穿過處理真空腔室141之一部分，如金屬層137、第一層119、及第二層121，以嵌插連接器195於通道199內。通道199以與形成通道183相同或相似之方法形成。例如，通道199由鑽孔工具所形成。通道199由金屬層137、第一層119、及第二層121之組合所形成之壁197所環繞。
在一些實施例中，一空間或填充有介電材料之空間形成於連接器195與壁面197之間。例如，該通道199被填充有介電材料，如石英或氮化鋁，用以使連接器195係與金屬層137、與分層119及121絕緣。
在一些實施例中，控制器107操縱控制電路124。例如，控制器107發送信號以指示控制電路124操作之射頻頻率。如另一示例，控制器107發送一信號指示控制電路124之電容值。如又一示例，控制器107發送一信號指示控制電路124之電感值。如另一示例，控制器107發送信號指示控制電路124之射頻信號之電壓振幅。在一實施例中，控制器107與控制電路未連接，而控制電路124之各項參數，如電容、射頻信號之電壓、電感、及/或頻率可由使用者手動控制。
控制電路124提供射頻信號126，該信號經由連接器166被發送至上部電極延伸件116。射頻信號126具有一頻率與一電壓振幅。當接收到射頻信號126，頂鞘層173之頻率和電壓振幅即被改變。例如，頂鞘層173具有與射頻信號126相同的頻率。如另一示例，頂鞘層173與射頻信號126具有相同之電壓振幅。如又另一示例，頂鞘層173具有與射頻信號126類似之頻率，如射頻信號頻率之一變異範圍內。
再者，在一些實施例中，施加射頻信號126致使電漿邊緣區域內之電漿密度產生變化。例如，射頻信號126之電壓振幅變化，經由上部電極延伸件116於頂鞘層173被接收，致使電漿邊緣區域內電漿密度之改變。同樣地，在一些實施例中，施加該射頻信號126及155致使電漿密度比產生改變，電漿密度比即電漿中心區域內密度與電漿邊緣區域內密度之比率。
圖2為系統200實施例之俯視圖，該系統用以控制頂鞘層173之頻率。上部電極延伸件116頂表面上之一點202為與連接器166連接之點。再者，氣體分配板101頂表面上之一點204為與連接器195連接之點。應當注意的是頂部電極104為圓形，氣體分配板101亦為圓形，上部電極延伸件116則為環形。在一實施例中，上部電極延伸件116包括任何數目之同心環。在一些實施例中，頂部電極104或氣體分配板101為不同的形狀，如橢圓的或​​多邊形的。在一實施例中，氣體分配板101或頂部電極104包括多個同心環，該等同心環每一者具有獨立射頻源。在本實施例中，射頻源提供氣體分配板101之同心環一射頻信號，以控制電漿密度。再者，在本實施例中，射頻源獨立地提供射頻信號至氣體分配板101之各別同心環，以協助達成電漿中心區域中之電漿密度的均勻性。再者，在各種實施例中，上部電極延伸件116為不同形狀，如具有多邊形截面或具有橢圓形截面的形狀。此外，在各種實施例中，雖然將C覆緣125顯示為環形，在一些實施例中，該C覆緣125具有不同形狀，如具有多邊形截面或具有橢圓形截面的形狀。
應當注意的是，在一些實施例中，連接器166係與上部電極延伸件116頂表面上之任意點連接。再者，在一實施例中，連接器195係與氣體分配板101頂表面上之任意點連接。
圖3為系統250實施例之特寫視圖，該系統包括控制電路252，其為控制電路124（圖1）之示例。控制電路252之射頻濾波器138經由連接器254與上部電極延伸件116耦合，該連接器254為連接器166（圖1）之示例。再者，頂部電極104是經由連接器256與接地266耦合，該連接器256為連接器195（圖1）之示例。
該射頻濾波器138包括可變電容器140及電感器142。在一些實施例中，可變電容器140之電容範圍從7皮法拉（PicoFarad, pF）至1453皮法拉之間。在多個實施例中，電感器142的電感被固定於4微亨（μH）。在一實施例中，電感器142的電感被固定於約4微亨。再者，可變電容器140及電感器142係與接地262耦合。
一實施例中阻隔電容器144自射頻濾波器138去除，可變電容器140係與電感器142並聯。阻隔電容器144阻隔，如濾除，透過連結器254傳導之直流電。在一實施例中，阻隔電容器144係與電感器142串聯。在一些實施例中，阻隔電容器144具有電容9.2毫微法拉（nanoFarad, nF）。在各種實施例中，阻隔電容器144具有約9.2 毫微法拉的電容。在一些實施例中，參數（如電容或電感）量值之近似值為一從量值與變異之差至量值與變異之和的範圍。例如，如果電容的量值為9.2 毫微法拉，變異的量值為0.2 毫微法拉，則「約9.2毫微法拉」意即9 毫微法拉至9.4 毫微法拉之間的量值。
在一實施例中，可變電容器140的電容被改變以改變射頻信號258之電壓振幅，該射頻信號258為射頻信號126（圖1）之示例。射頻信號258係提供自射頻濾波器138。在一實施例中，可變電感器之電感被改變以改變射頻信號258之頻率及/或電壓振幅。連接器254之內部或雜散的電容264藉由圖式顯示。在一些實施例中，控制電路252不包括內部電容264。電路元件（如電容器或電感器）之雜散電容為一電路元件由於其他電路元件而承受的電容。
圖4為一系統280實施例之特寫視圖，系統280包括控制電路282，該控制電路282為控制電路124（圖1）之示例。該控制電路282包括射頻濾波器284。射頻濾波器284透過連接器286與上部電極延伸件116連接，該連接器286為連接器166(圖1)之示例。射頻濾波器284包括電感器142與可變電容器140。
可變電容器140與電感器142串聯。再者，可變電容器140及電感器142與接地262耦合。
在一實施例中，可變電容器140之電容被改變以改變射頻信號288之振幅，該射頻信號288為射頻信號126（圖1）之示例。被施於上部電極延伸件116之射頻信號288為射頻濾波器284所控制。在一實施例中，用以替代電感器142的可變電感器之電感被改變以改變射頻信號288之頻率及/或振幅。連接器286內部或雜散的電容290藉由圖式顯示。在一些實施例中，控制電路282不包括內部電容290。
參考圖3與圖4​​，在一些實施例中，具有固定電容之電容器被使用以取代可變電容器140。在這些實施例中，使用者以一電容器代換另一電容器以改變固定電容器之電容值。在一實施例中，可變電容器140之電容藉由控制器107（圖1）改變，該控制器107發送訊號至馬達(未顯示)。馬達根據接收之信號運作以改變可變電容器140層板之間之距離，俾以改變可變電容器140之電容。
繼續參考圖3與圖4​，在一實施例中，一具有可變電感之可變電感器被用以取代電感器142。在一些實施例中，可變電感器之電感藉由控制器107改變，該控制器發送信號至馬達（未顯示）。在這些實施例中，該馬達根據接收之信號運作以改變可變電感器之長度，俾以改變可變電感器之電感。在一實施例中，使用者以另一電感器取代電感器142，以改變可變電感器之電感值。
圖5為系統300實施例之特寫視圖，該系統包括一控制電路302，該控制電路302為該控制電路124（圖1）之示例。控制電路302之射頻源148藉由連接器304與上部電極延伸件116耦合，該連接器304為連接器166之示例（圖1）。再者，頂部電極104經由連結器256及氣體分配板101與接地266耦合。
在一實施例中，射頻源148之射頻功率被改變以改變射頻信號306之電壓，該射頻信號306為該射頻信號126（圖1）之示例。該射頻信號306藉由射頻源148產生。在一些實施例中，射頻源148之操作射頻為400 kHz或2 MHz，且並不被限制於這些驅動頻率值。
在數個實施例中，射頻信號源148之射頻功率藉由控制器107改變。在這些實施例中，控制器107發送信號至射頻源148，該信號指示射頻信號306之電壓振幅，該射頻源148產生且發送具有該電壓振幅的射頻信號306至上部電極延伸件116。在一實施例中，射頻源148的功率由使用者手動改變。
一匹配網路310被調諧以協助匹配射頻源148之阻抗與第一負載之阻抗。在一些實施例中，第一負載包括上部電極延伸件116與電漿。在一實施例中，第一負載阻抗為由射頻源148所視之電漿處理真空腔室141之一部分之阻抗。阻抗匹配之示例於美國專利第5,889,252號提供，其內容藉由參照全部併入本案揭示內容。另一阻抗匹配之示例，於美國專利第5,689,215號提供，其內容藉由參照全部併入本案揭示內容。
圖6為系統350實施例之特寫視圖，該系統包括一控制電路352，該控制電路352為控制電路124（圖1）之示例。控制電路352之射頻源150藉由一連接器354與氣體分配板101耦合，該連接器354為連接器195（圖1）之示例。在一些實施例中，射頻源150之操作射頻為400 kHz或2 MHz，且並不被限制於這些驅動頻率值。再者，上部電極延伸件116與射頻源148耦合，如圖6所示。
在一實施例中，射頻源150之射頻被改變以改變射頻信號356，該射頻信號356為該射頻信號155（圖1）之示例。在一些實施例中，射頻源150之電壓振幅被改變以改變射頻信號356之振幅。射頻源150產生射頻信號155。
在一些實施例中，射頻源150之射頻及/或振幅藉由控制器107改變。在這些實施例中，控制器107發送指示電壓振幅的信號至射頻源150，該射頻源150產生與發送具有該電壓振幅之射頻信號356至頂部電極104。在一實施例中，射頻源150之功率由使用者手動變更。
一匹配網路360被調諧以協助匹配射頻源150之阻抗與第二負載之阻抗。在一些實施例中，第二負載包括氣體分配板101、頂部電極104、與電漿之組合。在一實施例中，第二負載阻抗為由射頻源所視之電漿處理真空腔室141的一部分之阻抗。
圖7為系統400實施例之特寫視圖，該系統包括控制電路402，該控制電路402為控制電路124（圖1）之示例。控制電路402之射頻源152藉由連接器404與氣體分配板101耦合，該連接器404為連接器195（圖1）之示例。在一實施例中，射頻源152的操作頻率為400 kHz或2 MHz，且並不被限制於這些驅動頻率值。再者，射頻源152藉由連接器406與上部電極延伸件116耦合，該連接器為連接器166（圖1）之示例。
射頻源152產生射頻信號160，射頻信號160通過電壓控制電路(154、156)後，即被分為二射頻信號161、及162，示意性地顯示為可變電容。信號161為射頻信號155（於圖1）之示例，而信號162為射頻信號126（於圖1）之示例。
在一實施例中，射頻源152之射頻被改變以改變射頻信號160之頻率，這實際上改變射頻信號161與162之頻率。在一實施例中，射頻源152之振幅被改變以改變射頻信號160之振幅，這實際上改變射頻信號161與162之振幅。
應當注意的是電容器與電感器為被動元件，而射頻源為主動元件。在一實施例中，被動元件消耗但不產生能量。在一些實施例中，主動元件產生能量。
值得注意的是有時本文所用之A與B為相同結構之一部分。例如，部件118A與118B為下部電極延伸件118之部分。另一例，部件116A與部件116B為上部電極延伸件116之部分。
圖8顯示各圖說明於類似上部電極延伸件116及下部電極延伸件118之電極處被接收之射頻信號的相位之間的相位鎖定與相位差，並說明對應電容C1改變於頂鞘層處被接收之的射頻信號126的電壓振幅之改變。在一實施例中，電容C1係來自 電容器140（圖3及圖4）。在一些實施例中，電容C1係來自控制電路124（圖1）。
圖表401將於類似於上部電極延伸件116之上部電極處測得之射頻信號405顯示為時間的函數。再者，圖表.401將於類似於下部電極延伸件118之下部電極處測得之電漿鞘電壓顯示為時間的函數。值得注意的是，在射頻信號405和電漿鞘電壓409為異相的。圖表401顯示，當電容C1落在第一範圍內（如介於0與約650 皮法拉之間）時所產生的射頻信號405之頻率和振幅。
此外，圖表407將於上部電極測得之射頻信號408顯示為時間的函數。再者，圖表407將設頻信號410，即於下部電極測得之電漿鞘電壓，顯示為時間函數。值得注意的是，射頻信號408和電漿鞘電壓410為接近同相或鎖相之條件。當射頻信號408和電漿鞘電壓410同相時，電子被截留於上部電極延伸件116與下部電極延伸件118之間形成之電漿邊緣區域內的電漿裡。電子的截留導致於電漿邊緣區域內之電漿密度增加。當電容C1之電容落在第二範圍內，如約650皮法拉與約1200 皮法拉之間，如圖表407所示之射頻信號408之同相條件與振幅被產生。
再者，圖表412將於上部電極測得之射頻信號414顯示為時間的函數。再者，圖表412將設頻信號416，即於下部電極測得之電漿鞘電壓顯示為時間的函數。值得注意的是，射頻信號414和電漿鞘電壓416為異相的。當電容C1落在第三範圍時，如約1200皮法拉與約2000 皮法拉之間，圖表412所示之射頻信號414之頻率與振幅被產生。在一實施例中，第三範圍高於第二範圍，而第二範圍高於第一範圍。再者，射頻信號405、408和414為射頻信號126（圖1）之示例。
圖表420繪出，以歐姆為單位，測得之上部電極之阻抗422。圖表420亦顯示於下部電極測量之直流偏壓電壓426之變化。圖表420顯示於上部電極測得之直流偏壓電壓424之變化。值得注意的是，阻抗422之變化與直流偏壓電壓424之變化相似。因此，透過改變控制電路124（圖1）之電容，射頻信號126之頻率及/或振幅亦被改變，並且射頻信號126振幅及/或條件之變化，如同相或異相，導致於頂鞘層173相位及/或頻率的改變。同樣地，透過改變控制電路124（圖1）之電感，射頻信號126之頻率及/或振幅即被改變，而射頻信號126之振幅及/或條件的變化，如同相或異相，即導致頂鞘層173之相位及/或頻率之變化。
圖9顯示各種圖形，說明當射頻信號408和電漿鞘電壓410同相時，上部電極延伸件116與下部電極延伸件118之間之電子運動。當射頻信號408和電漿鞘電壓410為同相，如圖表450所示，大量電子從頂鞘層173被反射至電漿邊緣區域內的電漿中以增加電漿密度。大量電子的反射導致電漿邊緣區域的電漿內之解離作用增加。
再者，當射頻信號408與電漿鞘電壓410同相，在底鞘層175被產生之二次電子亦被截留於電漿主體中。從底鞘層175至頂鞘層173之二次電子之移動、及由頂鞘層173之反射，導致電漿邊緣區域中的電漿之內觧離作用之增加。
此外，由於頂鞘層173具有比底鞘層175較高的振幅，因此造成於頂鞘層173產生的二次電子增加。頂鞘層173之二次電子的增加導致電漿邊緣區域中電漿之內的解離作用增加。
雖然本發明中已配合一特定最佳模式而加以描述，可以理解的是，基於上述之描述，許多替代方法、修改、和變化對熟習此技藝者來說是顯而易見的。因此，落入隨附申請專利範圍的所有如此之替代方法、修改和變化應包含於本發明之內。所有本文所闡述或在附圖中所示之事項皆應以說明性與非限制性的意涵加以解釋。
89（89A、89B）‧‧‧絕緣環
93‧‧‧工件
95（95A、95B）‧‧‧絕緣環
97（97A、97B）‧‧‧絕緣環
99（99A、99B）‧‧‧金屬層
101‧‧‧氣體分配板
102‧‧‧系統
102A‧‧‧系統視圖
103‧‧‧氣體源
104‧‧‧頂部電極
105‧‧‧頂部電極組件
106‧‧‧電場
107‧‧‧控制器
108‧‧‧底部電極
109‧‧‧射頻信號
110‧‧‧合成之射頻信號
111‧‧‧射頻信號
112（112A、112B）‧‧‧絕緣環
113‧‧‧射頻信號
114（114A、114B）‧‧‧射頻耦合環
116（116A、116B）‧‧‧上部電極延伸件
118（118A、118B）‧‧‧下部電極延伸件
119‧‧‧第一層
121‧‧‧第二層
123‧‧‧馬達
124‧‧‧控制電路
125（125A、125B）‧‧‧C-覆緣
126‧‧‧射頻信號
128‧‧‧射頻源
129（129A、129B）‧‧‧上部電極延伸組件
130‧‧‧射頻源
131（131A、131B）‧‧‧第一層
132‧‧‧射頻源
133（133A、133B）‧‧‧第二層
134‧‧‧合成器
135‧‧‧中心軸線
137（137A、137B）‧‧‧金屬層
138‧‧‧射頻濾波器
139（139B）‧‧‧側壁
140‧‧‧可變電容器
141‧‧‧電漿處理真空腔室
142‧‧‧電感器
143（143A、143B）‧‧‧外殼
144‧‧‧阻隔電容器
145‧‧‧槽孔
147‧‧‧區域
148‧‧‧射頻源
149（149A、149B）‧‧‧絕緣體
150‧‧‧射頻源
151‧‧‧真空幫浦
152‧‧‧射頻源
154、156‧‧‧電壓控制電路
155‧‧‧射頻源
160‧‧‧射頻信號
161、162‧‧‧射頻信號
164（164A、164B）‧‧‧內壁
166‧‧‧連接器
173‧‧‧頂鞘層
175‧‧‧底鞘層
183‧‧‧通道
191‧‧‧壁
195‧‧‧連接器
197‧‧‧壁
199‧‧‧通道
200‧‧‧系統
202‧‧‧點202
204‧‧‧點204
250‧‧‧系統
252‧‧‧控制電路
254‧‧‧連接器
256‧‧‧連接器
258‧‧‧射頻信號
262‧‧‧接地
264‧‧‧電容
266‧‧‧接地
280‧‧‧系統
282‧‧‧控制電路
284‧‧‧射頻濾波器
286‧‧‧連接器
288‧‧‧射頻信號
290‧‧‧電容
300‧‧‧系統
301‧‧‧網路
302‧‧‧控制電路
304‧‧‧連接器
306‧‧‧射頻信號
310‧‧‧匹配網路
350‧‧‧系統
352‧‧‧控制電路
354‧‧‧連接器
356‧‧‧射頻信號
360‧‧‧匹配網路
400‧‧‧系統
402‧‧‧控制電路
802‧‧‧圖表
404‧‧‧連接器
404‧‧‧射頻信號
804‧‧‧圖表
406‧‧‧連接器
806‧‧‧電漿鞘電壓
408‧‧‧射頻信號
410‧‧‧電漿鞘電壓
412‧‧‧圖表
414‧‧‧射頻信號
416‧‧‧電漿鞘電壓
420‧‧‧圖表
422‧‧‧阻抗
424‧‧‧直流偏壓電壓
426‧‧‧直流偏壓電壓
450‧‧‧圖表
圖1A為根據本發明一實施例之用於產生電漿之系統之一部分的視圖。
圖1B為根據本發明一實施例圖1Ａ之系統的其餘部分之視圖。
圖2為根據本發明一實施例之用以控制供應至部分電漿的頂鞘層的射頻信號電壓之系統的俯視圖。
圖3為根據本發明一實施例繼圖1之部分系統之特寫視圖，該系統包括一控制電路。
圖4為根據本發明另一實施例繼圖1之部分系統特寫視圖，該系統包括一控制電路。
圖5為根據本發明仍另一實施例繼圖1之部分系統之特寫視圖，該系統包括一控制電路。
圖6為根據本發明又一實施例繼圖1之部分系統之特寫視圖，該系統包括一控制電路。
圖7為根據本發明另一實施例繼圖1之部分系統特寫視圖，該系統包括一控制電路。
圖8顯示根據本發明另一實施例的各種圖表，其說明於與上部電極延伸件和下部電極延伸件類似之電極處所接收之射頻信號之各相位間之相位鎖定與相位差，以及說明對應電容改變被接收於頂鞘層處之射頻信號之電壓振幅的改變。
圖9顯示根據本發明另一實施例之各式圖表，說明當施於上部電極延伸件及下部電極延伸件之射頻信號為同相時，上部電極延伸件與下部電極延伸件之間之電子運動。
89‧‧‧絕緣環
93‧‧‧工件
97‧‧‧絕緣環
101‧‧‧氣體分配板
102‧‧‧系統
102A‧‧‧系統視圖
103‧‧‧氣體源
104‧‧‧頂部電極
105‧‧‧頂部電極組件
106‧‧‧電場
108‧‧‧底部電極
112‧‧‧絕緣環
114‧‧‧射頻耦合環
116‧‧‧上部電極延伸件
118‧‧‧下部電極延伸件
118‧‧‧邊緣環
123‧‧‧馬達
124‧‧‧控制電路
125(125A、125B)‧‧‧C-覆緣
129‧‧‧上部電極延伸組件
131‧‧‧第一層
133‧‧‧第二層
134‧‧‧合成器
137‧‧‧金屬層
155‧‧‧射頻源
164(164A、164B)‧‧‧內壁
166‧‧‧連接器
173‧‧‧頂鞘層
175‧‧‧底鞘層
183‧‧‧通道
191‧‧‧牆面
195‧‧‧連接器
197‧‧‧牆面
199‧‧‧通道

Claims (20)

  1. 一種用於控制電漿邊緣區域之系統，包括： 　　一頂部電極，用於產生電場； 　　一底部電極，用於產生該電場； 　　一或多個上部絕緣環，環繞該頂部電極的一部分; 　　一下部絕緣環，環繞該底部電極之一部分; 　　一上部電極延伸件，環繞該一或多個上部絕緣環之一部分; 　　一下部電極延伸件，環繞該下部絕緣環之一部分，其中至少部分之電漿中心區域形成於該頂部電極與該底部電極之間，其中至少部分之該電漿邊緣區域形成於該上部電極延伸件與該下部電極延件之間;及 　　一控制電路，具有與該上部電極延伸件耦合的一主動元件，其中該主動元件係建構以產生施加於該上部電極延伸件的一第一射頻信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件係經由一匹配網路而耦合至該上部電極延伸件的一射頻源，其中該頂部電極係與接地耦合。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件係經由一匹配網路及一連接器而耦合至該上部電極延伸件的一射頻源，其中該頂部電極係與接地耦合，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第二射頻信號同相。
  4. 如申請專利範圍第3項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該匹配網路係建構成將該射頻源的阻抗與該上部電極延伸件及電漿的阻抗加以匹配。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件係一第一射頻源。
  6. 如申請專利範圍第5項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該控制電路包含一第二射頻源，該第二射頻源用於提供一第二射頻信號至該頂部電極，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第三射頻信號同相。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該第一射頻源係經由一第一匹配網路而耦合至該上部電極延伸件，其中該第二射頻源係經由一第二匹配網路而耦合至該頂部電極。
  8. 如申請專利範圍第7項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該第一匹配網路係建構成將該第一射頻源的阻抗與該上部電極延伸件及電漿的阻抗加以匹配，其中該第二匹配網路係建構成將該第二射頻源的阻抗與一氣體分配板、該頂部電極、及電漿的阻抗加以匹配。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件包含一射頻源，該射頻源係與該上部電極延伸件耦合且與該頂部電極耦合，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第二射頻信號同相。
  10. 如申請專利範圍第9項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該射頻源係經由一第一電壓控制電路而耦合至該上部電極延伸件，且經由一第二電壓控制電路而耦合至該頂部電極。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該第一電壓控制電路係一可變電容器，其中該第二電壓控制電路係一可變電容器。
  12. 一種用於控制電漿邊緣區域之系統，包含一控制電路，該控制電路係用以產生一射頻信號以施加於一上部電極延伸件，該上部電極延伸件係不含於一電漿腔室的一頂部電極，該電漿邊緣區域係形成於該電漿腔室的該上部電極延伸件與一下部電極延伸件之間，該控制電路包含與該上部電極延伸件耦合的一主動元件。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件係經由一匹配網路而耦合至該上部電極延伸件的一射頻源，以將一第一射頻信號經由該匹配網路提供至該上部電極延伸件，其中該頂部電極係與接地耦合，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第二射頻信號同相。
  14. 如申請專利範圍第12項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件係一第一射頻源，其中該控制電路包含一第二射頻源，其中該第二射頻源係建構成提供一第二射頻信號至該頂部電極，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第三射頻信號同相。
  15. 如申請專利範圍第14項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該第一射頻源係經由一第一匹配網路而耦合至該上部電極延伸件，其中該第二射頻源係經由一第二匹配網路而耦合至該頂部電極。
  16. 如申請專利範圍第12項之用於控制電漿邊緣區域之系統，其中該主動元件包含一射頻源，該射頻源係與該上部電極延伸件耦合且與該頂部電極耦合，其中該射頻源係經由一第一電壓控制電路而耦合至該上部電極延伸件，且經由一第二電壓控制電路而耦合至該頂部電極，其中該射頻源係建構成將一第一射頻信號經由該第一電壓控制電路提供至該上部電極延伸件，其中該第一電壓控制電路係一可變電容器，其中該第二電壓控制電路係一可變電容器，其中該第一射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一第二射頻信號同相。
  17. 一種用於控制電漿邊緣區域之方法，包括： 　　經由一上部電極延伸件接收與電漿邊緣區域之耦合，該電漿邊緣區域位於一電漿區域內，該電漿邊緣區域位於一上部電極延伸件與一下部電極延伸件之間，該電漿區域包括一電漿中心區域，該電漿中心區域形成於一頂部電極及一底部電極之間； 　　產生一射頻信號；及 　　施加該射頻信號至該上部電極延伸件，其中施加該射頻信號的步驟包含施加藉由一主動元件所產生的該射頻信號。
  18. 如申請專利範圍第17項之用於控制電漿邊緣區域之方法，其中該主動元件係經由一匹配網路而耦合至該上部電極延伸件的一射頻源，其中該頂部電極係與接地耦合，其中藉由該射頻源施加至該上部電極延伸件的該射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一射頻信號同相。
  19. 如申請專利範圍第17項之用於控制電漿邊緣區域之方法，更包含： 　　施加另一射頻信號至該頂部電極，其中該另一射頻信號係藉由另一主動元件加以產生，其中該主動元件係經由一第一匹配網路耦合至該上部電極延伸件，其中該另一主動元件係經由一第二匹配網路耦合至該頂部電極，其中藉由該主動元件所施加至該上部電極延伸件的該射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一射頻信號同相。
  20. 如申請專利範圍第17項之用於控制電漿邊緣區域之方法，其中該主動元件包含一射頻源，該射頻源係與該上部電極延伸件耦合且與該頂部電極耦合，其中該射頻源係經由一第一電壓控制電路而耦合至該上部電極延伸件，且經由一第二電壓控制電路而耦合至該頂部電極，其中該第一電壓控制電路係一可變電容器，其中該第二電壓控制電路係一可變電容器，其中藉由該射頻源施加至該上部電極延伸件的該射頻信號係與施加至該下部電極延伸件的一射頻信號同相。
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