TW202314775A - 電漿腔室和腔室元件清潔方法 - Google Patents

電漿腔室和腔室元件清潔方法 Download PDF

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Abstract

本文提供的實施例大體包括電漿處理系統，其用以藉由操縱原位電漿的一或多個特性來優先清潔基板支撐組件的所需表面及相關方法。在一個實施例中，電漿處理方法包括以下步驟，在由腔室蓋及基板支撐組件界定的處理區域中產生電漿，將邊緣環及基板支撐表面暴露於電漿，並在邊緣控制電極處建立脈衝電壓(PV)波形。

Description

電漿腔室和腔室元件清潔方法
本文的實施例係關於半導體元件製造中使用的產生電漿的氣體或蒸汽電空間放電元件，特定而言係處理腔室，其用以產生供應至腔室體積的氣體或蒸汽材料的電容耦合或電感耦合電漿，並在其中處理半導體基板。
靜電卡盤(Electrostatic chuck; ESC)通常用於半導體元件製造操作中，在此些操作中真空卡盤不可行，並且機械夾緊不可取，諸如在處理腔室的低壓環境中支撐及固定基板。典型的ESC由一或多層介電材料形成，介電材料層提供用於支撐基板的表面（例如，基板支撐表面），並進一步包括嵌入或佈置在一或多層介電材料之間的夾持電極。藉由在基板與夾持電極之間提供電壓電位差將基板固定至ESC，電壓電位差在基板與夾持電極之間產生靜電吸力。
ESC通常為組件的一部分，其用以控制在處理腔室內執行的電漿輔助製程的態樣，此電漿輔助製程諸如使用離子透過在基板表面上形成的遮罩層中的開口轟擊基板材料表面的電漿輔助蝕刻製程。在典型的電漿輔助蝕刻製程中，將基板定位在ESC上，在基板上方形成電漿，並且離子從電漿跨過電漿鞘層向基板加速，此電漿鞘層即在電漿與基板表面之間形成的耗盡電子的區域。
ESC組件可包括邊緣環，用於藉由減少基板邊緣與從基板邊緣向外佈置的ESC組件部分之間的電氣及熱不連續性來改善基板邊緣附近的電漿處理不均勻性。通常，將邊緣環定位為圍繞基板，並且其尺寸允許至少一些容差用於將基板定位在ESC上，以便邊緣環的向內表面及基板的周邊邊緣在兩者之間界定間隙區域。
通常，電漿輔助製程的處理副產物會積聚在腔室表面上，包括ESC組件的表面。清潔此類副產物的習知方法包括將腔室表面暴露於清潔氣體的活化物質，清潔氣體的活化物質可使用遠端電漿源形成並流入處理腔室，或可藉由將清潔氣體流入腔室並在其中形成原位電漿而形成。清潔氣體的活化物質與腔室表面上形成的處理副產物反應，形成揮發性物質，揮發性物質透過排氣口從處理腔室排出。通常，由於反復暴露於活化清潔氣體導致腔室元件出現相關停機及表面損壞，因此最好儘量減少腔室清潔製程的次數及/或持續時間。
遺憾的是，早在其中佈置的其他處理元件需要腔室清潔製程之前，不當的處理副產物通常會積聚在ESC組件的部分中，諸如在基板周邊邊緣及邊緣環向內部分之間的間隙中。積聚在間隙中的處理副產物可能轉移至基板的斜面邊緣及/或可能導致電漿不穩定，從而導致基板與邊緣環之間產生不希望出現的電弧。經轉移處理副產物產生的表面缺陷及/或基板邊緣的電弧相關損傷可能導致在基板上形成的元件的可靠性問題或故障，從而抑制在基板上形成的可用元件的良率。電弧引起的顆粒也會增加腔室污染，從而需要增加腔室清洗及維護的停機時間，因而降低系統可用性及生產能力。頻繁使用習知的腔室清潔方法來清潔ESC的間隙部分也會降低系統可用性並降低生產能力，並且進一步存在潛在損壞ESC的其他表面（諸如基板支撐表面）及降低其使用壽命的問題。
因此，本領域需要解決上述問題的系統及方法。
本文提供的實施例大體包括電漿處理系統，其用以藉由操縱原位電漿的一或多個特性及相關方法來優先清潔基板支撐組件的所需表面。
在一個實施例中，一種電漿處理方法包括以下步驟：(a)在由腔室蓋及基板支撐組件界定的處理區域中產生電漿，基板支撐組件可以包括：形成基板支撐表面的介電材料的第一部分；圍繞基板支撐表面的邊緣環，邊緣環可以包括面對電漿的表面及從面對電漿的表面向內佈置的一或多個邊緣凹槽表面；偏壓電極，其藉由介電材料的第一部分與基板支撐表面隔開；以及邊緣控制電極，其佈置成與偏壓電極的中心相距一距離，其中偏壓電極電耦合至第一偏壓產生器，第一偏壓產生器用以在偏壓電極處建立第一脈衝電壓(pulsed voltage; PV)波形；邊緣控制電極電耦合至第二偏壓產生器，第二偏壓產生器用以在邊緣控制電極處建立第二脈衝電壓(PV)波形；(b)將邊緣環及基板支撐表面暴露於電漿；以及與(c)同時，在邊緣控制電極處建立第二脈衝電壓(PV)波形。
在另一實施例中，一種電漿處理方法包括以下步驟：(a)在處理腔室的處理區域中點燃及維持電漿，電漿可包括佈置在基板支撐組件的基板支撐表面與腔室蓋之間的第一部分及佈置在邊緣環與腔室蓋之間的第二部分，基板支撐組件可包括：形成基板支撐表面的介電材料的第一部分；偏壓電極，其藉由介電材料的第一部分與基板支撐表面隔開，其中偏壓電極電耦合至第一脈衝電壓波形產生器，第一脈衝電壓波形產生器用以在偏壓電極處建立第一脈衝電壓(PV)波形；邊緣控制電極，其佈置成與偏壓電極中心相距一距離，其中邊緣控制電極電耦合至第二脈衝電壓(PV)波形產生器；以及包圍基板支撐表面的邊緣環，邊緣環可以包括一或多個邊緣凹槽表面，邊緣凹槽表面界定邊緣凹槽區域，其中至少部分提升的基板佈置在基板支撐表面上；(b)使用第二脈衝電壓(PV)波形產生器在邊緣控制電極處建立第二脈衝電壓波形；以及(c)將至少部分提升的基板暴露於電漿。
在另一實施例中，一種處理方法包括以下步驟：(a)從輸送至處理區域的氣體或蒸汽中點燃及維持電漿，處理區域由腔室蓋及面向腔室蓋的基板支撐組件界定，基板支撐組件可以包括：介電材料的第一部分，形成基板支撐表面；第一電極，其藉由介電材料的第一部分與基板支撐表面隔開；邊緣環，包圍基板支撐表面，邊緣環具有一或多個邊緣凹槽表面，其界定一邊緣凹槽區域，邊緣凹槽區域具有佈置在基板支撐表面上的部分提升基板的圓周邊緣；以及第二電極，第二電極藉由介電材料的第二部分與邊緣環隔開，其中基板支撐組件電耦合至射頻(radio frequency; RF)產生器，射頻產生器傳遞用於點燃及維持電漿的射頻訊號，射頻訊號在第一電極處建立第一射頻波形，並在第二電極處建立第二射頻波形，第二電極電耦合至邊緣調諧電路，邊緣調諧電路用以調整第二射頻波形相對於第一射頻波形的一或多個特性，以控制處理區域中的電漿密度均勻性，並且第二RF波形的至少一個特性不同於第一RF波形的特性；及(b)將一或多個邊緣凹槽表面暴露於電漿。
在另一實施例中，電漿腔室包括腔室體及腔室蓋，腔室體及腔室蓋界定處理體積；以及基板支撐組件，其佈置在處理體積中以面對腔室蓋。基板支撐組件可以包括：支撐底座；以及佈置在支撐底座上的基板支撐件，基板支撐件可包括形成基板支撐表面的介電材料、佈置在介電材料中且藉由部分介電材料與基板支撐表面及支撐底座隔開的偏壓電極，以及邊緣控制電極，其與偏壓電極的中心間隔一距離。腔室亦包括電耦合至邊緣控制電極的邊緣調諧電路；以及具有用於執行方法的指令的非暫時性電腦可讀媒體，方法可包括以下步驟：a)藉由使用傳遞至支撐底座的射頻(RF)訊號，從傳送至處理體積的氣體或蒸汽產生電漿，其中RF訊號由RF產生器傳送至支撐底座，並且射頻訊號在偏壓電極處建立第一射頻波形，並在邊緣控制電極處建立第二射頻波形；及b)藉由使用邊緣調諧電路，調整第二RF波形相對於第一RF波形的一或多個特性。
其他實施例可以包括記錄在一或多個電腦儲存裝置上的對應電腦系統、設備及電腦程式，每一者用以執行方法的動作。
本文提供的實施例係關於半導體元件製造製程中使用的處理系統及其相關方法。具體而言，本文實施例提供了使用在處理腔室中形成的電漿（諸如原位清潔電漿）清潔基板支撐組件的部分。例如，在一些實施例中，系統及方法優先用於從基板支撐組件的部分清潔累積的處理副產物，此等部分界定了當基板佈置在基板支撐組件上時形成的間隙區域。因此，本文所述方法可用於對基板支撐組件的間隙區域表面進行有益的原位電漿清潔，同時減少對其他表面的電漿損傷，諸如可能延長其使用壽命的基板支撐表面。
在一些實施例中，處理系統用以電漿輔助蝕刻製程，其中電漿產生的離子透過在基板表面上形成的圖案化遮罩層中形成的開口轟擊基板的材料表面。在典型的電漿輔助蝕刻製程中，將基板定位在基板支撐組件的基板接收表面上，使用射頻(radio frequency; RF)功率在基板上形成電漿，並且離子從電漿跨過電漿鞘層向基板加速。電漿鞘層大體表現出非線性類二極體特性，這導致所施加射頻場的整流，從而在基板與電漿之間出現直流壓降或自偏壓。
在一些實施例中，處理系統用以使用從一或多個脈衝電壓(PV)產生器傳遞至偏壓及邊緣控制電極的脈衝電壓(PV)波形來控制電漿鞘層的特性。在一些實施例中，從射頻產生器向處理腔室內的一或多個功率電極提供射頻(RF)產生的射頻波形，以在處理腔室內建立及維持電漿，而從一或多個PV產生器傳送的PV波形用以跨基板表面及與其相鄰的基板支撐組件表面建立幾乎恆定的鞘層電壓（例如，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層電壓在基板表面提供了理想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，藉由相對於基板中心控制基板圓周邊緣區域及基板支撐組件的相鄰表面上的體電漿中的電子密度。在一些實施例中，使用邊緣調諧電路來控制電漿均勻性，以控制以下一個或組合：在邊緣控制電極處建立的射頻波形與在偏壓電極（例如卡盤電極）處建立的射頻波形之間的電壓幅度比，邊緣控制電極及偏壓電極處射頻波形之間的電流幅度比，以及各電極處射頻波形之間的相位差。
在一些實施例中，藉由使用脈衝電壓(PV)波形分單獨地偏壓基板及圍繞基板的邊緣環來控制離子能量及方向性。PV波形可在形成基板支撐組件一部分的電極處建立，並且大體位於基板支撐組件的部分中，此些部分分別位於基板（偏壓電極）及邊緣環（邊緣控制電極）下方。如下所述，PV波形可用於操縱電漿鞘層邊界的形狀，以將加速跨過鞘層的離子聚焦至下面表面的所需區域。在一些實施例中，腔室元件清潔方法使用聚焦離子靶向基板邊緣及/或基板支撐表面與周圍邊緣環之間的間隙區域，以從中移除不當的處理副產物，諸如在反應離子蝕刻(reactive ion etch; RIE)電漿製程中在邊緣凹槽區域的表面上形成的聚合物。
在一些實施例中，藉由使用邊緣調諧電路來控制離子通量（電漿密度均勻性），以相對於在偏壓電極處建立的射頻波形的一或多個特性來調整在邊緣控制電極處建立的射頻波形的一或多個特性。例如，邊緣調諧電路可用於調整在邊緣控制電極及偏壓電極處建立的射頻波形之間的電壓幅度比或電流幅度比。電壓及/或電流幅度比可用於調整基板支撐組件上的電漿分佈（電漿密度），從而相對於基板支撐組件中心區域上的電漿密度增加邊緣環上的電漿密度，反之亦然。
在一些實施例中，邊緣調諧電路用於在偏壓電極及邊緣控制電極處建立的射頻波形之間提供所需的相位差。可以調整相位差以放大兩個電極之間產生的電場。可以操縱電場的放大，以增加佈置在基板邊緣與邊緣環向內表面之間的間隙區域中的離子及反應性中性物質的濃度。在一些實施例中，控制射頻波形之間的相位差，以在偏壓電極與邊緣控制電極之間集中電漿，從而在間隙區域中集中電漿。
在一些實施例中，脈衝電壓(PV)波形及/或邊緣調諧電路單獨使用或與基板釋放方法結合使用，以優先清潔間隙區域，同時保護介電質基板支撐表面免受離子誘導損傷。例如，在一些實施例中，方法包括將離子聚焦至間隙區域及/或將電漿集中在間隙區域中，同時將基板從基板支撐表面部分提起。
有益的是，設備及方法可以單獨使用或組合使用，以提供單獨的製程調節旋鈕，用於控制離子能量及方向性均勻性，以及單獨控制跨過基板支撐組件及/或佈置在其上的基板的表面的離子通量及/或反應性中性物種的均勻性。例如，在一些實施例中，可以藉由分別調整在邊緣控制電極及偏壓電極處建立的PV波形來控制離子能量及方向性均勻性，從而控制電漿鞘層的厚度分佈及在基板支撐組件的間隙區域上形成的鞘層邊界（在電漿鞘層與電漿之間）的形狀。可以藉由調整在各個電極處建立的射頻波形來單獨控制離子通量及/或反應性中性物質濃度均勻性。因此，本文所述的設備及方法藉由控制離子能量、離子方向性及/或離子及反應性中性物種的濃度來促進基板支撐組件的間隙區域的定向清潔。第1A圖至第1D圖中描述了可用於執行這些方法的實例性處理系統。
電漿處理系統實例
第1A圖及第1B圖為分別用以執行本文所述的一或多種電漿處理方法的各別處理系統10A及10B的示意性橫截面圖。第1C圖為第1A圖所示的基板支撐組件136的一部分的特寫圖。第2圖為可與處理系統10A及10B中的一個或兩個一起使用的處理方案的簡化示意圖。第3A圖至第3B圖為可與處理系統10A及10B中的一個或兩個一起使用以控制及調整電漿均勻性的邊緣調諧電路170的實例。
在一些實施例中，第1A圖及第1B圖中所示的處理系統10A及10B用於電漿輔助蝕刻製程，諸如反應離子蝕刻(reactive ion etch; RIE)電漿處理。然而，應注意，本文所述實施例也可用於配置用於其他電漿輔助製程的處理系統，諸如電漿增強沉積製程，例如電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)製程、電漿增強物理氣相沉積(plasma-enhanced physical vapor deposition; PECVD)製程，電漿增強原子層沉積(plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD)製程、電漿加工處理或基於電漿的離子注入製程，例如電漿摻雜(plasma doping; PLAD)製程。
如第1A圖至第1B圖所示，處理系統10A~10B用以形成電容耦合電漿(capacitively coupled plasma; CCP)，其中處理腔室100包括佈置在處理體積129中的上電極（例如，腔室蓋123），其面對也佈置在處理體積129中的下電極（例如，基板支撐組件136）。在典型的電容耦合電漿(CCP)處理系統中，射頻(RF)源（例如，RF產生器118）電耦合至上電極或下電極之一，上電極或下電極傳遞用以點燃及維持電漿（例如，電漿101）的RF訊號，電漿係電容耦合至上電極及下電極中的每一個，並佈置在其間的處理區域中。通常，上部或下部電極中相對的一個耦合至接地或第二射頻電源。在第1A圖至第1B圖中，基板支撐組件136的一或多個元件（諸如支撐底座107）電耦合至電漿產生器組件163，其包括射頻產生器118，並且腔室蓋123電耦合至接地。
如第1A圖至第1B圖所示，每個處理系統10A及10B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188。可以設想，在本文描述的實施例中，處理系統10A的特性、配置及/或結構元件中的任何一個或其組合，例如，基板支撐組件136的結構元件及/或電漿控制方案188的電氣元件，可以用在處理系統10B中，反之亦然。
處理腔室100通常包括腔室體113，腔室體包括腔室蓋123、一或多個側壁122、及腔室底座124，它們共同界定了處理體積129。一或多個側壁122及腔室底座124大體包括材料，其經調整尺寸及形狀以形成處理腔室100元件的結構支撐件，並用以承受施加在其上的壓力及附加能量，同時在處理期間處理腔室100的處理體積129中維持的真空環境內產生電漿101。在一個實例中，一或多個側壁122及腔室底座124由金屬形成，諸如鋁、鋁合金或不銹鋼合金。
穿過腔室蓋123佈置的進氣口128用於將一或多種處理氣體從與之流體連通的處理氣源119輸送至處理體積129。在一些實施例中，透過噴淋頭（未示出）供給氣體。在另一實施例中，透過側壁122（未示出）供給氣體。基板103透過一或多個側壁122之一中的開口（未示出）載入至處理體積129中並從中移除，開口在基板103的電漿處理期間用狹縫閥（未示出）密封。
在一些實施例中，透過基板支撐組件136中形成的開口可移動地佈置的複數個提升銷20有助於基板向基板支撐表面105A轉移及從基板支撐表面105A轉移。在一些實施例中，複數個提升銷20佈置在上方，並與處理體積129中佈置的提升銷環（未示出）耦合及/或接合。提升銷環可以耦接至軸（未示出），軸密封地延伸穿過腔室底座124。軸可耦接至用於提升及降低提升銷環的致動器（未示出）。當提升銷環處於提升位置時，它與複數個提升銷20接合，以將提升銷的上表面提升至基板支撐表面105A上方，從中提升基板103，並藉由機器人手柄（未示出）能夠接近基板103的非活動（背面）表面。當提升銷環處於下降位置時，複數個提升銷20與基板支撐表面105A齊平或凹陷在基板支撐表面105A下方，且基板103位於其上。
系統控制器126，在此也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，包括本文所述的基板偏壓方法。CPU 133為用以在工業環境中使用的通用電腦處理器，用於控制處理腔室及其相關的子處理器。本文所述的記憶體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、軟碟或硬碟驅動器，或其他適當形式的本端或遠端數位儲存器。支援電路135以習知方式耦合至CPU 133，並且包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源等及其組合。軟體指令（程式）及資料可以經編碼並儲存在記憶體134中，用於指示CPU 133內的處理器。由系統控制器126中的CPU 133讀取的軟體程式（或電腦指令）決定哪些任務可由處理系統10A及/或10B中的元件執行。
通常，系統控制器126中的CPU 133可讀的程式包括代碼，當由處理器(CPU 133)執行時，代碼執行與本文所述電漿處理方案相關的任務。程式可以包括用於控制處理系統10A及/或10B內的各種硬體及電氣元件以執行各種處理任務及用於實現本文所述方法的各種處理序列的指令。在一個實施例中，程式包括用於執行下面關於第7圖及第8A圖至第8C圖描述的一或多個操作的指令。
第1A圖至第1B圖所示的電漿控制方案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波形的第一偏壓產生器196、及用於在邊緣控制電極115處建立第二PV波形的第二第一偏壓產生器197。在一些實施例中，電漿產生器組件163向支撐底座107（例如，功率電極或陰極）傳遞射頻訊號，支撐底座可用於在基板支撐組件136與腔室蓋123之間佈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，射頻產生器118用以傳遞頻率大於400 kHz的射頻訊號，諸如約1 MHz或更高、或約2 MHz或更高的射頻頻率，諸如約13.56 MHz或更高、約27 MHz或更高、或約40 MHz或更高。
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，其可用於調整在基板支撐組件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的中心表面上形成的電漿101部分的密度，調整在基板支撐組件136上佈置的基板103的圓周邊緣上形成的電漿101部分的密度。
大體上，如本文所用，電漿密度是指每單位體積的體電漿中的自由電子數（例如，自由電子數/cm 3），在一些實施例中，其可以在約10 8cm -3至約10 11cm -3的範圍內。邊緣調諧電路170能夠相對於用於將電漿101維持在基板支撐組件136中心部分上方區域的射頻功率，操縱用於將電漿101維持在基板支撐組件136邊緣上方區域的射頻功率的一或多個特性。例如，邊緣調諧電路170可用於相對於基板支撐組件136的中心區域103A中的射頻功率調整基板支撐組件136邊緣處射頻功率的電壓、電流及/或相位中的一或多個。
如下文進一步論述，邊緣調諧電路170可電耦合至佈置在基板支撐組件136中的邊緣控制電極115。在一些實施例中，用於點燃及/或維持電漿101的射頻訊號從電漿產生器組件163傳遞至支撐底座107，支撐底座透過佈置在其間的介電材料層電容耦合至邊緣控制電極115。邊緣調諧電路170可用於調整用於將電漿維持在邊緣控制電極115上方區域中的射頻功率的一或多個特性，例如，藉由相對於提供給支撐底座107的射頻功率來調整邊緣控制電極115處的射頻功率的電壓、電流及/或相位。
在一些實施例中，用於點燃及/或維持邊緣控制電極115及偏壓電極104上方區域中電漿的射頻功率的電壓、電流及/或相位之間的差異藉由測量或決定邊緣控制電極115及/或偏壓電極104處的射頻功率的各別電壓、電流及/或相位來決定及/或監測。在一些實施例中，使用下面描述的訊號偵測模組187測量及/或決定邊緣控制電極115及/或偏壓電極104處的射頻功率的一或多個特性。
如上所述，在一些實施例中，電漿產生器組件163，包括射頻產生器118及射頻產生器組件160，大體用以基於從系統控制器126提供的控制訊號，以所需的基本固定的正弦波形頻率將所需量的連續波(continuous wave; CW)或脈衝RF功率傳遞至基板支撐組件136的支撐底座107。在處理期間，電漿產生器組件163用以將RF功率（例如，RF訊號）傳遞至靠近基板支撐件105及在基板支撐件組件136內佈置的支撐底座107。輸送至支撐底座107的射頻功率用以點燃並維持處理體積129內佈置的處理氣體的處理電漿101。
在一些實施例中，支撐底座107為一射頻電極，其經由射頻匹配電路162及第一濾波器組件161電耦合至射頻產生器118，兩者均佈置在射頻產生器組件160內。第一濾波器組件161包括一或多個電氣元件，其用以基本上防止由PV波形產生器150的輸出產生的電流流過RF电力傳輸線167並損壞RF產生器118。第一濾波器組件161充當PV波形產生器150內PV脈衝產生器P1產生的PV訊號的高阻抗（例如，高Z），從而抑制流向RF匹配電路162及RF產生器118的電流。
在一些實施例中，射頻產生器組件160及射頻產生器118用於使用處理體積129中佈置的處理氣體及由射頻產生器118傳遞至支撐底座107的射頻功率（射頻訊號）產生的場來點燃及維持處理電漿101。處理體積129透過真空出口120與一或多個專用真空泵流體耦合，真空出口將處理體積129維持在亞大氣壓條件下，並從中排出處理氣體及/或其他氣體。在一些實施例中，佈置在處理體積129中的基板支撐組件136佈置在支撐軸138上，支撐軸接地並延伸穿過腔室底座124。然而，在一些實施例中，射頻產生器組件160用以相對於支撐底座107向佈置在基板支撐件105中的偏壓電極104傳遞射頻功率。
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處建立的射頻波形（例如，第5圖所示的第一射頻波形501）的一或多個特性來控制及/或調整在邊緣控制電極115處建立的射頻波形（例如，第5圖所示的第二射頻波形502）的一或多個特性。在一些實施例中，如第1A圖及第2圖中所示，邊緣調諧電路170在邊緣控制電極115與接地之間電耦合。在其他實施例中，如第1B圖及第2圖中的虛線所示，邊緣調諧電路170可以在邊緣控制電極115與電漿產生器組件163之間電耦合，從而在邊緣控制電極115與支撐底座107之間電耦合。
如上所述，基板支撐組件136大體包括基板支撐件105（例如，ESC基板支撐件）及支撐底座107。在一些實施例中，基板支撐組件136可另外包括絕緣板111及接地板112，如下所述。支撐底座107藉由絕緣板111與腔室底座124電隔離，而接地板112插入絕緣板111與腔室底座124之間。基板支撐件105與支撐底座107熱耦合並佈置在支撐底座107上。在一些實施例中，支撐底座107用以在基板處理期間調節基板支撐件105及佈置在基板支撐件105上的基板103的溫度。
在一些實施例中，支撐底座107包括佈置在其中的一或多個冷卻通道（未示出），其與冷卻劑源（未示出）流體耦合並與之流體連通，冷卻濟源諸如具有相對高電阻的致冷劑源或水源。在一些實施例中，基板支撐件105包括加熱器（未示出），諸如嵌入其介電材料中的電阻加熱元件。在此，支撐底座107由耐腐蝕導熱材料形成，諸如耐腐蝕金屬，例如鋁、鋁合金或不銹鋼，並藉由黏合劑或機械手段耦合至基板支撐件。
通常，基板支撐件105由介電材料形成，諸如大塊燒結陶瓷材料，諸如耐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)及其混合物，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，藉由測量在偏壓電極104處建立的射頻波形（例如，第5圖中的第一射頻波形501），決定及/或監測用於將電漿101維持在偏壓電極104上的處理區域中的射頻功率的一或多個特性。通常，藉由將射頻訊號從電漿產生器組件163傳遞至基板支撐件105來建立第一射頻波形501，基板支撐件透過佈置在其間的介電材料層105C（第1C圖）電容耦合至偏壓電極104。
在一個配置中，偏壓電極104為用於將基板103固定（即，夾持或靜電夾緊）至基板支撐件105的基板支撐表面105A並用以使用一或多個本文描述的脈衝電壓偏壓方案相對於處理電漿101偏壓基板103的一種夾緊極。通常，偏壓電極104由一或多個導電零件形成，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電耦接至夾緊網路116，夾緊網路使用電導體，諸如同軸电力傳輸線106（例如，同軸電纜），向該電極提供夾緊電壓，諸如約-5000 V至約5000 V之間的靜態直流電壓。如下文將進一步論述的，夾緊網路116包括偏壓補償電路元件116A、直流電源155、及偏壓補償模組阻斷電容器，其在本文中也稱為阻斷電容器C 5。阻斷電容器C 5佈置在脈衝電壓(PV)波形產生器150的輸出與偏壓電極104之間。
參考第1A圖及第1B圖，基板支撐組件136可進一步包括邊緣控制電極115，邊緣控制電極位於邊緣環114下方，並圍繞偏壓電極104、及/或佈置成與偏壓電極104中心相距一距離。大體上，對於用以處理圓形基板的處理腔室100，邊緣控制電極115為環形的，由導電材料製成，並且用以圍繞偏壓電極104的至少一部分。在一些實施例中，如第1A圖所示，邊緣控制電極115位於基板支撐件105的區域內。在一些實施例中，如第1A圖所示，邊緣控制電極115包括導電網、箔及/或板，導電網、箔及/或板與邊緣環114的距離（即，在Z方向上）和偏壓電極104與基板支撐件105的基板支撐表面105A的距離相似。在一些其他實施例中，如第1B圖所示，邊緣控制電極115包括導電網、箔及/或板，導電網、箔及/或板位於介電管110的區域上或區域內，介電管圍繞偏壓電極及/或基板支撐件105的至少一部分。介電管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（未示出）中，邊緣控制電極115位於邊緣環114內或耦合至邊緣環114，邊緣環佈置在基板支撐件105上並與基板支撐件105相鄰。
第1D圖為第1A圖所示基板支撐組件136的一部分的特寫圖。如圖所示，邊緣環114位於基板支撐件上並包圍基板103。邊緣環114可用於保護基板支撐件105的邊緣，且在某些情況下，可將基板及基板支撐件邊緣處形成的任何電氣及/或熱不連續性降至最低。邊緣環114包括一或多個內表面114A，其面對基板支撐件105的一部分及佈置在其上的基板103的周邊（斜切）邊緣。邊緣環114的內表面114A與基板支撐件105及佈置在其上的基板103隔開，以界定一或多個間隙117A至117B，並且可以包括當基板103位於基板支撐件105上時佈置在斜面基板邊緣下方的凸台部分114B。
在典型的蝕刻製程中，邊緣環114的上部面向電漿的表面（例如，表面114C）在處理期間受到離子轟擊，導致形成邊緣環114的介電材料受到離子誘導腐蝕。不幸的是，由於界定間隙區域117A至117B的邊緣環114的表面較少暴露於電漿101，因此它們傾向於積聚處理蝕刻副產物，除非移除，否則這些副產物可能導致邊緣環114與基板103表面之間不當的電漿弧及/或顆粒轉移。因此，在一些實施例中，用於改善基板邊緣處的處理不均勻性的偏壓及電漿控制方法也可用於優先清潔界定邊緣凹槽區域117的表面。
如下文所述，可以使用脈衝電壓(PV)波形對邊緣環114進行偏壓，以控制電漿鞘層的邊界11的形狀，因為其延伸至基板邊緣及邊緣環114上以跨越邊緣凹槽區域117。電漿鞘層邊界11的形狀影響加速跨過電漿鞘層的離子的能量及方向性。例如，如下文所述及第9A圖至第9C圖所示，在基板103上形成的鞘層邊界11的一部分（部分11A)與在邊緣環114上形成的鞘層邊界的一部分（部分11C）之間的高度差將導致鞘層邊界在跨越邊緣凹槽區域117的鞘層邊界的一部分（彎曲部分11B)中彎曲。鞘層厚度的變化及鞘層邊界的彎曲分別影響衝擊基板103及佈置在其下方的邊緣環114的表面的離子的離子能量及離子方向性。因此，跨邊緣凹槽區域117對電漿鞘層邊界11的控制允許在基板邊緣區域103B的表面處調整離子能量及離子方向性，其可用於改善基板處理均勻性。對電漿鞘層邊界11的改進控制也可用於執行本文所述的原位電漿清潔方法，以瞄準邊緣環114的表面114A至114B，來自其清潔不當的處理副產物。
將邊緣控制電極115定位成當與邊緣調諧電路170一起使用及/或使用脈衝偏壓方案140（第1A圖至第1B圖）進行偏壓時，由於邊緣控制電極115相對於基板103的位置，它可以影響或改變所產生電漿101中位於基板103圓周邊緣上方或外部的部分。在一些實施例中，偏壓產生器196、197可用於控制基板支撐組件136的面向電漿表面上的鞘層邊界11的形狀。例如，由於重複離子轟擊，邊緣環114通常會經歷基於電漿的腐蝕，從而在其使用壽命內減少邊緣環厚度。若在邊緣環114上形成的電漿鞘層的厚度維持不變，則邊緣環114的變薄最終將導致電漿鞘層邊界的彎曲，從而導致基板邊緣處的處理結果不均勻。因此，在一些實施例中，可以調整在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立的脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性，以補償邊緣環114在邊緣環的有效壽命內的高度變化，以便在基板103的邊緣上維持基本均勻的鞘層邊界11。
在一些實施例中，電耦接至邊緣控制電極115的邊緣調諧電路170可用於操縱用於在邊緣控制電極115上點燃電漿及/或維持處理區域129A中電漿的射頻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可用於調整及/或操縱射頻功率的電壓、電流及/或相位中的一或多個，射頻功率用於在邊緣控制電極115與腔室蓋123之間佈置的處理區域內點燃及/或維持電漿101。
在一些實施例中，藉由測量分別在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形502與在偏壓電極104處建立的第一RF波形501之間的一或多個差異，決定及/或監測用於將電漿101維持在邊緣控制電極115上的處理區域中的RF功率的一或多個特性。在一些實施例中，第二射頻波形502及第一射頻波形501的一或多個特性中的差異可以藉由使用邊緣調諧電路170來操縱，以調整基板103圓周邊緣上方及/或跨越邊緣凹槽區域117的區域中的電漿密度。
在一些實施例中，第二射頻波形502及第一射頻波形501的特性差異可用於優先在邊緣環114與基板103的邊緣之間形成電漿，有效地將電漿集中在邊緣凹槽區域117中，以從其中的表面移除不當的處理副產物。因此，邊緣調諧電路170可有益地用於控制體電漿中活化物種的產生，這使得能夠精細控制基板103邊緣（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，及/或邊緣凹槽區域117中的電漿濃度。
可以藉由使用不同於用於偏壓偏壓電極104的PV波形產生器150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，可以藉由使用PV波形產生器150來偏壓邊緣控制電極115，此PV波形產生器進一步用於藉由將部分功率分流至邊緣控制電極115來偏壓偏壓電極104。在一種配置中，第一偏壓產生器196的第一PV波形產生器150用以偏壓偏壓電極104，且偏壓產生器197的第二PV波形產生器150用以偏壓邊緣控制電極115。
在一些實施例中，使用可通信地耦合至系統控制器126的訊號偵測模組187測量及/或決定所產生射頻功率的一或多個特性。訊號偵測模組187大體用以從電耦合至處理系統10A及10B內的各種元件的電訊號跡線（未示出）接收電訊號，例如，在節點N處。訊號偵測模組187可以包括複數個輸入通道172，每個輸入通道用以接收來自對應電訊號跡線及資料獲取模組169的電訊號。接收到的電訊號可以包括但不限於以下各者的一或多個特性：傳遞至支撐底座107的RF訊號、在偏壓電極104及邊緣控制電極115中的一個或兩個處建立的RF波形，在偏壓電極104及邊緣控制電極115中的一個或兩個建立的脈衝電壓(PV)波形，以及傳遞至偏壓電極104及邊緣控制電極115中的一個或兩個的夾持電壓。
在一些實施例中，資料獲取模組169用以產生控制訊號，用於在基板處理期間自動控制射頻訊號、射頻波形、PV波形及/或夾緊電壓的一或多個特性。在一些實施例中，一或多個特性中的期望變化由系統控制器126傳達給訊號偵測模組187，並且資料獲取模組169可用於實現期望變化。
參考第1A圖及第1B圖，第二偏壓產生器197包括夾緊網路116，使得施加至邊緣控制電極115的偏壓可以類似地用以藉由耦合在第一偏壓產生器196內的夾緊網路116施加至偏壓電極104的偏壓。
在一些實施例中，處理腔室100進一步包括介電管110或套環，其至少部分外接基板支撐組件136的部分，作為射頻熱基板支撐組件136與接地內襯108之間的介電阻障，並且亦防止基板支撐件105及/或支撐底座107接觸腐蝕性處理氣體或電漿、清潔氣體或電漿或其副產物。通常，介電管110、絕緣板111及接地板112由內襯108外接。在一些實施例中，電漿屏蔽109位於陰極內襯108與側壁122之間，以防止在內襯108與一或多個側壁122之間的電漿屏蔽109下方的體積中形成電漿。
基板支撐組件配置
第1C圖為第1A圖所示基板支撐組件136一部分的特寫圖，並且包括基板支撐組件136的一或多個實施例中各種結構元件電氣特性的簡化電氣示意圖。第1C圖所示的簡化電氣示意圖同樣適用於第1B圖所示基板支撐組件136的對應結構元件。這裡，基板支撐組件136用作靜電卡盤(ESC)，並且可以為庫侖型ESC或Johnsen-Rahbek型ESC中的任一種。庫侖ESC及Johnsen-Rahbek ESC的簡化等效電路模型191分別如第3D圖及第3E圖所示，並如下所述。大體上，在基板支撐組件136的任一ESC配置中，基板103藉由在基板103與偏壓電極104之間提供電勢而固定在基板支撐件105上，電勢在其之間產生靜電吸引力。在一個實施例中，偏壓電極104亦用於促進本文所述的脈衝電壓(PV)波形偏壓方案。
基板支撐件105提供由介電材料形成的基板支撐表面105A，並包括嵌入介電材料中的偏壓電極104。偏壓電極104藉由第一介電材料層105B與基板支撐表面105A以及基板103隔開，並且藉由第二介電材料層105C與支撐底座107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固定至基板支撐件105。在一些實施例中，可能需要在處理期間加熱及/或冷卻基板103，以將基板維持在所需的處理溫度。在彼等實施例中，基板支撐組件136可用以藉由加熱或冷卻基板支撐件105，及因此其上佈置的基板103，將基板103維持在所需溫度。通常，在彼等實施例中，基板支撐表面105A經圖案化以具有接觸基板103的凸起部分（例如，凸台）及與基板103一起界定背面體積105D的凹陷部分。在基板處理期間，可使用與基板支撐組件136流體耦合的氣源173將惰性氣體（諸如氦）傳遞至背面體積105D，以改善基板支撐表面105A與佈置在其上的基板103之間的熱轉移。在一些實施例中，氣源173用於將惰性氣體傳遞至佈置在邊緣環114與佈置在其下方的基板支撐組件136表面之間的區域。
偏壓電極104電耦接至直流電源155（如第1A圖至第1B圖所述），直流電源用以在基板103與偏壓電極104之間提供電勢，及因而在兩者之間產生靜電吸引（夾持力）。基板支撐組件136可以用作庫侖ESC或Johnsen-Rahbek ESC之一，其中與庫侖型ESC相比，Johnsen-Rahbek型ESC可以提供更高的夾緊力並使用更低的夾緊電壓。在庫侖ESC中，為第一介電材料層105B選擇的介電材料通常比為Johnsen-Rahbek ESC選擇的介電材料具有更高的電阻，這導致分別在第3D圖及第3E圖中所示的簡化功能等效電路模型191中存在差異。
在最簡單的情況下，例如，第3D圖中所示的庫侖ESC電路模型191，第一介電層105B由假設用作絕緣體（例如，具有無限電阻R JR）的介電材料形成，並且功能等效電路模型191因此包括偏壓電極104與基板103之間穿過第一介電層105B的靜電容C 1。在庫侖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在約5 nF至約100 nF之間，諸如在約7至約20 nF之間。例如，介電材料層105B可以由陶瓷材料（例如氧化鋁(Al 2O 3)等）形成，並且厚度T DL1在約0.1 mm至約1 mm之間，諸如在約0.1 mm至約0.5 mm之間，例如，約0.3 mm。
在更複雜的情況下，如第3E圖所示的Johnsen-Rahbek ESC的電路模型191所示，電路模型191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Johnsen-Rahbek ESC中，介電材料層105B被認為是「洩漏的」，因為它不是完美的絕緣體並且具有一些導電性，因為例如，介電材料可以為電容率(ε)約為9的摻雜氮化鋁(AlN)。與第3D圖所示的庫侖ESC電路模型191一樣，偏壓電極104與基板103之間穿過介電材料層105B及填充氦的背面體積105D存在靜電容C 1。Johnsen-Rahbek ESC內的介電層的體積電阻率小於約10 12歐姆公分(Ω-cm)，或小於約10 10Ω-cm，甚至在10 8Ω-cm與10 12Ω-cm之間的範圍內，並且因此介電材料層105B可以具有10 6～10 11Ωs範圍內的介電材料電阻R JR。在第3E圖的模型191中，間隙電容C JR用於說明基板103與基板支撐表面105A之間包含氣體的背面體積105D。預計間隙電容C JR的電容略大於電容C 1。
回至第1C圖，在基板支撐組件136內形成的電路的電氣示意圖表示包括支撐底座介電層電容C 2，其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，用於在偏壓電極任一側形成介電層的介電材料為相同的材料，並形成基板支撐件105的結構體。在一個實例中，在支撐底座107與偏壓電極104之間延伸的方向上測量的第二介電材料層105C（例如，Al 2O 3或AlN）的厚度大於1 mm，諸如具有約1.5 mm與約100 mm之間的厚度。支撐底座介電層電容C 2通常具有約0.5與約10納法拉(nF)之間的電容。
如第1C圖所示，在基板支撐組件136內形成的電路的電氣示意圖亦包括支撐底座電阻R P、絕緣體板電容C 3及一端接地的接地板電阻R G。由於支撐底座107及接地板112通常由金屬材料形成，因此支撐底座電阻R P及接地板電阻R G相當低，諸如小於幾毫歐姆。絕緣體板電容C 3表示位於支撐底座107的底表面與接地板112的頂表面之間的介電層的電容。在一個實例中，絕緣體板電容C 3的電容在約0.1與約1 nF之間。
偏壓及邊緣控制方案
第2圖為偏壓及邊緣控制方案的簡化示意圖，其可與第1A圖及第1B圖中所示的處理系統10A至10B中的一個或兩個一起使用。如第2圖所示，RF產生器118及PV波形產生器150用以分別向佈置在處理腔室100的處理體積129內的一或多個電極傳遞RF波形及脈衝電壓波形。在一個實施例中，RF產生器118及PV波形產生器150用以同時將RF波形及脈衝電壓波形傳遞至佈置在基板支撐組件136內的一或多個電極。
如上所述，邊緣調諧電路170大體用以控制腔室蓋123與基板支撐組件136之間形成的電漿的均勻性，例如，藉由控制基板103圓周邊緣上的電漿密度（即體電漿中的自由電子密度）。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）與接地之間電耦合。在其他實施例中，如第1B圖及第2圖中的虛線所示，邊緣調諧電路170電耦合在邊緣控制電極115與電漿產生器組件163之間，例如，在邊緣控制電極115與射頻產生器118之間。
在一些實施例中，邊緣調諧電路170用作諧振電路，其包括電感器及電容器（例如，LC電路），可用於調整用於維持邊緣控制電極上區域內電漿的射頻功率的電壓、電流及/或相位。第3A圖至第3C圖中示出了實例電路170a、170b、170c，其可在本文所述的任何一個實施例中用作邊緣調諧電路170。如圖所示，邊緣調諧電路170a、170b各自電耦合在电力傳輸線158與接地之間（即，邊緣控制電極115與接地之間）。然而，可以設想，每個實例邊緣調諧電路170a、170b也可以電耦合在电力傳輸線158與電漿產生器組件163之間（即，邊緣控制電極115與射頻產生器118之間），如第1B圖所示。在一些其他實施例中，邊緣調諧電路170可以同時電耦合至电力傳輸線158、電漿產生器組件163及接地，如第3C圖中的實例邊緣調諧電路170c所示。
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（即，並聯LC諧振電路）。在另一個實施例中，如第3B圖所示，邊緣調諧電路170b包括串聯佈置的電感器L 2及可變電容器C 7（即，串聯LC諧振電路）。在另一個實施例中，如第3C圖所示，邊緣調諧電路170c包括在邊緣控制電極115與電漿產生器組件163之間（即邊緣控制電極115與射頻產生器118之間）串聯佈置的電感器L 2及可變電容器C 8（即，串聯LC諧振電路）以及耦合至一節點的第二可變電容器C 7，此節點佈置在电力傳輸線158內的電感器L 2及可變電容器C 8與接地之間。
在一些實施例中，可變電容器C 7、C 8中的一個或兩個可從至少約50 pF調節至至少約200 pF，諸如從至少約20 pF調節至至少約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、串聯或其他結構，可能取決於基板支撐組件136的機械尺寸，以及導電部件或電極之間的產生電耦合，該等導電部件或電極諸如邊緣環114、邊緣控制電極115、支撐底座107、偏壓電極104、基板103及接地板112。
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，此能力可以藉由調整LC諧振電路的一或多個參數來實現，以便可以相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形501的一或多個特性調整在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形502（第5A圖至第5B圖）的一或多個特性。下文第6A圖至第6D圖中描述了可實現用於實例性邊緣調諧電路170的不同控制特性的模擬結果。
回至第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用以分別將RF波形及脈衝電壓波形傳送至支撐底座107及偏壓電極104，兩者均佈置在基板支撐組件136中。在另一個實例中，RF產生器118、第一PV波形產生器150及第二PV波形產生器150用以分別將RF波形、第一脈衝電壓波形及第二脈衝電壓波形傳遞至支撐底座107、偏壓電極104及邊緣控制電極115，其全部佈置在基板支撐組件136中。
如第2圖所示，射頻產生器118用以透過射頻（電漿）產生器組件160（其包括RF匹配電路162及第一濾波器組件161）傳遞包括正弦射頻波形的射頻訊號（這裡是射頻波形501、502（第5A圖至第5B圖）），向佈置在腔體113中的一或多個電極提供正弦射頻波形（射頻訊號）。此外，每個PV波形產生器150用以經由第二濾波器組件151在偏壓電極104處建立PV波形，向佈置在腔體113中的一或多個電極提供PV波形，PV波形通常包括一系列電壓脈衝（例如，奈秒電壓脈衝）。夾緊網路116內的元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。
在處理期間，PV波形由第一偏壓產生器196的PV波形產生器150提供給偏壓電極104，並且PV波形由第二偏壓產生器197的PV波形產生器150提供給邊緣控制電極115。將PV波形提供給佈置在處理腔室100內的負載（例如，第3D圖至第3E圖中所示的複合負載130）。PV波形產生器150透過各自的电力傳輸線157及158耦合至偏壓電極104及邊緣控制電極115。藉由使用從系統控制器126提供的訊號來控制對來自每個PV波形產生器150的PV波形傳遞的整體控制。
在一個實施例中，PV波形產生器150用以以預定長度的時間間隔輸出週期性電壓函數，例如，藉由使用來自電晶體-電晶體邏輯(transistor–transistor logic; TTL)源（未示出）的訊號。電晶體-電晶體邏輯(TTL)源產生的週期電壓函數可以是預定負電壓或正電壓與零之間的二態直流脈衝。在一個實施例中，PV波形產生器150用以藉由以預定速率重複閉合及斷開一或多個開關，在預定長度的定期循環時間間隔期間維持跨其輸出端（即接地）的預定、基本恆定的負電壓。在一個實例中，在脈衝間隔的第一階段期間，第一開關用於將高壓電源連接至偏壓電極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連接至接地。在另一個實施例中，PV波形產生器150用以藉由以預定速率重複閉合及斷開其內部開關（未示出），在預定長度的定期循環時間間隔期間，跨其輸出端（即接地）維持預定的、基本恆定的正電壓。
在一種配置中，在脈衝間隔的第一階段期間，使用第一開關將偏壓電極104連接至接地，並且在脈衝間隔的第二階段期間，使用第二開關將高壓電源連接至偏壓電極104。在替代配置中，在脈衝間隔的第一階段期間，第一開關位於開路狀態，使得偏壓電極104與高壓電源斷開，並且偏壓電極104透過阻抗網路（例如，串聯連接的電感器及電阻器）耦合至接地。隨後，在脈衝間隔的第二階段期間，第一開關處於閉合狀態，以將高壓電源連接至偏壓電極104，而偏壓電極104透過阻抗網路維持與接地耦合。
PV波形產生器150可包括PV產生器及一或多個電氣元件，諸如但不限於高重複頻率開關（未示出）、電容器（未示出）、電感器（未示出）、反激二極體（未示出）、功率電晶體（未示出）及/或電阻器（未示出），用以向輸出提供PV波形。可用作奈秒脈衝產生器的實際PV波形產生器150可包括任意數量的內部元件。
电力傳輸線157將第一偏壓產生器196的PV波形產生器150的輸出電連接至可選濾波器組件151及偏壓電極104。儘管下文論述主要論述第一偏壓產生器196的电力傳輸線157，其用於將PV波形產生器150耦合至偏壓電極104，將PV波形產生器150耦合至邊緣控制電極115的第二偏壓產生器197的电力傳輸線158將包括相同或類似的元件。电力傳輸線157各部分內的電導體可包括：(a)一根或一組同軸電纜，諸如與剛性同軸電纜串聯的撓性同軸電纜，(b)絕緣高壓耐電暈連接線，(c)裸線，(d)金屬棒，(e)電氣連接器，或(f)(a)~(e)中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，其用以基本上防止由RF產生器118的輸出產生的電流流過电力傳輸線157並損壞PV波形產生器150。可選濾波器組件151充當RF產生器118產生的RF訊號的高阻抗（例如，高Z），並從而抑制流向PV波形產生器150的電流。
在一些實施例中，如第1A圖至第1B圖所示，第一偏壓產生器196的PV波形產生器150用以藉由阻斷電容器C 5、濾波器組件151、电力傳輸線157及電容C 1傳輸產生的脈衝電壓(PV)波形（第1C圖），向偏壓電極104，並最終向複合負載130（第3D圖至第3E圖）提供脈衝電壓(PV)波形訊號。在一些實施例中，電漿控制方案188可以進一步包括位於將夾緊網路116連接至电力傳輸線157內的點的元件內的阻斷電阻器（未示出）。阻斷電容器C 5的主要功能是保護PV波形產生器150免受直流電源155產生的直流電壓的影響，因此直流電壓跨阻斷電容器C 5下降，並不會干擾PV波形產生器150的輸出。夾緊網路116中的阻斷電阻器的目的是阻斷由PV波形產生器150產生的脈衝電壓，此脈衝電壓足以最小化其在直流電源155中感應的電流。
波形實例
第4圖示出了由於在偏壓電極104處建立的PV波形401而在基板103處建立的PV波形402的實例。此處，藉由使用相應偏壓產生器196、197內的PV波形產生器150及對應夾緊網路116的直流電壓源155，在偏壓電極104及/或邊緣控制電極115處建立PV波形401。
大體上，PV波形產生器150的輸出可以藉由儲存在控制器126記憶體中的電漿處理配方中的設置來控制，形成PV波形401，其包括峰間電壓V PP，也稱為脈衝電壓位準V PP。
具有波形週期T P的PV波形402是由於PV波形401傳遞至偏壓電極104而由基板103看到的波形，其特性在於包括在點420與點421之間延伸的鞘層塌陷及充電階段450（或為了簡單論述，鞘層塌陷階段450），以及在點421與點422之間延伸的鞘層形成階段451，以及離子電流階段452，其在點422與返回至下一順序建立的脈衝電壓波形的點420處的起點之間延伸。鞘層塌陷階段450大體包括鞘層電容放電且基板電勢達至局部電漿電勢433位準的時間段。
取決於所需的電漿處理條件，可能需要至少控制及設置PV波形特性，諸如PV波形頻率(1/T P)、脈衝電壓位準V PP、脈衝電壓開啟時間及/或PV波形401的其他參數，以在基板上實現所需的電漿處理結果。在一個實例中，脈衝電壓(PV)開啟時間（界定為離子電流時段（例如，第4圖中點422與後續點420之間的時間）與波形週期T P的比率）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用以在離子電流階段452期間提供恆定電壓，如第4圖所示。在一些實施例中，PV波形產生器150用以藉由使用一或多個內部開關及直流電源來提供在離子電流階段452中具有非零斜率的成形脈衝電壓波形（未示出）。在一些實施例中，PV波形產生器150用以在電壓脈衝的一個相位期間提供恆定的正電壓，諸如僅在鞘層塌陷階段450（未示出）。大體上，在偏壓電極處的每個PV波形中發現的直流偏移ΔV取決於夾緊網路116中直流電源155施加的偏壓以及用於建立PV波形401的PV波形產生器150配置的各種性質。
在一些實施例中，由於離子電流(I i)在離子電流階段452期間在基板表面上沉積正電荷，基板表面的電壓將隨時間增加，如點422與點420之間的線的正斜率所示。隨著時間的推移，基板表面的電壓增加將降低鞘層電壓，並導致離子能量分佈的擴展。因此，希望至少控制及佈置PV波形頻率(1/T PD)，其中T PD為PV波形週期，用以最小化鞘層電壓降低及離子能量分佈擴展的影響。
第5A圖至第5B圖示出了由於電漿產生器組件163內的射頻產生器118向支撐底座107提供的射頻訊號的電容耦合，在偏壓電極104處建立的第一射頻波形501及在邊緣控制電極115處建立的第二射頻波形502。第一RF波形501及第二RF波形502的波形特性藉由使用邊緣調諧電路170配置來控制，諸如第3A圖（並聯LC諧振電路）、第3B圖（串聯諧振電路）及第3C圖（更複雜的諧振電路）中所示的配置之一。第5A圖至第5B圖中所示的實例波形及下文第6A圖至第6D圖中所示的模擬結果不意欲限制本文提供的揭示範圍，但旨在簡化論述。
大體上，提供給支撐底座107的射頻訊號具有相對較高的頻率，使得第一射頻波形501及第二射頻波形502具有約1 MHz或更高的對應高頻(1/T RF)，例如，在約30 MHz與約60 MHz之間。如本文所揭示的各種實施例中所述的邊緣調諧電路170可用於相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形501的一或多個特性來調整在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形502的一或多個特性。在一些實施例中，一或多個相對特性包括第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的射頻波形幅度比（例如，電壓幅度比V RF2/V RF1）、第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的射頻電流幅度比（例如，未顯示的電流幅度比），第二RF波形502與第一RF波形501之間的相位差(ΔΦ)，及/或第二RF波形502與第一RF波形501之間的RF傳輸功率比（例如，未顯示的傳輸功率比）。
第二射頻波形502相對於第一射頻波形501的一或多個特性可以藉由測量在邊緣控制電極115及偏壓電極104處建立的射頻波形的相應電壓、電流、相位及/或功率來決定及/或監測。第二RF波形502及第一RF波形501的測量特性分別對應於在邊緣控制電極115及偏壓電極104上方形成的部分中的體電漿的特性，諸如電漿密度。所決定的第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的差異可用於監測及控制在邊緣環114上形成的體電漿部分中的電子密度及在基板103的中心部分上形成的體電漿部分的電子密度的差異。可以藉由使用邊緣調諧電路170（諸如藉由使用系統控制器126來調整可變電容器C 7）來控制及/或調整電漿密度的均勻性及/或分佈，以實現所需的處理結果。
第3A圖及第3B圖中所示的邊緣調諧電路170的非限制性模擬結果如第6A圖至第6B圖所示，並且第3C圖中所示的具有串聯及並聯組合配置的邊緣調諧電路170的模擬結果如第6C圖至第6D圖所示。在第6A圖及第6C圖中，模擬結果提供了LC電路調諧曲線的實例，實例說明了跨約20 pF至約250 pF的範圍改變電容（例如，藉由調整各別邊緣調諧電路170配置的可變電容器C 7）對第二RF波形502與第一RF波形501之間的電壓幅度比（例如V RF2/V RF1）的影響。在第6B圖及第6D圖中，模擬結果提供了LC電路調諧曲線的實例，實例說明了改變C 7的電容對第二RF波形502與第一RF波形501之間的相位差（例如Φ RF2-Φ RF1）的影響。
如第6A圖所示，具有約170 pF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6B圖所示，對於具有與第6A圖相同配置的邊緣調諧電路170，對應於170pF電容的相位差相對較小，例如小於5度，從而導致第二RF波形502相對於第一RF波形501的放大以及它們之間的小相位差(ΔΦ)，如第6A圖所示。
在第6C圖至第6D圖中，邊緣調諧電路170的可變電容C 7（第3C圖中的配置）可設置為約25 pF的值，而所得電壓幅值比(V RF2/V RF1)等於約0.5（第6C圖），並且相位差(ΔΦ)約為零，如第6D圖所示。
如第6A圖所示，基於第3A圖的邊緣調諧電路170配置（例如，並聯LC諧振電路）的模擬結果顯示，諧振峰值約為100 pF及120 pF。在第6D圖中，邊緣調諧電路170（第3C圖的配置）的模擬結果顯示了在60 pF與250 pF下的諧振相位轉變。在一些實施例中，可能需要在維持射頻電漿期間在諧振的任一側運行相應的邊緣調諧電路170。在一些實施例中，可以配置邊緣調諧電路170，例如，藉由將可變電容器與LC電路並聯及串聯組合使用，以允許邊緣調諧電路170在諧振峰的任一側之間進行切換操作，而不跨過諧振區。如上所述，第6A圖至第6D圖中所示的模擬結果並非旨在限制，因為其他邊緣調諧電路170配置可用於提供用於放大、減小、及/或均衡第二RF波形502與第一RF波形501之間的電壓幅度比(V RF2/V RF1)及/或電流幅度比及/或相位差的其他所需工作範圍。
在一些實施例中，可能需要選擇調諧電路配置及/或可變電容C 7，其導致各個射頻波形之間的相位差，從而放大邊緣控制電極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個距離處在基板支撐組件136上形成的電漿101部分中的電漿密度對應增加。在一些實施例中，可能需要選擇調諧電路配置及/或可變電容C 7，其不會導致在各別電極處建立的射頻波形之間的相位差，以便電漿密度在跨越基板103邊緣的區域上保持基本均勻。
有益的是，邊緣調諧電路170可以用以提供廣泛的期望電漿處理條件，以控制及/或調整基板103中心與邊緣之間不同點的電漿密度分佈。藉由調整一或多個可變電容器C 7，可以使用系統控制器126控制邊緣調諧電路170的特性，從而控制系統在調諧曲線（第6A圖至第6D圖）上的位置。系統控制器126對邊緣調諧電路特性的受控調整將允許在單個基板電漿製程內、連續基板電漿製程之間及/或不同類型的基板中相對容易地改變電漿處理條件，無需手動更改與硬體相關的配置。在一些實施例中，偏壓產生器196、197、邊緣調諧電路170或其組合中的一個或兩個可用於在原位電漿清潔方法期間優先清潔邊緣凹槽區域117中的基板支撐組件136的表面，如下文關於第7A圖至第7C圖及第8A圖至第8C圖所述。
在一些實施例中，自動調整邊緣調諧電路170以維持所需的處理條件，例如以考慮由於處理腔室100的各種元件的幾何形狀及/或材料隨時間的變化而引起的電漿均勻性偏移。例如，這些方法可用於自動調整調諧電路，諸如藉由改變電容C 7來考慮由於離子轟擊導致邊緣環114的介電材料腐蝕而引起的邊緣環114厚度變化。例如，在一些實施例中，藉由使用訊號偵測模組187，系統控制器126可以用以在處理系統10A、10B的對應節點N處偵測一或多個電參數的訊號；藉由將偵測到的訊號的特性與一或多個控制極限進行比較，決定處理系統10A、10B是否在期望的處理條件下運行；並且，當電訊號特性超出控制極限時，調整邊緣調諧電路170的一或多個元件。一些實施例包括自動調整邊緣調諧電路，諸如調整電容C 7以維持邊緣控制電極115及偏壓電極104處不同射頻波形之間的期望射頻電壓幅度比、射頻電流幅度比及/或射頻相位差。
在一些實施例中，系統控制器126用以藉由將處理條件及/或RF波形與預定極限進行比較，基於邊緣控制電極115及偏壓電極104處的RF波形之間的期望處理條件及/或期望特性自動調整邊緣調諧電路170，例如，控制極限，並基於儲存在系統控制器126的記憶體134中的演算法或查找表改變邊緣調諧電路170的一或多個設定點，諸如電容C 7。
在一些實施例中，可以藉由將邊緣調諧電路170的一或多個元件調整至所需的設定點及/或在所需的控制極限內，手動調整及/或控制邊緣調諧電路170，其中所需設定點及/或控制清單由使用者選擇，並儲存在用於控制處理系統10A、10B的指令中。例如，可以將邊緣調諧電路170的電容C 7控制為由使用者決定並儲存在系統控制器126的記憶體中的期望電容。
大體上，由電極104及115建立的脈衝電壓(PV)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)之上以週期T PD重複的週期性脈衝電壓(PV)波形序列。在一個實例中，PV波形的週期T PD可以在約1與約5μs之間，諸如約2.5 Ms，例如，在約200 kHz至約1 MHz之間，或約400 kHz，諸如約1 MHz或更小，或約500 kHz或更小。
如上所述，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組件151，它們一起用以將所需波形傳送至佈置在基板支撐組件136內的一或多個電極。儲存在系統控制器126的記憶體中的軟體指令用以產生RF波形，RF波形用以建立、維持及控制在處理腔室內形成的電漿的一或多個態樣。受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、電漿化學及離子能量。
處理方法實例
第7A圖至第7C圖為製程流程圖，說明了可用於清潔基板支撐組件表面的處理副產物的各種方法。第8A圖至第8C圖為用於說明第7A圖至第7C圖中所述方法態樣的基板支撐組件136的特寫圖。在第8A圖至第8C圖中，基板支撐組件136的多個部分配置如第1B圖所示，其中邊緣控制電極115佈置在圍繞基板支撐件105的介電管110的材料中或其上。然而，可以設想，以下描述的方法可以與本文所述的基板支撐組件配置的任何一種或組合一起使用，諸如邊緣控制電極115佈置在基板支撐件105的介電材料內（第1A圖、第1D圖），或佈置在邊緣環114中及/或耦合至邊緣環114。
第7A圖為製程流程圖，說明了根據一個實施例，優先清潔界定基板支撐組件136邊緣凹槽區域117的表面的方法700。下面的描述中參考了第1A圖至第1D圖及第8A圖，以說明方法700的態樣，但並不意欲進行限制，因為可以設想方法700可以在用以分別偏壓基板及邊緣環的其他處理系統上執行。大體上，方法700使用原位電漿（在處理腔室100中形成的電漿）從邊緣環114及/或與其相鄰的基板支撐表面105A的部分移除累積的處理副產物。方法700用於藉由相對於基板支撐表面105A與電漿101之間的電壓增加或減少邊緣環114與電漿之間的電壓來操縱在基板支撐組件136上形成的電漿鞘層邊界11（第8A圖）的形狀。電壓的差異導致表面114A至114C及105A處的離子能量的對應差異，並且在一些實施例中，導致電漿鞘層邊界中的彎曲，該彎曲可有利地用於優先將電漿產生的離子引導至基板支撐組件136的所需部分。例如，如第8A圖所示，在基板支撐表面105A上形成的鞘層邊界11的部分11A與在邊緣環114上形成的鞘層邊界11的部分11C之間的高度差導致鞘層邊界在跨越邊緣凹槽區域117的部分中彎曲（彎曲部分11B)。
在活動702，方法700包括在處理腔室的處理區域中產生第一電漿，其中處理腔室100可以包括第1A圖至第1D圖中所示特性的任何一個或組合。這裡，處理區域129A由腔室蓋123及基板支撐組件136界定。現在參考第8A圖，當基板103佈置在基板支撐表面105A上時，基板支撐組件136大體包括形成基板支撐表面105A的介電材料105B的第一部分及圍繞基板103的邊緣環114（虛線中所示）。邊緣環114的一或多個邊緣凹槽表面114A、114B及介電材料105B的第一部分的周邊邊緣界定了邊緣凹槽區域117，其中邊緣凹槽表面114A、114B佈置在朝向腔室蓋的表面114C的內側。
在一些實施例中，基板支撐組件136進一步包括偏壓電極104及邊緣控制電極115，偏壓電極藉由介電材料105B的第一部分與基板支撐表面105A隔開，且邊緣控制電極115與偏壓電極104的中心相距一距離。大體上，邊緣控制電極115藉由基板支撐組件136的介電材料與偏壓電極104隔開，基板支撐組件可以包括基板支撐件105的介電材料，用於形成介電管110的介電材料、當邊緣控制電極115嵌入其中時邊緣環114的介電材料，或上述組合。這裡，偏壓電極104與第一偏壓產生器196電耦合，第一偏壓產生器用以在偏壓電極104處建立第一脈衝電壓(PV)波形。邊緣控制電極115與第二偏壓產生器197電耦合，第二偏壓產生器用以在邊緣控制電極115處建立第二脈衝電壓(PV)波形。
在一些實施例中，在活動702處產生的第一電漿是使用射頻(RF)訊號由射頻波形產生器163產生的電容耦合電漿(CCP)，此射頻波形產生器電耦合至基板支撐組件136，諸如電耦合至支撐底座107，其中腔室蓋123電耦合至接地（如圖所示）或第二射頻產生器。在其他實施例（未示出）中，第一電漿可以是使用電耦合至腔室蓋123的射頻產生器形成的CCP，其中基板支撐組件136電耦合至接地。在其他實施例中，第一電漿可以為使用與佈置在腔室蓋123上的一或多個ICP線圈（未示出）電耦合的射頻產生器形成的感應耦合電漿(inductively coupled  plasma; ICP)。
在一些實施例中，用於產生第一電漿的射頻訊號具有大於400 kHz的頻率，諸如約1 MHz或更高的頻率，或約2 MHz或更高的頻率，諸如約13.56 MHz或更高、約27 MHz或更高、約40 MHz或更高，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之間，或在約30 MHz與約60 MHz之間。
在活動704，方法包括將邊緣環114及基板支撐表面105A暴露於第一電漿。在一些實施例中，第一電漿由含氧氣體、含氫氣體、含鹵素氣體（諸如氟及/或氯基氣體）或其組合形成。在一些實施例中，在電漿中產生的自由基物種與積聚在處理體積129內的表面（諸如邊緣環114的表面114A至114C）上的處理副產物反應。反應形成揮發性物質，透過真空出口120從處理體積129中排出。在一些實施例中，射頻電漿的第一時間段可為約1秒或更長，諸如約5秒或更長，或約10秒或更長。
在方法700的活動706，藉由在邊緣調諧電路170中調諧可變電容器C 7及/或C 8，及/或藉由在邊緣控制電極115處建立脈衝電壓(PV)波形以在體電漿與邊緣環114之間提供比體電漿與基板支撐表面105A之間更大的電壓，來調整邊緣凹槽區域上的第一電漿的電漿鞘層邊界。
在一些實施例中，在活動706期間在邊緣控制電極處建立的第二脈衝電壓(PV)波形包括一系列重複週期，其中每個週期內的電壓波形具有在第一時間間隔（例如，鞘層塌陷階段452）期間發生的第一部分及在第二時間間隔期間（例如，鞘層形成階段451及離子電流階段452）發生的第二部分。大體上，第一間隔期間的電壓不同於第二間隔期間的電壓，並且其電壓差決定了加速跨過鞘層並到達邊緣環114的離子的能量。
在一些實施例中，第一脈衝電壓(PV)波形產生器150在偏壓電極處建立的電壓，此處為偏壓，在活動704在邊緣控制電極115處建立的第二PV波形的至少複數個重複週期期間，有效地維持在零伏V PP（例如，約0伏+/-1伏（零伏））。例如，在一些實施例中，可以在非零V PP下在邊緣控制電極115處建立第二PV波形，並且使用第一PV波形產生器在偏壓電極處建立的脈衝電壓V PP可以有效地維持在零伏（例如，約0伏+/-1伏（零伏））約1秒或更長，諸如約5秒或更長，或約10秒或更長。在一些實施例中，偏壓電極104在第一時間段期間藉由使用耦合在电力傳輸線157與接地之間的開關而耦合至接地。在另一實施例中，PV波形產生器150或另一驅動器（未示出）可用於將偏壓電壓驅動至零電壓。
在一些實施例中，如第8A圖所示，在沒有基板103的情況下執行活動702、704及706（虛線所示），以便基板支撐表面105A暴露於第一電漿。有益的是，在基板支撐表面105A上形成的電漿部分與在邊緣環114上形成的電漿部分之間的電位差導致電漿鞘層邊界11在部分11B處彎曲。第8A圖中所示的電漿鞘層邊界的形狀用以基於朝向邊緣凹槽表面114A至114B形成的彎曲部分11B優先引導電漿產生的離子。藉由將電漿產生的離子引導向邊緣凹槽表面114A至114B，並同時降低電漿與基板支撐表面105A中的電壓，方法700可用於優先清潔邊緣環114的表面，同時顯著減少基板支撐件105的不當的基於電漿的腐蝕。
在一些實施例中，方法700視情況包括使用在活動702至706中所述優先清潔製程之前或之後形成的第二電漿來處理基板103。例如，方法700可視情況包括在活動708將基板103定位在基板支撐表面105A上，在活動710在處理區域129A中產生第二電漿，在活動712將基板103暴露於第二電漿第二時間段，以及在活動714在偏壓電極104處建立第一脈衝電壓(PV)波形。在一些實施例中，用於執行方法700的可選活動708至714的基板103為非生產基板，即，基板為用於執行清潔、測試及/或維護操作的類型，通常稱為「毯覆層」或「虛設」晶圓。
在一些實施例中，方法700的活動708進一步包括藉由從直流電源155向偏壓電極104傳遞夾緊電壓，將基板103靜電夾緊至基板支撐件105，此直流電源使用电力傳輸線157電耦合至偏壓電極104。夾緊電壓用於在基板103與偏壓電極104之間產生電壓電位差，並因此透過佈置在其間的第一部分介電材料的電容C 1（第1C圖）產生靜電吸引（夾緊力）。在一些實施例中，方法700進一步包括藉由從直流電源155向邊緣控制電極115傳遞夾緊電壓，將邊緣環114靜電夾緊至基板支撐組件136，此直流電源使用电力傳輸線158電耦合至邊緣控制電極115。在一些實施例中，方法700包括將惰性氣體（例如氦氣）流入背面體積105D（第1D圖），背面體積佈置在基板103與基板支撐表面105A之間及/或邊緣環114與基板支撐組件136的表面之間，以促進它們之間的熱傳遞。
在一些實施例中，方法700的活動714進一步包括相對於第一脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性調整第二脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性，以控制在第二時間段期間在基板103與邊緣環114上形成的電漿鞘層邊界11的形狀。因此，在一些實施例中，活動714包括相對於在邊緣控制電極115處建立的第二PV波形的一或多個特性來調整在偏壓電極104處建立的第一PV波形的一或多個特性。在一些實施例中，調整一或多個特性包括調整分別在偏壓電極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、脈衝電壓開啟時間的一個或組合。在一些實施例中，可以控制一或多個特性以在基板邊緣或基板支撐件105的邊緣彎曲電漿鞘層，相對於偏壓電極104上的鞘層高度，增加或減少邊緣控制電極115上的鞘層高度，以允許微調基板103或基板支撐件105邊緣區域的離子軌跡及離子能量。
第7B圖為製程流程圖，說明了根據一個實施例，優先清潔界定基板支撐組件136的邊緣凹槽區域117的表面的方法720。方法720的態樣如第8B圖所示。然而，可以設想，可以使用第1A圖至第1D圖中描述的任何處理系統配置來執行方法720。在一些實施例中，基板103為非生產基板，即基板為用於執行清潔、測試及/或維護操作的類型，通常稱為「毯覆層」或「虛設」晶圓。在其他實施例中，方法720可在其上具有至少部分形成的半導體元件的生產基板的電漿處理期間實施，例如，從生產基板的斜邊或背面邊緣移除處理副產物殘留物。
這裡，方法720大體包括藉由調整在偏壓電極104及邊緣控制電極115處建立的各自脈衝電壓(PV)波形的特性來優先清潔界定邊緣凹槽區域117的表面。在清潔製程中，基板103保留在基板支撐表面105A上，因此基板103佈置在基板支撐表面105A與電漿之間。基板103提供蓋以防止離子轟擊及腐蝕基板支撐表面105A。在一些實施例中，基板103至少部分地從基板支撐表面105A提起，以允許在電漿中形成的電漿及/或自由基物種更容易擴散至邊緣凹槽區域117中，並與其中表面上形成的處理副產物（例如含碳聚合物）反應。可以設想，方法720的至少一些活動可以與上述方法700的對應活動相同或基本相似。
方法720大體包括在活動722將基板103定位在基板支撐組件136上，在活動724產生電漿，以便在活動726處基板103及邊緣環114（視情況）暴露於電漿第一時間段，以及視情況在活動728處藉由偏壓基板103及邊緣環114中的一個或兩者來調整電漿鞘層邊界。
在活動722處定位基板103的步驟大體包括將基板103傳送至基板支撐表面105A。在一些實施例中，如方法700的活動708中所述，將基板電夾持至基板支撐組件。可在活動724處使用射頻訊號產生電漿，如上文在方法700的活動702及/或活動710處所述。
在一些實施例中，基板103在活動728處視情況暴露於電漿第一時間段，並且基板103及邊緣環114視情況偏壓，例如，藉由使用第一及第二脈衝電壓波形產生器在偏壓及邊緣控制電極處建立PV波形，如方法700的活動712及714中所述。
在活動730中，方法720包括至少部分地將基板103從基板支撐表面105A提起，如第8B圖所示。通常，使用延伸穿過基板支撐組件136的複數個提升銷20從基板支撐表面105A至少部分提升基板103。當基板靜電夾緊至基板支撐件105時，如活動708中所述，至少部分提升基板103的步驟可包括停止或調整向偏壓電極104傳遞夾持電壓及/或使基板103與偏壓電極104之間的靜電荷放電，例如，藉由將偏壓電極104的直流電壓電勢設置為與基板103的直流電壓電勢相似。
在活動732及734中，方法720分別包括將邊緣凹槽表面114A至114B暴露於電漿，同時調整電漿鞘層邊界11。活動732及734可以使用與執行方法700的活動704及706基本相似的製程來執行，其中添加了佈置在基板支撐表面105A上的部分提升基板103。可以設想，方法720的任何一或多個活動可以與方法740結合使用，或反之亦然，以提高邊緣凹槽區域117中的原位電漿清潔效率，同時保護基板支撐表面105A免受不當的基於電漿的腐蝕。
第7C圖為製程流程圖，說明了根據另一實施例優先清潔基板支撐組件136的邊緣凹槽表面114A至114B的方法740。可以設想，可以使用本文所述的任何處理系統來執行方法740，諸如第1A圖至第1D圖及第8A圖至第8C圖中的任何一個基板支撐組件136。如第8C圖所示，方法740大體包括使用調諧電路170在至少部分從基板支撐表面105A提起的基板103的周邊邊緣與邊緣凹槽表面114A至114B（例如邊緣凹槽區域117）之間集中電漿。集中的電漿增加邊緣凹槽區域117中的自由基及離子濃度，其可用於優先清潔其中的表面114A至114B。通常，僅將基板103部分提升至足夠小的距離，以防止在基板103與基板支撐表面105A之間形成電漿，從而防止其基於電漿的腐蝕。在一些實施例中，基板103為通常稱為「毯覆層」或「虛設」晶圓的非生產基板。在其他實施例中，方法740可在其上具有至少部分形成的半導體元件的生產基板的電漿處理期間實施，例如，從生產基板的斜邊或背面邊緣移除處理副產物殘留物。
方法740的活動742包括將基板103定位在基板支撐組件136的基板支撐表面105A上，如第8C圖所示。活動742可以與方法720的活動722相同或基本相似。
方法740的活動744包括使用射頻(RF)訊號點燃及維持電漿。在一些實施例中，使用電耦合至基板支撐組件136的電漿產生器組件163將射頻訊號傳輸至基板支撐組件136的支撐底座107。這裡，射頻訊號用以在處理腔室100的處理區域129A中點燃及/或維持處理電漿101，其中處理區域129A佈置在基板支撐組件136與腔室蓋123之間。在一些實施例中，射頻訊號具有約1 MHz或更高的頻率，諸如約20 MHz或更高，例如在約30 MHz與約60 MHz之間，或約40 MHz。
通常，傳輸至支撐底座107的射頻訊號在偏壓電極104處建立第一射頻波形501（第6A圖至第6B圖），偏壓電極透過佈置在其間的第三部分介電材料（例如，介電材料層105C）電容耦合至支撐底座107。偏壓電極104藉由介電材料的第一部分（例如，介電材料層105B)及佈置在基板支撐表面105A上的基板103與處理電漿隔開。在一些實施例中，方法740進一步包括將基板103靜電夾緊至基板支撐件105，如方法700的活動708中所述。
在活動746，方法740包括將基板103的表面暴露於電漿第一時間段。方法740的活動748視情況包括調整電漿鞘層邊界11的電漿密度及/或形狀中的一個或兩個。在一些實施例中，調整電漿密度的步驟包括相對於在偏壓電極104處建立的第一RF波形501的一或多個特性，調整在邊緣控制電極115處建立的第二RF波形502的一或多個特性。在一些實施例中，相對於第一射頻波形501的一或多個特性調整第二射頻波形502的一或多個特性的步驟包括改變第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的電壓幅度比（例如，V RF2/V RF1），如第5A圖或第5B圖所示，調整第二RF波形502與第一RF波形之間的電流幅度比，調整第二RF波形502與第一RF波形501之間的相位差，例如ΔΦ，或上述組合。在一些實施例中，藉由調整邊緣調諧電路170內的一或多個元件的電特性來執行相對於第一RF波形501的第二RF波形502的一或多個特性的調整。
在一些實施例中，相對於第一射頻波形501調整第二射頻波形502改變處理區域129A的至少一部分的電漿均勻性（第1A圖至第1B圖）。例如，在一個實施例中，處理區域129A由腔室蓋123及基板支撐組件136界定，並且電漿101為在兩者之間形成的體電漿。在一些實施例中，電漿101的第一部分形成在腔室蓋123與偏壓電極104之間佈置的區域中，並且電漿101的第二部分形成在腔室蓋123與邊緣控制電極115之間的區域中。在彼等實施例中，相對於第一RF波形501調整第二RF波形502會相對於電漿101的第一部分中的電漿密度改變電漿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處建立的第一射頻波形501的一或多個特性，調整在邊緣控制電極115處建立的第二射頻波形502的一或多個特性包括使用邊緣調諧電路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501的一或多個特性調整第二RF波形502的一或多個特性包括改變一或多個電容C 7、C 8。可以自動完成邊緣調諧電路170的調整，使得系統控制器126基於RF波形501、502的期望特性及/或它們之間的期望差來調整邊緣調諧電路170的一或多個元件的電特性，諸如電容C 7、C 8。
例如，在一些實施例中，藉由使用訊號偵測模組187，系統控制器126可以用以：藉由測量在一或多個節點N處採集的電訊號的一或多個特性來決定各自波形的特性；將決定的特性與期望特性進行比較，並基於該比較改變邊緣調諧電路170的元件的輸出。在一些實施例中，可以手動調整邊緣調諧電路170，其中使用者更改邊緣調諧電路170的元件的設定點，諸如可變電容器C 7、C 8的電容或電路的電感L。使用者可以使用系統控制器126及/或訊號偵測模組187更改設定點，例如，藉由更改與元件相對應的配方參數或系統控制器126用於操作處理系統10A、10B的指令中的另一佈置。
大體上，假設從電漿產生器組件163向支撐底座107提供相對恆定的射頻功率，則藉由使用邊緣調諧電路170達成的V RF2/V RF1比率增加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之比增加。電漿密度的相對增加提供了體電漿中電漿產生物種的對應增加，從而使下面基板表面邊緣的離子通量及反應性中性分子濃度相對增加。類似地，V RF2/V RF1比值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值下降，從而導致基板邊緣的離子通量及反應性中性分子濃度相應下降。
藉由控制電漿的第一部分與第二部分之間的相對電漿密度，亦可以控制及使用處理區域129A內活化物質的對應分佈來改善整體處理不均勻性，諸如晶圓處理不均勻性。有利地，活動748可以實現為處理參數調整，諸如藉由使用系統控制器126控制邊緣調諧電路170來調整電容C 7及/或C 8。因此，可以在不訴諸機械調整或硬體配置變化的情況下實現方法740，通常需要這些硬體配置來調整電容耦合電漿(CCP)系統中的體電漿分佈，從而防止對其進行精細控制。
方法700的活動750視情況包括藉由在偏壓電極104及邊緣控制電極115中的一個或兩個處建立脈衝電壓(PV)波形來偏壓基板103及/或邊緣環114。用於在第一時間段內偏壓基板103及/或邊緣環114的製程可以與方法700的活動714中描述的製程相同或基本相似。
方法740的活動752包括至少部分地將基板從基板支撐表面105A提起，這可以使用方法720的活動830中描述的相同或基本相似的製程來執行。在活動754，方法740包括將邊緣凹槽表面114A至114B暴露於電漿一時間段。
在活動752及754之前或期間，方法740的活動756包括調整分別建立在偏壓電極104及邊緣控制電極115處的射頻(RF)波形的一或多個特性，以在邊緣凹槽區域117中形成電漿歷時時間段的至少一部分。在一些實施例中，調整射頻波形的一或多個特性的步驟包括調整第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的相位差，例如ΔΦ，以使電漿在基板103的周邊邊緣與邊緣凹槽表面114A至B之間形成。這裡，至少部分提升基板，以在基板與邊緣凹槽表面114A至114B之間提供足夠的間隙或空間，以允許電漿在其間形成，同時在基板與基板支撐表面105A之間維持足夠小的間隙，以防止電漿在其中形成。在一些實施例中，使用與其電耦合的波形產生器150分別在偏壓電極104及邊緣控制電極115處建立的偏壓在時間段的至少一部分內維持恆定或零值。例如，在一些實施例中，在偏壓電極104及邊緣控制電極115中的一個或兩者處建立的偏壓維持在有效的零伏V PP（例如，約0伏+/-1伏（零伏））持續時間段的至少一部分，諸如約1秒或更長時間、約5秒或更長時間、或者約10秒或更長。將偏壓電壓維持在有效的零伏V PP的步驟可包括將各個電極耦合至接地，或使用PV波形產生器150或另一個驅動器（未顯示）將偏壓電壓驅動至零伏，如關於方法700的第7A圖所述。
在一些實施例中，方法740進一步包括相對於在偏壓電極104上形成的電漿部分的電漿密度，對在邊緣控制電極115上形成的電漿101部分優先調整電漿密度。這裡，優先調整電漿密度的步驟包括改變第二射頻波形502與第一射頻波形501之間的電壓幅度比（例如，V RF2/V RF1），如第6A圖或第6B圖所示，調整第二射頻波形502與第一射頻波形之間的電流幅度比，調整在第二RF波形502與第一RF波形501之間的相位差，例如ΔΦ，或上述組合。
上述實施例可以單獨使用或組合使用，以提供對感應耦合電漿(ICP)腔室或電容耦合電漿(CCP)腔室的處理區域內活化物質的產生及分佈的精細控制。有益的是，可以藉由使用系統控制器來執行實施例，而無需調整或修改單個腔腔室元件，從而提供可以在單個基板的處理期間及/或連續處理的基板之間輕鬆調整的處理配方參數。射頻電漿密度控制方法可獨立實施及/或與脈衝電壓(PV)波形偏壓方法相結合，以與習知射頻偏壓CCP系統相比，對基板表面的離子能量、IEDF、離子方向性、離子通量及反應性中性分子濃度精確控制。
儘管前述內容係關於本揭示案的實施例，但在不偏離本發明基本範圍的情況下，可以設計本發明的其他及進一步實施例，並且其範圍由以下申請專利範圍決定。
10A:處理系統 10B:處理系統 11:鞘層邊界 11A:鞘層邊界11的一部分 11B:鞘層邊界11的一部分 11C:鞘層邊界11的一部分 20:提升銷 100:處理腔室 101:電漿 103:基板 103A:基板103的中心區域 103B:基板邊緣區域 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:背面體積 106:电力傳輸線 107:支撐底座 108:內襯 109:電漿屏蔽 110:介電管 111:絕緣板 112:接地板 113:腔體 114:邊緣環 114A:表面 114B:表面 114C:表面 115:邊緣控制電極 116:夾緊網路 116A:偏壓補償電路元件 117A:間隙區域 117B:間隙區域 118:RF產生器 119:處理氣源 120:真空出口 122:側壁 123:腔室蓋 124:腔室底座 126:系統控制器 128:進氣口 129:處理體積 129A:處理區域 130:複合負載 133:中央處理單元 134:記憶體 135:支援電路 136:基板支撐組件 138:支撐軸 150:脈衝電壓(PV)波形產生器 151:第二濾波器組件 155:直流電源 157:电力傳輸線 158:电力傳輸線 160:射頻產生器組件 161:第一濾波器組件 162:射頻匹配電路 163:電漿產生器組件 167:RF电力傳輸線 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 173:氣源 187:訊號偵測模組 188:電漿控制方案 191:簡化等效電路模型 196:第一偏壓產生器 197:第二偏壓產生器 401:PV波形 402:PV波形 420:點 421:點 422:點 433:局部電漿電勢 450:鞘層塌陷階段 451:鞘層形成階段 452:離子電流階段 501:第一射頻波形 502:第二射頻波形 700:方法 702:活動 704:活動 706:活動 708:活動 710:活動 712:活動 714:活動 720:活動 722:活動 724:活動 726:活動 728:活動 730:活動 732:活動 734:活動 740:方法 742:活動 744:活動 746:活動 748:活動 750:活動 752:活動 754:活動 756:活動 △V:电压差 △Φ:相位差 C 1:靜電容 C 2:支撐底座介電層電容 C 3:絕緣體板電容 C 5:阻斷電容器 C 7:可變電容器 C 8:可變電容器 C JR:間隙電容 I i:離子電流 L 2:電感器 N:節點 R G:接地板電阻 R JR:無限電阻 R P:支撐底座電阻 T DL1:厚度 T DL2:厚度 T P:波形週期 T RF:週期 V PP:脈衝電壓位準 V RF1:電壓幅度 V RF2:電壓幅度 X:方向 Y:方向 Z:方向
為了能夠詳細理解本揭示的上述特性的方式，可以參考實施例來獲得上文簡要概述的本揭示的更具體的描述，實施例中的一些在附圖中示出。然而，應當注意，附圖僅示出了示例性實施例，因此不應被視為限制其範圍，因為其可以允許其他同樣有效的實施例。
第1A圖至第1B圖為根據一或多個實施的例處理系統的示意性橫截面圖，其用以實施本文所述方法。
第1C圖至第1D圖為根據一個實施例的第1A圖所示基板支撐組件部分的特寫示意橫截面圖。
第2圖為根據一或多個實施例的可與第1A圖至第1B圖所示的一個或兩個處理系統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圖示意性地說明了根據一或多個實施例的可與第1A圖至第1B圖中所示的一個或兩個處理系統一起使用的實例邊緣調諧電路。
第3D圖及第3E圖為不同靜電卡盤(electrostatic chuck; ESC)類型的功能等效電路圖，該等靜電卡盤類型可與第1A圖至第1B圖所示的一個或兩個處理系統一起使用。
第4圖說明了可以使用本文所述實施例建立的脈衝電壓(PV)波形的實例。
第5A圖至第5B圖示出了可以使用本文所述實施例建立的射頻(RF)波形的實例。
第6A圖至第6D圖為使用根據本文實施例的實例邊緣調諧電路配置的模擬結果圖。
第7A圖至第7C圖為示出可以使用本文所述實施例執行的方法的圖。
第8A圖至第8C圖為根據本文實施例的基板支撐組件的邊緣部分的示意性剖面圖，其說明了第7A圖至第7C圖中所述方法的態樣。
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
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Claims (20)

  1. 一種電漿處理方法，包含以下步驟： (a)  在由一腔室蓋及一基板支撐組件界定的一處理區域中產生一電漿，該基板支撐組件包含： 介電材料的一第一部分，形成一基板支撐表面； 一邊緣環，圍繞該基板支撐表面，該邊緣環包含一面對電漿的表面及從該面對電漿的表面向內佈置的一或多個邊緣凹槽表面； 一偏壓電極，藉由介電材料的該第一部分與該基板支撐表面隔開；以及 一邊緣控制電極，被佈置成與該偏壓電極的中心相距一距離，其中 該偏壓電極電耦合至一第一偏壓產生器，該第一偏壓產生器用以在該偏壓電極處建立一第一脈衝電壓(PV)波形； 該邊緣控制電極電耦合至一第二偏壓產生器，該第二偏壓產生器用以在該邊緣控制電極處建立一第二脈衝電壓(PV)波形； (b)  將該邊緣環及該基板支撐表面暴露於該電漿；以及 (c)  與(b)同時，在該邊緣控制電極處建立該第二脈衝電壓(PV)波形。
  2. 如請求項1所述的方法，其中在將該邊緣環及該基板支撐表面暴露於該電漿的至少一部分期間，該第一脈衝電壓(PV)波形產生器不會在該偏壓電極處建立該第一脈衝電壓(PV)波形。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該第一及第二脈衝電壓(PV)波形的一頻率為約1 MHz或更低。
  4. 如請求項1所述之方法，其中： 該第二脈衝電壓(PV)波形包含一系列重複週期， 每個週期內的一波形具有在一第一時間間隔期間發生的一第一部分及在一第二時間間隔期間發生的一第二部分， 該第二時間間隔期間的該電壓低於該第一時間間隔的至少一部分期間的該電壓。
  5. 如請求項4所述的方法，其中藉由將該偏壓電極電耦合至接地，將該偏壓電極處建立的一電壓維持在約0+/-1伏特(V)。
  6. 如請求項4所述的方法，其中藉由控制該第一脈衝電壓(PV)偏壓產生器，將在該偏壓電極處建立的一電壓維持在約0+/-1伏特(V)。
  7. 如請求項4所述的方法，進一步包含以下步驟： (d)相對於該第一脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性，調整該第二脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性，以控制在該基板支撐表面及該邊緣環上形成的一電漿鞘層邊界的一形狀。
  8. 如請求項7所述的方法，其中： 該電漿鞘層邊界的該形狀至少部分由該第一及該第二脈衝電壓(PV)波形之間的該電壓脈衝的一頻率、一持續時間及/或一幅度的一差異決定。
  9. 如請求項8所述的方法，其中： 使用來自一射頻波形產生器的一射頻(RF)訊號產生該電漿， 該射頻訊號具有約1 MHz或更高的一頻率，並且 該射頻產生器電耦合至： 該腔室蓋或其上佈置有該基板支撐件的一支撐底座，其中該射頻產生器用以傳遞一射頻訊號以點燃及維持該電漿；或 一電漿產生器組件，用以產生用於點燃及維持該電漿的一電磁場。
  10. 如請求項9所述的方法，其中(d)相對於該第一脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性調整該第二脈衝電壓(PV)波形的一或多個特性之步驟導致一電漿鞘層邊界中的一彎曲，以優先將電漿產生的離子導向該基板支撐組件的一邊緣凹槽區域。
  11. 一種電漿處理方法，包含以下步驟： (a)在一處理腔室的一處理區域內點燃及維持一電漿，該電漿包含佈置在一基板支撐組件的一基板支撐表面與一腔室蓋之間的一第一部分及佈置在一邊緣環與該腔室蓋之間的一第二部分，該基板支撐組件包含： 介電材料的一第一部分，形成該基板支撐表面； 一偏壓電極，藉由介電材料的該第一部分與該基板支撐表面隔開，其中該偏壓電極電耦合至一第一脈衝電壓波形產生器，該第一脈衝電壓波形產生器用以在該偏壓電極處建立一第一脈衝電壓(PV)波形； 一邊緣控制電極，佈置成與該偏壓電極的中心相距一距離，其中該邊緣控制電極電耦合至一第二脈衝電壓(PV)波形產生器；以及 該邊緣環，包圍該基板支撐表面，該邊緣環包含一或多個邊緣凹槽表面，該些邊緣凹槽表面界定了一邊緣凹槽區域，其中一至少部分提升的基板佈置在該基板支撐表面上； (b)使用該第二脈衝電壓(PV)波形產生器在該邊緣控制電極處建立一第二脈衝電壓(PV)波形；以及 (c)將該至少部分提升的基板暴露於該電漿。
  12. 如請求項11所述的方法，其中： 在該邊緣控制電極處建立的該第二脈衝電壓(PV)波形包含一系列重複週期， 每個週期內的一波形具有在一第一時間間隔期間發生的一第一部分及在一第二時間間隔期間發生的一第二部分， 該第二時間間隔期間的該電壓低於該第一時間間隔的至少一部分期間的該電壓。
  13. 如請求項12所述的方法，其中使用該第一脈衝電壓(PV)波形產生器在該偏壓電極處建立的一電壓在該部分提升基板暴露於該電漿的一時間段的至少一部分內維持在約-1伏(V)至約1伏之間。
  14. 如請求項12所述的方法，其中當該部分提升的基板暴露於該電漿時，該第一脈衝電壓(PV)波形產生器在一時間段的至少一部分期間不在該偏壓電極處建立該第一脈衝電壓(PV)波形。
  15. 如請求項12所述的方法，其中該第二脈衝電壓(PV)波形的該些重複週期具有約1 MHz或更少的一頻率。
  16. 如請求項12所述的方法，進一步包含以下步驟： (c)調整該第一脈衝電壓(PV)波形、該第二脈衝電壓(PV)波形或兩者的一或多個特性，以改變在該基板支撐件上形成的一電漿鞘層的一形狀。
  17. 如請求項16所述的方法，其中(e)包含增加該第二脈衝電壓(PV)波形中該電壓脈衝的一頻率、持續時間及/或幅度。
  18. 如請求項17所述的方法，其中： 使用來自一射頻產生器的一射頻訊號點燃及維持該電漿，以及 該射頻訊號具有約1 MHz或更高的一頻率。
  19. 如請求項18所述的方法，其中： 該基板支撐組件進一步包含一支撐底座及佈置在該支撐底座上的介電材料的一第二部分， 該射頻(RF)產生器電耦合至該支撐底座，並且該偏壓電極藉由介電材料的該第二部分與該支撐底座隔開。
  20. 如請求項19所述的方法，其中在(d)處改變該電漿鞘層的該形狀之步驟導致一電漿鞘層邊界中的一彎曲，從而優先將電漿產生的離子導向該邊緣凹槽區域的表面。
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