本公開(kāi)的方面總體上涉及用于控制處理腔室中的邊緣環(huán)的rf振幅的裝置和方法。

背景技術(shù)：

邊緣環(huán)是在處理腔室中在處理期間圍繞基板(諸如半導(dǎo)體晶片)的周邊的圓形部件。由于邊緣環(huán)在處理腔室內(nèi)暴露于等離子體，所述邊緣環(huán)可能遭受侵蝕并且需要在預(yù)定時(shí)間間隔之后更換或需要其他預(yù)防性維護(hù)。當(dāng)所述邊緣環(huán)被侵蝕太多時(shí)，基板邊緣處的等離子體殼層下降并且改變基板邊緣處的等離子體處理特性。等離子體處理特性的改變?cè)诨暹吘壧幰鸩黄谕奶幚硇Ч瑥亩s小了基板邊緣附近的可用實(shí)際面積。

因此，需要解決邊緣環(huán)侵蝕的裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，基板支撐件包括：靜電卡盤，所述靜電卡盤具有嵌入其中的一或多個(gè)卡緊電極以便將基板卡緊到所述靜電卡盤；陶瓷層，所述陶瓷層設(shè)置在所述靜電卡盤上方；陶瓷環(huán)，所述陶瓷環(huán)繞所述陶瓷層定位；電極，所述電極嵌入在所述陶瓷環(huán)內(nèi)；及可變電容器，所述可變電容器通過(guò)一或多個(gè)傳輸線耦接到所述電極。

在另一實(shí)施方式中，處理腔室包括：腔室主體；蓋，所述蓋設(shè)置在所述腔室主體上；電感耦合等離子體裝置，所述電感耦合等離子體裝置定位于所述蓋上方；及基板支撐件，所述基板支撐件定位于所述腔室主體內(nèi)，所述基板支撐件包括：靜電卡盤，所述靜電卡盤具有嵌入其中的一或多個(gè)卡緊電極以便將基板卡緊到所述靜電卡盤；陶瓷層，所述陶瓷層設(shè)置在所述靜電卡盤上方；陶瓷環(huán)，所述陶瓷環(huán)繞所述陶瓷層定位；電極，所述電極嵌入在所述陶瓷環(huán)內(nèi)，所述電極通過(guò)一或多個(gè)傳輸線耦接到可變電容器。

在另一方面中，處理基板的方法包括以下步驟：使用等離子體殼層來(lái)處理預(yù)定數(shù)量的基板，從而引起邊緣環(huán)的侵蝕；在侵蝕之后增大邊緣環(huán)處的rf電壓來(lái)重新定位所述等離子體殼層；及在增大rf電壓之后處理額外的基板以改變所述邊緣環(huán)的侵蝕。

附圖說(shuō)明

因此，為了能夠詳細(xì)理解本公開(kāi)的上述特征結(jié)構(gòu)所用方式，可以參考各個(gè)實(shí)施方式更具體的描述上文所簡(jiǎn)要概述的本公開(kāi)，所述實(shí)施方式中的一些示出于附圖中。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出本公開(kāi)的示例性方面，并且因此不應(yīng)視為限制本公開(kāi)的范圍，且本公開(kāi)可允許其他等效實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的處理腔室的示意剖面圖。

圖2a和圖2b示出了如圖1所示的基板支撐件的放大示意圖。

圖3a至圖3c是根據(jù)本公開(kāi)的方面的相對(duì)于基板周邊的等離子體殼層的示意圖。

圖4a和圖4b示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的示意電路圖。

圖5是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面示出處理基板的方法的流程圖。

為了便于理解，在盡可能的情況下，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)示圖中共有的相同元素?？梢灶A(yù)期一個(gè)實(shí)施方式的元素和特征可以有益地并入其他實(shí)施方式中而無(wú)須贅述。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)總體上涉及控制邊緣環(huán)的rf振幅的裝置和方法。裝置和方法包括通過(guò)可變電容器耦接到接地的電極。所述電極可以是環(huán)形的并且嵌入在基板支撐件中，所述基板支撐件包括靜電卡盤。電極可定位于基板和/或所述邊緣環(huán)的周邊下方。當(dāng)?shù)入x子體殼層由于邊緣環(huán)侵蝕而相鄰于所述邊緣環(huán)下降時(shí)，調(diào)整可變電容器的電容以便影響靠近基板邊緣的rf振幅。經(jīng)由電極和可變電容器對(duì)rf振幅的調(diào)整產(chǎn)生基板周邊附近的等離子體殼層的調(diào)整。

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的處理腔室100的示意剖面圖。處理腔室100包括腔室主體101和設(shè)置在其上的蓋103，腔室主體101和蓋103一起限定內(nèi)部容積。腔室主體101通常耦接到電接地107。基板支撐件111設(shè)置在所述內(nèi)部容積內(nèi)以支撐其上的基板109。處理腔室100亦包括用于在處理腔室100內(nèi)產(chǎn)生等離子體區(qū)域118的電感耦合等離子體裝置102，及被調(diào)適成控制處理腔室100的各方面的控制器155。

基板支撐件111包括通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)120耦接到偏壓源119的一或多個(gè)電極134，及通過(guò)可變電容器140耦接到接地的圓形電極139。電感耦合等離子體裝置102通常設(shè)置在蓋103上方并且被配置成將rf功率電感耦合到處理腔室100中。電感耦合等離子體裝置102包括設(shè)置在蓋103上方的第一線圈110和第二線圈112。可以調(diào)整每個(gè)線圈110、線圈112的相對(duì)位置、直徑比和/或每個(gè)線圈110、線圈112中的匝數(shù)，以控制例如等離子體區(qū)域118的輪廓或密度。第一線圈110和第二線圈112的每一者經(jīng)rf饋送結(jié)構(gòu)106通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)114耦接到rf電源108。在一個(gè)實(shí)例中，rf電源108可以能夠在50khz至13.56mhz的范圍內(nèi)以可調(diào)諧頻率產(chǎn)生高達(dá)約4000w功率。然而，可以依照特定應(yīng)用的要求提供其他頻率和功率。

在一些方面中，可在rf饋送結(jié)構(gòu)106和rf電源108之間提供功率分配器105，諸如分配電容器，以控制提供到相應(yīng)的第一線圈110和第二線圈112的rf功率的相對(duì)量。在一些方面中，功率分配器105可并入匹配網(wǎng)絡(luò)114中。

加熱器元件113可以設(shè)置在蓋103的頂上，以便于加熱處理腔室100的內(nèi)部。加熱器元件113可以設(shè)置在蓋103與第一線圈110和第二線圈112之間。在一些方面中，加熱器元件113可以包括電阻加熱元件，并且可以耦接到電源115，諸如ac電源，所述電源被配置成提供足夠的能量以將加熱器元件113的溫度控制在期望的范圍內(nèi)。

在操作期間，基板109(諸如半導(dǎo)體晶片或適宜等離子體處理的其他基板)可位于基板支撐件111上，并且可以通過(guò)進(jìn)入端口117從氣體面板116供應(yīng)處理氣體。通過(guò)將功率從rf電源108施加到第一線圈110和第二線圈112，可以將處理氣體點(diǎn)燃到處理腔室100中的等離子體區(qū)域118中。在一些方面中，來(lái)自偏壓源119(諸如rf源或成形脈沖源)的功率也可以通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)120提供到基板支撐件111內(nèi)的電極134?？梢允褂瞄y121和真空泵122控制處理腔室100的內(nèi)部的壓力。腔室主體101的溫度可以使用含有流體的導(dǎo)管(未示出)來(lái)控制，所述導(dǎo)管貫穿腔室主體101。

處理腔室100包括控制器155以在處理期間控制處理腔室100的各方面?？刂破?55包括中央處理單元(centralprocessingunit；cpu)123、存儲(chǔ)器124及用于cpu123的支持電路125?？刂破?55便于控制處理腔室100的部件?？刂破?55可以是在用于控制各種腔室和子處理器的工業(yè)設(shè)置中使用的通用計(jì)算機(jī)的任何形式的一種。存儲(chǔ)器124存儲(chǔ)可以以本文所述的方式執(zhí)行或調(diào)用以控制處理腔室100的操作的軟件(源碼或目標(biāo)碼)。

圖2a和圖2b示出了如圖1所示的基板支撐件111的放大示意圖?；逯渭?11包括圍繞絕緣層227的接地板226、設(shè)備板228及組裝成豎直堆疊的靜電卡盤229。石英管環(huán)230環(huán)繞設(shè)備板228和靜電卡盤229以使rf熱靜電卡盤229與接地板226絕緣。等離子體遮罩231設(shè)置在石英管環(huán)230的上表面上以便于處理腔室100(圖1所示)中的等離子體容納。石英環(huán)232定位于等離子體遮罩231的上表面上并且包括用于嚙合石英管環(huán)230的下凹部。

設(shè)備板228定位于接地板226的下部和靜電卡盤229之間。設(shè)備板228包括一或多個(gè)通道233(示出了四個(gè))，通過(guò)所述通道提供流體以便于基板支撐件111的溫度控制。靜電卡盤229包括嵌入在絕緣材料236中的多個(gè)電極134(示出了四個(gè))。電極134耦接到偏壓源119(圖1所示)以便于將基板109卡緊到靜電卡盤229的上表面。在一些方面中，電極134是通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)120耦接到偏壓源119的陰極。偏壓源119可說(shuō)明性地是在例如約13.56mhz的頻率下高達(dá)約1000w(但不限于約1000w)的rf能量的源，但對(duì)于特定的應(yīng)用可以根據(jù)需要提供其他頻率和功率。偏壓源119能夠產(chǎn)生連續(xù)功率或脈沖功率的任一者或兩者。在一些方面中，偏壓源119可以是dc源或脈沖dc源。在一些實(shí)施方式中，偏壓源119可以能夠提供多個(gè)頻率，諸如13.56mhz和2mhz。

加熱器235設(shè)置在靜電卡盤229的上表面上以便于基板109的溫度控制。加熱器235可以是例如具有嵌入其中的多個(gè)電阻加熱元件的電阻加熱器。陶瓷層237(諸如碳化硅或氧化鋁)設(shè)置在加熱器235的上表面上方并且在加熱器235和基板109之間提供保護(hù)界面。陶瓷環(huán)238圍繞并且鄰接陶瓷層237的徑向向外的邊緣。陶瓷環(huán)238可以由例如二氧化硅或氮化硅組成并且可以具有在約1毫米至約2毫米的范圍內(nèi)的厚度。圓形電極139嵌入在陶瓷環(huán)238中。圓形電極139可以定位于距離陶瓷環(huán)238的上表面約0.5毫米至約1毫米處，諸如約0.75毫米處。圓形電極139可以具有約3毫米至約20毫米(諸如約6毫米)的寬度。

圓形電極139定位于基板109的周邊的徑向外側(cè)并且位于邊緣環(huán)242下面。在一個(gè)實(shí)例中，圓形電極139可具有大于200毫米、或大于300毫米、或大于400毫米的內(nèi)徑。圓形電極139通過(guò)可變電容器140電耦接到接地。圓形電極139可通過(guò)多個(gè)傳輸線141(示出了一個(gè))耦接到可變電容器140。舉例而言，圓形電極139可通過(guò)圍繞圓形電極139以均勻間隔(即，120度)隔開(kāi)的三個(gè)傳輸線141，耦接到可變電容器140。在一個(gè)實(shí)例中，使用多個(gè)傳輸線141可以通過(guò)使傳輸線的任何不對(duì)稱階級(jí)更高和振幅更低來(lái)減少rf或溫度非均勻性的發(fā)生。

邊緣環(huán)242定位于陶瓷環(huán)238上方并且與陶瓷環(huán)238和陶瓷層237接觸。在一個(gè)實(shí)例中，邊緣環(huán)242可以由碳化硅、涂覆有碳化硅的石墨或低電阻率摻雜的硅形成。邊緣環(huán)242的上表面接觸石英環(huán)232的懸伸凸緣的下表面。邊緣環(huán)242環(huán)繞基板109并且減少在基板109的徑向向外邊緣處的材料的不當(dāng)蝕刻或沉積。在一個(gè)實(shí)例中，基板109與邊緣環(huán)242徑向分隔以便于將基板109與靜電卡盤229密封。

參看圖2b，在處理期間，等離子體殼層245可在基板109的表面上方形成。如上所述，處理?xiàng)l件可以侵蝕邊緣環(huán)242的上部，引起對(duì)基板109的邊緣的不期望的處理，諸如翻轉(zhuǎn)。所述不期望的處理減少設(shè)備成品率并且影響基板與基板的均勻性。為減少這些不期望的效應(yīng)，常規(guī)方法頻繁地更換邊緣環(huán)242。然而，從耗材材料的觀點(diǎn)來(lái)看，邊緣環(huán)242的頻繁更換代價(jià)高昂，并且另外需要顯著的停機(jī)時(shí)間。

與常規(guī)方法相反，本文所述的方面使用通過(guò)可變電容器140耦接到接地的圓形電極139來(lái)調(diào)整rf振幅，并且因此調(diào)整靠近邊緣環(huán)242的等離子體殼層。由于陶瓷環(huán)238與常規(guī)方法相比相對(duì)減小的厚度，最初傳送到靜電卡盤229的rf功率具有與邊緣環(huán)242耦合的高rf。換句話說(shuō)，在邊緣環(huán)242上的rf振幅可以高于在基板109上的rf振幅?？勺冸娙萜?40的電容的調(diào)整被增加到足以使在邊緣環(huán)242處的rf電壓與基板109相當(dāng)。當(dāng)邊緣環(huán)242被侵蝕時(shí)，可以減小rf電容以增加rf振幅，并且因此增加所述殼層厚度以將殼層的頂部保持在大致相同的位置。rf振幅的調(diào)整由此便于繼續(xù)使用被侵蝕的邊緣環(huán)，同時(shí)減輕對(duì)基板109的不期望的處理效果。

在一個(gè)可選方面中，可在陶瓷環(huán)238的上表面和邊緣環(huán)242的下表面之間設(shè)置間隙253?？梢允褂瞄g隙253以減少在圓形電極139和等離子體殼層245之間的耦接?？梢赃x擇間隙253的厚度以提供期望的去耦量。在另一方面中，可以預(yù)想的是，圓形電極139可以具有另一形狀，或可以包括多個(gè)不同的電極，所述電極可布置成期望形狀或配置。

除如上所述的實(shí)施方式之外，也設(shè)想了本公開(kāi)的其他實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí)例中，傳輸線141的長(zhǎng)度在至少一個(gè)頻率中可以具有λ(波長(zhǎng))除以2(例如，λ/2)的長(zhǎng)度以促進(jìn)所匹配的阻抗。在另一方面中，可以預(yù)想的是，根據(jù)需要，可以選擇電極139的寬度以增加或減小與邊緣環(huán)242的電耦合。在另一實(shí)施方式中，可以預(yù)想的是可以省略可選的間隙253。在另一方面中，可以預(yù)想的是，導(dǎo)電熱墊片(例如，基于硅樹(shù)脂的熱墊片)可占據(jù)間隙253。在另一方面中，可變電容器140可以耦接到rf電源108而非接地。在這樣的方面中，可變電容器140將便于電容耦合的調(diào)整，而非如上所述的寄生效應(yīng)。

圖3a至圖3c是根據(jù)本公開(kāi)的方面的相對(duì)于基板109周邊的等離子體殼層245的示意圖。圖3a示出了在邊緣環(huán)242的侵蝕之前相對(duì)于邊緣環(huán)242和基板109的等離子體殼層245。等離子體殼層245是等離子體中的層，等離子體殼層245具有更大的正離子密度，并且因此具有更大的總過(guò)量正電荷，平衡與其接觸的材料的表面上的相反負(fù)電荷。如圖3a示出，邊緣環(huán)242和基板109的上表面在邊緣環(huán)242侵蝕之前大體上共面。在邊緣環(huán)242侵蝕之前，等離子體殼層245與邊緣環(huán)242和基板109的上表面平行并且與邊緣環(huán)242和基板109的上表面等間距分隔。在圖3a中示出的等離子體殼層245的輪廓引起基板109的均勻處理，特別是在其徑向向外邊緣的附近。

在處理預(yù)定數(shù)量的基板之后，所述處理腔室中的條件引起邊緣環(huán)242的不當(dāng)侵蝕。圖3b示出了被侵蝕的邊緣環(huán)242。在一個(gè)實(shí)例中，邊緣環(huán)242的上表面可以被侵蝕掉，從而減小邊緣環(huán)242的厚度。被侵蝕的邊緣環(huán)242不再與基板109共享共面的上表面。由于在邊緣環(huán)242和等離子體中的帶電粒子之間的相互作用，等離子體殼層245的輪廓在存在被侵蝕的邊緣環(huán)242的情況下改變。如圖3b所示，等離子體殼層245在基板109和邊緣環(huán)242的界面處下降，以與基板109相比保持與邊緣環(huán)242的表面等距的間隔。等離子體殼層245的輪廓可引起基板109的徑向向外邊緣的“圓化”或其他不期望的處理。所述基板邊緣的圓化減少了基板109的可用實(shí)際面積，從而降低了每個(gè)基板的設(shè)備成品率。這種不期望的圓化通?？煞Q為“翻轉(zhuǎn)效應(yīng)”。在常規(guī)系統(tǒng)中，為了校正這種圓化問(wèn)題，會(huì)更換被侵蝕的邊緣環(huán)242，從而導(dǎo)致處理停機(jī)時(shí)間，同時(shí)增加耗材部件的成本。

相反，本公開(kāi)的方面使用圓形電極139來(lái)調(diào)整rf振幅，并且因此調(diào)節(jié)等離子體殼層245在被侵蝕的邊緣環(huán)242上方的位置。當(dāng)調(diào)整可變電容器140(圖2a所示)時(shí)，到圓形電極139的負(fù)電壓改變。至接地的電容用作電容分壓器的部分，所述電容分壓器具有從靜電卡盤229到邊緣環(huán)242的固定電容耦合功率和至接地的可變電容?？梢哉{(diào)整可變電容器140以縮減到邊緣環(huán)242的更多或更少的rf功率，從而改變邊緣環(huán)242上方的等離子體殼層245的高度。因此，可變電容器140和圓形電極139便于補(bǔ)償被侵蝕的邊緣環(huán)242。

通過(guò)可變電容器140和圓形電極139對(duì)被侵蝕的邊緣環(huán)242的補(bǔ)償導(dǎo)致等離子體殼層245的原始(例如，平面的)輪廓的重建。圖3c示出鄰近被侵蝕的邊緣環(huán)242的被調(diào)整的等離子體殼層245。被調(diào)整的等離子體殼層245不會(huì)在基板109上引起“翻轉(zhuǎn)效應(yīng)”，從而防止對(duì)基板109的損壞，并且使基板109的可用實(shí)際面積最大化。此外，因?yàn)楸磺治g的邊緣環(huán)242可以繼續(xù)在侵蝕狀態(tài)下使用，所以延長(zhǎng)了預(yù)防性維護(hù)之間的時(shí)間，從而減少了處理停機(jī)時(shí)間。另外，被侵蝕的邊緣環(huán)237需要較不頻繁的更換，從而降低了耗材部件的費(fèi)用。

圖4a和圖4b示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的示意電路圖。圖4a和圖4b示出了在基板支撐件111內(nèi)的元件模型450。為了便于解釋，圖4a示出了覆蓋在基板支撐件111的局部視圖上的元件模型450。術(shù)語(yǔ)元件模型用于描述系統(tǒng)的部件之間的功能關(guān)系，例如，當(dāng)使用具有小于10歐姆-厘米(ω-cm)的電阻率的導(dǎo)電碳化硅層時(shí)。

在元件模型450中，從v0施加功率，例如來(lái)自偏壓源119的靜電卡盤229處的功率。電容c1通過(guò)加熱器235和陶瓷環(huán)238存在于底板229和邊緣環(huán)242之間。另外，電容c4通過(guò)加熱器235和陶瓷環(huán)238的界面存在于底板229和電極139之間。電容c2存在于邊緣環(huán)242和等離子體118之間。電容c2通過(guò)等離子體118耦合到接地。電容c3通過(guò)陶瓷238存在于邊緣環(huán)242和電極139之間。可變電容器140通過(guò)一或多個(gè)傳輸線141耦接到接地以及耦接到電極139。可以調(diào)整可變電容器140以控制施加到電極139的rf電壓，如上所述。應(yīng)注意的是，元件模型450僅是電路的一個(gè)實(shí)例，并且也可以設(shè)想其它電路。

圖5是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面示出處理基板的方法560的流程圖。方法560開(kāi)始于操作562。在操作560中，使用新的或翻新的邊緣環(huán)處理預(yù)定數(shù)量的基板。所述新的或翻新的邊緣環(huán)將等離子體殼層定位在已知位置，諸如平行于邊緣環(huán)和正在處理的基板的上表面。然而，在處理預(yù)定數(shù)量的基板之后，邊緣環(huán)遭受侵蝕，并且在處理期間改變所述等離子體殼層的位置。在此點(diǎn)處，方法560進(jìn)行到操作564，并且調(diào)諧可調(diào)電容器以校正由于所述邊緣環(huán)的侵蝕引起的所述等離子體殼層中的偏差。隨后，在操作566中，處理額外的基板，同時(shí)通過(guò)所述可調(diào)電容器和所述電極將所述等離子體殼層保持在校正后的位置。然后可以重復(fù)操作564和操作566，直到所述邊緣環(huán)不可用或者可調(diào)諧電容器不能提供足夠的調(diào)整。

盡管圖5描述了方法560的一個(gè)方面，但是也可以設(shè)想到其他方面。例如，在可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的預(yù)定數(shù)量的基板被處理之后，代替調(diào)整可調(diào)諧電容器，可監(jiān)測(cè)所述等離子體殼層的邊緣環(huán)厚度或位置以指示操作564何時(shí)發(fā)生。

本公開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)包括調(diào)整等離子體殼層以代替更換腔室部件的能力，從而提高設(shè)備成品率，同時(shí)減少停機(jī)時(shí)間并減少耗材上的支出。另外，本文所述的方面允許獨(dú)立于匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)整所述等離子體殼層，從而大大簡(jiǎn)化所述等離子體殼層的調(diào)整以及這樣做所需的硬件。

在一些方面中，在設(shè)置在靜電卡盤上的陶瓷層中形成電極。所述電極在一或多個(gè)位置耦接到高阻抗傳輸線。所述傳輸線通過(guò)可變電容器耦接到接地。所述電極用作在所述靜電卡盤和所述電極的固定電容與至接地的可變電容之間的電容分壓器的中心。當(dāng)邊緣環(huán)被侵蝕時(shí)可以減少通過(guò)所述可變電容器的電容，從而以期望的速度增加在邊緣環(huán)處的rf振幅來(lái)補(bǔ)償邊緣環(huán)侵蝕。在邊緣環(huán)處所增加的rf電壓調(diào)整等離子體殼層的位置，以校正邊緣環(huán)的侵蝕。在一些方面中，為了補(bǔ)償極端邊緣等離子體參數(shù)，根據(jù)需要，可以將在邊緣環(huán)處的rf電壓調(diào)整為大于或小于所述基板的rf電壓。

雖然前文涉及本公開(kāi)的諸方面，但可在不脫離本公開(kāi)的基本范圍之情況下設(shè)計(jì)本公開(kāi)的其他和進(jìn)一步實(shí)施方式，且本公開(kāi)的范圍由所附權(quán)利要求書確定。