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TW202036648A - 用於在成形dc脈衝電漿處理裝置中邊緣環控制的電路 - Google Patents

用於在成形dc脈衝電漿處理裝置中邊緣環控制的電路 Download PDF

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TW202036648A
TW202036648A TW108133919A TW108133919A TW202036648A TW 202036648 A TW202036648 A TW 202036648A TW 108133919 A TW108133919 A TW 108133919A TW 108133919 A TW108133919 A TW 108133919A TW 202036648 A TW202036648 A TW 202036648A
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崔琳鍈
詹姆士 羅傑斯
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本揭示內容涉及一種設備和方法，操縱邊緣環相對於基板的電壓，基板位於處理腔室內的基板支座上。設備包括基板支撐組件，基板支撐組件具有主體，主體具有基板支撐部分，基板支撐部分具有嵌入其中的基板電極，用於向基板施加基板電壓。基板支撐組件的主體額外地具有嵌入其中的邊緣環電極，用於向邊緣環施加電壓。設備還包括耦合到邊緣環電極的邊緣環電壓控制電路。基板電壓控制電路耦合到基板電極。邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。

Description

用於在成形DC脈衝電漿處理裝置中邊緣環控制的電路
本揭示內容的示例總體上涉及用於電漿處理腔室的基板支撐件，更具體而言，涉及用於相對於基板支座的基板支撐部分改變施加到基板支座的邊緣環部分的電壓，以控制電漿處理腔室中的電漿鞘的設備和方法。
隨著半導體技術節點隨著減小的裝置幾何尺寸而發展，對基板邊緣的臨界尺寸均勻性的要求變得更加嚴格，並影響晶粒良率。商用電漿反應器包括多個可調旋鈕，用於控制整個基板上的處理均勻性，諸如（例如）溫度、氣流、RF功率等。
在處理期間，設置在基板支座上的基板可能會經歷以下過程，此過程通常是連續或交替進行的，此過程將材料沉積在基板上並從基板上去除或蝕刻部分材料。在整個基板表面上具有均勻的沉積和蝕刻速率通常是有利的。然而，處理不均勻性通常存在於整個基板表面上，並且在基板的周邊或邊緣處可能很明顯。由於不同的離子密度、RF均勻性或先前的處理，基板極端邊緣處的蝕刻輪廓可能會偏離基板中心處的蝕刻輪廓。周邊的這些不均勻性可歸因於電場終端效應，有時也稱為邊緣效應。這些邊緣效應減少靠近基板的邊緣可用晶粒良率。
為了獲得更好的均勻性，本領域中的一種技術是調整施加到設置在基板支座上的邊緣環的電壓，以改變基板邊緣處的離子密度。這提供了一個控制旋鈕來控制極端邊緣處理輪廓和特徵傾斜。這可以藉由將第一RF電壓施加到嵌入在邊緣環中的邊緣環電極上，並且將第二RF電壓施加到嵌入在基板支座中的基板支座電極上來實現。然而，採用多個RF源電壓是昂貴的。存在用於控制電漿鞘的其他方法和設備，諸如可相對於基板支座移動的邊緣環。然而，一些電子裝置製造過程受到嚴格的顆粒要求，這使運動部件不合需要。可動邊緣環也容易產生電弧。
因此，需要改善基板上的處理均勻性的設備和方法。
本揭示內容提供了用於相對於位於基板支座上的基板來操縱邊緣環處的電壓的設備和方法，其作為有效的調節旋鈕以控制基板邊緣附近的處理輪廓。操縱邊緣環的電壓可以改善基板上的處理均勻性。同樣的，控制邊緣環的電壓可以幫助控制在基板邊緣附近形成的特徵的垂直度（即傾斜度）。
在一個示例中，設備包括基板支撐組件，基板支撐組件具有主體，主體具有基板支撐部分，基板支撐部分具有嵌入其中的基板電極，用於向基板施加基板電壓。基板支撐組件的主體還具有設置成與基板支撐部分相鄰的邊緣環部分。邊緣環部分具有嵌入其中的邊緣環電極，用於向邊緣環施加邊緣環電壓。設備還包括耦合到邊緣環電極的邊緣環電壓控制電路。基板電壓控制電路耦合到基板電極。邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。
在另一個示例中，設備包括處理腔室，處理腔室包括：腔室主體；設置在腔室主體上的蓋；位於蓋上方的感應耦合電漿設備；以及位於腔室主體內的基板支撐組件。基板支撐組件具有主體，主體具有基板支撐部分，基板支撐部分具有嵌入其中的基板電極，用於向基板施加基板電壓。基板支撐組件的主體還具有設置成與基板支撐部分相鄰的邊緣環部分。邊緣環部分具有嵌入其中的邊緣環電極，用於向邊緣環施加邊緣環電壓。設備還包括耦合到邊緣環電極的邊緣環電壓控制電路。基板電壓控制電路耦合到基板電極。邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。
在另一個示例中，揭示了一種操作處理腔室的方法。處理腔室包括腔室主體和位於腔室主體內的基板支撐組件，基板支撐組件具有主體，主體具有基板支撐部分以及與基板支撐部分相鄰設置的邊緣環部分，基板支撐部分具有嵌入其中的基板電極，邊緣環部分具有嵌入其中的邊緣環電極。方法包括透過基板電壓控制電路向基板電極施加基板電壓。方法還包括藉由邊緣環電壓控制電路向邊緣環電極施加邊緣環電壓。方法還包括獨立地調整邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路，以改變邊緣環電壓和基板電壓之間的比率。
本揭示內容總體上涉及在基板支撐組件的基板支撐部分和邊緣環支撐部分之間施加電壓差的設備和方法。基板支撐組件具有主體，主體具有基板支撐部分，基板支撐部分具有嵌入其中的基板電極，用於向基板的中央部分施加基板電壓。基板支撐組件的主體還具有設置成與基板支撐部分相鄰的邊緣環部分。邊緣環部分具有嵌入其中的邊緣環電極，用於向基板的邊緣環施加邊緣環電壓。
設備與方法還包括耦合到邊緣環電極的邊緣環電壓控制電路。基板電壓控制電路耦合到基板電極。至少一個成形的DC脈衝電壓源耦合到邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路之一或兩者。邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。
當由於不同的離子密度、RF均勻性或先前的處理使得電漿鞘在邊緣環附近變得不均勻時，調整邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路中的一個或兩個，以影響基板和邊緣環之間的電壓振幅差。經由調諧邊緣環電壓控制電路和基板電壓控制電路中的一個或兩個來調整電壓振幅差，從而調整在基板周邊附近的電漿鞘。鞘在基板周邊的彎曲，將在距基板邊緣約0 mm -10mm（取決於處理條件）的範圍內聚焦離子（增加蝕刻速率）或散焦離子（降低蝕刻速率）。
本揭示內容還解決了補償由先前處理步驟留下的極端邊緣不均勻性的需要。在所有這些應用中，當過程對顆粒非常敏感時（例如在邏輯電路應用中），將移動部件置於基板附近被認為是很高的風險。本揭示內容解決了對在不使用移動部件下調諧極端邊緣電壓的需求。
圖1是根據本揭示內容的一個示例的處理腔室100的示意性截面圖。處理腔室100包括腔室主體101和設置在其上的蓋102，腔室主體101和蓋102一起界定了內部容積124。腔室主體101通常耦合到電接地103。基板支撐組件104設置在內部容積內，以在處理期間在其上支撐基板105。邊緣環106位於基板支撐組件104上並圍繞基板105的外圍。處理腔室100還包括感應耦合電漿設備107與控制器108，感應耦合電漿設備107用於在處理腔室100內產生反應性物質的電漿，控制器108適於控制處理腔室100的系統和子系統。
基板支撐組件104設置在內部容積124中。基板支撐組件104通常至少包括基板支座152。基板支座152包括靜電吸盤150，靜電吸盤150包括基板支撐部分154與邊緣環部分156，基板支撐部分154被配置為下覆和支撐要處理的基板105，邊緣環部分156被配置為支撐邊緣環106。基板支撐組件104可以另外包括加熱器組件169。基板支撐組件104還可包括冷卻基座131。或者，冷卻基座131可以與基板支撐組件104分離。基板支撐組件104可被可移除式地耦合至支撐底座125。支撐底座125安裝到腔室主體101。支撐底座125可以可選地包括設施板180。基板支撐組件104可被週期性地移除自支撐底座125，以允許翻新基板支撐組件126的一或更多個部件。如習知的那樣，將提升銷146設置成穿過基板支撐組件104以促進基板傳送。
設施板180經配置以容納來自氣體面板132與冷卻基座130的複數個流體連結。設施板180亦經配置以容納來自靜電吸盤150與加熱器組件169的複數個電性連結。多樣的連結可在基板支撐組件104外部或內部運行，且設施板180可提供連結對各別終端的介面。
基板電極109嵌入在靜電吸盤150的基板支撐部分154內，用於向設置在基板支撐組件104的上表面160上的基板105施加基板電壓。邊緣環部分156具有嵌入其中的邊緣環電極111，用於向邊緣環106施加邊緣環電壓。邊緣環電壓控制電路155耦合到邊緣環電極111。基板電壓控制電路158耦合到基板電極109。在一個具體實施例中，第一成形的DC脈衝電壓源159耦合到邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158之一或兩者。在另一個具體實施例中，第一成形的DC脈衝電壓源159耦合到邊緣環電壓控制電路155，且第二成形的DC脈衝電壓源161耦合到基板電壓控制電路158。邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158可被獨立地調諧，以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。基板電壓控制電路158和邊緣環電壓控制電路155均包括可變和/或固定的電容器和/或電感器，以提供邊緣環電壓和基板電壓的獨立可調性。基板電極109還耦合至吸附電源115，以在處理過程中利用靜電吸盤150將基板105吸附至上表面160。
感應耦合電漿設備107設置在蓋102上方，並且被配置為將RF功率感應耦合至處理腔室100內的氣體以產生電漿116。感應耦合電漿設備107包括設置在蓋102上方的第一和第二線圈118、120。每一線圈118、120的相對位置、直徑比例，及（或）每一線圈118、120中的匝數，可各自被依所需調整，以控制形成的電漿116的輪廓或密度。第一線圈118和第二線圈120中的每一個經由匹配網路122經由RF饋送結構123耦合到RF電源供應器121。RF電源供應器121可能夠在從50 kHz至13.56 MHz的可調諧頻率下產生高達約4000 W（但不限於4000 W），雖然可對特定應用依所需提供其他頻率與功率。
在一些示例中，可以在RF饋送結構123和RF電源供應器121之間提供諸如分壓電容器的功率分配器126，以控制提供給相應的第一和第二線圈118、120的RF功率的相對量。
在其他實施例中，可以在蓋102上方使用電容耦合電漿設備（未示出）。
加熱器元件128可以設置在蓋102上，以促進加熱處理腔室100的內部。加熱元件128可以設置在蓋102與第一和第二線圈118、120之間。在一些示例中，加熱器元件128可以包括電阻加熱元件，並且可以耦合至電源供應器130，諸如AC電源供應器，電源供應器130被配置為提供足夠的能量以將加熱器元件128的溫度控制在期望的範圍內。
在操作期間，將諸如半導體基板或其他適合於電漿處理的基板的基板105放置在基板支撐組件104上。基板升降銷146可移動地設置在基板支撐組件104中，以幫助將基板105轉移到基板支撐組件104上。在基板105定位之後，處理氣體從氣體面板132通過進入端口134被供應到腔室主體101的內部容積124中。藉由將來自RF電源供應器121的功率施加到第一和第二線圈118、120，將處理氣體點燃為處理腔室100中的電漿116。可以使用閥136和真空泵138來控制處理腔室100的內部容積124內的壓力。
處理腔室100包括控制器108，以在處理期間控制處理腔室100的操作。控制器108包括中央處理單元（CPU）140、記憶體142和用於CPU 140的支援電路144，並且便於控制處理腔室100的組件。控制器108可為可用於工業設定中以控制各種腔室與子處理器的一般用途電腦處理器的任何形式之任意者。記憶體142儲存可被執行或引發以由下述方式控制處理腔室100作業的軟體（原始碼或物件碼）。控制器108被配置為控制第一成形DC脈衝電壓源159、第二成形DC脈衝電壓源161、邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158。
圖2A至圖2C是根據本揭示內容的示例的下覆於產生在處理腔室100內的電漿116的電漿鞘176相對於基板105的邊緣的示意圖。圖2A示出了相對於邊緣環106和覆蓋在靜電吸盤150上的基板105的基線電漿鞘176。當將相同的電壓施加到基板電極109和邊緣環電極111時，邊緣環106和基板105的上表面通常是共面的，並且電漿鞘176的邊界通常是線性的並且平行於基板105，而鞘176在基板105的邊緣部分166上交叉。電漿鞘176與邊緣環106和基板105的上表面基本平行並且等距。給定在基板105和邊緣環106上方產生的均勻電漿，圖2A所示的電漿鞘176的輪廓導致均勻的中心至邊緣離子密度和朝向基板105的離子能量。在一個示例中，基板105和邊緣環106之間沒有電壓差。這可以被稱為基線電壓。
在處理預定數量的基板之後，邊緣環106的高度可能較低，而不再與基板頂部共面，從而導致在基板105的邊緣部分166上形成不期望的邊緣效應。在其他應用中，電漿密度、氣體濃度等的不均勻性，會導致基板105的邊緣部分166附近的處理輪廓的不均勻。在其他應用中，先前的處理可能導致中心到邊緣特徵分佈不均勻，並且期望用邊緣調整旋鈕來補償這種均勻性。為了對抗邊緣效應，在邊緣環106與基板105之間形成正電壓差或負電壓差。
如圖2B所示，在向邊緣環電極111施加比基板電極109更高的電壓的情況下，邊界電漿鞘176在基板105和邊緣環106的界面處不再平坦，並且具有與邊緣環106的表面相對於基板105的不同間距。電漿鞘176的輪廓在基板105的邊緣部分166處相對於基板105的中心168更寬。這指示相對於基板105中心的在基板105邊緣部分166處的離焦離子濃度。因此，這降低了在基板105的邊緣部分166處相對於基板105的中心168的蝕刻速率，並且還改變了撞擊到基板105的邊緣部分166的離子的入射角。
圖2C示出了當與基板電極109相比向邊緣環形電極111施加更低的電壓時，如何在基板105的邊緣處可控地改變鞘邊界/高度。電漿鞘176的輪廓在基板105的邊緣部分166處相對於基板105的中心168更窄。因此，離子被聚焦到基板105的邊緣部分166。因此，這增加了在基板105的邊緣部分166處的蝕刻速率，並且還改變了撞擊到基板105的邊緣部分166的離子的入射角。
圖3A和3B示出了圖1所示的基板支座152的放大示意圖。基板支座152具有主體174。主體174包括基板支撐部分154和邊緣環部分156。基板支撐部分154包括第一隔離層182、可選的第二隔離層184、和第一陰極188。基板支撐部分154的第一隔離層182可以由陶瓷製成。基板支撐部分154的第一隔離層182可以具有嵌入其中的基板電極109，用於向基板105施加基板電壓。可選的第二隔離層184覆蓋在第一隔離層182之下，並由陶瓷製成，以改善基板電極109與基板支座152中其他導電組件的熱隔離和電隔離。第一陰極188可以在基板支撐部分154的第一隔離層182和第二隔離層184中的一個或兩個的下面。
邊緣環部分156與基板支撐部分154相鄰設置。邊緣環部分156可以支撐邊緣環106。邊緣環部分156可以包括第一隔離層183、可選的第二隔離層185和第二陰極191。第一隔離層具有嵌入其中的邊緣環電極111，用於向邊緣環106施加邊緣環電壓。第一隔離層183可以由陶瓷製成。可選的第二隔離層185覆蓋在第一隔離層183之下，並由陶瓷製成，以改善邊緣環電極111與基板支座152中其他導電組件的熱隔離和電隔離。第二陰極191可以在邊緣環部分156的第一隔離層183和第二隔離層185中的一個或兩個的下面。低k介電圓柱層195可將邊緣環部分156與基板支撐部分154橫向地完全或部分地分離。在邊緣環部分156與基板支撐部分154的部分分離的實施例中，第一陰極188和第二陰極191可以是一件，和/或在基板105下方和邊緣環106下方的第二隔離層184可以是一件。
邊緣環電壓控制電路155的第一接點電耦合至邊緣環電極111。基板電壓控制電路158的第一接點電耦合至基板電極109。邊緣環電壓控制電路155可以併入基板支撐組件104中，或者在基板支撐組件104的外部但是在處理腔室100的內部，或者可以完全在處理腔室100的外部。
在一個實施例中，邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158兩者的第二接點，可以一起耦合到第一成形的DC脈衝電壓源159。在另一實施例中，邊緣環電壓控制電路155的第二接點不與基板電壓控制電路158的第二接點相連，但在基板電壓控制電路158的第二接點耦接到第二成形DC脈衝電壓源161時，邊緣環電壓控制電路155的第二接點分別耦合至第一成形的DC脈衝電壓源159。在一個或兩個成形的DC脈衝電壓源的任一配置中，邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158可獨立地調諧以在邊緣環電壓和基板電壓之間產生電壓差。
在一個實施例中，邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158是相同的電路。在另一個實施例中，邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158彼此不同。在一實施例中，邊緣環電壓控制電路155和基板電壓控制電路158中的至少一個，包括至少一個可變被動部件，以提供施加到邊緣環電極111和/或基板電極109上的電壓的可調性。
圖4是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間。正向偏壓二極體194連接到電流返回路徑163，電流返回路徑163包括與電感器197串聯接地的電阻器196。電容199可以存在於雜散電容198和電漿鞘176之間。可變電容器202耦合到正向偏壓二極體194，並且耦合到邊緣環電極111或基板電極109。可變電容器202還耦合到雜散電容198。電漿鞘176可以被建模為（電漿模型176）為電路，電路包括與二極體206並聯耦合的電容器204以及與地和可變電容器202耦合的電流源208。
可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電容器202，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電容器202，邊緣環106或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖5是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路500的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間，正向偏壓二極體194耦接到電流返回路徑163，電流返回路徑163包括與電感器197串聯接地的電阻器196。在一實施例中，可變電感器210耦合到正向偏壓二極體194，並且耦合到邊緣環電極111或基板電極109。可變電感器210還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電感器210，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以改變在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電感器210，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖6是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路600的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間，正向偏壓二極體194耦接到電流返回路徑163，電流返回路徑163包括與電感器197串聯接地的電阻器196。可變電感器212的一個端子與固定電容器214串聯耦合，固定電容器214耦合到正向偏壓二極體194。可變電感器212的另一端子耦合到邊緣環電極111或基板電極109。可變電容器212還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電感器212，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電感器212，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖7是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路700的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間，正向偏壓二極體194耦接到電流返回路徑163，電流返回路徑163包括與電感器197串聯接地的電阻器196。可變電容器216與可變電感器218串聯耦合。可變電容器216也耦合到正向偏壓二極體194。可變電感器218還與邊緣環電極111或基板電極109串聯耦合。可變電容器218還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電容器216及/或可變電感器218，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電容器216和/或可變電感器218，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖8是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路800的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間，正向偏壓二極體194耦接到電流返回路徑163，電流返回路徑163包括與電感器197串聯接地的電阻器196。可變電容器220的第一端子耦合到正向偏壓二極體194。可變電容器220的第一端子進一步耦合到固定電阻器224，固定電阻器224耦合到電流返回路徑163以及固定電容器222的一個端子，固定電容器222的第二端子耦合到固定電容器220的第二端子以及邊緣環電極111或基板電極109。可變電容器220還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電容器220，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電容器220，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖9是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路900的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間。可變電容器225的第一端子耦合到正向偏壓二極體194。可變電容器225的第一端子進一步耦合到第一固定電阻器226，固定電阻器226耦合到電流返回路徑163以及第二固定電容器228的一個端子。第二固定電阻器228與固定電容器230的第一端子串聯耦合。固定電容器230的第二端子耦合到可變電容器225的第二端子以及邊緣環電極111或基板電極109。可變電容器225還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電容器225，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電容器225，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖10是示出用於驅動基板支撐組件104的電極109、111的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路1000的另一個實施例的示意性電路圖。第一或第二成形的DC脈衝電壓源159、161耦合在地和正向偏壓二極體194之間。可變電容器231的第一端子耦合到正向偏壓二極體194。可變電容器231的第一端子還耦合至與固定電感器234的一個端子串聯的第一固定電阻器232。固定電感器234耦合到電流返回路徑163。固定電感器234的第二端子還耦合至第二固定電阻器236的第一端子。第二固定電阻器236的第二端子耦合到固定電容器238的第一端子。固定電容器238的第二端子耦合到可變電容器231的第二端子以及邊緣環電極111或基板電極109。可變電容器231還耦合到雜散電容198。
如前述，可以在邊緣環電極111和基板電極109處測量電壓。使用測量的電壓，控制器108確定邊緣環電極111與基板電極109的電壓比。基於測量結果，可以調整邊緣環電壓控制電路155或基板電壓控制電路158中的一個或兩個中的可變電容器231，以操縱施加到邊緣環電極111的電壓，這影響在邊緣環106和/或基板105處的基板電極109處產生的電壓。因此，可以成形在邊緣環106和基板105上方的電漿鞘176的高度。藉由改變可變電容器231，邊緣環或基板電壓波形振幅可以在幾乎零到完全成形的DC脈衝輸入電壓之間變化。
圖11是示出上述支座電路155、158的操作過程1100的流程圖。可以使用本揭示內容中提供的圖4至圖10的電路配置來實現操作過程1100。操作過程1100還提供了操作處理腔室100的方法。
在操作1105，控制器108藉由基板電壓控制電路158將基板電壓施加到基板電極109。在操作1110，控制器108藉由邊緣環電壓控制電路155將邊緣環電壓施加到邊緣環電極111。在操作1115，控制器108測量邊緣環電極111和基板電極109處的電壓。基於測量的結果，控制器108確定邊緣環106和基板105的電壓之間的振幅比。在操作1120，控制器108更新邊緣環電壓控制電路155和/或基板電壓控制電路158中的可變電容器或可變電感器值以及成形DC脈衝電壓源159、161的輸出電壓的值的預測。在操作1125，控制器108調諧邊緣環電壓控制電路155，基板電壓控制電路158以及成形的DC脈衝電壓源159、161的輸出電壓，以透過反饋控制迴路1115、1120和1125達成具有指定的振幅（比率）差的目標邊緣環電壓和基板電壓。
圖12A和12B描繪了在給定的DC脈衝電壓輸入的情況下藉由改變圖4-10的可變電容器和/或電感器而產生的經調變的邊緣環或晶圓電壓波形的示例模擬結果。對於固定的輸入電壓振幅，可變電容器和電感器可以在幾乎為零至全輸入電壓之間調整調諧電路的輸出電壓振幅，同時保持輸出電壓的形狀，以在整個脈衝導通時間內在基板電壓和輸出電壓之間保持恆定的電壓差。
本揭示內容的益處，包括代替替換腔室部件而在基板邊緣處調節電漿鞘的能力，從而在減少停機時間並減少消耗品支出的同時提高了設備產量。另外，本文描述的態樣允許在不影響基板中心處的電漿參數的情況下在基板邊緣處調節電漿鞘，從而提供用於極端邊緣處理輪廓控制和特徵傾斜校正的調諧旋鈕。
100:處理腔室 101:腔室主體 102:蓋 103:電接地 104:基板支撐組件 105:基板 106:邊緣環 107:感應耦合電漿設備 108:控制器 109:基板電極 111:邊緣環電極 115:吸附電源 116:電漿 118:線圈 120:線圈 121:RF電源供應器 122:匹配網路 123:匹配網路 124:內部容積 125:支撐底座 126:基板支撐組件 128:加熱器元件 130:電源供應器 131:冷卻基座 132:氣體面板 134:進入端口 136:閥 138:真空泵 140:中央處理單元（CPU） 142:記憶體 144:支援電路 146:提升銷 150:靜電吸盤 152:基板支座 154:基板支撐部分 155:邊緣環電壓控制電路 156:邊緣環部分 158:基板電壓控制電路 159:第一成形的DC脈衝電壓源 160:上表面 161:第二成形的DC脈衝電壓源 163:電流返回路徑 166:邊緣部分 168:中心 169:加熱器組件 174:主體 176:基線電漿鞘 180:設施板 182:第一隔離層 183:第一隔離層 184:第二隔離層 185:第二隔離層 188:第一陰極 191:第二陰極 194:正向偏壓二極體 195:低k介電圓柱層 196:電阻器 197:電感器 198:雜散電容 199:電容 202:可變電容器 204:電容器 206:二極體 208:電流源 210:可變電容器 212:可變電感器 214:固定電容器 216:可變電容器 218:可變電感器 220:可變電容器 222:固定電容器 224:固定電阻器 225:可變電容器 226:固定電阻器 228:第二固定電容器 230:固定電容器 231:可變電容器 232:第一固定電阻器 234:固定電感器 236:第二固定電阻器 238:固定電容器 500:電壓控制電路 600:電壓控制電路 700:電壓控制電路 800:電壓控制電路 900:電壓控制電路 1000:電壓控制電路 1100:操作過程 1105-1125:程序
可參考多個具體實施例以更特定地說明以上簡要總結的本揭示內容，以更詳細瞭解本揭示內容的上述特徵，附加圖式圖示說明了其中一些具體實施例。然而應注意到，附加圖式僅說明示例性具體實施例，且因此不應被視為限制具體實施例的範圍，並可承認其他等效的具體實施例。
圖1是根據本揭示內容的一個實施例的處理腔室的示意性截面圖。
圖2A至圖2C是根據本揭示內容的示例的電漿鞘相對於基板的邊緣的示意圖。
圖3A和3B示出了圖1所示的基板支座的放大示意圖。
圖4是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的一個實施例的示意性電路圖。
圖5是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖6是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖7是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖8是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖9是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖10是示出用於驅動基板支撐組件的電極的邊緣環電壓控制電路/基板電壓控制電路的另一個實施例的示意性電路圖。
圖11是示出根據本揭示內容的一個態樣的上述支座電路的操作過程的流程圖。
圖12A和12B描繪了在給定的DC脈衝電壓源的情況下藉由改變圖4-10的可變電容器和/或電感器而產生的經調變的邊緣環或晶圓電壓波形的示例模擬結果。
為了協助瞭解，已盡可能使用相同的元件符號標定圖式中共有的相同元件。已思及到，一個具體實施例的元件與特徵，可無需進一步的敘述即可被有益地併入其他具體實施例中。
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100:處理腔室
101:腔室主體
102:蓋
103:電接地
104:基板支撐組件
105:基板
106:邊緣環
107:感應耦合電漿設備
108:控制器
109:基板電極
111:邊緣環電極
115:吸附電源
116:電漿
118:線圈
120:線圈
121:RF電源供應器
122:匹配網路
123:匹配網路
124:內部容積
125:支撐底座
126:基板支撐組件
128:加熱器元件
130:電源供應器
131:冷卻基座
132:氣體面板
134:進入端口
136:閥
138:真空泵
140:中央處理單元(CPU)
142:記憶體
144:支援電路
146:提升銷
150:靜電吸盤
152:基板支座
154:基板支撐部分
155:邊緣環電壓控制電路
156:邊緣環部分
158:基板電壓控制電路
159:第一成形的DC脈衝電壓源
160:上表面
161:第二成形的DC脈衝電壓源

Claims (20)

  1. 一種基板支座，包含： 一主體，該主體包含： 一基板支撐部分，該基板支撐部分具有嵌入其中的一基板電極，該基板電極用於施加一基板電壓至一基板；以及 一邊緣環部分，該邊緣環部分設置為鄰接該基板支撐部分，該邊緣環部分具有嵌入其中的一一邊緣環電極，該邊緣環電極用於施加一邊緣環電壓至一邊緣環； 一邊緣環電壓控制電路，該邊緣環電壓控制電路耦合到該邊緣環電極；以及 一基板電壓控制電路，該基板電壓控制電路耦接至該基板電極，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在該邊緣環電壓和該基板電壓之間產生一電壓差。
  2. 如請求項1所述之基板支座，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路是相同的電路。
  3. 如請求項1所述之基板支座，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路是不同的電路。
  4. 如請求項1所述之基板支座，該基板支座進一步包含： 一第一成形的DC脈衝電壓源，該第一成形的DC脈衝電壓源並聯耦合到該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路兩者。
  5. 如請求項1所述之基板支座，該基板支座進一步包含： 一第一成形的DC脈衝電壓源，該第一成形的DC脈衝電壓源耦合到該邊緣環電壓控制電路；以及 一第二成形的DC脈衝電壓源，該第二成形的DC脈衝電壓源耦合到該基板電壓控制電路。
  6. 如請求項1所述之基板支座，該基板支座進一步包含一絕緣體，該絕緣體設置在該邊緣環部分與該基板支撐部分之間。
  7. 如請求項1所述之基板支座，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路之至少一者包含至少一個可變被動部件。
  8. 如請求項7所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件包含一可變電容器，該可變電容器耦合在至少一個成形DC脈衝電壓源與該邊緣環電極和該基板電極之該至少一者之間。
  9. 如請求項7所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件包含一可變電感器，該可變電感器耦合在至少一個成形DC脈衝電壓源與該邊緣環電極和該基板電極之該至少一者之間。
  10. 如請求項7所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件包含串聯的一可變電感器與一電容器，該電容器耦合在至少一個成形DC脈衝電壓源與該邊緣環電極和該基板電極之該至少一者之間。
  11. 如請求項10所述之基板支座，其中該電容器是一可變電容器。
  12. 如請求項7所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件包含一可變電容器，該可變電容器並聯耦接於串聯的一固定電容器與一第一電阻器，其中該可變電容器與該第一電阻器之間的一第一共同端子耦合至至少一個成形DC脈衝電壓源，且其中該可變電容器與該固定電容器之間的一第二共同端子耦合至該邊緣環電極與該基板電極之該至少一者。
  13. 如請求項12所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件進一步包含一第二電阻器，該第二電阻器串聯耦接在該第一電阻器與該固定電容器之間。
  14. 如請求項12所述之基板支座，其中該至少一個可變被動部件進一步包含一電感器與一第二電阻器，該電感器與該第二電阻器串聯耦接在該第一電阻器與該固定電容器之間。
  15. 一種處理腔室，包含： 一腔室主體； 一蓋，該蓋設置在該腔室主體上； 一感應耦合電漿設備，該感應耦合電漿設備設置在該蓋上方；以及 一基板支撐組件，該基板支撐組件設置在該腔室主體內，該基板支撐組件具有一主體，該主體包含： 一基板支撐部分，該基板支撐部分具有嵌入其中的一基板電極，該基板電極用於施加一基板電壓；以及 一邊緣環部分，該邊緣環部分設置為鄰接該基板支撐部分，該邊緣環部分具有嵌入其中的一一邊緣環電極，該邊緣環電極用於施加一邊緣環電壓至一邊緣環； 一邊緣環電壓控制電路，該邊緣環電壓控制電路耦合到該邊緣環電極；以及 一基板電壓控制電路，該基板電壓控制電路耦接至該基板電極，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路可被獨立地調諧，以在該邊緣環電壓和該基板電壓之間產生一電壓差。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，該處理腔室進一步包含： 一第一成形的DC脈衝電壓源，該第一成形的DC脈衝電壓源並聯耦合到該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路兩者。
  17. 如請求項15所述之處理腔室，該處理腔室進一步包含： 一第一成形的DC脈衝電壓源，該第一成形的DC脈衝電壓源耦合到該邊緣環電壓控制電路；以及 一第二成形的DC脈衝電壓源，該第二成形的DC脈衝電壓源耦合到該基板電壓控制電路。
  18. 如請求項15所述之處理腔室，其中該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路之至少一者包含至少一個可變被動部件。
  19. 如請求項18所述之處理腔室，其中該至少一個可變被動部件包含一可變電容器，該可變電容器耦合在至少一個成形DC脈衝電壓源與該邊緣環電極和該基板電極之該至少一者之間。
  20. 一種操作一處理腔室的方法，其中該處理腔室包括一腔室主體和位於該腔室主體內的一基板支座，該基板支座具有一主體，該主體具有一基板支撐部分以及與該基板支撐部分相鄰設置的一邊緣環部分，該基板支撐部分具有嵌入其中的一基板電極，該邊緣環部分具有嵌入其中的一邊緣環電極，該方法包含： 透過一基板電壓控制電路向該基板電極施加一基板電壓； 藉由一邊緣環電壓控制電路將一邊緣環電壓施加到該邊緣環電極；以及 獨立地調諧該邊緣環電壓控制電路和該基板電壓控制電路，以在該邊緣環電壓和該基板電壓之間產生一電壓差。
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