TW202249540A - 脈衝dc電漿腔室中的電漿均勻性控制 - Google Patents

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Abstract

本文提供的實施例大體包括設備，例如，電漿處理系統，及用於處理腔室中的基板的電漿處理的方法。在一些實施例中，設備及方法的態樣涉及改進跨基板表面的處理均勻性、降低基板表面上的缺陷率、或兩者。在一些實施例中，設備及方法提供了對在基板邊緣上方形成的電漿的均勻性及/或在基板表面處的離子能量的分佈的改進控制。對電漿均勻性的改進控制可與基板搬運方法（例如，釋放方法）結合使用以降低基板表面上的有關顆粒的缺陷率。在一些實施例中，對電漿均勻性的改進控制用於在原位電漿腔室清潔製程期間優先地從邊緣環的部分清潔累積的處理副產物。

Description

脈衝DC電漿腔室中的電漿均勻性控制
本文的實施例涉及在半導體元件製造中使用的產生電漿的氣體或蒸氣電空間放電元件，特別地經配置為產生供應到腔室體積的氣體或蒸氣材料的電容耦合電漿並且處理其中的半導體基板的處理腔室。
可靠地產生高深寬比特徵係用於下一代半導體元件的關鍵技術挑戰之一。一種形成高深寬比特徵的方法使用電漿輔助的蝕刻製程，諸如反應性離子蝕刻(reactive ion etch; RIE)製程，用於將遮罩層中的開口轉移到其下方的基板表面的暴露部分。
在常見的電漿輔助的蝕刻製程中，基板在基板支撐件（諸如在處理腔室中設置的靜電夾盤(electrostatic chuck; ESC)）上定位，電漿在基板上方形成，並且離子跨過在電漿與基板表面之間形成的電漿鞘（亦即，耗盡電子的區域）從電漿朝向基板加速。將遮罩層中的開口經由與提供各向異性蝕刻的電漿產生的中性物及轟擊離子的化學及物理相互作用的組合而轉移到基板表面。基板表面處的處理結果尤其取決於在其上形成的電漿及電漿鞘的特性。
經常，電漿腔室經配置為藉由使用兩個或多個射頻(radio frequency; RF)電力來形成電容耦合電漿並且控制電漿鞘。例如，高頻部件可用於點燃及維持電漿，此決定基板表面處的電漿密度及因此決定離子通量，而較低頻率部件可用於控制跨電漿鞘的電壓降。
不幸的是，電漿密度及/或電漿鞘形狀的不均勻性可以導致在蝕刻的特徵輪廓中不期望的處理結果變化（從基板中心到邊緣的不均勻處理結果）。過度的處理不均勻性可不利地影響及抑制元件良率（在基板上製造的元件總數中符合效能規格的元件百分比）。此種不均勻性經常在基板邊緣附近特別顯著，並且尤其由不均勻電力分佈、腔室幾何形狀改變、表面材料性質的差異、及/或基板邊緣與靠近其設置的ESC表面之間的電氣不均勻性導致的。
另外，不期望的處理副產物經常累積在腔室部件的表面上，諸如在處理期間在基板的邊緣與圍繞基板的邊緣環之間的間隙中。累積的處理副產物可轉移到基板的斜面邊緣及/或可在基板的斜面邊緣與邊緣環之間導致不期望的電弧放電，進一步抑制元件良率及/或降低腔室生產率。
由此，在本領域中需要用於在其電漿輔助處理期間改進基板邊緣處的處理均勻性及缺陷率的設備及方法。亦需要解決上文描述的問題的系統、裝置及方法。
本文提供的實施例大體包括設備，例如，電漿處理系統，及用於處理腔室中的基板的電漿處理的方法。在一些實施例中，設備及方法的態樣涉及改進跨基板表面的處理均勻性、降低基板表面上的缺陷率、或兩者。
在一個實施例中，一種電漿處理系統包括基板支撐組件，該基板支撐組件可包括：支撐基底；第一電極，在支撐基底上方設置並且藉由介電材料的第一部分與支撐基底間隔開；介電材料的第二部分，在第一電極上方設置，介電材料的第二部分形成基板支撐表面；以及第二電極，在距第一電極的中心一距離處設置並且藉由介電材料的第三部分與支撐基底間隔開；一或多個脈衝電壓波形產生器，電氣耦合到第一及第二電極；射頻(RF)產生器，電氣耦合到支撐基底，其中RF產生器經配置為將RF信號遞送到支撐基底，並且RF信號在第一電極處建立第一RF波形；以及邊緣調諧電路，電氣耦合到第二電極，其中邊緣調諧電路經配置為相對於在第一電極處建立的第一RF波形的一或多個特性調節在第二電極處建立的第二RF波形的一或多個特性。
在一個實施例中，一種電漿處理系統包括處理腔室，該處理腔室可包括共同地定義處理區域的腔室蓋、一或多個腔室壁、及基板支撐組件，基板支撐組件可包括：支撐基底；第一電極，在支撐基底上方設置並且藉由介電材料的第一部分與支撐基底間隔開；介電材料的第二部分，在第一電極上方設置，介電材料的第二部分形成基板支撐表面；以及第二電極，在距第一電極的中心一距離處設置並且藉由介電材料的第三部分與支撐基底間隔開；射頻(RF)產生器，電氣耦合到支撐基底，其中RF產生器經配置為將RF信號遞送到支撐基底，RF信號經配置為點燃及維持遞送到處理區域的電漿或氣體或蒸氣，並且RF信號在第一電極處建立第一RF波形；以及邊緣調諧電路，電氣耦合到第二電極，其中邊緣調諧電路經配置為相對於在第一電極處建立的第一RF波形的一或多個特性調節在第二電極處建立的第二RF波形的一或多個特性。
在一個實施例中，一種處理方法包括(i)藉由使用來自RF產生器的射頻(RF)信號來產生遞送到藉由腔室蓋及基板支撐組件定義的處理區域的氣體或蒸氣的電漿，基板支撐組件可包括：支撐基底，電氣耦合到RF產生器；第一電極，在支撐基底上方設置並且藉由介電材料的第一部分與支撐基底間隔開，其中RF信號在第一電極處建立第一RF波形；介電材料的第二部分，在第一電極上方設置，介電材料的第二部分形成基板支撐表面；以及第二電極，在距第一電極的中心一距離處設置，藉由介電材料的第三部分與支撐基底間隔開，並且電氣耦合到邊緣調諧電路；以及(ii)藉由使用RF信號及調諧電路來在第二電極處建立第二RF波形，其中第一RF波形的一或多個特性與第二RF波形的特性不同。
其他實施例包括在一或多個電腦儲存元件上記錄的對應電腦系統、設備、及電腦程式，其各自經配置為執行方法的動作。
本文提供的實施例包括用於在處理腔室中的基板的電漿處理的設備及方法。在一些實施例中，設備及方法的態樣涉及改進跨基板表面的處理均勻性、降低基板表面上的缺陷率、或兩者。在一些實施例中，設備及方法提供了對在基板邊緣上方形成的電漿的均勻性及/或在基板表面處的離子能量的分佈的改進控制。在一些實施例中，對電漿均勻性的改進控制與基板搬運方法（例如，釋放方法）結合使用以降低基板表面上的有關顆粒的缺陷率。在一些實施例中，對電漿均勻性的改進控制用於在原位電漿腔室清潔製程期間優先地從邊緣環的部分清潔累積的處理副產物。
本揭示的實施例可包括用於將從一或多個脈衝電壓(PV)產生器遞送的脈衝電壓(PV)波形提供到處理腔室內的複數個電極同時在電漿製程期間偏壓及卡緊基板的設備及方法。在一些實施例中，射頻(RF)產生的RF波形從RF產生器提供到處理腔室內的一或多個電力電極以建立並且維持處理腔室內的電漿，而從一或多個PV產生器遞送的PV波形經配置為跨基板表面及與之相鄰的基板支撐組件的表面建立幾乎恆定的鞘電壓（例如，在電漿電位與基板電位之間的恆定差）。在處理腔室內執行的一或多個電漿處理操作期間，所建立的幾乎恆定的鞘電壓在基板表面處提供了期望的離子能量分佈函數(ion energy distribution function; IEDF)。
本揭示的一些實施例包括用於控制電漿均勻性的設備及方法，例如，藉由控制在基板的周向邊緣區域及基板支撐組件的相鄰表面上方相對於基板中心的主體電漿中的電子密度。在一些實施例中，使用邊緣調諧電路控制電漿均勻性以控制在邊緣控制電極處建立的RF波形與偏壓電極處建立的RF波形之間的電壓幅度比、在邊緣控制電極及偏壓電極處的RF波形之間的電流幅度比、及在相應電極處的RF波形之間的相位差的一者或組合。
有利地，設備及方法可單獨或結合使用以提供用於控制反應性中性物質濃度、離子能量及角分佈、離子方向性及方向性均勻性並且分別控制跨基板表面（諸如在基板邊緣處）的離子通量及/或反應性中性物質均勻性的獨立調諧旋鈕。例如，在一些實施例中，離子能量、及方向性均勻性可藉由調節邊緣電極及夾持電極處建立的PV波形來控制，分別用於控制電漿鞘的厚度輪廓及在基板的邊緣區域上方形成的鞘邊界（在電漿鞘與電漿之間）的形狀並且因此控制朝向基板表面加速的離子的能量及方向性。可藉由調節相應電極處建立的RF波形來單獨地控制離子通量及/或反應性中心物質濃度均勻性。大體上，離子能量及方向性影響關於基板表面處的離子相互作用的處理結果，諸如在基板表面中形成的特徵開口的蝕刻輪廓，而離子通量及反應性中性物質濃度強烈地影響處理速率，諸如從特徵開口移除材料的速率。因此，單獨地控制離子能量、離子方向性、以及處理表面處的離子通量及反應性中性物質的能力提供了期望的調諧參數，該等調諧參數可用於最佳化下一代電子元件的緊密容差所需的蝕刻輪廓以及其成本有效製造所需的處理產量。 電漿處理系統實例
第1A圖及第1B圖係經配置為執行本文闡述的一或多種電漿處理方法的相應處理系統10A及10B的示意性橫截面圖。第2圖係可以與處理系統10A及10B的一者或兩者一起使用的處理方案的簡化示意圖。第3A圖至第3C圖係可以用作邊緣調諧電路170的邊緣調諧電路170a、170b、170c的實例，其中處理系統10A及10B的一者或兩者用於控制及調節電漿均勻性。
在一些實施例中，在第1A圖及第1B圖中示出的處理系統10A及10B經配置為用於電漿輔助的蝕刻製程，諸如反應性離子蝕刻(RIE)電漿處理。然而，應當注意，本文描述的實施例亦可與處理系統一起使用，該等處理系統經配置為在其他電漿輔助製程中使用，諸如電漿增強的沉積製程，例如，電漿增強的化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)製程、電漿增強的物理氣相沉積(plasma-enhanced physical vapor deposition; PEPVD)製程、電漿增強的原子層沉積(plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD)製程、電漿加工處理或基於電漿的離子佈植處理，例如，電漿摻雜(PLAD)處理。
如第1A圖至第1B圖所示，處理系統10A-10B經配置為形成電容耦合電漿(capacitively coupled plasma; CCP)，其中處理腔室100包括在處理體積129中設置的上部電極（例如，腔室蓋123），該上部電極面向亦在處理體積129中設置的下部電極（例如，基板支撐組件136）。在常見的電容耦合電漿(CCP)處理系統中，射頻(RF)源（例如，RF產生器118）電氣耦合到上部或下部電極之一，遞送經配置為點燃並且維持電漿（例如，電漿101）的RF信號，該電漿電容耦合到上部及下部電極的每一者並且在其間的處理區域中設置。通常，上部或下部電極的相對電極耦合到接地或第二RF電源。在第1A圖至第1B圖中，基板支撐組件136的一或多個部件（諸如支撐基底107）電氣耦合到包括RF產生器118的電漿產生器組件163，並且腔室蓋123電氣耦合到接地。
如第1A圖至第1B圖所示，處理系統10A及10B的每一者包括處理腔室100、基板支撐組件136、系統控制器126、及電漿控制方案18。將預期，在本文描述的實施例中，處理系統10A的特徵、配置、及/或結構部件的任一者或組合（例如，基板支撐組件136的結構部件及/或電漿控制方案18的電氣部件）可用在處理系統10B中，並且反之亦然。
處理腔室100通常包括腔室主體113，該腔室主體包括共同地定義處理體積129的腔室蓋123、一或多個側壁122、及腔室基底124。一或多個側壁122及腔室基底124大體包括材料，該等材料的大小及形狀經調節以形成用於處理腔室100的元件的結構支撐件，並且經配置為在處理期間在處理腔室100的處理體積129中維持的真空環境內產生電漿101時承受向其施加的壓力及添加的能量。在一個實例中，一或多個側壁122及腔室基底124由金屬形成，諸如鋁、鋁合金、或不鏽鋼合金。
穿過腔室蓋123設置的氣體入口128用於將一或多種處理氣體或蒸氣從與之流體連通的處理氣體源119遞送到處理體積129。在一些實施例中，腔室蓋123包括噴淋頭（未圖示），並且穿過噴淋頭將氣體或蒸氣分佈到處理體積中。在一些實施例中，使用穿過一或多個側壁122（未圖示）之一設置的氣體入口將氣體或蒸氣遞送到處理體積129。將基板103穿過一或多個側壁122的一者中的開口（未圖示）裝載到處理體積129中並且從處理體積129移除，該開口在基板103的電漿處理期間用狹縫閥（未圖示）密封。
在一些實施例中，穿過基板支撐組件136中形成的開口可移動地設置的複數個升舉銷20用於促進將基板傳遞到基板支撐表面105A及從基板支撐表面105A傳遞基板。在一些實施例中，複數個升舉銷20在處理體積129中設置的升舉銷箍（未圖示）之上設置並且耦合到該升舉銷箍及/或可與該升舉銷箍接合。升舉銷箍可耦合到穿過腔室基底124密封地延伸的軸件（未圖示）。軸件可耦合到用於升高及降低升舉銷箍的致動器（未圖示）。當升舉銷箍處於升高位置時，其與複數個升舉銷20接合以將升舉銷的上表面升高到基板支撐表面105A之上，從而從其提升基板102並且使機器人搬運器（未圖示）能夠接近基板103的非主動（背側）表面。當升舉銷箍處於降低位置時，複數個升舉銷20與基板支撐表面105A齊平或凹陷到基板支撐表面下方，並且基板103擱置在其上。
系統控制器126（在本文中亦稱為處理腔室控制器）包括中央處理單元(central processing unit; CPU) 133、記憶體134、及支援電路135。系統控制器126用於控制用於處理基板103的處理序列，包括本文描述的基板偏壓方法。CPU 133係經配置為用於控制處理腔室及與其有關的子處理器的工業環境中的通用電腦處理器。本文描述的記憶體134（大體為非揮發性記憶體）可包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟驅動、或其他適宜形式的數位儲存器（本端或遠端）。支援電路135習知地耦合到CPU 133並且包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源供應器、及類似者、及其組合。軟體指令（程式）及資料可以在記憶體134內編碼及儲存，用於指示CPU 133內的處理器。可由系統控制器126中的CPU 133讀取的軟體程式（或電腦指令）決定處理系統10A及/或10B中的部件可執行哪些任務。
通常，可由系統控制器126中的CPU 133讀取的程式包括代碼，當藉由處理器（CPU 133）執行時，該代碼執行與本文描述的電漿處理方案有關的任務。程式可包括指令，該等指令用於控制處理系統10A及/或10B內的各種硬體及電氣部件以執行用於實施本文描述的方法的各種製程任務及各種製程序列。在一個實施例中，程式包括用於執行下文關於第7圖及第8A圖至第8B圖描述的一或多個操作的指令。
在第1A圖至第1B圖中示出的電漿控制方案188大體包括電漿產生器組件163、用於在偏壓電極104處建立第一PV波形的第一脈衝電壓(PV)源組件196、及用於在邊緣控制電極115處建立第二PV波形的第二PV源組件197。在一些實施例中，電漿產生器組件163將RF信號遞送到支撐基底107（例如，電力電極或陰極），該支撐基底可用於在基板支撐組件136與腔室蓋123之間設置的處理區域中產生（維持及/或點燃）電漿101。在一些實施例中，RF產生器118經配置為遞送具有大於400 kHz的頻率的RF信號，諸如約1 MHz或更大、或約2 MHz或更大，諸如約13.56 MHz或更大、約27 MHz或更大、約40 MHz或更大、或例如，在約30 MHz與約200 MHz之間，諸如在約30 MHz與約160 MHz之間、在約30 MHz與約120 MHz、或在約30 MHz與約60 MHz之間的RF頻率。
在一些實施例中，電漿控制方案188進一步包括邊緣調諧電路170，該邊緣調諧電路可用於調節在基板支撐組件136與腔室蓋123之間形成的電漿101的一或多個特性。在一些實施例中，邊緣調諧電路170可用於相對於在基板103的中心的表面上方形成的電漿101的部分的密度調節在基板支撐組件136上設置的基板103的周向邊緣上方形成的電漿101的部分的密度。大體上，如本文使用，電漿密度指每單位體積主體電漿中的自由電子的數量（例如，自由電子數量/cm 3），其在一些實施例中可在約10 8cm -3至約10 11cm -3的範圍中。邊緣調諧電路170實現操縱用於維持在基板支撐組件136的邊緣上方的區域中的電漿101的RF功率相對於用於維持在基板支撐組件136的中心部分上方的區域中的電漿101的RF功率的一或多個特性。例如，邊緣調諧電路170可用於相對於在基板支撐組件136的中心區域103A中的RF功率調節在基板支撐組件136的邊緣處的RF功率的電壓、電流、及/或相位的一或多個。
如下文進一步論述，邊緣調諧電路170可電氣耦合到基板支撐組件136中設置的邊緣控制電極115。在一些實施例中，用於點燃及/或維持電漿101的RF信號從電漿產生器組件163遞送到支撐基底107，該支撐基底穿過其間設置的介電材料層電容耦合到邊緣控制電極115。邊緣調諧電路170可用於相對於提供到支撐基底107的RF功率調節用於維持在邊緣控制電極115上方的區域中的電漿的RF功率（例如，藉由調節邊緣控制電極115處的RF功率的電壓、電流、及/或相位）的一或多個特性。
在一些實施例中，在用於點燃及/或維持邊緣控制電極115及偏壓電極104上方的區域中的電漿的RF功率的電壓、電流、及/或相位之間的差異藉由量測或決定在邊緣控制電極115及/或偏壓電極104處的RF功率的相應電壓、電流、及/或相位來決定及/或監測。在一些實施例中，使用下文描述的信號偵測模組187來量測及/或決定在邊緣控制電極115及/或偏壓電極104處的RF功率的一或多個特性。
如上文論述，在一些實施例中，包括RF產生器118及RF匹配組件160的電漿產生器組件163大體經配置為基於從系統控制器126提供的控制信號，將在期望的實質上固定的正弦波形頻率下的期望量的連續波(continuous wave; CW)或脈衝RF功率遞送到基板支撐組件136的支撐基底107。在處理期間，電漿產生器組件163經配置為將RF功率（例如，RF信號）遞送到靠近基板支撐件105並且在基板支撐組件136內設置的支撐基底107。遞送到支撐基底107的RF功率經配置為點燃及維持在處理體積129內設置的處理氣體的處理電漿101。
在一些實施例中，支撐基底107係經由RF匹配電路162及第一濾波器組件161（其等均在RF匹配組件160內設置）電氣耦合到RF產生器118的RF電極。第一濾波器組件161包括一或多個電氣元件，該等電氣元件經配置為實質上防止藉由PV波形產生器150的輸出產生的電流穿過RF功率遞送線167流動並且損壞RF產生器118。第一濾波器組件161用作對由PV波形產生器150內的PV脈衝產生器P1產生的PV信號的高阻抗（例如，高Z），並且因此抑制電流到RF匹配電路162及RF產生器118的流動。
在一些實施例中，RF匹配組件160及RF產生器118用於使用在處理體積129中設置的處理氣體及藉由RF產生器118遞送到支撐基底107的RF功率（RF信號）產生的場來點燃及維持處理電漿101。處理體積129經由真空出口120流體耦合到一或多個專屬真空泵，該等真空泵將處理體積129維持在低於大氣壓條件下並且從其抽出處理及/或其他氣體。在一些實施例中，在處理體積129中設置的基板支撐組件136在支撐軸件138上設置，該支撐軸件接地並且穿過腔室基底124延伸。然而，在一些實施例中，RF匹配組件160經配置為將RF功率遞送到相對於支撐基底107在基板支撐件105中設置的偏壓電極104。
在一些實施例中，邊緣調諧電路170用於相對於在偏壓電極104處建立的RF波形（例如，第6圖中示出的第一RF波形601）的一或多個特性控制及/或調節在邊緣控制電極115處建立的RF波形（例如，第6圖中示出的第二RF波形602）的一或多個特性。在一些實施例中，諸如第1A圖及第2圖所示，邊緣調諧電路170在邊緣控制電極115與接地之間電氣耦合。在其他實施例中，諸如第1B圖所示並且如第2圖中的虛線所示，邊緣調諧電路170可在邊緣控制電極115與電漿產生器組件163之間電氣耦合並且因此在邊緣控制電極115與支撐基底107之間電氣耦合。
基板支撐組件136（如上文簡要論述）大體包括基板支撐件105（例如，ESC基板支撐件）及支撐基底107。在一些實施例中，如下文進一步論述，基板支撐組件136可以額外包括絕緣體板111及接地板112。支撐基底107藉由絕緣器板111與腔室基底124電氣隔離，並且接地板112插入絕緣器板111與腔室基底124之間。基板支撐件105熱耦合到支撐基底107並且在該支撐基底上設置。在一些實施例中，支撐基底107經配置為在基板處理期間調節基板支撐件105及在基板支撐件105上設置的基板103的溫度。在一些實施例中，支撐基底107包括其中設置的一或多個冷卻通道（未圖示），該等冷卻通道流體耦合到冷卻劑源（未圖示）並且與該冷卻劑源流體連通，該冷卻劑源諸如具有相對高電阻的冷凍劑源或水源。在一些實施例中，基板支撐件105包括加熱器（未圖示），諸如嵌入其介電材料中的電阻式加熱元件。在本文中，支撐基底107由抗腐蝕導熱材料形成，諸如抗腐蝕金屬，例如鋁、鋁合金、或不鏽鋼，並且利用黏著劑或藉由機械構件耦合到基板支撐件。
通常，基板支撐件105由介電材料形成，諸如塊狀燒結的陶瓷材料，諸如抗腐蝕金屬氧化物或金屬氮化物材料，例如，氧化鋁(Al 2O 3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、氧化釔(Y 2O 3)、其混合物、或其組合。在本文的實施例中，基板支撐件105進一步包括嵌入其介電材料中的偏壓電極104。在一些實施例中，藉由量測偏壓電極104處建立的RF波形（例如，第6圖中的第一RF波形601）來決定及/或監測用於在偏壓電極104上方的處理區域中維持電漿101的RF功率的一或多個特性。通常，藉由將RF信號從電漿產生器組件163遞送到基板支撐件105來建立第一RF波形601，該基板支撐件穿過其間設置的介電材料層105C（第1C圖）電容耦合到偏壓電極104。
在一種配置中，偏壓電極104係夾持極，該夾持極用於將基板103固定（亦即，夾持）到基板支撐件105的基板支撐表面105A，並且使用本文描述的脈衝電壓偏壓方案的一或多個相對於處理電漿101偏壓基板103。通常，偏壓電極104由一或多個導電部分形成，諸如一或多個金屬網、箔、板、或其組合。
在一些實施例中，偏壓電極104電氣耦合到卡緊網路116，該卡緊網路使用電導體向偏壓電極提供夾持電壓，諸如在約-5000 V與約5000 V之間的靜態DC電壓，該電導體諸如同軸電力遞送線106（例如，同軸電纜）。如將在下文進一步論述，卡緊網路116包括偏壓補償電路元件116A、DC電源供應器155、及偏壓補償模組阻擋電容器，在本文中亦稱為阻擋電容器C 5。阻擋電容器C 5設置在脈衝電壓(PV)波形產生器150的輸出與偏壓電極104之間。
參見第1A圖及第1B圖，基板支撐組件136可進一步包括在邊緣環114之下並且圍繞偏壓電極104定位及/或設置在距偏壓電極104的中心一定距離處的邊緣控制電極115。大體上，對於經配置為處理圓形基板的處理腔室100，邊緣控制電極115的形狀係環形，由導電材料製成並且經配置為圍繞偏壓電極104的至少一部分。在一些實施例中，諸如第1A圖所示，邊緣控制電極115在基板支撐件105的區域內定位。在一些實施例中，如第1A圖中示出，邊緣控制電極115包括導電網、箔、及/或板，該導電網、箔、及/或板經設置為距邊緣環114的距離（亦即，Z方向）與偏壓電極104距基板支撐件105的基板支撐表面105A的距離類似。在一些其他實施例中，諸如第1B圖所示，邊緣控制電極115包括在介電管道110的區域上或內定位的導電網、箔、及/或板，該區域圍繞偏壓電極104及/或基板支撐件105的至少一部分。介電管道110可以由各種絕緣體製成，諸如氧化鋁、氮化鋁、或石英。在一些實施例中，介電管道110可以包括由相同或不同材料製成的若干部分。或者，在一些其他實施例（未圖示）中，邊緣控制電極115在邊緣環114內定位或耦合到該邊緣環，該邊緣環在基板支撐件105並且鄰近基板支撐件105設置。
邊緣控制電極115大體經定位為使得當與邊緣調諧電路170一起使用及/或使用脈衝偏壓方案140（第1圖）偏壓時，歸因於其相對於基板103的位置，其可以影響或更改所產生電漿101在基板103的周向邊緣上方或外部的一部分。在一些實施例中，電氣耦合到邊緣控制電極115的邊緣調諧電路170可用於操縱用於點燃及/或維持邊緣控制電極115上方的處理區域129A中的電漿的RF功率的一或多個特性。例如，在一些實施例中，邊緣調諧電路170可用於調節及/或操縱用於點燃及/或維持邊緣控制電極115與腔室蓋123之間設置的處理區域中的電漿101的RF功率的電壓、電流、相位、及/或遞送功率的一或多個。
在一些實施例中，用於維持邊緣控制電極115上方的處理區域中的電漿101的RF功率的一或多個特性藉由量測分別在邊緣控制電極115及偏壓電極104處建立的第二RF波形602與第一RF波形601之間的一或多個差異來決定及/或監測。在一些實施例中，第二RF波形602及第一RF波形601的一或多個特性的差異可藉由使用邊緣調諧電路170調節基板103的周向邊緣上方的區域中的電漿密度來操縱。因此，邊緣調諧電路170可有利地用於控制在主體電漿中產生活化物質，此實現對基板103的邊緣處（邊緣區域103B）相對於基板103的中心區域103A的離子及/或自由基通量的精細控制。
可以藉由使用與用於偏壓偏壓電極104的PV波形產生器150不同的PV波形產生器150來偏壓邊緣控制電極115。在一些實施例中，藉由將部分電力分離到邊緣控制電極115，邊緣控制電極115可以藉由使用亦用於偏壓偏壓電極104的PV波形產生器150來偏壓。在一種配置中，第一PV源組件196的第一PV波形產生器150經配置為偏壓偏壓電極104，並且第二PV源組件197的第二PV波形產生器150經配置為偏壓邊緣控制電極115。
在一些實施例中，藉由使用通訊地耦合到系統控制器126的信號偵測模組187來量測及/或決定所產生的RF功率的一或多個特性。信號偵測模組187大體經配置為從電氣信號跡線（未圖示）接收電氣信號，該等電氣信號跡線電氣耦合到處理系統10A及10B內的各個部件，例如，在節點N處。信號偵測模組187可包括複數個輸入通道172，各自經配置為從對應電氣信號跡線及資料獲取模組169接收電氣信號。所接收的電氣信號可以包括而不限於遞送到支撐基底107的RF信號、在偏壓電極104及邊緣控制電極115的一者或兩者處建立的RF波形、在偏壓電極104及邊緣控制電極115的一者或兩者處建立的脈衝電壓(PV)波形、及遞送到偏壓電極104及邊緣控制電極115的一者或兩者的夾持電壓的一或多個特性。在一些實施例中，資料獲取模組169經配置為產生用於在基板處理期間自動地控制RF信號、RF波形、PV波形、及/或夾持電壓的一或多個特性的控制信號。在一些實施例中，藉由系統控制器將一或多個特性的期望改變通訊到信號偵測模組187，並且資料獲取模組169可用於實施期望改變。
在一些實施例中並且如圖所示，第二PV源組件197包括卡緊網路116，該夾持網路使用電導體（諸如同軸電力遞送線106（例如，同軸電纜））電氣耦合到邊緣控制電極115。卡緊網路116可以用於將靜態DC電壓（諸如在約-5000 V與約5000 V之間）遞送到邊緣控制電極並且可包括一或多個偏壓補償電路元件116A、DC電源供應器155、及阻擋電容器C 5。阻擋電容器C 5在脈衝電壓(PV)波形產生器150的輸出與邊緣控制電極115之間設置。此處，第二PV源組件197的卡緊網路116可與第一PV源組件196的卡緊網路116獨立地控制。第二PV源組件197的卡緊網路116可以用於將卡緊電壓遞送到邊緣控制電極，該卡緊電壓與遞送到偏壓電極以提供額外處理調諧旋鈕的卡緊電壓相同或不同。
在一些實施例中，處理腔室100進一步包括介電管道110或圈，該介電管道或圈至少部分外接基板支撐組件136的部分。介電管道110在RF熱基板支撐組件136與接地襯墊108之間提供介電阻障，並且亦保護基板支撐件105及/或支撐基底107不與腐蝕性處理氣體或電漿、清潔氣體或電漿、或其副產物接觸。通常，介電管道110、絕緣器板111、及接地板112由襯墊108外接。在一些實施例中，電漿屏蔽件109在陰極襯墊108與側壁122之間定位以防止電漿在襯墊108與一或多個側壁122之間的電漿屏蔽件109之下的體積中形成。 基板支撐組件配置
第1C圖係第1A圖所示的基板支撐組件136的一部分的特寫視圖並且包括在基板支撐組件136的一或多個實施例內的各個結構元件的電氣特性的簡化的電氣示意性表示。第1C圖中示出的簡化的電氣示意性表示同樣應用於第1B圖中描繪的基板支撐組件136的對應結構元件。此處，基板支撐組件136經配置為靜電夾盤(ESC)並且可係庫倫(Coulombic)型ESC或約翰森-拉貝克(Johnsen-Rahbek)型ESC的任一者。庫倫ESC及約翰森-拉貝克ESC的簡化等效電路模型191分別在第3D圖及第3E圖中示出，並且在下文論述。大體上，在基板支撐組件136的任一ESC配置中，藉由在基板103與夾持電極之間提供電位將基板103固定到基板支撐件105，此導致其間的靜電吸引力。在一個實施例中，除了有助於本文描述的脈衝電壓(PV)波形偏壓方案之外，偏壓電極104亦用作夾持電極。
如圖所示，基板支撐組件136包括將各自相繼論述的基板支撐件105、支撐基底107、絕緣體板111、及接地板112。基板支撐件105提供由介電材料形成的基板支撐表面105A並且包括嵌入介電材料中的偏壓電極104。偏壓電極104用作夾持電極並且藉由第一介電材料層105B與基板支撐表面105A及因此與基板103間隔開，並且藉由第二介電材料層105C與支撐基底107間隔開。
在一些實施例中，ESC配置可用於在相對低壓（例如，超高真空）處理環境中將基板103固定到基板支撐件105。在一些實施例中，可能期望在處理期間加熱及/或冷卻基板103以將基板維持在期望的處理溫度下。在彼等實施例中，基板支撐組件136可經配置為藉由加熱或冷卻基板支撐件105及因此加熱或冷卻其上設置的基板103將基板103維持在期望溫度下。經常，在彼等實施例中，基板支撐表面105A經圖案化為具有接觸基板103的升高部分（例如，台面）及與基板103一起定義間隙區域105D的凹陷部分。在基板處理期間，惰性氣體（例如，氦）可遞送到間隙區域105D以改進在基板支撐表面105A與其上設置的基板103之間的熱傳遞。
偏壓電極104（夾持電極）電氣耦合到DC電源供應器155（上文在第1A圖至第1B圖中描述），該DC電源供應器經配置為在基板103與偏壓電極104之間提供電位並且因此在其間產生靜電吸引（夾持力）。基板支撐組件136可經配置為庫倫ESC或約翰森-拉貝克ESC的任一者，其中當與庫倫型ESC進行比較時，約翰森-拉貝克型ESC可提供較高夾持力並且使用較低夾持電壓。在庫倫ESC中，為第一介電材料層105B選擇的介電材料將通常具有與為約翰森-拉貝克ESC選擇的介電材料相比較高的電阻，從而導致分別在第3C圖及第3E圖中示出的簡化功能等效電路模型191a、191b的差異。
在最簡單的情況（例如，用於第3D圖所示的庫倫ESC的電路模型191a）下，第一介電層105B由假設用作絕緣體的介電材料形成，例如，具有無限電阻R JR，並且功能等效電路模型191a因此包括穿過第一介電層105B在偏壓電極104與基板103之間的直接電容C 1。在庫倫ESC的一些實施例中，選擇第一介電材料層105B的介電材料及厚度T DL1使得電容C 1係在約5 nF與約100 nF之間，諸如在約7與約20 nF之間。例如，介電材料層105B可由陶瓷材料（例如，氧化鋁(Al 2O 3)等）形成，並且具有在約0.1 mm與約1 mm之間的厚度T DL1，諸如在約0.1 mm與約0.5 mm之間，例如，約0.3 mm。
在更複雜的情況（諸如第3E圖所示的約翰森-拉貝克ESC的電路模型191b中示出）下，電路模型191b包括與介電材料電阻R JR及間隙電容C JR並聯耦合的電容C 1。通常，在約翰森-拉貝克ESC中，介電材料層105B被認為係「洩漏」，因為其非完美絕緣體並且具有某一傳導率，因為例如介電材料可係具有約9的電容率(ε)的摻雜的氮化鋁(AlN)。與第3D圖所示的庫倫ESC的電路模型191a一樣，穿過介電材料層105B及用氦填充的間隙區域105D在偏壓電極104與基板103之間存在直接電容C 1。在約翰森-拉貝克ESC內的介電層的體積電阻率小於約10 12ohms-cm (Ω-cm)、或小於約10 10Ω-cm、或甚至在10 8Ω-cm與10 12Ω-cm之間的範圍中，並且因此介電材料層105B可以具有在10 6-10 11Ωs之間的範圍中的介電材料電阻R JR。在第3E圖的模型191b中，間隙電容C JR用於考慮在基板103與基板支撐表面105A之間的含氣體間隙區域105D。希望間隙電容C JR具有與電容C 1相比稍大的電容。返回參見第1C圖，在基板支撐組件136內形成的電路的電氣示意性表示包括支撐基底介電層電容C 2，該電容表示第二介電材料層105C的電容。在一些實施例中，第二介電材料層105C的部分的厚度大於第一介電材料層105B的厚度。在一些實施例中，用於在偏壓電極的任一側上形成介電層的介電材料係相同材料並且形成基板支撐件105的結構主體。在一個實例中，如在支撐基底107與偏壓電極104之間延伸的方向上量測的第二介電材料層105C（例如，Al 2O 3或AlN）的厚度大於1 mm，諸如具有在約1.5 mm與約100 mm之間的厚度。支撐基底介電層電容C 2將通常具有在約0.5與約10奈法(nF)之間的電容。
在如第1C圖所示的基板支撐組件136內形成的電路的電氣示意性表示亦包括支撐基底電阻R P、絕緣體板電容C 3、及在一端上耦合到接地的接地板電阻R G。由於支撐基底107及接地板112通常由金屬材料形成，支撐基底電阻R P及接地板電阻R G相當低，諸如小於數毫歐。絕緣體板電容C 3表示在支撐基底107的底表面與接地板112的頂表面之間定位的介電層的電容。在一個實例中，絕緣體板電容C 3具有在約0.1與約1 nF之間的電容。 偏壓及邊緣控制方案
第2圖係可以與第1A圖及第1B圖中示出的處理系統10A-10B的一者或兩者一起使用的偏壓及邊緣控制方案的簡化示意圖。如第2圖所示，RF產生器118及PV波形產生器150經配置為分別將RF波形及脈衝電壓波形遞送到在處理腔室100的處理體積129內設置的一或多個電極。在一個實施例中，RF產生器118及PV波形產生器150經配置為同時將RF波形及脈衝電壓波形遞送到在基板支撐組件136內設置的一或多個電極。
如上文論述，邊緣調諧電路170大體經配置為控制在腔室蓋123與基板支撐組件136之間形成的電漿的均勻性，例如，藉由控制在基板103的周向邊緣上方的電漿密度（亦即，在主體電漿中的自由電子密度）來控制。在一些實施例中，如第1A圖及第2圖所示，邊緣調諧電路170在邊緣控制電極115（邊緣偏壓電極）與接地之間電氣耦合。在其他實施例中，如第1B圖並且在第2圖中的虛線所示，邊緣調諧電路170在邊緣控制電極115與電漿產生器組件163之間電氣耦合，例如，在邊緣控制電極115與RF匹配組件160之間電氣耦合。
在一些實施例中，邊緣調諧電路170經配置為諧振電路，該諧振電路包括可用於調節用於維持邊緣控制電極上方的區域中的電漿的RF功率的電壓、電流、及/或相位的電感器及電容器（例如，LC電路）。可在本文描述的實施例的任一者中用作邊緣調諧電路170的示例電路170a、170b、170c在第3A圖至第3C圖中示出。應當注意，在第3A圖及第3B圖中，邊緣調諧電路170a、170b圖示為在電力遞送線158與接地之間電氣耦合，諸如在邊緣控制電極115與接地之間電氣耦合，如第1A圖所示。然而，將預期，在第3A圖及第3B圖中示出的示例邊緣調諧電路170a、170b亦可在電力遞送線158與電漿產生器組件163之間電氣耦合（以虛線圖示），諸如在邊緣控制電極115與RF匹配組件160之間電氣耦合，如第1B圖所示。在一些其他實施例中，邊緣調諧電路170可同時電氣耦合到電力遞送線158、電漿產生器組件163、及接地，諸如第3C圖所示的邊緣調諧電路170c。
在第3A圖所示的一個實施例中，邊緣調諧電路170a包括並聯佈置的電感器L 2及可變電容器C 7（亦即，並聯LC諧振電路）。在第3B圖所示的另一實施例中，邊緣調諧電路170a包括串聯佈置的電感器L 2及可變電容器C 7（亦即，串聯LC諧振電路）。在第3C圖所示的另一實施例中，邊緣調諧電路170c包括在電力遞送線158與電漿產生器組件163之間（亦即，在邊緣控制電極115與RF匹配組件160之間）串聯佈置的電感器L 2及可變電容器C 8（亦即，串聯LC諧振電路）及在電力遞送線158與接地之間串聯佈置的第二可變電容器C 7。
在一些實施例中，可變電容器C 7或C 8的一者或兩者可從至少約50 pF到約500 pF調節，諸如從至少約50 pF到至少約200 pF、或至少約20 pF到約至少250 pF。
為邊緣調諧電路170選擇的LC諧振電路的類型（例如，並聯或串聯或其他結構）可取決於基板支撐組件136的機械尺寸、及在導電部分或電極之間的所得電氣耦合件，諸如邊緣環、邊緣電極、基底板、晶圓電極、晶圓、及接地板。
在一些實施例中，可以基於控制電漿密度分佈的期望能力來選擇LC諧振電路的類型，該電漿密度分佈可以藉由調節LC諧振電路的一或多個參數來實現，使得可以相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形601的一或多個特性調節在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形602（第6圖）的一或多個特性。在下文第7A圖至第7D圖中描述可以為示例性邊緣調諧電路170實現的不同控制特性的模擬結果。
返回參見第2圖，在一個非限制性實例中，RF產生器118及PV波形產生器150經配置為分別將RF波形及脈衝電壓波形遞送到支撐基底107及偏壓電極104，其等均在基板支撐組件136中設置。在另一實例中，RF產生器118、第一PV波形產生器150及第二PV波形產生器150經配置為分別將RF波形、第一脈衝電壓波形及第二脈衝電壓波形遞送到支撐基底107、偏壓電極104及邊緣控制電極115，其等均在基板支撐組件136中設置。
如第2圖中示出，RF產生器118經配置為藉由穿過RF（電漿）匹配組件160遞送包括正弦RF波形（此處為RF波形601、602，第6A圖至第6B圖）的RF信號來將正弦RF波形（RF信號）提供到腔室主體113中設置的一或多個電極，該RF（電漿）匹配組件包括RF匹配電路162及第一濾波器組件161。此外，PV波形產生器150的每一者經配置為藉由穿過第二濾波器組件151在偏壓電極104或邊緣電極115處建立PV波形來將PV波形提供到腔室主體113中設置的一或多個電極，該PV波形通常包括一系列電壓脈衝（例如，亞微秒電壓脈衝，包括奈秒電壓脈衝）。在卡緊網路116內的部件可以視情況定位在每個PV波形產生器150與第二濾波器組件151之間。在第5A圖至第5C圖中圖示可以藉由PV波形產生器150的每一者提供的PV波形401a-c的實例。在第4圖中圖示可以在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立的PV波形401的實例。
在處理期間，藉由第一PV源組件196的PV波形產生器150將PV波形提供到偏壓電極104，並且藉由第二PV源組件197的PV波形產生器150將PV波形提供到邊緣控制電極115。將脈衝電壓波形提供到在處理腔室100內設置的負載（例如，第3D圖至第3E圖中圖示的複合負載130）。PV波形產生器150經由相應功率遞送線157及158耦合到偏壓電極104及邊緣控制電極115。藉由使用從系統控制器126提供的信號來控制對來自PV波形產生器150的每一者的PV波形的遞送的總體控制。
在一個實施例中，PV波形產生器150經配置為例如藉由使用來自電晶體-電晶體邏輯(transistor–transistor logic; TTL)源（未圖示）的信號以預定長度的時間間隔輸出週期性電壓函數。藉由電晶體-電晶體邏輯(TTL)源產生的週期性電壓函數可以係在預定的負或正電壓與零之間的雙狀態DC脈衝。在一個實施例中，PV波形產生器150經配置為在預定長度的定期重複時間間隔期間藉由以預定速率重複地閉合及斷開一或多個開關來跨其輸出（亦即，到接地）維持預定的實質上恆定的負電壓。在一個實例中，在脈衝間隔的第一階段期間，第一開關用於將高電壓供應器連接到偏壓電極104，並且在脈衝間隔的第二階段期間，第二開關用於將偏壓電極104連接到接地。在另一實施例中，PV波形產生器150經配置為在預定長度的定期重複時間間隔期間藉由以預定速率重複地閉合及斷開其內部開關（未圖示）來跨其輸出（亦即，到接地）維持預定的實質上恆定的正電壓。
在一種配置中，在脈衝間隔的第一階段期間，第一開關用於將偏壓電極104連接到接地，並且在脈衝間隔的第二階段期間，第二開關用於將高電壓供應器連接到偏壓電極104。在替代配置中，在脈衝間隔的第一階段期間，第一開關在斷開狀態中定位，使得偏壓電極104從高電壓供應器斷開連接並且偏壓電極104經由阻抗網路（例如，串聯連接的電感器及電阻器）耦合到接地。隨後，在脈衝間隔的第二階段期間，第一開關在閉合狀態中定位以將高電壓供應器連接到偏壓電極104，而偏壓電極104保持經由阻抗網路耦合到接地。
PV波形產生器150可包括PV產生器及一或多個電氣部件，諸如但不限於高重複率開關（未圖示）、電容器（未圖示）、電感器（未圖示）、回掃二極體（未圖示）、電力電晶體（未圖示）及/或電阻器（未圖示），該等電氣部件經配置為將PV波形提供到輸出。可以經配置為奈秒脈衝產生器的實際PV波形產生器150可包括任何數量的內部部件。
電力遞送線157將第一PV源組件196的PV波形產生器150的輸出電氣連接到可選濾波器組件151及偏壓電極104。儘管下文的論述主要論述用於將PV波形產生器150耦合到偏壓電極104的第一PV源組件196的電力遞送線157，但將PV波形產生器150耦合到邊緣控制電極115的第二PV源組件197的電力遞送線158將包括相同或類似的部件。在電力遞送線157的各個部分內的電導體可包括：(a)同軸電纜的一個或組合（諸如與剛性同軸電纜串聯連接的撓性同軸電纜），(b)絕緣的高電壓耐電暈安裝線，(c)裸接線，(d)金屬桿，(e)電氣連接器，或(f)在(a)-(e)中的電氣元件的任何組合。可選濾波器組件151包括一或多個電氣元件，該等電氣元件經配置為實質上防止藉由RF產生器118的輸出產生的電流穿過電力遞送線157流動並且損壞PV波形產生器150。可選濾波器組件151用作對由RF產生器118產生的RF信號的高阻抗（例如，高Z），並且因此抑制電流到PV波形產生器150的流動。
在一些實施例中，如第1A圖至第1B圖所示，第一PV源組件196的PV波形產生器150經配置為藉由穿過阻擋電容器C 5、濾波器組件151、電力遞送線157、及電容C 1（第1C圖）遞送產生的脈衝電壓波形來將脈衝電壓波形信號提供到偏壓電極104，並且最終到複合負載130（第3D圖至第3E圖）。在一些實施例中，電漿控制方案188可進一步包括在部件內定位的阻擋電阻器（未圖示），該等部件將卡緊網路116連接到電力遞送線157內的點。阻擋電容器C 5的主要功能係保護PV波形產生器150不受藉由DC電源供應器155產生的DC電壓的影響，該DC電壓因此跨阻擋電容器C 5下降並且不干擾PV波形產生器150的輸出。在卡緊網路116中的阻擋電阻器的目的係將藉由PV波形產生器150產生的脈衝電壓阻擋到足以最小化其在DC電源供應器155中引起的電流。 波形實例
第4圖示出了歸因於將PV波形401遞送到偏壓電極104可以在偏壓電極104處建立的PV波形401及在基板103處建立的PV波形402的實例。PV波形401係基於藉由電氣耦合到偏壓電極104的PV波形產生器150產生的PV波形401a（第5A圖）。PV波形401、402亦可以表示分別在邊緣控制電極115及邊緣環114處建立的PV波形。
此處，藉由使用相應PV源組件196、197內的PV波形產生器150及對應卡緊網路116的DC電壓源155來在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立PV波形401。轉到第4圖，可以藉由在控制器126的記憶體中儲存的電漿處理配方中的設置控制的PV波形產生器150的輸出建立PV波形401，該PV波形包括峰間電壓V PP，在本文中稱為脈衝電壓位準V PP。此處，PV波形402係歸因於在偏壓電極104處建立PV波形401而由基板103看到的波形，其表徵為包括在點420與點421之間延伸的鞘塌陷及再充電階段450（或出於便於論述的目的，鞘塌陷階段450）、在點421與點422之間延伸的鞘形成階段451、及在點422與返回到開始於下一順序建立的脈衝電壓波形週期的點420之間延伸的離子電流階段452。鞘塌陷階段450大體包括放電鞘的電容並且將基板電位帶到局部電漿電位433的位準的時間段。
取決於期望的電漿處理條件，可能期望控制及設定至少PV波形特性，諸如PV波形頻率(1/T P)、脈衝電壓位準V PP、脈衝電壓接通時間、及/或PV波形401的其他參數以在基板103上實現期望的電漿處理結果。在一個實例中，定義為離子電流時間段（例如，在第4圖中在點422與後續點420之間的時間）與波形週期T p的比率的脈衝電壓(PV)接通時間大於50%、或大於70%，諸如在80%與95%之間。
在一些實施例中，PV波形產生器150經配置為提供在第二部分406期間具有大體恆定的負電壓的PV波形401a，如第4圖及第5A圖所示。在一些實施例中，歸因於在離子電流階段452期間在基板表面上沉積正電荷的離子電流(I i)，基板表面處的電壓將隨著時間增加，如由點422與420（第4圖）之間的線的正斜率所見。在基板表面處隨著時間的電壓增加將減小鞘電壓並且導致離子能量分佈的擴展。由此，期望控制及設定至少PV波形頻率(1/T P)，其中T P係PV波形週期（第5A圖）以最小化鞘電壓減小及離子能量分佈擴展的影響。
第5A圖至第5C圖示出了可以用於在電氣耦合到PV波形產生器的偏壓電極104或邊緣控制電極115處建立PV波形的相應PV波形401a-c。PV波形401a-c表示在連接到卡緊網路116的輸入的節點處建立的脈衝電壓波形，並且因此可不同於在基板103或邊緣環114處建立的對應脈衝電壓波形。在每個PV波形401a-c中發現的DC偏移ΔV取決於藉由卡緊網路116中的DC電源供應器155施加的偏壓及用於建立PV波形的PV波形產生器150配置的各種性質。大體上，將PV波形401a-c的每一者的波形週期表徵為具有對應於鞘塌陷階段450的第一區域405及對應於鞘形成階段451及離子電流階段452的第二區域406。
第5A圖示出了例如在偏壓電極104處建立的波形401的對應離子電流階段452期間用於第二區域406的至少一部分的具有恆定負電壓的PV波形401a。第5B圖示出了可以藉由PV波形產生器150產生並且用於在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立成形PV波形（未圖示）的成形脈衝電壓波形401b。在一些實施例中，成形脈衝波形401b藉由PV波形產生器150形成，該PV波形產生器經配置為藉由使用一或多個內部開關及DC電源供應器在電壓脈衝的一或多個階段（例如，第一區域405）期間供應正電壓並且在電壓脈衝的一或多個階段（例如，第二區域406）期間供應負電壓。此處，第一區域405大體對應於鞘塌陷階段450，第二區域406大體對應於鞘形成階段451及離子電流階段452，並且第二區域406中的電壓可包括負斜率。在第二區域406中的負斜率可用於在離子電流階段期間補償流向基板103或邊緣環114的離子電流或作為用於調節在基板表面處的離子能量分佈的擴展的控制旋鈕。
在一些實施例中，PV波形產生器150經配置為提供在第5C圖中示出的脈衝電壓波形401c以在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立PV波形（未圖示）。在此實例中，第一區域405大體對應於鞘塌陷階段450，第二區域406大體對應於鞘形成階段451及離子電流階段452，並且第二區域406中的電壓可包括正斜率，該正斜率提供用於調節基板表面處的離子能量分佈的擴展的控制旋鈕。
第6A圖至第6B圖示出了歸因於藉由電漿產生器組件163內的RF產生器118提供到支撐基底107的RF信號的電容耦合在偏壓電極104處建立的第一RF波形601及在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形602。藉由使用邊緣調諧電路170的配置來控制第一RF波形601及第二RF波形602的波形特性，諸如第3A圖（並聯LC諧振電路）、第3B圖（串聯諧振電路）或第3C圖中示出的配置之一。在第6A圖至第6B圖中示出的示例波形及在下文第7A圖至第7D圖中圖示的模擬結果不意欲限制為本文提供的揭示內容的範疇，而是經提供以簡化論述。
大體上，提供到支撐基底107的RF信號具有相對高頻率，使得第一RF波形601及第二RF波形602具有約1 MHz或更大的對應高頻率(1/T RF)，例如，在約30 MHz與約60 MHz之間。如在本文揭示的各個實施例中描述的邊緣調諧電路170可用於相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形601的一或多個特性調節在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形602的一或多個特性。在一些實施例中，一或多個相對特性包括在第二RF波形602與第一RF波形601之間的RF波形幅度的比率（例如，電壓幅度比V RF2/V RF1）、在第二RF波形602與第一RF波形601之間的RF電流幅度的比率（例如，未圖示的電流幅度比）、在第二RF波形602與第一RF波形601之間的相位差(ΔФ)、及/或在第二RF波形602與第一RF波形601之間的RF遞送功率的比率（例如，未圖示的遞送功率比）。
可以藉由量測在邊緣控制電極115及偏壓電極104處建立的RF波形的相應電壓、電流、相位、及/或相應功率來決定及/或監測第二RF波形602相對於第一RF波形601的一或多個特性。第二RF波形602及第一RF波形601的量測特性對應於分別在邊緣控制電極115及偏壓電極104之上形成的部分中的主體電漿的性質，諸如電漿密度。在第二RF波形602與第一RF波形601之間的決定差異可以用於監測及控制在邊緣環114上方形成的主體電漿的部分中的電子密度與在基板103的中心部分上方形成的主體電漿的部分的電子密度的差異。電漿密度的均勻性及/或分佈可藉由使用邊緣調諧電路170（諸如藉由使用系統控制器126以調節可變電容器C 7）來控制及/或調節以實現期望處理結果。
在第7A圖至第7B圖中圖示在第3A圖及第3B圖中示出的邊緣調諧電路170的非限制性模擬結果，並且具有在第3C圖中示出的結合的串聯及並聯配置的邊緣調諧電路170的模擬結果在第7C圖至第7D圖中圖示。在第7A圖及第7C圖中，模擬結果提供LC電路調諧曲線的實例，該等LC電路調諧曲線示出跨約20 pF至約250 pF的範圍變化電容（例如，藉由調節相應邊緣調諧電路170的配置的可變電容器C 7、C 8）對第二RF波形602與第一RF波形601之間的電壓幅度的比率（例如，V RF2/V RF1）的影響。在第7B圖及第7D圖中，模擬結果提供了LC電路調諧曲線的實例，該等LC電路調諧曲線示出變化C 7、C 8的電容對在第二RF波形602與第一RF波形601之間的相位差（例如，Ф RF2-Ф RF1）的影響。
如第7A圖所示，具有約170 pF的值的邊緣調諧電路170（第3A圖中的配置）的可變電容C 7具有約1.5的對應電壓幅度比(V RF2/V RF1)。如第7B圖所示，對應於針對具有與第7A圖中相同的配置的邊緣調諧電路170的170 pF電容的相位差係相對小的，例如，小於5度，因此導致第二RF波形602相對於第一RF波形601的放大及其間的小相位差(ΔФ)，諸如第6A圖所示。
在第7C圖至第7D圖中，邊緣調諧電路170（第3C圖中的配置）的可變電容C 7可設定為約25 pF的值，並且所得電壓幅度比(V RF2/V RF1)等於約0.5（第7C圖），且相位差(ΔФ)係約為零，如第6B圖所示。
如第7A圖所示，基於第3A圖的邊緣調諧電路170的配置（例如，並聯LC諧振電路）的模擬結果圖示了在約100 pF及約120 pF下的諧振峰。在第7D圖中，邊緣調諧電路170（未圖示）的模擬結果圖示了在60 pF及250 pF下的諧振相位轉變。在一些實施例中，可能期望在維持RF電漿的週期期間操作在諧振的任一側處的相應邊緣調諧電路170。在一些實施例中，邊緣調諧電路170可例如藉由使用並聯及串聯LC電路的組合的可變電容器來配置以允許在諧振峰的任一側之間切換邊緣調諧電路170的操作而不跨過諧振區域。如上文提及，在第7A圖至第7D圖中圖示的模擬結果不意欲為限制性的，由於其他邊緣調諧電路170的配置可用於提供用於放大、減小、及/或均衡第二RF波形602與第一RF波形601之間的電壓幅度比(V RF2/V RF1)及/或電流幅度比及/或相位差的其他期望的操作範圍。
在一些實施例中，可能期望選擇在相應RF波形之間導致相位差的調諧電路配置及/或可變電容C 7、C 8，此放大在邊緣控制電極115與偏壓電極104之間的電場。放大的電場導致在兩個電極之間的某一距離處在基板支撐組件136上方形成的電漿101的部分中的對應電漿密度增加。在一些實施例中，可能期望選擇在相應電極處建立的RF波形之間不導致相位差的調諧電路配置及/或可變電容C7，使得跨過橫跨基板103的邊緣的區域的電漿密度保持實質上均勻。
有利地，邊緣調諧電路170可經配置為提供廣泛範圍的期望電漿處理條件以控制及/或調節在基板103的中心與邊緣之間的不同點處的電漿密度分佈。藉由調節一或多個可變電容器C 7、C 8，邊緣調諧電路170的特性及因此在調諧曲線（第7A圖至第7D圖）上的系統的位置可藉由使用系統控制器126來控制。藉由系統控制器126受控地調節邊緣調諧電路的特性將允許在單個基板電漿製程內、在連續基板電漿製程之間、及/或針對不同類型基板的電漿處理條件的相對簡單的改變，而不需要手動改變有關硬體的配置。因此，本文描述的實施例可用於提供改進的邊緣到中心處理均勻性控制方法，諸如下文關於第8A圖至第8C圖及第9A圖至第9D圖描述。
在一些實施例中，自動調節調諧電路以維持期望的處理條件，諸如考慮歸因於處理腔室100的各個部件的幾何形狀及/或材料隨著時間的改變導致的電漿均勻性漂移。例如，方法可用於自動調節調諧電路，諸如藉由改變電容C 7、C 8以考慮歸因於離子轟擊可藉由用於形成邊緣環114的介電材料的腐蝕導致的邊緣環114的厚度改變。例如，在一些實施例中，藉由使用信號偵測模組187，系統控制器126可經配置為：偵測在處理系統10A、10B的對應節點N處的一或多個電氣參數的信號；藉由將偵測信號的特性與一或多個控制限制進行比較來決定處理系統10A、10B是否在期望的處理條件內操作；以及當電氣信號特性在控制限制之外時，調節邊緣調諧電路170的一或多個部件。一些實施例包括自動調節邊緣調諧電路，諸如調節電容C 7以維持在邊緣控制電極115及偏壓電極104處的不同RF波形之間的期望RF電壓幅度比、RF電流幅度比、及/或RF相位差。
在一些實施例中，系統控制器126經配置為藉由以下操作來基於在邊緣控制電極115及偏壓電極104處的RF波形之間的期望處理條件及/或期望特性自動調節邊緣調諧電路170：將處理條件及/或RF波形與預定限制（例如，控制限制）進行比較，並且基於在系統控制器126的記憶體134中儲存的演算法或查找表來改變一或多個設定點，諸如邊緣調諧電路170的電容C 7、C 8。
在一些實施例中，邊緣調諧電路170可藉由將邊緣調諧電路170的一或多個部件調節到期望設定點、及/或在期望控制限制內來手動調節及/或控制，其中期望設定點及/或控制列表由使用者選擇並且儲存在用於控制處理系統10A、10B的指令中。例如，可將邊緣調諧電路170的電容C7控制為由使用者決定並且儲存在系統控制器126的記憶體中的期望電容。 處理應用
大體上，在電極104及115處建立的脈衝電壓波形（諸如負脈衝波形401、成形脈衝波形441或正脈衝波形431）包括在電壓偏移(ΔV)頂上以週期T PD重複的脈衝電壓(PV)波形的週期性序列。在一個實例中，PV波形的週期T PD可以在約1 μs與約5 μs之間，諸如約2.5 μs，例如，在約200 kHz與約1 MHz之間，或約400 kHz，諸如約1 MHz或更小、或約500 kHz或更小。
如上文論述，在一些實施例中，處理腔室100將至少包括一或多個RF產生器118及其相關聯的第一濾波器組件161、以及一或多個PV產生器314及其相關聯的第二濾波器151，其等一起經配置為將期望波形遞送到基板支撐組件136內設置的一或多個電極。在系統控制器126的記憶體中儲存的軟體指令經配置為導致產生RF波形，該RF波形經配置為建立、維持及控制在處理腔室內形成的電漿的一或多個態樣。所控制的電漿的一或多個態樣可以包括但不限於在處理體積129中形成的電漿中的電漿密度、電漿化學物質、及離子能量。
第8A圖係根據一個實施例的示出在基板處理期間控制電漿均勻性的方法800的製程流程圖。第9A圖至第9D圖係示意性示出處理系統10的一部分的特寫剖面圖，該處理系統可用於執行方法800、810、及820的態樣。第9A圖至第9D圖所示的處理系統10的該部分係基板支撐組件136的邊緣部分及在其上設置的處理區域129A及腔室蓋123的對應部分。在第9A圖至第9B圖中示出的處理系統10可包括分別在第1A圖及第1B圖中描述的處理系統10A及10B的特徵的任一者或組合。
於活動802，方法800包括將第一射頻(RF)信號遞送到在處理腔室100的處理體積129中設置的基板支撐組件136的支撐基底107。大體上，使用與支撐基底107電氣耦合的電漿產生器組件163將RF信號遞送到該支撐基底107。此處，RF信號經配置為點燃及/或維持處理腔室100的處理區域129A中的處理電漿101，其中處理區域129A在基板支撐組件136與腔室蓋123之間設置。在一些實施例中，RF信號具有約1 MHz或更大的頻率，諸如約20 MHz或更大。
通常，遞送到支撐基底107的RF信號在偏壓電極104處建立第一RF波形601（第6A圖至第6B圖），該偏壓電極穿過在其間設置的介電材料的第一部分（例如，介電材料層105C）電容耦合到支撐基底107。偏壓電極104藉由介電材料的第二部分（例如，介電材料層105B）並且在一些實施例中在基板支撐表面105A上設置的基板103與處理電漿101間隔開。基板支撐表面105A由介電材料的第二部分（例如，介電材料層105B）形成。
在一些實施例中，遞送到支撐基底107的RF信號亦在邊緣控制電極115（第二電極）處建立第二RF波形602（第6A圖至第6B圖），該邊緣控制電極可穿過其間設置的介電材料的第三部分電容耦合到支撐基底107。在一些實施例中，諸如第1A圖所示，介電材料的第三部分可由與使偏壓電極104與支撐基底107分離的介電材料的第一部分相同的材料形成並且具有相同厚度。在一些實施例中，諸如第9A圖所示，介電材料的第三部分使邊緣控制電極115與支撐基底107分離。在其他實施例中，介電材料的第三部分可由與介電材料的第一部分不同的介電材料形成及/或可藉由多於一種介電材料的層與支撐基底107分離，諸如第1B圖所示。
在一些實施例中，方法800進一步包括藉由將夾持電壓從DC電源供應器155遞送到偏壓電極104來將基板103靜電卡緊到基板支撐件105，該DC電源供應器使用電力遞送線157電氣耦合到偏壓電極104。夾持電壓用於在基板103與偏壓電極104之間產生電位，並且因此產生穿過其間設置的介電材料的第一部分的電容C 1的靜電吸引（夾持力）。在一些實施例中，方法800進一步包括藉由將夾持電壓從DC電源供應器155遞送到邊緣控制電極115來將邊緣環114靜電卡緊到基板支撐組件136，該DC電源供應器使用電力遞送線158電氣耦合到邊緣控制電極115。在一些實施例中，方法800包括使惰性氣體（例如，氦）流動到在基板103與基板支撐表面105A之間及/或在邊緣環114與基板支撐組件136的表面之間設置的間隙區域中以有助於其間的熱傳遞。
於活動804處，方法800包括相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形601的一或多個特性調節在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形602的一或多個特性。在一些實施例中，相對於第一RF波形601的一或多個特性調節第二RF波形602的一或多個特性包括改變在第二RF波形602與第一RF波形601之間的電壓幅度比（例如，V RF2/V RF1），如第6A圖或第6B圖所示，調節在第二RF波形602與第一RF波形之間的電流幅度比，調節在第二RF波形602與第一RF波形601之間的相位差，例如，ΔФ，調節在第二RF波形602與第一RF波形601之間的遞送功率比，或其組合。相對於第一RF波形601調節第二RF波形602的一或多個特性藉由調節邊緣調諧電路170內的一或多個元件的電氣特性來執行。
在一些實施例中，相對於第一RF波形601調節第二RF波形602改變跨處理區域129A的至少一部分的電漿均勻性。例如，在一個實施例中，處理區域129A藉由腔室蓋123及基板支撐組件136來定義，並且電漿101係在其間形成的主體電漿。在一些實施例中，電漿101的第一部分在腔室蓋123與偏壓電極104之間設置的區域中形成，並且電漿101的第二部分在腔室蓋123與邊緣控制電極115之間設置的區域中形成。在彼等實施例中，相對於第一RF波形601調節第二RF波形602相對於電漿101的第一部分中的電漿密度改變了電漿101的第二部分中的電漿密度。
在一些實施例中，相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形601的一或多個特性調節在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形602的一或多個特性包括使用電氣耦合到邊緣控制電極115的邊緣調諧電路，諸如第9A圖所示並且在上文描述的邊緣調諧電路170。在一些實施例中，邊緣調諧電路170包括一或多個可變電容器C 7、C 8並且相對於第一RF波形601的一或多個特性調節第二RF波形602的一或多個特性包括改變一或多個可變電容器C 7、C 8。調節邊緣調諧電路170可自動完成，使得系統控制器126基於RF波形601、602的期望特性及/或其間的期望差異來調節邊緣調諧電路170的一或多個部件的電氣特性，諸如電容C 7、C 8。例如，在一些實施例中，藉由使用信號偵測模組187，系統控制器126可經配置為：藉由量測在一或多個節點N處獲取的電氣信號的一或多個特性來決定相應波形的特性；將決定特性與期望特性進行比較，以及基於比較，改變邊緣調諧電路170的部件的輸出。在一些實施例中，邊緣調諧電路170可手動調節，其中使用者改變邊緣調諧電路170的部件的設定點，諸如可變電容器C 7、C 8的電容或電路的電感L。使用者可使用系統控制器126及/或信號偵測模組187改變設定點，例如，藉由改變對應於部件的配方參數、或藉由系統控制器126使用以操作處理系統10A、10B的指令中的另一設定。
通常，假設將相對恆定的RF功率從電漿產生器組件163提供到支撐基底107，藉由使用邊緣調諧電路170，V RF2/V RF1比的增加將導致基板邊緣附近的電漿密度相對於基板中心附近的電漿密度的比率的增加。電漿密度的相對增加提供了主體電漿中的電漿產生物質的對應增加，並且因此提供了在其下方的基板表面的邊緣處的離子通量及活化的中性氣體分子通量的相對增加。類似地，V RF2/V RF1比的下降將導致基板邊緣附近的電漿密度與基板中心附近的電漿密度的比率下降以導致在基板邊緣處的離子通量及活化的中性氣體分子通量的對應下降。
藉由控制在電漿的第一及第二部分之間的相對電漿密度，在處理區域129A內的活化物質的對應分佈亦可控制並且用於改進全域處理不均勻性，諸如晶圓內處理不均勻性。有利地，方法800可實施為處理參數調節，諸如藉由使用系統控制器126控制邊緣調諧電路170以調節電容C 7、C 8。因此，方法800可在不藉助於機械調節或硬體配置改變的情況下實施，該等硬體配置通常需要以調節電容耦合電漿(CCP)系統中的主體電漿分佈並且因此防止其精細控制。
於活動806，方法800（視情況）包括在偏壓電極104及邊緣控制電極115的任一者或兩者處建立脈衝電壓(PV)波形。此處，第一PV電壓波形可使用第一PV源組件196在偏壓電極104處建立，並且第二PV波形可使用第二PV源組件197在邊緣控制電極115處建立。如上文論述，PV波形產生器150可以用於建立幾乎恆定的鞘電壓（例如，在基板電位與電漿電位之間的幾乎恆定差），該鞘電壓為朝向基板表面加速的離子提供單峰IEDF及/或可以經操縱以在基板表面處提供離子能量的期望IEDF輪廓。
在一些實施例中，第一及/或第二PV波形包括一系列重複循環，其中在每個循環內的波形具有在第一時間間隔期間出現的第一部分，例如，鞘形成階段451及離子電流階段452（第4圖），及在第二時間間隔期間出現的第二部分，例如，鞘塌陷階段450。在一些實施例中，在基板表面處建立的波形在第二時間間隔的至少一部分期間係實質上恆定的，並且第二時間間隔長於第一時間間隔。在一些實施例中，第一及/或第二PV波形各自具有在第一時間間隔中的電壓峰及在第二時間間隔的至少一部分期間的實質上正斜率或實質上負斜率。在一些實施例中，第二時間間隔長於第一時間間隔。在其他實施例中，第二時間間隔短於第一時間間隔或與第一時間間隔約相同。
於活動808，方法800視情況包括調節在偏壓電極104處建立的第一PV波形及在邊緣控制電極115處建立的第二PV波形的一者或兩者。在一些實施例中，在相應電極處的第一及第二PV波形獨立地可控以實現對在基板的中心與邊緣之間的期望相對鞘電壓的精細調諧，此繼而實現對其間的基板表面處的相對離子能量的精細控制。因此，在一些實施例中，活動808包括相對於第二PV波形的一或多個特性調節第一PV波形的一或多個特性。在一些實施例中，調節一或多個特性包括調節分別在偏壓電極104及邊緣控制電極115處建立的第一及/或第二PV波形的PV波形頻率(1/T P)、脈衝電壓位準V PP、脈衝電壓接通時間的一者或組合。
獨立地控制在偏壓電極104及邊緣控制電極115處的第一及第二PV波形的能力分別允許控制在基板103的邊緣處的基板103的暴露表面的離子轟擊的方向性。例如，在一些實施例中，一或多個特性可經控制以提供在基板的中心區域103A與邊緣區域103B之間具有均勻厚度的電漿鞘，使得隨著電漿鞘的邊界跨邊緣區域延伸，電漿鞘的邊界通常平行於基板103的表面。均勻電漿鞘厚度通常導致與基板表面正交的離子入射角。在一些實施例中，一或多個特性可經控制以彎曲基板邊緣處的電漿鞘，用於增加或減小在邊緣控制電極115上方的鞘的高度相對於在偏壓電極104上方的鞘的高度以允許精細調諧基板的邊緣區域處的離子軌跡及離子能量。
有利地，在偏壓電極104及邊緣控制電極115處的獨立PV波形偏壓方案分別可與藉由邊緣調諧電路170提供的電漿密度均勻性及分佈控制分離地及/或組合地使用。因此，方法800有利地提供使用PV偏壓方案的對跨基板表面的離子能量及方向性均勻性的精細製程控制，以及使用射頻(RF)邊緣調諧方案的對電漿密度均勻性及/或電漿密度分佈的精細控制。
第8B圖係示出例如藉由使用邊緣調諧電路170來控制電漿密度的分佈的方法810的製程流程圖，以便減小基板103的表面處的有關顆粒的缺陷率及/或從處理體積129內的表面上累積的有關顆粒的殘留物。此種有關顆粒的缺陷率可來自任何數量的來源，包括在從基板表面濺射材料的蝕刻製程期間製程產生的粒子、來自處理體積內的表面的顆粒物質、在基板轉移期間引入處理體積中的顆粒物質、及/或在系統維護期間引入處理體積中的顆粒物質。經常，此等粒子（圖示為第9A圖至第9C圖中的顆粒物質30）在基板處理期間充電並且保持在電漿101中懸浮以僅當電漿101熄滅時沉降在基板103的表面上。因此，在一些實施例中，方法810可用於在熄滅電漿101之前優先地調節朝向基板支撐組件136的周邊邊緣的電漿密度，使得懸浮的粒子可從基板表面上方的位置掃掠並且穿過真空出口120從處理體積129抽空，替代沉降在基板103的表面上。方法810可與本文描述的其他方法（例如方法800及820）結合使用，或可彼此獨立地使用。
於活動812，方法810包括將RF信號遞送到支撐基底107，其中RF信號經配置為點燃及/或維持處理體積129的處理區域129A中形成的電漿101。此處，RF信號在偏壓電極104處建立第一RF波形601並且在邊緣控制電極115處建立第二RF波形602。
於活動814，方法810包括藉由調節邊緣調諧電路170內的一或多個元件的電氣特性來調節第二RF波形602及第一RF波形601的一者或兩者，用於相對於在偏壓電極104上方形成的電漿的部分中的電漿密度增加在邊緣控制電極115上方形成的電漿的部分中的電漿密度，諸如第9B圖所示。相對於偏壓電極104上方的電漿密度增加邊緣控制電極115上方的電漿密度朝向基板支撐組件136的周邊邊緣徑向向外移動在電漿的中心部分中懸浮的粒子。
於活動816，方法810包括從基板支撐表面105A提升基板103，諸如藉由使用複數個銷20。通常，從基板支撐表面105A提升基板103包括藉由以下操作釋放基板：在延伸複數個銷20以在基板支撐表面105A之上延伸基板之前，停止將夾持電壓遞送到偏壓電極104，並且因此停止在基板103與偏壓電極104之間產生靜電夾持力。在一些實施例中，在活動814之前，從基板支撐表面105A提升基板103。在一些實施例中，在釋放基板103之前停止或減少氦流動到間隙區域105D（第1C圖）中。在其他實施例中，當基板103從基板支撐表面105A提升時，氦的流動繼續，以便從基板103的周向邊緣與邊緣環114的徑向向內表面之間設置的區域向外移除（例如，吹動）顆粒物質。在一些實施例中，處理氣體流入腔室及/或藉由真空泵提供的真空中的流動速率可經調節以增加腔室中的徑向流動來從基板表面徑向向外吹動或運輸顆粒物質。
於活動818，方法810包括例如藉由停止將RF信號遞送到支撐基底107並且從處理體積129轉移基板103來熄滅處理電漿101。在一些實施例中，在於活動816從基板支撐表面105A提升基板103之前，電漿熄滅。有利地，藉由調節邊緣調諧電路170內的一或多個元件的電氣特性來優先地調節朝向基板103的周邊邊緣的電漿密度以朝向處理區域129A的一或多個側壁122徑向向外移動懸浮的顆粒物質30，其中當處理電漿101熄滅時該顆粒物質可穿過真空出口120從處理體積129抽空及/或至少不太可能沉降在基板130的表面上，諸如第9C圖所示。
第8C圖係示出原位電漿腔室清潔方法（此處為方法820）的製程流程圖，該方法可用於從邊緣環114清潔累積的處理副產物、及/或鄰近其的基板支撐表面105A的部分，同時減少對基板支撐表面105A的中心區域的基於原位電漿的損壞。如第9D圖所示，方法820可在基板處理之間執行，例如，沒有在基板支撐件105上定位的基板。
於活動822，方法820包括將射頻(RF)信號遞送到支撐基底107以點燃及維持處理區域129A中的電漿101。如第9D圖所示，處理電漿101係可由穿過氣體入口128流入處理區域129A中的一或多種清潔氣體形成的原位清潔電漿。在一些實施例中，清潔氣體包括基於鹵素的氣體（例如，基於氟及/或氯的氣體）、及氧化氣體（例如，基於氧的氣體）。通常，電漿活化的清潔氣體的自由基物質與在處理體積129內的表面上累積的處理副產物反應以形成揮發性反應產物，隨後可以穿過真空出口120將該反應產物穿過處理體積129抽空。
於活動824，方法820包括藉由調節邊緣調諧電路170內的一或多個元件的電氣特性來相對於在偏壓電極104上方形成的電漿的部分的電漿密度優先地調節朝向在邊緣控制電極115上方形成的電漿101的部分的電漿密度。優先地調節電漿密度增加在邊緣環114的表面及基板支撐表面105A的徑向相鄰部分（例如，定義在基板103與邊緣環114之間並且在基板處理期間的周向間隙的基板支撐組件136的部分）處的清潔氣體自由基的通量。此間隙與歸因於其上定位基板103而在電漿處理期間未暴露的基板支撐表面105A的其他部分相比較快地累積處理副產物殘留物。因此，方法820可用於在具有較高處理副產物殘留物累積的區域中集中清潔氣體自由基，同時減少離子通量，且因此減少形成基板支撐表面105A的較大中心部分的介電材料的基於離子的損壞，諸如腐蝕。
上文描述的實施例可單獨或組合使用以提供對電容耦合電漿(CCP)腔室的處理區域內的活化物質的產生及分佈的精細控制。有利地，實施例可藉由使用系統控制器執行而不調節或修改獨立腔室部件，因此提供在單個基板的處理期間及/或在相繼處理的基板之間可以簡單地調節的處理配方參數。當與習知RF偏壓的CCP系統進行比較時，RF電漿密度控制方法可獨立地及/或與脈衝電壓(PV)波形偏壓方法結合實施以提供對基板表面處的離子能量、IEDF、離子方向性、離子通量、及活化中性氣體分子通量的獨立且精細控制。
儘管上述內容涉及本揭示的實施例，本揭示的其他及進一步實施例可在不脫離其基本範疇的情況下設計，並且其範疇由以下申請專利範圍決定。
10:處理系統 10A:處理系統 10B:處理系統 20:升舉銷 30:顆粒物質 100:處理腔室 101:電漿 103:基板 103A:中心區域 103B:邊緣區域 104:偏壓電極 105:基板支撐件 105A:基板支撐表面 105B:第一介電材料層 105C:第二介電材料層 105D:間隙區域 106:同軸電力遞送線 107:支撐基底 108:接地襯墊 109:電漿屏蔽件 110:介電管道 111:絕緣體板 112:接地板 113:腔室主體 114:邊緣環 115:邊緣控制電極 116:卡緊網路 116A:偏壓補償電路元件 118:RF產生器 119:處理氣體源 120:真空出口 122:側壁 123:腔室蓋 124:腔室基底 126:控制器 128:氣體入口 129:處理體積 129A:處理區域 130:複合負載 133:中央處理單元(CPU) 134:記憶體 135:支援電路 136:基板支撐組件 138:支撐軸件 150:脈衝電壓(PV)波形產生器 151:第二濾波器組件 155:DC電源供應器 157:電力遞送線 158:電力遞送線 160:RF匹配組件 161:第一濾波器組件 162:RF匹配電路 163:電漿產生器組件 167:RF功率遞送線 169:資料獲取模組 170:邊緣調諧電路 170a:邊緣調諧電路 170b:邊緣調諧電路 170c:邊緣調諧電路 172:輸入通道 187:信號偵測模組 188:電漿控制方案 191a:功能等效電路模型 191b:功能等效電路模型 196:第一PV源組件 197:第二PV源組件 401:PV波形 402:PV波形 405:第一區域 406:第二區域 420:點 421:點 422:點 431:正脈衝波形 433:局部電漿電位 441:成形脈衝波形 450:鞘塌陷階段 451:鞘形成階段 452:離子電流階段 601:第一RF波形 602:第二RF波形 800:方法 802:活動 804:活動 806:活動 808:活動 810:方法 812:活動 814:活動 816:活動 818:活動 820:方法 822:活動 824:活動 △V:DC偏移 △Φ:相位差 C 1:電容 C 2:電容 C 3:電容 C 5:電容 C 7:電容 C 8:電容 C JR:間隙電容 I i:離子電流 L 2:電感器 N:節點 R JR:介電材料電阻 R P:支撐基底電阻 RG:接地板電阻 T DL1:厚度 T P:波形週期 T PD:週期 V PP:脈衝電壓位準
為了能夠詳細理解本揭示的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭示的更特定描述，一些實施例在附圖中示出。然而，將注意，附圖僅示出示例性實施例，並且由此不被認為限制其範疇，且可允許其他等同有效的實施例。
第1A圖至第1B圖係根據一或多個實施例的經配置為實踐本文闡述的方法的處理系統的示意性橫截面圖。
第1C圖係根據一個實施例的第1A圖中示出的處理系統的一部分的特寫示意性橫截面圖。
第2圖係根據一或多個實施例的可以與第1A圖至第1B圖中示出的處理系統的一者或兩者一起使用的偏壓及邊緣控制方案的簡化示意圖。
第3A圖至第3C圖示意性示出了根據一或多個實施例的可以與第1A圖至第1B圖中示出的處理系統的一者或兩者一起使用的示例邊緣調諧電路。
第3D圖至第3E圖係可以與第1A圖至第1B圖中示出的處理系統的一者或兩者一起使用的不同靜電夾盤(ESC)類型的功能等效電路圖。
第4圖示出了可以使用本文描述的實施例建立的脈衝電壓(pulsed-voltage; PV)波形的實例。
第5A圖至第5C圖示出了可以使用本文描述的實施例產生的脈衝電壓(PV)波形的實例。
第6A圖至第6B圖示出了可以使用本文描述的實施例建立的示例射頻(RF)波形。
第7A圖至第7D圖係根據本文的實施例的例如使用邊緣調諧電路配置的模擬結果的圖表。
第8A圖至第8C圖係示出可以使用本文描述的實施例執行的處理方法的圖。
第9A圖至第9D圖係根據一個實施例的示出在第8A圖至第8C圖中闡述的方法的態樣的電漿處理系統的一部分的示意性剖面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10A:處理系統
20:升舉銷
100:處理腔室
101:電漿
103:基板
103A:中心區域
103B:邊緣區域
104:偏壓電極
105:基板支撐件
105A:基板支撐表面
106:同軸電力遞送線
107:支撐基底
108:接地襯墊
109:電漿屏蔽件
110:介電管道
111:絕緣體板
112:接地板
113:腔室主體
114:邊緣環
115:邊緣控制電極
116:卡緊網路
116A:偏壓補償電路元件
118:RF產生器
119:處理氣體源
120:真空出口
122:側壁
123:腔室蓋
124:腔室基底
126:控制器
128:氣體入口
129:處理體積
129A:處理區域
133:中央處理單元(CPU)
134:記憶體
135:支援電路
136:基板支撐組件
138:支撐軸件
150:脈衝電壓(PV)波形產生器
151:第二濾波器組件
155:DC電源供應器
157:電力遞送線
158:電力遞送線
160:RF匹配組件
161:第一濾波器組件
162:RF匹配電路
163:電漿產生器組件
167:RF功率遞送線
169:資料獲取模組
170:邊緣調諧電路
172:輸入通道
187:信號偵測模組
188:電漿控制方案
196:第一PV源組件
197:第二PV源組件
C5:電容
N:節點

Claims (20)

  1. 一種電漿處理系統，包含： 一基板支撐組件，包含： 一支撐基底； 一第一電極，在該支撐基底上方設置並且藉由介電材料的一第一部分與該支撐基底間隔開； 介電材料的一第二部分，在該第一電極上方設置，介電材料的該第二部分形成一基板支撐表面；以及 一第二電極，在距該第一電極的一中心一距離處設置並且藉由介電材料的一第三部分與該支撐基底間隔開； 一或多個脈衝電壓波形產生器，電氣耦合到該等第一及第二電極； 一射頻(RF)產生器，電氣耦合到該支撐基底，其中 該RF產生器經配置為將一RF信號遞送到該支撐基底，以及 該RF信號在該第一電極處建立一第一RF波形；以及 一邊緣調諧電路，電氣耦合到該第二電極，其中該邊緣調諧電路經配置為相對於在該第一電極處建立的該第一RF波形的一或多個特性調節在該第二電極處建立的一第二RF波形的一或多個特性。
  2. 如請求項1所述的電漿處理系統，其中該邊緣調諧電路經配置為藉由改變下列的一者或一組合來相對於該第一RF波形的該一或多個特性調節該第二RF波形的該一或多個特性： (a)在該第二電極處的該第二RF波形與該第一電極處的該第一RF波形之間的一電壓幅度比； (b)在該第二電極處的該第二RF波形與該第一電極處的該第一RF波形之間的一相位差；以及 (c)在該第二電極處的該第二RF波形與該第一電極處的該第一RF波形之間的一功率比。
  3. 如請求項1所述的電漿處理系統，其中藉由該RF產生器遞送的該RF信號經配置為點燃及維持來自遞送到一處理腔室的一處理區域的氣體或蒸氣的一電漿。
  4. 如請求項3所述的電漿處理系統，其中該RF產生器經配置為在約1 MHz或更大的一頻率下遞送該RF信號。
  5. 如請求項1所述的電漿處理系統，其中該基板支撐組件經配置為藉由穿過介電材料的該第三部分將該第二電極電容耦合到該支撐基底來在該第二電極處建立該第二RF波形。
  6. 如請求項5所述的電漿處理系統，其中一導電邊緣環電容耦合到該第二電極。
  7. 如請求項6所述的電漿處理系統，進一步包含一處理腔室，包含： 共同定義一處理體積的一腔室蓋、一或多個腔室壁、及一腔室基底，其中 該處理腔室經配置為經由將遞送到一處理區域的氣體或蒸氣的一電漿電容耦合到該腔室蓋及該基板支撐組件來點燃及維持該電漿。
  8. 如請求項1所述的電漿處理系統，進一步包含： 一腔室蓋及一或多個腔室壁，其中該腔室蓋面向該基板支撐組件並且該腔室蓋、該一或多個腔室壁、及該基板支撐組件共同定義一處理區域；以及 電腦實施指令，儲存在記憶體中，當藉由一處理器執行時，該等指令經配置為執行處理一基板的一方法，包含以下步驟： (i)點燃及維持來自遞送到該處理區域的氣體或蒸氣的一電漿，其中該電漿的一第一部分在該腔室蓋與該第一電極之間形成，並且該電漿的一第二部分在該腔室蓋與該第二電極之間形成；以及 (ii)藉由使用該邊緣調諧電路，相對於該第一RF波形的一或多個特性調節該第二RF波形的一或多個特性以改變該電漿的該第二部分中的一電漿密度與該電漿的該第一部分中的一電漿密度的一比率，其中該等相應電漿密度各自包含該電漿的該等第一及第二部分的一每cm 3自由電子數量。
  9. 如請求項8所述的電漿處理系統，其中相對於該第一RF波形的該一或多個特性調節該第二RF波形的該一或多個特性相對於該電漿的該第一部分中的該電漿密度增加該電漿的該第二部分中的該電漿密度，並且該方法進一步包含以下步驟： (iii)在(ii)之前或之後，從該基板支撐表面提升該基板；以及 (iv)在(iii)之後，熄滅該電漿。
  10. 如請求項1所述的電漿處理系統，其中 該一或多個脈衝電壓波形產生器經配置為在該等第一及第二電極處建立相應第一及第二脈衝電壓波形， 該等第一及第二脈衝電壓波形各自包含一系列重複循環，並且在每個重複循環內的一波形具有在一第一時間間隔期間出現的一第一部分及在一第二時間間隔期間出現的一第二部分， 該波形具有在該第一時間間隔中的一電壓峰，以及 該波形具有一實質上正斜率、一實質上負斜率、或在該第二時間間隔的至少一部分期間係實質上恆定的。
  11. 如請求項1所述的電漿處理系統，進一步包含： 一第一傳輸線，將該一或多個脈衝電壓波形產生器的一第一脈衝電壓波形產生器電氣耦合到該第一電極，該第一傳輸線包含在該第一脈衝電壓波形產生器與該第一電極之間設置的一第一阻擋電容器； 一第一卡緊網路，包含一第一直流(DC)電壓源及一第一阻擋電阻器，其中該等第一DC電壓源在該第一傳輸線的一第一點與接地之間電氣耦合，該第一點在該第一阻擋電容器與該第一電極之間，並且該第一阻擋電阻器在該第一點與該第一DC電壓源之間電氣耦合。
  12. 一種處理一基板的方法，包含以下步驟： (i)藉由使用來自一RF產生器的一射頻(RF)信號產生遞送到藉由一腔室蓋及一基板支撐組件定義的一處理區域的氣體或蒸氣的一電漿，該基板支撐組件包含： 一支撐基底，電氣耦合到該RF產生器； 一第一電極，在該支撐基底上方設置並且藉由介電材料的一第一部分與該支撐基底間隔開，其中該RF信號在該第一電極處建立一第一RF波形； 介電材料的一第二部分，在該第一電極上方設置，介電材料的該第二部分形成一基板支撐表面；以及 一第二電極，在距該第一電極的一中心一距離處設置，藉由介電材料的一第三部分與該支撐基底間隔開，並且電氣耦合到一邊緣調諧電路；以及 (ii)藉由使用該RF信號及該調諧電路，在該第二電極處建立一第二RF波形，其中該第一RF波形的一或多個特性與該第二RF波形的特性不同。
  13. 如請求項12所述的方法，其中在該第一RF波形與該第二RF波形之間的該一或多個不同特性包含： (a)在該第二電極處的該第二RF波形與該第一電極處的該第一RF波形之間的一電壓幅度比差； (b)在該第二RF波形與該第一RF波形之間的一電流幅度比差； (c)在該第二電極處的該第二RF波形與該第一電極處的該第一RF波形之間的一相位差；或 (d) (a)、(b)或(c)的一組合。
  14. 如請求項13所述的方法，其中： 該電漿的一第一部分在該腔室蓋與該第一電極之間形成， 該電漿的一第二部分在該腔室蓋與該第二電極之間形成，以及 在該第二RF波形與該第一RF波形之間的該一或多個不同特性經配置為相對於該電漿的第一部分中的該電漿密度控制該電漿的該第二部分中的一電漿密度，其中該電漿密度包含該電漿的該等第一及第二部分的一每cm 3自由電子數量。
  15. 如請求項14所述的方法，進一步包含以下步驟： (iii)相對於該第一RF波形調節該第二RF波形的一或多個特性以相對於該電漿的該第一密封中的該電漿密度增加該電漿的該第二部分中的該電漿密度； (iv)至少部分從該基板支撐表面提升一基板；以及 (v)在(iv)之後，熄滅該電漿。
  16. 如請求項15所述的方法，其中相對於第一RF波形的該一或多個特性調節該第二RF波形的該一或多個特性之步驟包含以下步驟：改變一邊緣調諧電路的一或多個可變電容器的一電容。
  17. 如請求項16所述的方法，其中產生該電漿之步驟包含以下步驟：經由將該電漿電容耦合到該腔室蓋及該基板支撐組件來點燃及維持來自遞送到該處理區域的該等氣體或蒸氣的該電漿。
  18. 如請求項13所述的方法，其中： 該電漿係由一或多種清潔氣體形成的一清潔電漿， 該清潔電漿的該第二部分中的一電漿密度大於該清潔電漿的該第一部分中的該電漿密度，以及 該方法進一步包含以下步驟：將該基板支撐組件的表面暴露於該清潔電漿以從其移除處理副產物。
  19. 如請求項12所述的方法，進一步包含以下步驟：使用一第一脈衝電壓波形產生器在該第一電極處建立一第一脈衝電壓，其中 該第一脈衝電壓波形包含一系列重複循環，並且在每個循環內的一波形具有在一第一時間間隔期間出現的一第一部分及在一第二時間間隔期間出現的一第二部分。
  20. 如請求項19所述的方法，進一步包含以下步驟： 藉由使用一第一直流(DC)電壓源來將一夾持電壓遞送到該第一電極以將該基板靜電夾持到該基板支撐組件，其中 該第一脈衝電壓波形產生器使用一第一傳輸線電氣耦合到該第一電極，該第一傳輸線包含一第一阻擋電容器，並且 該第一DC電壓源在該第一傳輸線的一第一點與接地之間電氣耦合，其中該第一點在該第一阻擋電容器與該第一電極之間。
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