射频电源

1、一种等离子体处理装置，包括：一腔室；位于所述腔室内的基座，在所述基座的上方设置有静电夹盘，在所述静电夹盘上方放置有基片；位于所述腔室顶部的气体喷淋头，其同时也作为上电极，制程气体通过所述气体喷淋头进入所述腔室；设置于所述基座之中的下电极，并连接有第一射频电源；聚焦环，其设置于所述基片周围；边缘电极，其靠近所述基片的边缘区域设置，所述边缘电极连接有第二射频电源；移相器，其连接于所述第一射频电源和第二射频电源，用于控制第一射频电源和第二射频电源的电压差，以抑制电弧放电和打火。

2、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘电极设置于所述聚焦环之中，其中，所述聚焦环由绝缘材料制成。

3、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置还包括一第一绝缘体，其设置于所述聚焦环下方，其中，所述边缘电极设置于所述第一绝缘体之中。

4、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置还包括：边缘环，其位于所述聚焦环外围；第二绝缘体，其位于所述边缘环下方，其中，所述边缘电极设置于所述边缘环或所述第二绝缘体之中。

5、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一射频电源和第二射频电源具有同样的或不同样的频率。

6、根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二射频电源大于13兆赫兹。

7、根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二射频电源为13.56兆赫兹、27兆赫兹、60兆赫兹、110兆赫兹、120兆赫兹之一。

8、根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二射频电源小于13兆赫兹。

9、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述第二射频电源和所述边缘电极之间还依次连接有第二匹配电路和第二高频滤波器。

10、根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一射频电源和下电极之间还连接有第一匹配电路。

11、根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述下电极还连接有第三射频电源，在所述第三射频电源和所述下电极之间还连接有第三匹配电路，其中，所述第一射频电源大于13兆赫兹，所述第三射频电源小于13兆赫兹。

12、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，第一射频电源产生的电压值为V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），第二射频电源产生的电压值为V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

13、一种等离子体处理装置，包括：一腔室；位于所述腔室内的基座，在所述基座的上方设置有静电夹盘，在所述静电夹盘上方放置有基片；位于所述腔室顶部的气体喷淋头，其同时也作为上电极，制程气体通过所述气体喷淋头进入所述腔室；设置于所述基座之中的下电极，并连接有第一射频电源；聚焦环，其设置于所述基片周围；边缘电极，其靠近所述基片的边缘区域设置；移相器，其连接于所述第一射频电源，其中，在所述第一射频电源和所述下电极之间还连接有功率分配器，其中，所述功率分配器连接于所述移相器，所述移相器进一步连接所述边缘电极。

14、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘电极设置于所述聚焦环之中，其中，所述聚焦环由绝缘材料制成。

15、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置还包括一第一绝缘体，其设置于所述聚焦环下方，其中，所述边缘电极设置于所述第一绝缘体之中。

16、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置还包括：边缘环，其位于所述聚焦环外围；第二绝缘体，其位于所述边缘环下方，其中，所述边缘电极设置于所述边缘环或所述第二绝缘体之中。

17、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一射频电源大于13兆赫兹。

18、根据权利要求17所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一射频电源为13.56兆赫兹、27兆赫兹、60兆赫兹、110兆赫兹、120兆赫兹之一。

19、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一射频电源和下电极之间还连接有第一匹配电路。

20、根据权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述下电极还连接有第三射频电源，在所述第三射频电源和所述下电极之间还连接有第三匹配电路，其中，所述第一射频电源大于13兆赫兹，所述第三射频电源小于13兆赫兹。

21、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，耦合于所述基片中心区域的电压值为V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片边缘区域电压值为V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

22、一种用于权利要求1至21任一项所述的等离子体处理装置的调节基片边缘区域制程速率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在制程过程中，利用所述移相器选择性地调整耦合于所述基片中央区域和边缘区域的射频能量的电压的相位差，以调整基片边缘区域制程速率。

23、根据权利要求22所述的方法，其特征在于，利用所述移相器选择性地调整耦合于所述基片中央区域和边缘区域的射频能量的电压的Δφ，使得耦合于所述基片中央区域的射频能量的电压值为V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片边缘区域的射频能量的电压值为V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

以下结合附图，对《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的具体实施方式进行说明。

图1是现有技术（截至2012年9月）的等离子体处理装置的结构示意图，如图1所示，等离子体处理装置300包括平行的上电极302和下电极318，下电极318连接有射频电源，基片306置于基台之上。在基片306的外围还设置了一聚焦环312。聚焦环312还连接有一低频射频电源322，在低频射频电源322和聚焦环312之间还依次串联有匹配网络316和射频滤波器314。现有技术（截至2012年9月）通过射频滤波器314向靠近基片306外围的聚焦环312周围耦合低频射频能量，改变制程区域位于基片306之上的鞘层（Sheath）来补偿基片306的边缘效应。

然而，由于现有技术（截至2012年9月）的上述边缘效应补偿机制通过调整制程区域位于基片306之上的鞘层（Sheath）来补偿基片306的边缘效应。具体地，鞘层能够加速带电粒子向基片306轰击的速度，即粒子入射能量，但是无法改变制程区域的等离子体，因此补偿效果不够好。

此外，现有技术（截至2012年9月）还采取耦合直流电源于聚焦环来补偿边缘效应。然而，直流电源产生的电压并不能调节幅度，因此不容易调节和控制基片边缘耦合的电压值，甚至会突然产生一个很大的数值，特别是在直流电压能量耦合到离基片边缘距离较近的区域，容易产生电弧放电（arcing）和打火（sparking），从而对基片造成不可逆转的损害。

为改善现有技术（截至2012年9月）的上述缺陷，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》提供了一种能够有效补偿边缘效应的等离子体处理装置。

图2是根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》一个具体实施例的等离子体处理装置的结构示意图。如图2所示，等离子体处理装置100包括一腔室102，位于所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方设置有静电夹盘112，在所述静电夹盘112上方放置有一基片110。所述静电夹盘112中设置有一直流电极（未示出），其通过直流电极产生静电吸力将所述基片110夹持于所述静电夹盘112上表面的陶瓷层之上。气体喷淋头108设置于所述腔室102顶部，所述气体喷淋头108同时也作为上电极，制程气体通过所述气体喷淋头108进入所述腔室102。具体地，所述腔室102顶部设置有若干气体源，制程所需气体（包括反应气体和调制气体）进入气体喷淋头108，并通过气体喷淋头108中设置的若干气体通道进入腔室。下电极116设置于所述基座之中的，其平行于所述上电极，下电极116还连接有第一射频电源122。第一射频电源122耦合射频能源于所述下电极116，使得上下电极之间形成电场，反应气体进入位于基片110和气体喷淋头108下表面之间的制程空间，并受该电场的激发产生等离子体，所述等离子体朝向基片110表面运动轰击并与所述基片110发生反应，从而对基片110进行相关制程，例如刻蚀或沉积等。所述等离子体处理装置100还包括一聚焦环118，其设置于所述基片110周围。约束环106用于将制程冗余物质排出腔室外。

此外，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的等离子体处理装置100还包括边缘电极120，其靠近所述基片110的边缘区域，所述边缘电极连接有第二射频电源124。并且，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的等离子体处理装置100还包括移相器126，其直接或间接地连接于所述第一射频电源122和第二射频电源124。

需要说明的是，第一射频电源122耦合于基片110的中心区域，能够控制基片中心区域的制程速率，而边缘电极120靠近基片110的外围区域设置，能够控制基片边缘区域的制程速率。然而，边缘电极120并不需要特别限定为设置于等离子体处理装置100的某个组件上，只要其靠近于基片110的外围区域设置，就能够产生技术效果，达到《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的发明目的，例如，所述边缘电极120可以设置于聚焦环118中，聚焦环118下方的第一绝缘体，聚焦环118外围的边缘环，以及所述边缘环下方的第二绝缘体等。

如图2所示，根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的一个具体实施例，所述边缘电极120设置于所述聚焦环118之中，其中，所述聚焦环118由绝缘材料制成。其中，所述边缘电极120进一步连接有第二射频电源124，所述第二射频电源124还连接有一移相器126，所述移相器126还能够获得所述第一射频电源122的相位角度。

具体地，射频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，即电压值。图6是根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》一个具体实施例的第一射频电源和第二射频电源的相位示意图，如图所示，S1指示的是第一射频电源122的波形变化，S2指示的是第二射频电源124的波形变化。在上述实施例中，由于移相器126直接连接于第一射频电源122和第二射频电源124，其能够获得第一射频电源122的相位角度，并据此调节第二射频电源124的相位角度，从而能够控制第一射频电源122和第二射频电源124的相位差ΔΦ，即，使得第一射频电源122到达下电极116和第二射频电源124到达基片110边缘的边缘电极124具有不同的相位角。例如，优选地，第二射频电源124产生的电压值应小于第一射频电源122产生的电压值。具体地，假设第一射频电源122产生的电压值V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），第二射频电源124产生的电压值V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），V₁₀>V₂₀。

移相器126可以调节第一射频电源122和第二射频电源124“同步”（in-phase）或“不同步”（out of phase），从而使得第一射频电源122和第二射频电源124分别耦合于下电极116和边缘电极124的电压值不同。具体地，假设第一射频电源122和第二射频电源124皆为高频。当两者同步时，Δφ＝0，第一射频电源122和第二射频电源124的电压差最小；当两者的相位角度相反时，Δφ＝π，第一射频电源122和第二射频电源124的电压差最大。因此，等离子体的特性（例如，活性粒子的浓度和温度等）能够随着第一射频电源122和第二射频电源124的相位差的变化而变化，从而进一步地使得基片边缘的制程速度（例如刻蚀速度）通过改变第一射频电源122和第二射频电源124的相位差来得以控制，从而补偿了边缘效应。应当理解，基片边缘的电场定位可以通过改变耦合于基片中央区域和边缘区域的电极的相位差来调整。

现有技术（截至2012年9月）若通过设置直流电源耦合于聚焦环来补偿边缘效应，直流电压的幅度（即电压值）不能控制，会导致电弧放电和打火。然而，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》通过调节第一射频电源122和第二射频电源124的相位差，从而控制了第一射频电源122和第二射频电源124的电压差，从而有效地避免了电弧放电和打火。

进一步地，所述第一射频电源122和第二射频电源124具有同样或不同样的频率。

进一步地，所述第二射频电源124大于13兆赫兹。优选地，所述第一射频电源122和第二射频电源124都为高频电源，例如60兆赫兹。现有技术（截至2012年9月）若通过设置低频射频电源耦合于基片边缘区域来补偿边缘效应，则只能改变制程区域位于基片之上的鞘层，鞘层能够加速带电粒子向基片轰击的速度，即粒子入射能量，但是无法改变制程区域的等离子体浓度，因此补偿效果不够好。《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》采用高频射频电源连接于基片外围区域，能够有效地控制制程区域的等离子体的分布，从而有效地补偿了边缘效应。

可选地，所述第二射频电源大于13兆赫兹。

进一步地，所述第二射频电源124为13.56兆赫兹、27兆赫兹、60兆赫兹、110兆赫兹、120兆赫兹之一。

进一步地，在所述第二射频电源124和所述边缘电极120之间还依次连接有第二匹配电路127和第二高频滤波器128。

进一步地，所述第一射频电源122和下电极116之间还连接有第一匹配电路130。

图3是根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》另一具体实施例的等离子体处理装置的结构示意图，其示出了上述实施例的变化例，其中，所述下电极116还连接有第三射频电源132，在所述第三射频电源132和所述下电极116之间还连接有第三匹配电路134，其中，所述第一射频电源大于13兆赫兹，所述第三射频电源小于13兆赫兹。图3示出的等离子体处理装置是双频等离子体处理系统（dual-frequency plasma system），其中第一射频电源是高频，用于维持等离子体。第三射频电源是低频偏置电源，用于为粒子加速提供一个偏置电势。

根据上述实施例的一个变化例，所述下电极116和所述边缘电极120连接于同样的射频电源。

如图4所示，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》第二方面提供了一种等离子体处理装置，等离子体处理装置100包括一腔室102，位于所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方设置有静电夹盘112，在所述静电夹盘112上方放置有一基片110。所述静电夹盘112中设置有一直流电极（未示出），其通过直流电极产生静电吸力将所述基片110夹持于所述静电夹盘112上表面的陶瓷层之上。气体喷淋头108设置于所述腔室102顶部，所述气体喷淋头108同时也作为上电极，制程气体通过所述气体喷淋头108进入所述腔室102。具体地，所述腔室102顶部设置有若干气体源，制程所需气体（包括反应气体和调制气体）进入气体喷淋头108，并通过气体喷淋头108中设置的若干气体通道进入腔室。下电极116设置于所述基座之中的，其平行于所述上电极，下电极116还连接有第一射频电源122。第一射频电源122耦合射频能源于所述下电极116，使得上下电极之间形成电场，反应气体进入位于基片110和气体喷淋头108下表面之间的制程空间，并受该电场的激发产生等离子体，所述等离子体朝向基片110表面运动轰击并与所述基片110发生反应，从而对基片110进行相关制程，例如刻蚀或沉积等。所述等离子体处理装置100还包括一聚焦环118，其设置于所述基片110周围。约束环106用于将制程冗余物质排出腔室外。

其中，移相器126连接于所述第一射频电源122，

其中，在所述第一射频电源122和所述下电极116之间还依次连接有第一匹配网络130和功率分配器136，其中，所述功率分配器136连接于所述移相器126。功率分配器136将第一射频电源122分成两路，其中一路输送至下电极116以提供耦合基片中心的射频能量，另一路输送至移相器126以提供耦合于基片边缘的射频能量，该两路射频能量的比例可以通过功率分配器调节。

进一步地，所述边缘电极120设置于所述聚焦环118之中，其中，所述聚焦环118由绝缘材料制成。

进一步地，所述等离子体处理装置100还包括一第一绝缘体，其设置于所述聚焦环118下方，其中，所述边缘电极120设置于所述第一绝缘体之中。

进一步地，所述等离子体处理装置还包括：边缘环，其位于所述聚焦环118外围；第二绝缘体，其位于所述边缘环下方，其中，所述边缘电极设置于所述边缘环或所述第二绝缘体之中。

进一步地，所述第一射频电源122大于13兆赫兹。

进一步地，所述第一射频电源122为13.56兆赫兹、27兆赫兹、60兆赫兹、110兆赫兹、120兆赫兹之一。

进一步地，所述第一射频电源122和下电极116之间还连接有第一匹配电路130。

所述下电极116还连接有第三射频电源132，在所述第三射频电源132和所述下电极116之间还连接有第三匹配电路134，其中，所述第一射频电源大于13兆赫兹，所述第三射频电源小于13兆赫兹。

进一步地，第一射频电源122产生的电压值为V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ）。

该领域技术人员应当理解，若施加于基片中心区域和基片边缘区域的电压距离较近，容易产生电弧放电和打火，从而对基片造成不可逆转的损害。因此，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》还可以不将边缘电极设置于聚焦环中，而是专门为边缘电极设计一额外的容纳组件，以将边缘电极设置于距离基片边缘较远的距离，进一步避免电弧放电和打火。

图5是根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》还一具体实施例的等离子体处理装置的结构示意图。等离子体处理装置200包括一腔室202，位于所述腔室202下方的基座，其中，在所述基座的上方设置有静电夹盘212，在所述静电夹盘212上方放置有一基片210。所述静电夹盘212中设置有一直流电极（未示出），其通过直流电极产生静电吸力将所述基片210夹持于所述静电夹盘212上表面的陶瓷层之上。气体喷淋头208设置于所述腔室202顶部，所述气体喷淋头208同时也作为上电极，制程气体通过所述气体喷淋头208进入所述腔室202。具体地，所述腔室202顶部设置有若干气体源，制程所需气体（包括反应气体和调制气体）进入气体喷淋头208，并通过气体喷淋头108中设置的若干气体通道进入腔室。下电极216设置于所述基座之中的，其平行于所述上电极，下电极216还连接有第一射频电源222。第一射频电源222耦合射频能源于所述下电极216，使得上下电极之间形成电场，反应气体进入位于基片210和气体喷淋头208下表面之间的制程空间，并受该电场的激发产生等离子体，所述等离子体朝向基片210表面运动轰击并与所述基片210发生反应，从而对基片210进行相关制程，例如刻蚀或沉积等。所述等离子体处理装置200还包括一聚焦环218，其设置于所述基片210周围。约束环206用于将制程冗余物质排出腔室外。

进一步地，根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的另一具体实施例，所述等离子体处理装置还包括边缘环217，其位于所述绝缘环218外围。第二绝缘体215位于所述边缘环217下方，可选地，所述边缘电极220设置于所述边缘环217或所述第二绝缘体215之中。

如图5所示，所述边缘电极220优选地设置于边缘环217之中。需要说明的是，边缘电极220的设置使得边缘电极220和上电极之间也形成了电场，电场的形成可以补偿边缘效应，但是同时也会使得等离子体轰击容纳边缘电极220的组件的上表面，从而被缓慢地侵蚀。然而，边缘环217体积较小，而且更换方便，工程师只需要适时更换即可，这相较于边缘电极220设置于聚焦环218之中更具有优越性，能够有效地节省成本，避免资源浪费。

进一步地，根据《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的又一实施例，所述等离子体处理装置200还包括一第一绝缘体214，其设置于所述聚焦环218下方，可选地，所述边缘电极120设置于所述第一绝缘体214之中（未图示）。

如图2～图6所示，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》第三方面提供了一种用于《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》上述的等离子体处理装置的调节基片边缘区域制程速率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

在制程过程中，利用所述移相器选择性地调整耦合于所述基片中央区域和边缘区域的射频能量的电压的相位差，以调整基片边缘区域制程速率。

具体地，利用所述移相器选择性地调整耦合于所述基片中央区域和边缘区域的射频能量的电压的Δφ，使得耦合于所述基片中央区域的射频能量的电压值为V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片边缘区域的射频能量的电压值为V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

尽管《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的限制。在该领域技术人员阅读了上述内容后，对于《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，《等离子体处理装置及调节基片边缘区域制程速率的方法》的保护范围应由所附的权利要求来限定。