《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》是中微半導體設備（上海）股份有限公司於2012年9月29日申請的專利，該專利公布號為CN103715049A，專利公布日為2014年4月9日，申請號為201210378282X，發明人是葉如彬、尹志堯、倪圖強、周寧。
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域，所述邊緣電極連線有第二射頻電源，移相器，其連線於所述第一射頻電源和第二射頻電源。《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》能夠有效地補償邊緣效應，並且避免了由於施加於基片中心區域和基片邊緣區域的電壓距離較近產生的電弧放電和打火。
2021年6月24日，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。
（概述圖為《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名： 電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN103715049A
- 公布日：2014年4月9日
- 申請號：201210378282X
- 申請日：2012年9月29日
- 申請人： 中微半導體設備（上海）股份有限公司
- 發明人： 葉如彬、尹志堯、倪圖強、周寧
- 地址：上海市浦東新區金橋出口加工區（南區）泰華路188號
- 代理機構：上海智信專利代理有限公司
- 代理人：王潔
- Int. Cl.：H01J37/32(2006.01)I
專利背景,發明內容,專利目的,實現裝置,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
電漿處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入含有適當刻蝕劑或澱積源氣體的反應氣體，然後再對該真空反應室進行射頻能量輸入，以激活反應氣體，來點燃和維持電漿，以便分別刻蝕基片表面上的夜請烏放材料層或在基片表面上澱積材料層，進而對半導體基片和電漿平板進行加工。舉例來說，電容性電漿反應器已經被廣泛地用來加工半導體基片和顯示器平板，在電容性電漿反應器中，當射頻功率被施加到二個電極之一或二者時，就在一對平行電極之間形成電容性放電。
半導體工藝件的邊緣效應是困擾半導體產業的一個問題。所謂半導體工藝件的邊緣效應是指在電漿處理過程中，由於電漿受電場控制，而上下兩極邊緣處的場強會受邊緣條件的影響，總有一部分電場線彎曲，而導致電場邊緣部分場強不均，進而導致該部分的電漿濃度不均勻。在該種情況下，生產出的半導體工藝件周圍也存在一圈處理不均勻的區域。這一不均勻現象在射頻電場頻率越高時越明顯，在射頻頻率大於60兆赫茲甚至大於100兆赫茲時這一等離子濃度的不均勻性程度已經很難再用其它裝置如位於靜電夾盤邊緣的聚集環來調控。
由於半導體工藝件是圓形的，因此愈外圈面積愈大，邊緣部分的各個工藝環節的均一性不佳將導致成品率顯著下降。在普遍採用300兆赫茲製程的情況下，半導體工藝件邊緣效應帶來的損失更為巨大。
因此，業內需仔匙套要能夠簡單有效地改善邊緣效應，提高製程均一性。
發明內容
專利目的
針對專利背景中的問題，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》提出了一種電漿處理裝置。
實現裝置
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第一方面提供了一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾雅辯悼盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其囑謎您棕同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定，所述邊緣電極連線有第二射頻電源；移相器，其連線於所述第一射頻電源和第二射頻電源。
進一步地，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設充束置於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源和第二射頻電源具有同樣的或不同樣的頻率。
進一步地，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第二射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第二射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，在所述第二射頻電源和所述邊緣電極之間還依次連線有第二匹配電路和第二高頻濾慨潤只波器。
進一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
進一步地，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，第一射頻電源產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源產生的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第二方面提供了一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，制說拔格程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定；移相器，其連線於所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還依次連線有第一匹配網路和功率分配器，其中，所述功率分配器連線於所述移相器，所述移相器進一步連線所述邊緣電極。
進一步地，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第一射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
進一步地，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，耦合於所述基片中心區域的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第三方面提供了一種用於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第一方面或第二方面所述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
具體地，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
改善效果
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》提供的電漿處理裝置能夠有效地補償邊緣效應，並且，避免了由於施加於基片中心區域和基片邊緣區域的電壓距離較近產生的電弧放電和打火。
附圖說明
圖1是現有技術（截至2012年9月）的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖2是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖3是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》另一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖4是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》又一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖5是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖6是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的第一射頻電源和第二射頻電源的相位示意圖。
技術領域
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》涉及半導體製造領域，尤其涉及一種電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法。
權利要求
1、一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定，所述邊緣電極連線有第二射頻電源；移相器，其連線於所述第一射頻電源和第二射頻電源，用於控制第一射頻電源和第二射頻電源的電壓差，以抑制電弧放電和打火。
2、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
3、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
4、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
5、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和第二射頻電源具有同樣的或不同樣的頻率。
6、根據權利要求5所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
7、根據權利要求6所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
8、根據權利要求5所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源小於13兆赫茲。
9、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，在所述第二射頻電源和所述邊緣電極之間還依次連線有第二匹配電路和第二高頻濾波器。
10、根據權利要求9所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
11、根據權利要求10所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
12、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，第一射頻電源產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源產生的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
13、一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定；移相器，其連線於所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還連線有功率分配器，其中，所述功率分配器連線於所述移相器，所述移相器進一步連線所述邊緣電極。
14、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
15、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
16、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
17、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源大於13兆赫茲。
18、根據權利要求17所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
19、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
20、根據權利要求19所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
21、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，耦合於所述基片中心區域的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
22、一種用於權利要求1至21任一項所述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
23、根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
實施方式
以下結合附圖，對《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的具體實施方式進行說明。
圖1是現有技術（截至2012年9月）的電漿處理裝置的結構示意圖，如圖1所示，電漿處理裝置300包括平行的上電極302和下電極318，下電極318連線有射頻電源，基片306置於基台之上。在基片306的外圍還設定了一聚焦環312。聚焦環312還連線有一低頻射頻電源322，在低頻射頻電源322和聚焦環312之間還依次串聯有匹配網路316和射頻濾波器314。現有技術（截至2012年9月）通過射頻濾波器314向靠近基片306外圍的聚焦環312周圍耦合低頻射頻能量，改變製程區域位於基片306之上的鞘層（Sheath）來補償基片306的邊緣效應。
然而，由於現有技術（截至2012年9月）的上述邊緣效應補償機制通過調整製程區域位於基片306之上的鞘層（Sheath）來補償基片306的邊緣效應。具體地，鞘層能夠加速帶電粒子向基片306轟擊的速度，即粒子入射能量，但是無法改變製程區域的電漿，因此補償效果不夠好。
此外，現有技術（截至2012年9月）還採取耦合直流電源於聚焦環來補償邊緣效應。然而，直流電源產生的電壓並不能調節幅度，因此不容易調節和控制基片邊緣耦合的電壓值，甚至會突然產生一個很大的數值，特別是在直流電壓能量耦合到離基片邊緣距離較近的區域，容易產生電弧放電（arcing）和打火（sparking），從而對基片造成不可逆轉的損害。
為改善現有技術（截至2012年9月）的上述缺陷，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》提供了一種能夠有效補償邊緣效應的電漿處理裝置。
圖2是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖。如圖2所示，電漿處理裝置100包括一腔室102，位於所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤112，在所述靜電夾盤112上方放置有一基片110。所述靜電夾盤112中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片110夾持於所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設定於所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭108進入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭108，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極116設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極116還連線有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源於所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片110表面運動轟擊並與所述基片110發生反應，從而對基片110進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置100還包括一聚焦環118，其設定於所述基片110周圍。約束環106用於將製程冗餘物質排出腔室外。
此外，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的電漿處理裝置100還包括邊緣電極120，其靠近所述基片110的邊緣區域，所述邊緣電極連線有第二射頻電源124。並且，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的電漿處理裝置100還包括移相器126，其直接或間接地連線於所述第一射頻電源122和第二射頻電源124。
需要說明的是，第一射頻電源122耦合於基片110的中心區域，能夠控制基片中心區域的製程速率，而邊緣電極120靠近基片110的外圍區域設定，能夠控制基片邊緣區域的製程速率。然而，邊緣電極120並不需要特別限定為設定於電漿處理裝置100的某個組件上，只要其靠近於基片110的外圍區域設定，就能夠產生技術效果，達到《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的發明目的，例如，所述邊緣電極120可以設定於聚焦環118中，聚焦環118下方的第一絕緣體，聚焦環118外圍的邊緣環，以及所述邊緣環下方的第二絕緣體等。
如圖2所示，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的一個具體實施例，所述邊緣電極120設定於所述聚焦環118之中，其中，所述聚焦環118由絕緣材料製成。其中，所述邊緣電極120進一步連線有第二射頻電源124，所述第二射頻電源124還連線有一移相器126，所述移相器126還能夠獲得所述第一射頻電源122的相位角度。
具體地，射頻能源具有一定的相位角度，在不同的相位角度值下具有不同的幅度，即電壓值。圖6是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的第一射頻電源和第二射頻電源的相位示意圖，如圖所示，S1指示的是第一射頻電源122的波形變化，S2指示的是第二射頻電源124的波形變化。在上述實施例中，由於移相器126直接連線於第一射頻電源122和第二射頻電源124，其能夠獲得第一射頻電源122的相位角度，並據此調節第二射頻電源124的相位角度，從而能夠控制第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差ΔΦ，即，使得第一射頻電源122到達下電極116和第二射頻電源124到達基片110邊緣的邊緣電極124具有不同的相位角。例如，優選地，第二射頻電源124產生的電壓值應小於第一射頻電源122產生的電壓值。具體地，假設第一射頻電源122產生的電壓值V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源124產生的電壓值V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），V10>V20。
移相器126可以調節第一射頻電源122和第二射頻電源124“同步”（in-phase）或“不同步”（out of phase），從而使得第一射頻電源122和第二射頻電源124分別耦合於下電極116和邊緣電極124的電壓值不同。具體地，假設第一射頻電源122和第二射頻電源124皆為高頻。當兩者同步時，Δφ＝0，第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差最小；當兩者的相位角度相反時，Δφ＝π，第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差最大。因此，電漿的特性（例如，活性粒子的濃度和溫度等）能夠隨著第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差的變化而變化，從而進一步地使得基片邊緣的製程速度（例如刻蝕速度）通過改變第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差來得以控制，從而補償了邊緣效應。應當理解，基片邊緣的電場定位可以通過改變耦合於基片中央區域和邊緣區域的電極的相位差來調整。
現有技術（截至2012年9月）若通過設定直流電源耦合於聚焦環來補償邊緣效應，直流電壓的幅度（即電壓值）不能控制，會導致電弧放電和打火。然而，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》通過調節第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差，從而控制了第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差，從而有效地避免了電弧放電和打火。
進一步地，所述第一射頻電源122和第二射頻電源124具有同樣或不同樣的頻率。
進一步地，所述第二射頻電源124大於13兆赫茲。優選地，所述第一射頻電源122和第二射頻電源124都為高頻電源，例如60兆赫茲。現有技術（截至2012年9月）若通過設定低頻射頻電源耦合於基片邊緣區域來補償邊緣效應，則只能改變製程區域位於基片之上的鞘層，鞘層能夠加速帶電粒子向基片轟擊的速度，即粒子入射能量，但是無法改變製程區域的電漿濃度，因此補償效果不夠好。《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》採用高頻射頻電源連線於基片外圍區域，能夠有效地控制製程區域的電漿的分布，從而有效地補償了邊緣效應。
可選地，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第二射頻電源124為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，在所述第二射頻電源124和所述邊緣電極120之間還依次連線有第二匹配電路127和第二高頻濾波器128。
進一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連線有第一匹配電路130。
圖3是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》另一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖，其示出了上述實施例的變化例，其中，所述下電極116還連線有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連線有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。圖3示出的電漿處理裝置是雙頻電漿處理系統（dual-frequency plasma system），其中第一射頻電源是高頻，用於維持電漿。第三射頻電源是低頻偏置電源，用於為粒子加速提供一個偏置電勢。
根據上述實施例的一個變化例，所述下電極116和所述邊緣電極120連線於同樣的射頻電源。
如圖4所示，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第二方面提供了一種電漿處理裝置，電漿處理裝置100包括一腔室102，位於所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤112，在所述靜電夾盤112上方放置有一基片110。所述靜電夾盤112中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片110夾持於所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設定於所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭108進入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭108，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極116設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極116還連線有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源於所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片110表面運動轟擊並與所述基片110發生反應，從而對基片110進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置100還包括一聚焦環118，其設定於所述基片110周圍。約束環106用於將製程冗餘物質排出腔室外。
其中，移相器126連線於所述第一射頻電源122，
其中，在所述第一射頻電源122和所述下電極116之間還依次連線有第一匹配網路130和功率分配器136，其中，所述功率分配器136連線於所述移相器126。功率分配器136將第一射頻電源122分成兩路，其中一路輸送至下電極116以提供耦合基片中心的射頻能量，另一路輸送至移相器126以提供耦合於基片邊緣的射頻能量，該兩路射頻能量的比例可以通過功率分配器調節。
進一步地，所述邊緣電極120設定於所述聚焦環118之中，其中，所述聚焦環118由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置100還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環118下方，其中，所述邊緣電極120設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環118外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源122大於13兆赫茲。
進一步地，所述第一射頻電源122為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連線有第一匹配電路130。
所述下電極116還連線有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連線有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，第一射頻電源122產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ）。
該領域技術人員應當理解，若施加於基片中心區域和基片邊緣區域的電壓距離較近，容易產生電弧放電和打火，從而對基片造成不可逆轉的損害。因此，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還可以不將邊緣電極設定於聚焦環中，而是專門為邊緣電極設計一額外的容納組件，以將邊緣電極設定於距離基片邊緣較遠的距離，進一步避免電弧放電和打火。
圖5是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖。電漿處理裝置200包括一腔室202，位於所述腔室202下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤212，在所述靜電夾盤212上方放置有一基片210。所述靜電夾盤212中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片210夾持於所述靜電夾盤212上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭208設定於所述腔室202頂部，所述氣體噴淋頭208同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭208進入所述腔室202。具體地，所述腔室202頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭208，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極216設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極216還連線有第一射頻電源222。第一射頻電源222耦合射頻能源於所述下電極216，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片210和氣體噴淋頭208下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片210表面運動轟擊並與所述基片210發生反應，從而對基片210進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置200還包括一聚焦環218，其設定於所述基片210周圍。約束環206用於將製程冗餘物質排出腔室外。
進一步地，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的另一具體實施例，所述電漿處理裝置還包括邊緣環217，其位於所述絕緣環218外圍。第二絕緣體215位於所述邊緣環217下方，可選地，所述邊緣電極220設定於所述邊緣環217或所述第二絕緣體215之中。
如圖5所示，所述邊緣電極220優選地設定於邊緣環217之中。需要說明的是，邊緣電極220的設定使得邊緣電極220和上電極之間也形成了電場，電場的形成可以補償邊緣效應，但是同時也會使得電漿轟擊容納邊緣電極220的組件的上表面，從而被緩慢地侵蝕。然而，邊緣環217體積較小，而且更換方便，工程師只需要適時更換即可，這相較於邊緣電極220設定於聚焦環218之中更具有優越性，能夠有效地節省成本，避免資源浪費。
進一步地，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的又一實施例，所述電漿處理裝置200還包括一第一絕緣體214，其設定於所述聚焦環218下方，可選地，所述邊緣電極120設定於所述第一絕緣體214之中（未圖示）。
如圖2～圖6所示，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第三方面提供了一種用於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》上述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：
在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
具體地，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
儘管《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的限制。在該領域技術人員閱讀了上述內容後，對於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
專利榮譽
2021年6月24日，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。
進一步地，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源和第二射頻電源具有同樣的或不同樣的頻率。
進一步地，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第二射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第二射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，在所述第二射頻電源和所述邊緣電極之間還依次連線有第二匹配電路和第二高頻濾波器。
進一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
進一步地，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，第一射頻電源產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源產生的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第二方面提供了一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定；移相器，其連線於所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還依次連線有第一匹配網路和功率分配器，其中，所述功率分配器連線於所述移相器，所述移相器進一步連線所述邊緣電極。
進一步地，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第一射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
進一步地，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，耦合於所述基片中心區域的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第三方面提供了一種用於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第一方面或第二方面所述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
具體地，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
改善效果
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》提供的電漿處理裝置能夠有效地補償邊緣效應，並且，避免了由於施加於基片中心區域和基片邊緣區域的電壓距離較近產生的電弧放電和打火。
附圖說明
圖1是現有技術（截至2012年9月）的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖2是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖3是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》另一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖4是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》又一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖5是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖；
圖6是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的第一射頻電源和第二射頻電源的相位示意圖。
技術領域
《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》涉及半導體製造領域，尤其涉及一種電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法。
權利要求
1、一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定，所述邊緣電極連線有第二射頻電源；移相器，其連線於所述第一射頻電源和第二射頻電源，用於控制第一射頻電源和第二射頻電源的電壓差，以抑制電弧放電和打火。
2、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
3、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
4、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
5、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和第二射頻電源具有同樣的或不同樣的頻率。
6、根據權利要求5所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
7、根據權利要求6所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
8、根據權利要求5所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第二射頻電源小於13兆赫茲。
9、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，在所述第二射頻電源和所述邊緣電極之間還依次連線有第二匹配電路和第二高頻濾波器。
10、根據權利要求9所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
11、根據權利要求10所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
12、根據權利要求1所述的電漿處理裝置，其特徵在於，第一射頻電源產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源產生的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
13、一種電漿處理裝置，包括：一腔室；位於所述腔室內的基座，在所述基座的上方設定有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位於所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭進入所述腔室；設定於所述基座之中的下電極，並連線有第一射頻電源；聚焦環，其設定於所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區域設定；移相器，其連線於所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還連線有功率分配器，其中，所述功率分配器連線於所述移相器，所述移相器進一步連線所述邊緣電極。
14、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述邊緣電極設定於所述聚焦環之中，其中，所述聚焦環由絕緣材料製成。
15、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述第一絕緣體之中。
16、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
17、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源大於13兆赫茲。
18、根據權利要求17所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
19、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述第一射頻電源和下電極之間還連線有第一匹配電路。
20、根據權利要求19所述的電漿處理裝置，其特徵在於，所述下電極還連線有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連線有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
21、根據權利要求13所述的電漿處理裝置，其特徵在於，耦合於所述基片中心區域的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
22、一種用於權利要求1至21任一項所述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
23、根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
實施方式
以下結合附圖，對《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的具體實施方式進行說明。
圖1是現有技術（截至2012年9月）的電漿處理裝置的結構示意圖，如圖1所示，電漿處理裝置300包括平行的上電極302和下電極318，下電極318連線有射頻電源，基片306置於基台之上。在基片306的外圍還設定了一聚焦環312。聚焦環312還連線有一低頻射頻電源322，在低頻射頻電源322和聚焦環312之間還依次串聯有匹配網路316和射頻濾波器314。現有技術（截至2012年9月）通過射頻濾波器314向靠近基片306外圍的聚焦環312周圍耦合低頻射頻能量，改變製程區域位於基片306之上的鞘層（Sheath）來補償基片306的邊緣效應。
然而，由於現有技術（截至2012年9月）的上述邊緣效應補償機制通過調整製程區域位於基片306之上的鞘層（Sheath）來補償基片306的邊緣效應。具體地，鞘層能夠加速帶電粒子向基片306轟擊的速度，即粒子入射能量，但是無法改變製程區域的電漿，因此補償效果不夠好。
此外，現有技術（截至2012年9月）還採取耦合直流電源於聚焦環來補償邊緣效應。然而，直流電源產生的電壓並不能調節幅度，因此不容易調節和控制基片邊緣耦合的電壓值，甚至會突然產生一個很大的數值，特別是在直流電壓能量耦合到離基片邊緣距離較近的區域，容易產生電弧放電（arcing）和打火（sparking），從而對基片造成不可逆轉的損害。
為改善現有技術（截至2012年9月）的上述缺陷，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》提供了一種能夠有效補償邊緣效應的電漿處理裝置。
圖2是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖。如圖2所示，電漿處理裝置100包括一腔室102，位於所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤112，在所述靜電夾盤112上方放置有一基片110。所述靜電夾盤112中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片110夾持於所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設定於所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭108進入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭108，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極116設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極116還連線有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源於所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片110表面運動轟擊並與所述基片110發生反應，從而對基片110進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置100還包括一聚焦環118，其設定於所述基片110周圍。約束環106用於將製程冗餘物質排出腔室外。
此外，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的電漿處理裝置100還包括邊緣電極120，其靠近所述基片110的邊緣區域，所述邊緣電極連線有第二射頻電源124。並且，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的電漿處理裝置100還包括移相器126，其直接或間接地連線於所述第一射頻電源122和第二射頻電源124。
需要說明的是，第一射頻電源122耦合於基片110的中心區域，能夠控制基片中心區域的製程速率，而邊緣電極120靠近基片110的外圍區域設定，能夠控制基片邊緣區域的製程速率。然而，邊緣電極120並不需要特別限定為設定於電漿處理裝置100的某個組件上，只要其靠近於基片110的外圍區域設定，就能夠產生技術效果，達到《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的發明目的，例如，所述邊緣電極120可以設定於聚焦環118中，聚焦環118下方的第一絕緣體，聚焦環118外圍的邊緣環，以及所述邊緣環下方的第二絕緣體等。
如圖2所示，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的一個具體實施例，所述邊緣電極120設定於所述聚焦環118之中，其中，所述聚焦環118由絕緣材料製成。其中，所述邊緣電極120進一步連線有第二射頻電源124，所述第二射頻電源124還連線有一移相器126，所述移相器126還能夠獲得所述第一射頻電源122的相位角度。
具體地，射頻能源具有一定的相位角度，在不同的相位角度值下具有不同的幅度，即電壓值。圖6是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》一個具體實施例的第一射頻電源和第二射頻電源的相位示意圖，如圖所示，S1指示的是第一射頻電源122的波形變化，S2指示的是第二射頻電源124的波形變化。在上述實施例中，由於移相器126直接連線於第一射頻電源122和第二射頻電源124，其能夠獲得第一射頻電源122的相位角度，並據此調節第二射頻電源124的相位角度，從而能夠控制第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差ΔΦ，即，使得第一射頻電源122到達下電極116和第二射頻電源124到達基片110邊緣的邊緣電極124具有不同的相位角。例如，優選地，第二射頻電源124產生的電壓值應小於第一射頻電源122產生的電壓值。具體地，假設第一射頻電源122產生的電壓值V1＝V10sin（ωHt+φ），第二射頻電源124產生的電壓值V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），V10>V20。
移相器126可以調節第一射頻電源122和第二射頻電源124“同步”（in-phase）或“不同步”（out of phase），從而使得第一射頻電源122和第二射頻電源124分別耦合於下電極116和邊緣電極124的電壓值不同。具體地，假設第一射頻電源122和第二射頻電源124皆為高頻。當兩者同步時，Δφ＝0，第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差最小；當兩者的相位角度相反時，Δφ＝π，第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差最大。因此，電漿的特性（例如，活性粒子的濃度和溫度等）能夠隨著第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差的變化而變化，從而進一步地使得基片邊緣的製程速度（例如刻蝕速度）通過改變第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差來得以控制，從而補償了邊緣效應。應當理解，基片邊緣的電場定位可以通過改變耦合於基片中央區域和邊緣區域的電極的相位差來調整。
現有技術（截至2012年9月）若通過設定直流電源耦合於聚焦環來補償邊緣效應，直流電壓的幅度（即電壓值）不能控制，會導致電弧放電和打火。然而，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》通過調節第一射頻電源122和第二射頻電源124的相位差，從而控制了第一射頻電源122和第二射頻電源124的電壓差，從而有效地避免了電弧放電和打火。
進一步地，所述第一射頻電源122和第二射頻電源124具有同樣或不同樣的頻率。
進一步地，所述第二射頻電源124大於13兆赫茲。優選地，所述第一射頻電源122和第二射頻電源124都為高頻電源，例如60兆赫茲。現有技術（截至2012年9月）若通過設定低頻射頻電源耦合於基片邊緣區域來補償邊緣效應，則只能改變製程區域位於基片之上的鞘層，鞘層能夠加速帶電粒子向基片轟擊的速度，即粒子入射能量，但是無法改變製程區域的電漿濃度，因此補償效果不夠好。《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》採用高頻射頻電源連線於基片外圍區域，能夠有效地控制製程區域的電漿的分布，從而有效地補償了邊緣效應。
可選地，所述第二射頻電源大於13兆赫茲。
進一步地，所述第二射頻電源124為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，在所述第二射頻電源124和所述邊緣電極120之間還依次連線有第二匹配電路127和第二高頻濾波器128。
進一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連線有第一匹配電路130。
圖3是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》另一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖，其示出了上述實施例的變化例，其中，所述下電極116還連線有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連線有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。圖3示出的電漿處理裝置是雙頻電漿處理系統（dual-frequency plasma system），其中第一射頻電源是高頻，用於維持電漿。第三射頻電源是低頻偏置電源，用於為粒子加速提供一個偏置電勢。
根據上述實施例的一個變化例，所述下電極116和所述邊緣電極120連線於同樣的射頻電源。
如圖4所示，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第二方面提供了一種電漿處理裝置，電漿處理裝置100包括一腔室102，位於所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤112，在所述靜電夾盤112上方放置有一基片110。所述靜電夾盤112中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片110夾持於所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設定於所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭108進入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭108，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極116設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極116還連線有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源於所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片110表面運動轟擊並與所述基片110發生反應，從而對基片110進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置100還包括一聚焦環118，其設定於所述基片110周圍。約束環106用於將製程冗餘物質排出腔室外。
其中，移相器126連線於所述第一射頻電源122，
其中，在所述第一射頻電源122和所述下電極116之間還依次連線有第一匹配網路130和功率分配器136，其中，所述功率分配器136連線於所述移相器126。功率分配器136將第一射頻電源122分成兩路，其中一路輸送至下電極116以提供耦合基片中心的射頻能量，另一路輸送至移相器126以提供耦合於基片邊緣的射頻能量，該兩路射頻能量的比例可以通過功率分配器調節。
進一步地，所述邊緣電極120設定於所述聚焦環118之中，其中，所述聚焦環118由絕緣材料製成。
進一步地，所述電漿處理裝置100還包括一第一絕緣體，其設定於所述聚焦環118下方，其中，所述邊緣電極120設定於所述第一絕緣體之中。
進一步地，所述電漿處理裝置還包括：邊緣環，其位於所述聚焦環118外圍；第二絕緣體，其位於所述邊緣環下方，其中，所述邊緣電極設定於所述邊緣環或所述第二絕緣體之中。
進一步地，所述第一射頻電源122大於13兆赫茲。
進一步地，所述第一射頻電源122為13.56兆赫茲、27兆赫茲、60兆赫茲、110兆赫茲、120兆赫茲之一。
進一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連線有第一匹配電路130。
所述下電極116還連線有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連線有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大於13兆赫茲，所述第三射頻電源小於13兆赫茲。
進一步地，第一射頻電源122產生的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ）。
該領域技術人員應當理解，若施加於基片中心區域和基片邊緣區域的電壓距離較近，容易產生電弧放電和打火，從而對基片造成不可逆轉的損害。因此，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還可以不將邊緣電極設定於聚焦環中，而是專門為邊緣電極設計一額外的容納組件，以將邊緣電極設定於距離基片邊緣較遠的距離，進一步避免電弧放電和打火。
圖5是根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》還一具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖。電漿處理裝置200包括一腔室202，位於所述腔室202下方的基座，其中，在所述基座的上方設定有靜電夾盤212，在所述靜電夾盤212上方放置有一基片210。所述靜電夾盤212中設定有一直流電極（未示出），其通過直流電極產生靜電吸力將所述基片210夾持於所述靜電夾盤212上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭208設定於所述腔室202頂部，所述氣體噴淋頭208同時也作為上電極，製程氣體通過所述氣體噴淋頭208進入所述腔室202。具體地，所述腔室202頂部設定有若干氣體源，製程所需氣體（包括反應氣體和調製氣體）進入氣體噴淋頭208，並通過氣體噴淋頭108中設定的若干氣體通道進入腔室。下電極216設定於所述基座之中的，其平行於所述上電極，下電極216還連線有第一射頻電源222。第一射頻電源222耦合射頻能源於所述下電極216，使得上下電極之間形成電場，反應氣體進入位於基片210和氣體噴淋頭208下表面之間的製程空間，並受該電場的激發產生電漿，所述電漿朝向基片210表面運動轟擊並與所述基片210發生反應，從而對基片210進行相關製程，例如刻蝕或沉積等。所述電漿處理裝置200還包括一聚焦環218，其設定於所述基片210周圍。約束環206用於將製程冗餘物質排出腔室外。
進一步地，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的另一具體實施例，所述電漿處理裝置還包括邊緣環217，其位於所述絕緣環218外圍。第二絕緣體215位於所述邊緣環217下方，可選地，所述邊緣電極220設定於所述邊緣環217或所述第二絕緣體215之中。
如圖5所示，所述邊緣電極220優選地設定於邊緣環217之中。需要說明的是，邊緣電極220的設定使得邊緣電極220和上電極之間也形成了電場，電場的形成可以補償邊緣效應，但是同時也會使得電漿轟擊容納邊緣電極220的組件的上表面，從而被緩慢地侵蝕。然而，邊緣環217體積較小，而且更換方便，工程師只需要適時更換即可，這相較於邊緣電極220設定於聚焦環218之中更具有優越性，能夠有效地節省成本，避免資源浪費。
進一步地，根據《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的又一實施例，所述電漿處理裝置200還包括一第一絕緣體214，其設定於所述聚焦環218下方，可選地，所述邊緣電極120設定於所述第一絕緣體214之中（未圖示）。
如圖2～圖6所示，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》第三方面提供了一種用於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》上述的電漿處理裝置的調節基片邊緣區域製程速率的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：
在製程過程中，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的相位差，以調整基片邊緣區域製程速率。
具體地，利用所述移相器選擇性地調整耦合於所述基片中央區域和邊緣區域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合於所述基片中央區域的射頻能量的電壓值為V1＝V10sin（ωHt+φ），耦合於所述基片邊緣區域的射頻能量的電壓值為V2＝V20sin（ωHt+φ+Δφ），且V10>V20。
儘管《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的限制。在該領域技術人員閱讀了上述內容後，對於《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
專利榮譽
2021年6月24日，《電漿處理裝置及調節基片邊緣區域製程速率的方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。
