TWI446399B - 在電漿處理室中處理基板之方法與電漿處理系統 - Google Patents

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Description

在電漿處理室中處理基板之方法與電漿處理系統
本發明係關於處理基板的方法以及系統，尤其係關於在電漿處理室中處理基板的方法以及系統。
電漿處理的發展促進半導體產業中的成長。由於半導體產業係具有高度競爭性，所以裝置製造者通常想要將良率最大化，並且有效利用基板上有用的區域。在基板的電漿處理期間，複數個參數必須被控制以確保處理之裝置的高良率。缺陷裝置的共同起因係在基板處理期間缺乏均勻性。會影響均勻性的因素為基板邊緣效應。缺陷裝置的另一個起因係由於在運送時高分子副產物從一基板的背側剝落到另一個基板上。
由於更高性能之裝置的需求，所以迫使進一步降低基板特徵尺寸以及更新最佳化之基板材料的實現，已挑戰現今的製造技術。例如，逐漸變得難以維持從較大基板(例如>300mm)之中央至邊緣的均勻性或處理結果。一般而言，就已知的特徵尺寸而論，因為基板的尺寸變得更大，所以位於基板上靠近邊緣的裝置數量會增加。同樣地，就已知的基板尺寸而論，因為裝置的特徵尺寸降低，所以位於基板上靠近邊緣的裝置數量會增加。舉例而言，位在靠近基板邊緣的裝置數量通常超過位於基板上之總裝置數量的20%。
由於邊緣效應，例如電場、電漿溫度、以及來自處理化學品的負載效應，靠近基板邊緣的處理結果會不同於基板的其餘區域(中央)。例如，電漿鞘層的等位線會中斷，而在基板邊緣周圍引起不均勻的離子角分佈。一般而言，理想上電場可在基板的整個表面上保持實質上固定，以維持處理均勻性以及垂直蝕刻輪廓。
此外，在蝕刻處理期間，常見高分子副產物(例如氟化高分子等等)形成在基板背側上及/或基板邊緣附近。氟化高分子通常係由 先前曝露於蝕刻化學品的光阻材料所組成，或由在氟碳蝕刻處理期間所沉積的高分子副產物所組成。一般而言，氟化高分子為具有Cx Hy Fz 化學方程式的物質，其中x、z為大於0的整數，而y為大於或等於0的整數(例如CF4 、C2 F6 、CH2 F2 、C4 F8 、C5 F8 等等)。
然而，當連續的高分子層因為數個不同蝕刻處理而沉積在邊緣區域上時，有正常強度且具附著性的有機鍵結最終會變弱並且在運送時通常會脫離或剝落到另一個基板上。例如，基板通常以整組方式經由實質清潔的容器(通常稱為卡匣)，在電漿處理系統之間進行移動。當較高位置的基板在容器中被改變位置時，一部分的高分子層可能會掉落在存在有晶粒的較低基板上，而有影響裝置良率之可能性。
圖1顯示基板的簡化圖，其中顯示一批邊緣高分子已被沉積在平面的背側上。如上所述，在蝕刻處理期間，高分子副產物(邊緣高分子)常形成於基板上。在本範例中，高分子副產物已沉積在平面的背側上，亦即，基板的側面係遠離電漿。例如，高分子厚度在約70∘時約250nm(102)、在約45∘時約270nm(104)、以及在0∘時約120nm(106)。一般而言，高分子的厚度愈大，一部分高分子會變位並掉落在另一個基板或夾頭上的可能性就愈高，而潛在地影響製造良率。
圖2顯示電容耦合式電漿處理系統的簡化圖，於其中邊緣環的直流(DC，direct current)電位係實質上大於基板的直流電位。一般而言，來源無線射頻(RF，radio frequency)產生器210所產生的來源無線射頻，通常用以產生電漿，並且經由電容耦合而控制電漿密度。某些蝕刻應用可能需要被供以無線射頻的上部電極相對於下部電極而接地。無線射頻功率為2 MHz、27 MHz、以及60 MHz至少其中之一。還有其他蝕刻應用可能需要使用相同的無線射頻頻率，對上部電極與下部電極兩者供以無線射頻。
通常，適當的氣體組流過上部電極202中的入口。這些氣體隨後被游離而形成電漿204，以處理(例如蝕刻或沉積)基板206的 曝露區域，例如半導體基板或玻璃格板，此基板與熱邊緣環(HER，hot edge ring)212(例如Si等等)係位在靜電夾頭(ESC，electrostatic chuck)208上，此靜電夾頭亦作為電動電極(powered electrode)。
熱邊緣環212通常可執行許多功能，其包含將基板206設置在靜電夾頭208上，並且保護不被基板本身所保護的下層部件，使此部件免於受到電漿離子的損壞。熱邊緣環212可進一步座落在耦合環220(例如石英等等)上，此耦合環通常用以提供從靜電夾頭208至熱邊緣環212的電流路徑。一般而言，為可裝配式之直流電源216可透過無線射頻濾波器214耦合至熱邊緣環212。
無線射頻濾波器214通常用以減弱無用的無線射頻功率，而不降低對直流電源216的引入。無線射頻濾波器214包含開關模組，此模組可選擇正或負電流極性以及接地路徑。無線射頻濾波器214包含真空繼電器。在電漿放電時產生無線射頻諧波，並且可藉由無線射頻濾波器使其無法回到直流電源。
在直流電源216為正電壓的情況下，於典型電漿處理中，邊緣環的直流電位實質上高於基板的直流電位。因此，離子角分佈輪廓為實質上不均勻，並伴隨傾向於指向較低電位區域(例如基板邊緣)的向量集合。如上所述，此種應用對於從基板邊緣移除高分子係非常有用的。
在直流電源216為負電壓的另一情況下，邊緣環的直流電位係實質上相同於基板的直流電位(例如V基板 -V邊緣環 0)。基板上的直流電位在處理期間會相對於接地而傾向負，並因此當耦合邊緣環以接收負電位(相對於接地)時，邊緣環的直流電位以及基板的直流電位實質上相等。因此，離子角分佈為實質上均勻，並且在位於基板以及邊緣環兩者上方的電漿鞘層區域內，伴隨實質上垂直於基板的向量集合。如上所述，垂直角輪廓對異向性蝕刻應用係有用的，例如具有高縱橫比的蝕刻接觸孔以及溝渠。
例如，亦可耦合直流電源的接地端子，在此情況下，邊緣環可具有比基板的直流電位(在一實施例中，於處理期間一般為負) 更高的電位(在接地處)。在此種情況下，雖然角度會小於在邊緣環被耦合以接收來自直流電源之正端子的電壓時，離子角分佈亦將傾向基板邊緣。
然而，在熱邊緣環上利用直流控制的上述先前技術方法可能需要實質的直流功率，以維持所需的電壓，如此增加了裝置製造的成本。此外，在晶圓邊緣與熱邊緣環之間的電弧作用會在基板邊緣上引起孔蝕並且損壞裝置，因而降低良率。
板被配置在夾頭的上方並且被邊緣環所圍繞。此邊緣環與夾頭電性絕緣。此方法包含將第一無線射頻功率提供至夾頭。此方法亦包含設置邊緣環無線射頻電壓控制裝置，此邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至邊緣環，以將第二無線射頻功率提供至邊緣環。輸送至邊緣環的第二無線射頻功率具有約20 KHz至約10MHz的頻率，以致邊緣環具有邊緣環電位。此方法更包含在電漿處理室內產生電漿以處理基板。當邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以令邊緣環電位實質上等於在處理基板時之基板的直流電位時，進行基板之處理。
以上總結係僅關於在此所揭露之本發明之許多實施例的其中之一，並且不用以限制本發明的範圍，此發明之範圍在此被提出在請求項中。將在以下本發明之詳細說明中並結合隨附圖式，詳述本發明之這些以及其他特徵。
以下，本發明將參考隨附圖式所示之若干其實施例而進行說明。在以下說明中，提出許多特定細節以提供對本發明的整體瞭解。然而，熟習本項技藝者可明白在不具某些或所有這些特定細節的情況下，可實施本發明。在其他情況下，為了不對本發明造成不必要的混淆，已不詳述熟知的處理步驟及/或結構。
各種不同的實施例被說明於下，其包含方法以及技術。吾人應瞭解本發明亦可涵蓋包含於其上儲存電腦可讀取指令之電腦可讀取媒體的製造技術，此電腦可讀取指令係用以實現本發明技術的實施例。此電腦可讀取媒體可例如包含：半導體、磁、光磁、光學、或其他形式之用以儲存電腦可讀取碼的電腦可讀取媒體。又，本發明亦可涵蓋用以實施本發明之實施例的設備。此種設備可包含專用及/或可程式化的電路，以實現與本發明之實施例相關的工作。此種設備的範例包含通用電腦及/或經適當編寫的專用計算裝置，並且可包含電腦/計算裝置與專用/可程式化電路的組合，此專用/可程式化電路係用於與本發明實施例相關的各種工作。
依照本發明之實施例，提供用以設置電漿處理系統以增強在電漿處理參數上之控制的方法與裝置。本發明之實施例包含將低頻無線射頻(RF，radio frequency)功率輸送至熱邊緣環(HER，hot edge ring)，以在基板與邊緣環之間產生期望的電位差。因此，已知電漿處理之電漿鞘層(plasma sheath)的等位線可被最佳化。
在本發明之一或更多實施例中，可使用獨立的低頻無線射頻電源以及無線射頻匹配網路，透過無線射頻濾波器而將無線射頻功率輸送至熱邊緣環。本發明之實施例可相對於基板上的無線射頻鞘層電壓範圍，而進行基板邊緣環上方之無線射頻鞘層電壓範圍的獨立控制，以產生期望的電位差。
在本發明之另一實施例中，低頻無線射頻功率可從無線射頻電源被輸送至熱邊緣環，此無線射頻電源可正常地將多頻無線射頻功率輸送至基板。在一範例中，可使用可變電容器來控制輸送至熱邊緣環的低頻無線射頻功率。本發明之實施例可相對於基板上的無線射頻鞘層電壓範圍，而進行基板邊緣環上之無線射頻鞘層電壓範圍的控制，以產生期望的電位差。
在本發明之一或更多實施例中，熱邊緣環可被設置成具有複數片段。熱邊緣環的每一片段可藉由複數個絕緣器而與其他片段電性絕緣。低頻無線射頻功率可單獨地受到控制，並且被輸送至 每一熱邊緣環片段以及共用無線射頻電源。來自共用無線射頻電源的低頻無線射頻功率可藉由複數個可變裝置加以單獨控制。本發明之實施例可對輸送至熱邊緣環之每一片段的無線射頻功率量進行單獨控制，以改善在基板邊緣周圍之電漿物質的方位角均勻性。
在本發明之一或更多實施例中，一或更多的額外控制可用以提供在電漿處理期間改善基板均勻性的整合解決方案。在一實施例中，差別氣流可用以補償電漿物質與化學品的差異，此差異係因為從基板至熱邊緣環的陡峭變化所引起。在另一實施例中，將熱邊緣環靜電箝制於下部電極可用以獨立地控制熱邊緣環的溫度。在又另一實施例中，外部的直流(DC，direct current)控制可用以控制熱邊緣環的VDC 。
參考隨後圖式以及說明，可對本發明之特徵以及優點更為明瞭。圖3顯示依照本發明之一實施例之具有獨立低頻(LF，low frequency)無線射頻電壓控制裝置之電容耦合式電漿處理系統300的簡化示意圖。
電漿處理系統300可為單、雙、或三頻無線射頻電容放電系統。在一範例中，無線射頻可包含但不限於例如2 MHz、27 MHz、以及60 MHz。電漿處理系統300可被設置成包含基板306，此基板被配置在靜電夾頭(ESC，electrostatic chuck)308的上方。亦作為電動電極(powered electrode)的靜電夾頭308被配置在下部電極318的上方。
考量例如基板306被處理的情況。在電漿處理期間，具有接地路徑(為簡化此圖式而沒有顯示)的多頻無線射頻產生器310，可透過無線射頻匹配網路(為簡化此圖式而沒有顯示)，將低無線射頻偏壓功率供應至下部電極318。從無線射頻產生器310所提供的無線射頻功率可與氣體(為簡化此圖式而沒有顯示)產生交互作用，以在上部電極302與基板306之間激發電漿304。電漿可用以蝕刻材料及/或沉積材料於基板306上，以製造電子裝置。
在圖3的實現中，某些蝕刻應用可能需要被供以無線射頻的上部電極302相對於下部電極而接地。此無線射頻功率為2MHz、27MHz、以及60MHz至少其中之一。還有其他蝕刻應用可能需要使用相同的無線射頻頻率，對上部電極與下部電極兩者供以無線射頻。
如圖3所示，熱邊緣環(HER)312通常可執行許多功能，其包含將基板306設置在靜電夾頭308上，並且保護不被基板本身所保護的下層部件，使此部件免於受到電漿離子的損壞。熱邊緣環312可進一步座落在耦合環320(例如石英等等)上。
在先前技術中，裝配式直流電源可透過無線射頻濾波器被耦合至熱邊緣環。不像先前技術的方法，依照本發明之一實施例，獨立低頻無線射頻電源322以及無線射頻匹配網路316可用以透過無線射頻濾波器314，將無線射頻功率輸送至熱邊緣源312。在一範例中，無線射頻匹配網路316可用以將輸送至熱邊緣環312的無線射頻功率最大化。在一實施例中，低頻無線射頻可經由包覆在絕緣套筒326內的同軸纜線324，而輸送至熱邊緣環312。如圖3所示，無線射頻濾波器314通常用以減弱無用的無線射頻功率，而不耗損獨立低頻(約20KHz至約10MHz)無線射頻電源322。諧波在電漿放電時產生，並且可藉由無線射頻濾波器314避免其回到獨立低頻無線射頻電源322。
為了防止基板306的無線射頻耦合，在一實施例中，輸送至熱邊緣環312之低頻無線射頻電源的頻率可不同於輸送至例如靜電夾頭308之偏壓電極的頻率。藉由對基板306進行去耦合，供應至熱邊緣環312的低頻無線射頻電源可主要對熱邊緣環312上的感應VDC 進行單獨控制，而非對到基板306的電壓或離子能進行控制。
在利用低頻無線射頻電源控制熱邊緣環312上之VDC 的方面，相較於高頻無線射頻電源，功率的使用可以係相當低的。由於高無線射頻頻率會傾向與電漿耦合，所以利用高頻率無線射頻 功率控制電壓的功率使用會更高，而達到在熱邊緣環312上的相同VDC 控制。類似地，利用裝配式直流電源控制熱邊緣環312上之電壓的先前技術解決方案亦可能需要更多的功率，以達到熱邊緣環312上的相同VDC 控制。有利地，低頻無線射頻功率可進行更簡易的無線射頻匹配，其可覆蓋處理窗的整個區域。
在圖3的實現中，依照一實施例，輸送至熱邊緣環312的獨立低頻無線射頻電源322可相對於基板332上的無線射頻鞘層電壓範圍，進行基板邊緣環330上之無線射頻鞘層電壓範圍的單獨控制，以產生期望的電位差。因此，不影響在基板306之邊緣周圍的化學品及/或電漿。
雖然不希望被理論所束縛，但本案發明人認為可藉由在基板與邊緣環之間改變直流電位，而控制離子角分佈，因而使已知電漿處理之電漿鞘層的等位線最佳化。在一有利的方式中，吾人可藉由改變邊緣環上的無線射頻耦合而對基板邊緣周圍的電場進行改變。在一實施例中，夾頭係實質上與邊緣環電性絕緣。
舉例而言，若基板邊緣的直流電位係實質上相同於邊緣環上的直流電位(例如V基板-V邊緣環0)時，離子角分佈通常為均勻。因此，在基板以及邊緣環兩者上的電漿鞘層區域內，形成實質上垂直於基板的離子向量集合。
然而，若基板邊緣的直流電位係實質上不同於邊緣環的直流電位時，離子角分佈通常為不均勻。因此，在基板以及邊緣環兩者上的電漿鞘層區域內，形成相對於基板與邊緣環之表面而傾向不均勻的離子向量集合。
在一有利的方式中，邊緣環的直流電位可獨立於基板的直流電位而受到控制。因此，基板的直流電位與邊緣環的直流電位之間的差異可被最佳化，以控制基板邊緣周圍之電漿中的正電離子角分佈。
除了上述如圖3所述的方法以及裝置之外，可提供能使用低頻晶圓/基板無線射頻功率來將無線射頻功率輸送至熱邊緣環以控 制無線射頻鞘層電壓的其他實施例。圖4顯示依照本發明之一實施例之具有來自無線射頻產生器410之低頻無線射頻的多頻電容耦合式電漿處理系統400。電漿處理系統400可被設置成包含：接地上部電極402、基板406、靜電夾頭(ESC)408、下部電極418、熱邊緣環(HER)412、同軸纜線424、以及絕緣套筒426。
考量例如基板406被處理的情況。當氣體(為簡化此圖式而沒有顯示)與來自無線射頻功率產生器410的無線射頻功率產生交互作用時，可激起電漿404。電漿404可用以蝕刻材料及/或沉積材料於基板406上，以製造電子裝置。
如上所述，例如電場的基板邊緣效應、電漿溫度、以及來自處理化學品的負載效應，會使基板邊緣的處理結果不同於基板之其餘區域(中央)的處理結果。例如，電漿鞘層的等位線會變成中斷，而在基板邊緣周圍引起不均勻的離子角分佈。
在一實施例中，可利用通常將無線射頻功率輸送至基板406的無線射頻產生器410，透過高頻無線射頻濾波器414以及可變電容器416，將低頻無線射頻功率輸送至熱邊緣環412。在一範例中，依照本發明之一實施例，可利用可變電容器416來控制輸送至熱邊緣環412的低頻無線射頻功率。在一實施例中，由於低頻率，所以來自無線射頻產生器410的無線射頻功率，可經由包覆在絕緣套筒426內的同軸纜線424輸送至熱邊緣環412。
在圖4的實現中，依照本發明之一實施例，耦合至熱邊緣環412的低頻無線射頻產生器410可容許基板邊緣環430上方之無線射頻鞘層電壓範圍相對於基板432上的無線射頻鞘層電壓範圍的受限控制，以產生期望的電位差。此受限控制可能因為從同一無線射頻產生器410至基板406及/或熱邊緣環412兩者的無線射頻功率所造成。
雖然吾人可藉由控制到基板406以及熱邊緣環412之無線射頻功率的比率而控制熱邊緣環412的電壓，但假使更多的無線射頻功率偏移至熱邊緣環412時，則到基板406的無線射頻功率會 下降。儘管缺乏對基板406及/或熱邊緣環412之無線射頻功率的獨立控制，在不使用獨立無線射頻電源時的利益交換可藉由提供製造者透過來自多頻無線射頻產生器410的低頻無線射頻功率，控制在熱邊緣環412上之感應直流電壓以改善蝕刻速率均勻性的能力加以補償。
雖然不希望被理論所束縛，但本案發明人認為可藉由改變鞘層厚度，而控制對基板的離子撞擊。考量例如低頻無線射頻功率可被供應至熱邊緣環而造成增加鞘層厚度以及阻抗的情況。電壓下降係遍及鞘層之電壓下降與遍及基板上表面之電壓下降的結合。由於遍及較厚鞘層有較高的電壓下降，即較高的阻抗，所以對基板的離子撞擊可能較少。在一實施例中，吾人可藉由透過低頻無線射頻功率調整熱邊緣環上的電壓而控制鞘層厚度，以影響基板上的離子撞擊。
因為將低頻無線射頻功率施加至熱邊緣環的另一個間接效應為，似直流(DC-like)效應係類似於將直流施加至上部電極。舉例而言，低無線射頻的功率可被增加而引起熱邊緣環上之感應VDC 的增加。因此，在上部電極上存在有較高的電壓下降，以引起待射入電漿的二次電子而增加電漿密度。因此，吾人可藉由通過低頻無線射頻功率之熱邊緣環的電壓，而控制電漿密度。
一般而言，低頻無線射頻功率係比高頻無線射頻功率更易於輸送與控制。在圖3與圖4的實現中，於一實施例中，低頻無線射頻功率可藉由廉價的同軸纜線而輸送至熱邊緣環。在先前技術中，當高頻無線射頻功率被供應至熱邊緣環的局部位置時，由於來自位在熱邊緣環之高頻無線射頻功率的局部效應，所以會降低晶圓邊緣周圍之電漿物質的方位角均勻性。以高頻無線射頻功率而言，來自高頻無線射頻功率的能量可與電漿物質耦合。相較之下，由於低頻無線射頻功率不會在熱邊緣環上產生局部效應，所以晶圓邊緣周圍的方位角均勻性高。低頻無線射頻功率會在不與電漿物種耦合的情況下，影響熱邊緣環上的電壓。如在此所使用 的名詞，方位角係指在地平線附近量測時之方向的水平分量，例如羅盤方向。
當低頻無線射頻功率被輸送至熱邊緣環時，方位角均勻性可能很高。吾人可藉由將輸送至熱邊緣環的低頻無線射頻功率分段，而改善晶圓邊緣周圍之電漿物質的方位角均勻性。圖5顯示依照本發明之一實施例之分段熱邊緣環及輸送至每一片段之低頻無線射頻功率裝置的簡化示意圖。
在圖5的實現中，於一實施例中熱邊緣環可被分成複數片段(506A、506B、506C以及506D)。依照本發明之一實施例，每一個熱邊緣環片段可藉由複數個絕緣器(508A、508B、508C以及508D)而與其他片段電性絕緣。在一實施例中，低頻無線射頻功率可被單獨控制並且輸送至每一個熱邊緣環。在一實施例中，例如，低頻無線射頻功率可從共用無線射頻電源502被加以輸送。依照本發明之一實施例，吾人可藉由加在每一個熱邊緣環片段上的複數個可變裝置(504A、504B、504C、以及504D)，單獨控制來自共用無線射頻電源502的低頻無線射頻功率。這些可變裝置可例如藉由可變匹配而加以實施。可變裝置可用以提供對熱邊緣環片段之低頻無線射頻功率的單獨輸送控制。
考量例如在電漿處理期間，於熱邊緣環片段506C存在有熱邊緣環之方位角不均勻的情況。吾人可藉由調整可變裝置504B以局部調整低頻無線射頻功率，而控制從共用無線射頻電源502輸送至熱邊緣環片段506C的無線射頻功率量。因此，吾人可藉由單獨控制輸送至熱邊緣環之每一片段的無線射頻功率量，而改善晶圓邊緣周圍之電漿物質的方位角均勻性。相較於熱邊緣環之無線射頻功率輸送的局部效應會引起方位角不均勻性的先前技術，到熱邊緣環片段之無線射頻的受控輸送可在晶圓邊緣周圍提供較佳的方位角均勻性。
一旦以低頻無線射頻功率達到對熱邊緣環的電壓控制時，依照本發明之一或更多實施例，吾人可採用一或更多的額外控制， 以在電漿處理期間提供改善基板均勻性的整合解決方案。圖6概念地顯示依照本發明之一實施例之具有額外局部氣流、溫度、及/或外部直流電源控制之整合解決方案的簡化示意圖。
考量例如在電漿處理期間，低頻無線射頻功率可被輸送至熱邊緣環612以校正鞘層電壓及/或離子軌跡問題的情況。由於熱邊緣環材料的濺射，所以會影響晶圓邊緣周圍的化學品。來自濺射之熱邊緣環材料的副產物會與位在鄰接於熱邊緣環之晶圓邊緣的局部蝕刻化學品產生交互作用，並且對其產生干擾。
在圖6的範例中，於一實施例中差別氣流可透過複數個噴嘴(602A、602B、602C、以及602D)而被引導遍及可包含基板606以及熱邊緣環612的區域，以提供不同的蝕刻氣體密度。因此，不同的電漿物質可存在於遍及基板606以及熱邊緣環612的不同區域內，以補償因從基板606至熱邊緣環612的陡峭改變所引起之電漿物質與化學品的差異。
概念上，為了獲得遍及基板606及/或熱邊緣環612的差別氣流，依照一實施例，來自第一噴嘴602A的第一氣體流率可不同於來自第二噴嘴602B的第二流率等等。吾人可使用適當的流量控制對策以及流量控制機構(例如質量流量控制器)，積極地操縱通過每一個噴嘴的氣體流率。因此，電漿密度可被單獨地控制，以補償因為熱邊緣環材料之無用濺射所引起的化學效應，此濺射係來自熱邊緣環612的無線射頻電壓控制。
一般而言，在電漿處理期間，吾人可增加基板606之晶圓邊緣及/或熱邊緣環612的溫度，例如T基板 及/或T邊緣環 。位在熱邊緣環612的溫度未受控增加會不利地影響晶圓邊緣結果。舉例而言，當熱邊緣環612變得更熱時，在熱邊緣環612附近之晶圓邊緣之電漿物種的化學性質及反應性會改變。在此本案發明人領悟到：在電漿處理期間，基板606及/或熱邊緣環612的溫度必須被單獨控制，以維持處理均勻性。
在一實施例中，吾人可藉由將基板606靜電箝制於夾頭 (ESC)608而控制基板606的溫度。相似地，在一實施例中，吾人亦可利用將熱邊緣環612靜電箝制於下部電極618，而單獨控制熱邊緣環612的溫度。藉由箝制熱傳機構，熱邊緣環612的溫度將來自下部電極618的熱傳遞到熱邊緣環612上。因此，藉由利用靜電力箝制基板606或熱邊緣環612，T基板 及/或T邊緣環 可被單獨控制而以適當的速率進行蝕刻。
考量例如可藉由外部直流電源614透過無線射頻濾波器614操縱直流電壓，而將低頻無線射頻功率施加至熱邊緣環612的情況。在一範例中，直流可被接地，而將低頻無線射頻功率施加至熱邊緣環612。在另一範例中，吾人可施加直流電壓，即正或負VDC ，而使低頻無線射頻功率被施加至熱邊緣環612。
當低頻無線射頻功率在電漿處理期間被施加至熱邊緣環612時，VDC 可被引導至熱邊緣環612上，以將電漿電位推向更高。為了迫使熱邊緣環612的VDC 維持於零，電漿電位會傾向偏移而影響基板606上的離子能。藉由在熱邊緣環612上進行外部直流控制而將低頻無線射頻功率施加至熱邊緣環612，基板606上的離子能可被單獨控制。
一般而言，裝置製造傾向於為一多步驟製程。用於基板電漿處理之處理配方的每一個步驟可具有獨特的處理參數。例如，在一實施例中，用於蝕刻步驟的處理配方可指定待導引至熱邊緣環以控制電漿鞘層的低頻無線射頻功率，以在基板邊緣獲得較佳的均勻性。然而，假使低頻無線射頻功率在電漿處理期間不被施加至熱邊緣環時，由於熱邊緣環與基板之間的電壓電位差，所以離子會傾向於撞擊基板邊緣的背側，例如傾斜邊緣。當離子撞擊傾斜邊緣時，位於傾斜邊緣上的高分子沉積物可透過離子撞擊而加以移除。因此，吾人可達成用以清理基板之傾斜邊緣的同步處理步驟。舉例而言，在一實施例中，用於同步清理步驟的處理配方可指定待關閉以使離子撞擊傾斜邊緣的低頻無線射頻功率。
吾人可從上述內容明白，本發明之實施例提供用於晶圓邊緣 結果控制的方法與裝置，此晶圓邊緣結果控制係藉由控制晶圓邊緣周圍之熱邊緣環上的鞘層電壓。藉由利用調整氣體及/或用於具有低無線射頻熱邊緣環電壓控制之熱控制之靜電箝制的整合解決方案(吾人單獨或以任何組合及/或依序利用這些方法)，晶圓邊緣結果的電漿處理可被局部控制，以達到所製造之裝置的較高良率。藉由利用具有低無線射頻熱邊緣環電壓控制的外部直流控制，基板上的離子能可被單獨控制。藉由以不同的處理配方步驟控制熱邊緣環電壓，在傾斜邊緣上可進行高分子沉積的同步清理。此外，表示離子能以及電漿密度的數個間接結果可在電漿處理期間被控制。
雖然本發明已就數個較佳實施例進行說明，但存在有落入本發明之範圍的替代、變更、以及等效設計。同樣地，在此以簡便方式提供本發明的標題、內容、以及摘要，並且其不應被用以限制請求項的範圍。吾人亦應注意到存在有許多實現本發明之方法與設備的替代方式。雖然在此提供各種不同的範例，但此意指這些範例為與本發明相關的示例而非限制。又，在本申請案中，一系列「n」的物品係指在此系列中零或更多的物品。因此，此意指隨後所附的請求項被視為包含落入本發明之精神與範圍的所有此種替代、變更、以及等效設計。
102‧‧‧高分子厚度
104‧‧‧高分子厚度
106‧‧‧高分子厚度
202‧‧‧上部電極
204‧‧‧電漿
206‧‧‧基板
208‧‧‧靜電夾頭
210‧‧‧來源無線射頻產生器
212‧‧‧熱邊緣環
214‧‧‧無線射頻濾波器
216‧‧‧直流電源
220‧‧‧耦合環
300‧‧‧電漿處理系統
302‧‧‧上部電極
304‧‧‧電漿
306‧‧‧基板
308‧‧‧靜電夾頭
310‧‧‧無線射頻產生器
312‧‧‧熱邊緣環
314‧‧‧無線射頻濾波器
316‧‧‧無線射頻匹配網路
318‧‧‧下部電極
320‧‧‧耦合環
322‧‧‧獨立低頻無線射頻電源
324‧‧‧同軸纜線
326‧‧‧絕緣套筒
330‧‧‧基板邊緣環
332‧‧‧基板
400‧‧‧多頻電容耦合式電漿處理系統
402‧‧‧接地上部電極
404‧‧‧電漿
406‧‧‧基板
408‧‧‧靜電夾頭
410‧‧‧無線射頻產生器
412‧‧‧熱邊緣環
414‧‧‧高頻無線射頻濾波器
416‧‧‧可變電容器
418‧‧‧下部電極
424‧‧‧同軸纜線
426‧‧‧絕緣套筒
430‧‧‧基板邊緣環
432‧‧‧基板
502‧‧‧共用無線射頻電源
504A‧‧‧可變裝置
504B‧‧‧可變裝置
504C‧‧‧可變裝置
504D‧‧‧可變裝置
506A‧‧‧熱邊緣環片段
506B‧‧‧熱邊緣環片段
506C‧‧‧熱邊緣環片段
506D‧‧‧熱邊緣環片段
508A‧‧‧絕緣器
508B‧‧‧絕緣器
508C‧‧‧絕緣器
508D‧‧‧絕緣器
602A‧‧‧第一噴嘴
602B‧‧‧第二噴嘴
602C‧‧‧噴嘴
602D‧‧‧噴嘴
606‧‧‧基板
608‧‧‧夾頭
612‧‧‧熱邊緣環
614‧‧‧無線射頻濾波器
616‧‧‧外部直流電源
618‧‧‧下部電極
在隨附圖式的圖形中，本發明係經由範例而加以說明，而非經由限制，並且於其中相同的參考符號參照相同的元件，而於其中：圖1顯示基板的簡化圖，其中顯示一批邊緣高分子已沉積在平面的背側上；圖2顯示電容耦合式電漿處理系統的簡化圖，其中邊緣環的直流電位係實質上大於基板的直流電位；圖3顯示依照本發明之一實施例之具有獨立低頻(LF)無線射 頻電壓控制裝置之電容耦合式電漿處理系統的簡化示意圖；圖4顯示依照本發明之一實施例之具有來自無線射頻產生器之低頻無線射頻的多頻電容耦合式電漿處理系統；圖5顯示依照本發明之一實施例之分段熱邊緣環及輸送至每一片段之低頻無線射頻功率裝置的簡化示意圖；及圖6概念地顯示依照本發明之一實施例之具有額外局部氣流、溫度、及/或外部直流電源控制之整合解決方案的簡化示意圖。
300‧‧‧電漿處理系統
302‧‧‧上部電極
304‧‧‧電漿
306‧‧‧基板
308‧‧‧靜電夾頭
310‧‧‧無線射頻產生器
312‧‧‧熱邊緣環
314‧‧‧無線射頻濾波器
316‧‧‧無線射頻匹配網路
318‧‧‧下部電極
320‧‧‧耦合環
322‧‧‧獨立低頻無線射頻電源
324‧‧‧同軸纜線
326‧‧‧絕緣套筒
330‧‧‧基板邊緣環
332‧‧‧基板

Claims (34)

  1. 一種在電漿處理室中處理基板的方法，該基板被配置在一夾頭上方並且被一邊緣環所圍繞，該邊緣環與該夾頭電性絕緣，該方法包含：將第一無線射頻功率提供至該夾頭；設置一邊緣環無線射頻電壓控制裝置，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至該邊緣環，以將第二無線射頻功率提供至該邊緣環，輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有20KHz至10MHz的頻率，而導致該邊緣環具有邊緣環電位；及在該電漿處理室內產生電漿，以處理該基板，當該邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以令該邊緣環電位實質上等於在處理該基板時之該基板的直流電位時，則進行該基板之處理。
  2. 一種在電漿處理室中處理基板的方法，該基板被配置在一夾頭上方並且被一邊緣環所圍繞，該邊緣環與該夾頭電性絕緣，該方法包含：將第一無線射頻功率提供至該夾頭；設置一邊緣環無線射頻電壓控制裝置，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至該邊緣環，以將第二無線射頻功率提供至該邊緣環，輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有20KHz至10MHz的頻率，而導致該邊緣環具有邊緣環電位；及在該電漿處理室內產生電漿，以處理該基板，當該邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以控制輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率而在該邊緣環與該基板之間維持一預定之電位差異時，進行該基板之處理。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環無線射頻電壓控制裝置包含一無線射頻濾波器裝置以及一無線射頻匹配裝置，該無線射頻濾波器裝置被配置在該邊 緣環與一無線射頻電源之間。
  4. 如申請專利範圍第3項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該無線射頻電源為一無線射頻產生器，該無線射頻產生器係不同於用以將該第一無線射頻功率提供至該夾頭的一無線射頻產生器。
  5. 如申請專利範圍第3項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該無線射頻電源為一無線射頻產生器，該無線射頻產生器亦用以將該第一無線射頻功率提供至該夾頭。
  6. 如申請專利範圍第3項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該無線射頻濾波器裝置用以減弱無用諧波無線射頻能量，避免其到達該無線射頻電源。
  7. 如申請專利範圍第3項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該無線射頻匹配裝置用以將輸送至該邊緣環的無線射頻功率最大化。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中輸送至該邊緣環之該第二無線射頻功率的頻率係不同於該第一無線射頻功率的頻率。
  9. 如申請專利範圍第8項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中輸送至該夾頭的該第一無線射頻功率具有2MHz的頻率。
  10. 如申請專利範圍第8項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中輸送至該夾頭的該第一無線射頻功率具有27MHz的頻率。
  11. 如申請專利範圍第8項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中輸送至該夾頭的該第一無線射頻功率具有60MHz的頻率。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環與該基板電性去耦合。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環為一單塊式單元。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環被設置成包含複數片段。
  15. 如申請專利範圍第14項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環之該等複數片段的一片段，被設置成與該邊緣環之該等複數片段的鄰接片段電性絕緣。
  16. 如申請專利範圍第15項之在電漿處理室中處理基板的方法，其中該邊緣環之該等複數片段的至少兩片段，被設置成具有被輸送至該等複數片段之該至少兩片段中的每一者之該第二無線射頻功率的獨立控制。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方法，更包含：產生遍及一區域的差別氣流，該區域包含該基板以及該邊緣環，該差別氣流係藉由複數個噴嘴而提供；對該邊緣環提供靜電箝制裝置，以獨立地控制該邊緣環的溫度；及設置外部直流電壓控制裝置，以對該邊緣環提供直流功率。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之在電漿處理室中處理基板的方 法，其中輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有2MHz或400KHz的頻率。
  19. 一種電漿處理系統，該系統具有用於處理一基板的一電漿處理室，該基板被配置在一夾頭的上方並且被一邊緣環所圍繞，該邊緣環與該夾頭電性絕緣，該系統包含：第一無線射頻功率，被提供至該夾頭；及一邊緣環無線射頻電壓控制裝置，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至該邊緣環，以將第二無線射頻功率提供至該邊緣環，被輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有20KHz至10MHz的頻率，以致該邊緣環具有邊緣環電位，該電漿處理室用以激起電漿而處理該基板，當該邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以令該邊緣環電位實質上等於在處理該基板時之該基板的直流電位時，則進行該基板之處理。
  20. 一種電漿處理系統，該系統具有用於處理一基板的一電漿處理室，該基板被配置在一夾頭的上方並且被一邊緣環所圍繞，該邊緣環與該夾頭電性絕緣，該系統包含：第一無線射頻功率，被提供至該夾頭；及一邊緣環無線射頻電壓控制裝置，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至該邊緣環，以將第二無線射頻功率提供至該邊緣環，被輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有20KHz至10MHz的頻率，以致該邊緣環具有邊緣環電位，該電漿處理室用以激起電漿而處理該基板，當該邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以控制輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率而在該邊緣環與該基板之間維持一預定之電位差異時，進行該基板之處理。
  21. 一種電漿處理系統，該系統具有用於處理一基板的一電漿處理室，該基板被配置在一夾頭的上方並且被一多片段邊緣環所圍 繞，該多片段邊緣環包含互相電性絕緣的複數片段，該多片段邊緣環亦與該夾頭電性絕緣，該系統包含：一第一無線射頻電源，用以將第一無線射頻功率提供至該夾頭；及一邊緣環無線射頻電壓控制裝置，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置被耦合至該邊緣環，以至少將第二無線射頻功率提供至該多片段邊緣環的一第一片段並且將第三無線射頻功率提供至該多片段邊緣環的一第二片段，該第二無線射頻功率與該第三無線射頻功率具有在20KHz至10MHz之範圍內的頻率，在進行該基板之處理時，該邊緣環無線射頻電壓控制裝置用以控制提供至該第一片段及該第二片段的該第二無線射頻功率及該第三無線射頻功率，以在該邊緣環與該基板之間維持一預定之電位差異。
  22. 如申請專利範圍第19至21項其中任一項之電漿處理系統，其中該邊緣環無線射頻電壓控制裝置包含一無線射頻濾波器裝置以及一無線射頻匹配裝置，該無線射頻濾波器裝置被配置在該邊緣環與一無線射頻電源之間。
  23. 如申請專利範圍第22項之電漿處理系統，其中該無線射頻電源為一無線射頻產生器，該無線射頻產生器係不同於用以將該第一無線射頻功率提供至該夾頭的一無線射頻產生器。
  24. 如申請專利範圍第22項之電漿處理系統，其中該無線射頻電源為一無線射頻產生器，該無線射頻產生器亦用以將該第一無線射頻功率提供至該夾頭。
  25. 如申請專利範圍第19至21項其中任一項之電漿處理系統，其中被輸送至該邊緣環之該第二無線射頻功率的頻率係不同於該第一無線射頻功率的頻率。
  26. 如申請專利範圍第25項之電漿處理系統，其中輸送至該夾頭的該第一無線射頻功率具有一包含2MHz、27MHz、以及60MHz至少其中之一的無線射頻頻率組。
  27. 如申請專利範圍第19至21項其中任一項之電漿處理系統，其中該邊緣環與該基板電性去耦合。
  28. 如申請專利範圍第19或20項之電漿處理系統，其中該邊緣環為一單塊式單元。
  29. 如申請專利範圍第19或20項之電漿處理系統，其中該邊緣環被設置成包含複數片段。
  30. 如申請專利範圍第29項之電漿處理系統，其中該邊緣環之該等複數片段的一片段，被設置成與該邊緣環之該等複數片段的鄰接片段電性絕緣。
  31. 如申請專利範圍第30項之電漿處理系統，其中該邊緣環之該等複數片段的至少兩片段，被設置成具有被輸送至該等複數片段之該至少兩片段中的每一者之該第二無線射頻功率的獨立控制。
  32. 如申請專利範圍第19至21項其中任一項之電漿處理系統，更包含：差別氣流，用以流過一區域，該區域包含該基板以及該邊緣環，該差別氣流係藉由複數個噴嘴而提供；靜電箝制裝置，用以提供該邊緣環之邊緣環獨立溫度控制；及外部直流電壓控制裝置，用以對該邊緣環提供直流功率。
  33. 如申請專利範圍第19或20項之電漿處理系統，其中輸送至該邊緣環的該第二無線射頻功率具有2MHz或400KHz的頻率。
  34. 如申請專利範圍第21項之電漿處理系統，其中輸送至該邊緣環的該第三無線射頻功率具有2MHz或400KHz的頻率。
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