等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法

《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法。

等離子體處理裝置利用真空反應(yīng)室的工作原理進(jìn)行半導(dǎo)體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應(yīng)室的工作原理是在真空反應(yīng)室中通入含有適當(dāng)刻蝕劑或淀積源氣體的反應(yīng)氣體，然后再對該真空反應(yīng)室進(jìn)行射頻能量輸入，以激活反應(yīng)氣體，來點燃和維持等離子體，以便分別刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上淀積材料層，進(jìn)而對半導(dǎo)體基片和等離子體平板進(jìn)行加工。舉例來說，電容性等離子體反應(yīng)器已經(jīng)被廣泛地用來加工半導(dǎo)體基片和顯示器平板，在電容性等離子體反應(yīng)器中，當(dāng)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(dǎo)體工藝件的邊緣效應(yīng)是困擾半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個問題。所謂半導(dǎo)體工藝件的邊緣效應(yīng)是指在等離子體處理過程中，由于等離子體受電場控制，而上下兩極邊緣處的場強(qiáng)會受邊緣條件的影響，總有一部分電場線彎曲，而導(dǎo)致電場邊緣部分場強(qiáng)不均，進(jìn)而導(dǎo)致該部分的等離子體濃度不均勻。在該種情況下，生產(chǎn)出的半導(dǎo)體工藝件周圍也存在一圈處理不均勻的區(qū)域。這一不均勻現(xiàn)象在射頻電場頻率越高時越明顯，在射頻頻率大于60兆赫茲甚至大于100兆赫茲時這一等離子濃度的不均勻性程度已經(jīng)很難再用其它裝置如位于靜電夾盤邊緣的聚集環(huán)來調(diào)控。

由于半導(dǎo)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(huán)節(jié)的均一性不佳將導(dǎo)致成品率顯著下降。在普遍采用300兆赫茲制程的情況下，半導(dǎo)體工藝件邊緣效應(yīng)帶來的損失更為巨大。

因此，業(yè)內(nèi)需要能夠簡單有效地改善邊緣效應(yīng)，提高制程均一性。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》一個具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》另一具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》又一具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》還一具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》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。

2021年6月24日，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。

以下結(jié)合附圖，對《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的具體實施方式進(jìn)行說明。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，等離子體處理裝置300包括平行的上電極302和下電極318，下電極318連接有射頻電源，基片306置于基臺之上。在基片306的外圍還設(shè)置了一聚焦環(huán)312。聚焦環(huán)312還連接有一低頻射頻電源322，在低頻射頻電源322和聚焦環(huán)312之間還依次串聯(lián)有匹配網(wǎng)絡(luò)316和射頻濾波器314?，F(xiàn)有技術(shù)（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(huán)312周圍耦合低頻射頻能量，改變制程區(qū)域位于基片306之上的鞘層（Sheath）來補(bǔ)償基片306的邊緣效應(yīng)。

然而，由于現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）的上述邊緣效應(yīng)補(bǔ)償機(jī)制通過調(diào)整制程區(qū)域位于基片306之上的鞘層（Sheath）來補(bǔ)償基片306的邊緣效應(yīng)。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，但是無法改變制程區(qū)域的等離子體，因此補(bǔ)償效果不夠好。

此外，現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）還采取耦合直流電源于聚焦環(huán)來補(bǔ)償邊緣效應(yīng)。然而，直流電源產(chǎn)生的電壓并不能調(diào)節(jié)幅度，因此不容易調(diào)節(jié)和控制基片邊緣耦合的電壓值，甚至?xí)蝗划a(chǎn)生一個很大的數(shù)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(qū)域，容易產(chǎn)生電弧放電（arcing）和打火（sparking），從而對基片造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。

為改善現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）的上述缺陷，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》提供了一種能夠有效補(bǔ)償邊緣效應(yīng)的等離子體處理裝置。

圖2是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》一個具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，等離子體處理裝置100包括一腔室102，位于所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤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(shè)置有一直流電極（未示出），其通過直流電極產(chǎn)生靜電吸力將所述基片110夾持于所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設(shè)置于所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭108進(jìn)入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設(shè)置有若干氣體源，制程所需氣體（包括反應(yīng)氣體和調(diào)制氣體）進(jìn)入氣體噴淋頭108，并通過氣體噴淋頭108中設(shè)置的若干氣體通道進(jìn)入腔室。下電極116設(shè)置于所述基座之中的，其平行于所述上電極，下電極116還連接有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源于所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應(yīng)氣體進(jìn)入位于基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的制程空間，并受該電場的激發(fā)產(chǎn)生等離子體，所述等離子體朝向基片110表面運動轟擊并與所述基片110發(fā)生反應(yīng)，從而對基片110進(jìn)行相關(guān)制程，例如刻蝕或沉積等。所述等離子體處理裝置100還包括一聚焦環(huán)118，其設(shè)置于所述基片110周圍。約束環(huán)106用于將制程冗余物質(zhì)排出腔室外。

此外，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的等離子體處理裝置100還包括邊緣電極120，其靠近所述基片110的邊緣區(qū)域，所述邊緣電極連接有第二射頻電源124。并且，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的等離子體處理裝置100還包括移相器126，其直接或間接地連接于所述第一射頻電源122和第二射頻電源124。

需要說明的是，第一射頻電源122耦合于基片110的中心區(qū)域，能夠控制基片中心區(qū)域的制程速率，而邊緣電極120靠近基片110的外圍區(qū)域設(shè)置，能夠控制基片邊緣區(qū)域的制程速率。然而，邊緣電極120并不需要特別限定為設(shè)置于等離子體處理裝置100的某個組件上，只要其靠近于基片110的外圍區(qū)域設(shè)置，就能夠產(chǎn)生技術(shù)效果，達(dá)到《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的發(fā)明目的，例如，所述邊緣電極120可以設(shè)置于聚焦環(huán)118中，聚焦環(huán)118下方的第一絕緣體，聚焦環(huán)118外圍的邊緣環(huán)，以及所述邊緣環(huán)下方的第二絕緣體等。

如圖2所示，根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的一個具體實施例，所述邊緣電極120設(shè)置于所述聚焦環(huán)118之中，其中，所述聚焦環(huán)118由絕緣材料制成。其中，所述邊緣電極120進(jìn)一步連接有第二射頻電源124，所述第二射頻電源124還連接有一移相器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(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》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，由于移相器126直接連接于第一射頻電源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，并據(jù)此調(diào)節(jié)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(dá)下電極116和第二射頻電源124到達(dá)基片110邊緣的邊緣電極124具有不同的相位角。例如，優(yōu)選地，第二射頻電源124產(chǎn)生的電壓值應(yīng)小于第一射頻電源122產(chǎn)生的電壓值。具體地，假設(shè)第一射頻電源122產(chǎn)生的電壓值V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），第二射頻電源124產(chǎn)生的電壓值V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），V₁₀>V₂₀。

移相器126可以調(diào)節(jié)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分別耦合于下電極116和邊緣電極124的電壓值不同。具體地，假設(shè)第一射頻電源122和第二射頻電源124皆為高頻。當(dāng)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(dāng)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，等離子體的特性（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(jìn)一步地使得基片邊緣的制程速度（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(bǔ)償了邊緣效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解，基片邊緣的電場定位可以通過改變耦合于基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的電極的相位差來調(diào)整。

現(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）若通過設(shè)置直流電源耦合于聚焦環(huán)來補(bǔ)償邊緣效應(yīng)，直流電壓的幅度（即電壓值）不能控制，會導(dǎo)致電弧放電和打火。然而，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》通過調(diào)節(jié)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(jìn)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(jìn)一步地，所述第二射頻電源124大于13兆赫茲。優(yōu)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?，F(xiàn)有技術(shù)（截至2012年9月）若通過設(shè)置低頻射頻電源耦合于基片邊緣區(qū)域來補(bǔ)償邊緣效應(yīng)，則只能改變制程區(qū)域位于基片之上的鞘層，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，但是無法改變制程區(qū)域的等離子體濃度，因此補(bǔ)償效果不夠好?！兜入x子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》采用高頻射頻電源連接于基片外圍區(qū)域，能夠有效地控制制程區(qū)域的等離子體的分布，從而有效地補(bǔ)償了邊緣效應(yīng)。

可選地，所述第二射頻電源大于13兆赫茲。

進(jìn)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(jìn)一步地，在所述第二射頻電源124和所述邊緣電極120之間還依次連接有第二匹配電路127和第二高頻濾波器128。

進(jìn)一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連接有第一匹配電路130。

圖3是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》另一具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其示出了上述實施例的變化例，其中，所述下電極116還連接有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連接有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。圖3示出的等離子體處理裝置是雙頻等離子體處理系統(tǒng)（dual-frequency plasma system），其中第一射頻電源是高頻，用于維持等離子體。第三射頻電源是低頻偏置電源，用于為粒子加速提供一個偏置電勢。

根據(jù)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連接于同樣的射頻電源。

如圖4所示，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第二方面提供了一種等離子體處理裝置，等離子體處理裝置100包括一腔室102，位于所述腔室102下方的基座，其中，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤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(shè)置有一直流電極（未示出），其通過直流電極產(chǎn)生靜電吸力將所述基片110夾持于所述靜電夾盤112上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭108設(shè)置于所述腔室102頂部，所述氣體噴淋頭108同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭108進(jìn)入所述腔室102。具體地，所述腔室102頂部設(shè)置有若干氣體源，制程所需氣體（包括反應(yīng)氣體和調(diào)制氣體）進(jìn)入氣體噴淋頭108，并通過氣體噴淋頭108中設(shè)置的若干氣體通道進(jìn)入腔室。下電極116設(shè)置于所述基座之中的，其平行于所述上電極，下電極116還連接有第一射頻電源122。第一射頻電源122耦合射頻能源于所述下電極116，使得上下電極之間形成電場，反應(yīng)氣體進(jìn)入位于基片110和氣體噴淋頭108下表面之間的制程空間，并受該電場的激發(fā)產(chǎn)生等離子體，所述等離子體朝向基片110表面運動轟擊并與所述基片110發(fā)生反應(yīng)，從而對基片110進(jìn)行相關(guān)制程，例如刻蝕或沉積等。所述等離子體處理裝置100還包括一聚焦環(huán)118，其設(shè)置于所述基片110周圍。約束環(huán)106用于將制程冗余物質(zhì)排出腔室外。

其中，移相器126連接于所述第一射頻電源122，

其中，在所述第一射頻電源122和所述下電極116之間還依次連接有第一匹配網(wǎng)絡(luò)130和功率分配器136，其中，所述功率分配器136連接于所述移相器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以提供耦合于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(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述邊緣電極120設(shè)置于所述聚焦環(huán)118之中，其中，所述聚焦環(huán)118由絕緣材料制成。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置100還包括一第一絕緣體，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)118下方，其中，所述邊緣電極120設(shè)置于所述第一絕緣體之中。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置還包括：邊緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)118外圍；第二絕緣體，其位于所述邊緣環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述邊緣環(huán)或所述第二絕緣體之中。

進(jìn)一步地，所述第一射頻電源122大于13兆赫茲。

進(jìn)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(jìn)一步地，所述第一射頻電源122和下電極116之間還連接有第一匹配電路130。

所述下電極116還連接有第三射頻電源132，在所述第三射頻電源132和所述下電極116之間還連接有第三匹配電路134，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。

進(jìn)一步地，第一射頻電源122產(chǎn)生的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ）。

該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，若施加于基片中心區(qū)域和基片邊緣區(qū)域的電壓距離較近，容易產(chǎn)生電弧放電和打火，從而對基片造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》還可以不將邊緣電極設(shè)置于聚焦環(huán)中，而是專門為邊緣電極設(shè)計一額外的容納組件，以將邊緣電極設(shè)置于距離基片邊緣較遠(yuǎn)的距離，進(jìn)一步避免電弧放電和打火。

圖5是根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》還一具體實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。等離子體處理裝置200包括一腔室202，位于所述腔室202下方的基座，其中，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤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(shè)置有一直流電極（未示出），其通過直流電極產(chǎn)生靜電吸力將所述基片210夾持于所述靜電夾盤212上表面的陶瓷層之上。氣體噴淋頭208設(shè)置于所述腔室202頂部，所述氣體噴淋頭208同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭208進(jìn)入所述腔室202。具體地，所述腔室202頂部設(shè)置有若干氣體源，制程所需氣體（包括反應(yīng)氣體和調(diào)制氣體）進(jìn)入氣體噴淋頭208，并通過氣體噴淋頭108中設(shè)置的若干氣體通道進(jìn)入腔室。下電極216設(shè)置于所述基座之中的，其平行于所述上電極，下電極216還連接有第一射頻電源222。第一射頻電源222耦合射頻能源于所述下電極216，使得上下電極之間形成電場，反應(yīng)氣體進(jìn)入位于基片210和氣體噴淋頭208下表面之間的制程空間，并受該電場的激發(fā)產(chǎn)生等離子體，所述等離子體朝向基片210表面運動轟擊并與所述基片210發(fā)生反應(yīng)，從而對基片210進(jìn)行相關(guān)制程，例如刻蝕或沉積等。所述等離子體處理裝置200還包括一聚焦環(huán)218，其設(shè)置于所述基片210周圍。約束環(huán)206用于將制程冗余物質(zhì)排出腔室外。

進(jìn)一步地，根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的另一具體實施例，所述等離子體處理裝置還包括邊緣環(huán)217，其位于所述絕緣環(huán)218外圍。第二絕緣體215位于所述邊緣環(huán)217下方，可選地，所述邊緣電極220設(shè)置于所述邊緣環(huán)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(yōu)選地設(shè)置于邊緣環(huán)217之中。需要說明的是，邊緣電極220的設(shè)置使得邊緣電極220和上電極之間也形成了電場，電場的形成可以補(bǔ)償邊緣效應(yīng)，但是同時也會使得等離子體轟擊容納邊緣電極220的組件的上表面，從而被緩慢地侵蝕。然而，邊緣環(huán)217體積較小，而且更換方便，工程師只需要適時更換即可，這相較于邊緣電極220設(shè)置于聚焦環(huán)218之中更具有優(yōu)越性，能夠有效地節(jié)省成本，避免資源浪費。

進(jìn)一步地，根據(jù)《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的又一實施例，所述等離子體處理裝置200還包括一第一絕緣體214，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)218下方，可選地，所述邊緣電極120設(shè)置于所述第一絕緣體214之中（未圖示）。

如圖2～圖6所示，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第三方面提供了一種用于《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》上述的等離子體處理裝置的調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

在制程過程中，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的相位差，以調(diào)整基片邊緣區(qū)域制程速率。

具體地，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域的射頻能量的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

盡管《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的限制。在該領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。

等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法專利目的

針對專利背景中的問題，《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》提出了一種等離子體處理裝置。

等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法實現(xiàn)裝置

《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第一方面提供了一種等離子體處理裝置，包括：一腔室；位于所述腔室內(nèi)的基座，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位于所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭進(jìn)入所述腔室；設(shè)置于所述基座之中的下電極，并連接有第一射頻電源；聚焦環(huán)，其設(shè)置于所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區(qū)域設(shè)置，所述邊緣電極連接有第二射頻電源；移相器，其連接于所述第一射頻電源和第二射頻電源。

進(jìn)一步地，所述邊緣電極設(shè)置于所述聚焦環(huán)之中，其中，所述聚焦環(huán)由絕緣材料制成。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置還包括一第一絕緣體，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述第一絕緣體之中。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置還包括：邊緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)外圍；第二絕緣體，其位于所述邊緣環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述邊緣環(huán)或所述第二絕緣體之中。

進(jìn)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(jìn)一步地，所述第二射頻電源大于13兆赫茲。

進(jìn)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(jìn)一步地，所述第二射頻電源小于13兆赫茲。

進(jìn)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接有第二匹配電路和第二高頻濾波器。

進(jìn)一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連接有第一匹配電路。

進(jìn)一步地，所述下電極還連接有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連接有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。

進(jìn)一步地，第一射頻電源產(chǎn)生的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），第二射頻電源產(chǎn)生的電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第二方面提供了一種等離子體處理裝置，包括：一腔室；位于所述腔室內(nèi)的基座，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位于所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭進(jìn)入所述腔室；設(shè)置于所述基座之中的下電極，并連接有第一射頻電源；聚焦環(huán)，其設(shè)置于所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區(qū)域設(shè)置；移相器，其連接于所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還依次連接有第一匹配網(wǎng)絡(luò)和功率分配器，其中，所述功率分配器連接于所述移相器，所述移相器進(jìn)一步連接所述邊緣電極。

進(jìn)一步地，所述邊緣電極設(shè)置于所述聚焦環(huán)之中，其中，所述聚焦環(huán)由絕緣材料制成。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置還包括一第一絕緣體，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述第一絕緣體之中。

進(jìn)一步地，所述等離子體處理裝置還包括：邊緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)外圍；第二絕緣體，其位于所述邊緣環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述邊緣環(huán)或所述第二絕緣體之中。

進(jìn)一步地，所述第一射頻電源大于13兆赫茲。

進(jìn)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(jìn)一步地，所述第一射頻電源和下電極之間還連接有第一匹配電路。

進(jìn)一步地，所述下電極還連接有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連接有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。

進(jìn)一步地，耦合于所述基片中心區(qū)域的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片邊緣區(qū)域電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第三方面提供了一種用于《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》第一方面或第二方面所述的等離子體處理裝置的調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：在制程過程中，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的相位差，以調(diào)整基片邊緣區(qū)域制程速率。

具體地，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域的射頻能量的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法改善效果

《等離子體處理裝置及調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法》提供的等離子體處理裝置能夠有效地補(bǔ)償邊緣效應(yīng)，并且，避免了由于施加于基片中心區(qū)域和基片邊緣區(qū)域的電壓距離較近產(chǎn)生的電弧放電和打火。

1、一種等離子體處理裝置，包括：一腔室；位于所述腔室內(nèi)的基座，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位于所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭進(jìn)入所述腔室；設(shè)置于所述基座之中的下電極，并連接有第一射頻電源；聚焦環(huán)，其設(shè)置于所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區(qū)域設(shè)置，所述邊緣電極連接有第二射頻電源；移相器，其連接于所述第一射頻電源和第二射頻電源，用于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(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述邊緣電極設(shè)置于所述聚焦環(huán)之中，其中，所述聚焦環(huán)由絕緣材料制成。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置還包括一第一絕緣體，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述第一絕緣體之中。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置還包括：邊緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)外圍；第二絕緣體，其位于所述邊緣環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述邊緣環(huán)或所述第二絕緣體之中。

5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二射頻電源大于13兆赫茲。

7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體處理裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二射頻電源小于13兆赫茲。

9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述第二射頻電源和所述邊緣電極之間還依次連接有第二匹配電路和第二高頻濾波器。

10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一射頻電源和下電極之間還連接有第一匹配電路。

11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述下電極還連接有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連接有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。

12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，第一射頻電源產(chǎn)生的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），第二射頻電源產(chǎn)生的電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

13、一種等離子體處理裝置，包括：一腔室；位于所述腔室內(nèi)的基座，在所述基座的上方設(shè)置有靜電夾盤，在所述靜電夾盤上方放置有基片；位于所述腔室頂部的氣體噴淋頭，其同時也作為上電極，制程氣體通過所述氣體噴淋頭進(jìn)入所述腔室；設(shè)置于所述基座之中的下電極，并連接有第一射頻電源；聚焦環(huán)，其設(shè)置于所述基片周圍；邊緣電極，其靠近所述基片的邊緣區(qū)域設(shè)置；移相器，其連接于所述第一射頻電源，其中，在所述第一射頻電源和所述下電極之間還連接有功率分配器，其中，所述功率分配器連接于所述移相器，所述移相器進(jìn)一步連接所述邊緣電極。

14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述邊緣電極設(shè)置于所述聚焦環(huán)之中，其中，所述聚焦環(huán)由絕緣材料制成。

15、根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置還包括一第一絕緣體，其設(shè)置于所述聚焦環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述第一絕緣體之中。

16、根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置還包括：邊緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)外圍；第二絕緣體，其位于所述邊緣環(huán)下方，其中，所述邊緣電極設(shè)置于所述邊緣環(huán)或所述第二絕緣體之中。

17、根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一射頻電源大于13兆赫茲。

18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一射頻電源和下電極之間還連接有第一匹配電路。

20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述下電極還連接有第三射頻電源，在所述第三射頻電源和所述下電極之間還連接有第三匹配電路，其中，所述第一射頻電源大于13兆赫茲，所述第三射頻電源小于13兆赫茲。

21、根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，耦合于所述基片中心區(qū)域的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片邊緣區(qū)域電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

22、一種用于權(quán)利要求1至21任一項所述的等離子體處理裝置的調(diào)節(jié)基片邊緣區(qū)域制程速率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：在制程過程中，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的相位差，以調(diào)整基片邊緣區(qū)域制程速率。

23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，利用所述移相器選擇性地調(diào)整耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓的Δφ，使得耦合于所述基片中央?yún)^(qū)域的射頻能量的電壓值為V₁＝V₁₀sin（ω_Ht φ），耦合于所述基片邊緣區(qū)域的射頻能量的電壓值為V₂＝V₂₀sin（ω_Ht φ Δφ），且V₁₀>V₂₀。

對于某一時刻的反應(yīng)情況，用平均反應(yīng)速率是反映不出來的，需要用瞬間速率，它是當(dāng)

同一反應(yīng)的瞬時速率，用反應(yīng)物或者產(chǎn)物的任一物質(zhì)的單位時間內(nèi)濃度變化來表示都可以，雖然數(shù)值可能不是相同的，但是它們間有著確定的數(shù)學(xué)關(guān)系。

化學(xué)反應(yīng)速率只能通過實驗測得。

因此，瞬間速率也是平均反應(yīng)速率，其大小也與指定時間以及時間間隔有關(guān)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，開始時反應(yīng)物的濃度較大，單位時間內(nèi)反應(yīng)的進(jìn)行，開始時反應(yīng)物的濃度較大，單位時間反應(yīng)濃度減小得較快，反應(yīng)產(chǎn)物濃度增加也較快，也就是反應(yīng)較快；在反應(yīng)后期，反應(yīng)物的濃度變小，單位時間內(nèi)反應(yīng)物減小得較慢，反應(yīng)產(chǎn)物濃度增加也較慢，也就是反應(yīng)速率較慢。

專利榮譽(yù)

2021年6月24日，《人工濕地污水處理裝置及處理污水的方法》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

典型的電暈放電處理裝置由高壓絕緣電極、反相接地電極(一般為輥子，也稱感應(yīng)輥)和高頻發(fā)生器組成。處理時。高分子材料在電極和感應(yīng)輥之間通過，當(dāng)所施加的電壓達(dá)到空氣的擊穿電壓后，電極間就會放電，生成常壓等離子體。等離子體和高分子表面發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，使羰基、酮、醚、羧基及酯等化學(xué)基團(tuán)以化學(xué)鍵結(jié)合在高分子表面上。從而提高了材料的表面能，并最終改善了材料表面對印刷油墨、油漆、黏合劑及各種其他涂料等的黏合性能。

電暈放電處理使得材料表面黏結(jié)性能提高的原理在于：電暈放電區(qū)形成的低溫等離子雖作為物質(zhì)的整體在宏觀上是電中性的，但電離后產(chǎn)生的帶負(fù)電荷的自由電子、帶正電荷的離子，以及原子在電離和復(fù)合中產(chǎn)生的光子具有較高的能量，電子能量可達(dá)2～10ev，光子能量可達(dá)2～4eV。這么高的能量(溫度)是其他化學(xué)方法所不能提供的。另一方面，構(gòu)成塑料等的有機(jī)化合物的許多鍵能一般為幾個eV。其結(jié)合能的大小與電暈放電等離子體中電子、離子、光子的能量相接近。因此，當(dāng)這些粒子與材料表面作用時，可以輕易地把分子鏈打開，使它們成為自由基，進(jìn)而生成有活性的基團(tuán)，如一OH、一C=O和一COOH等，加速了表面的活化，同時使表面結(jié)構(gòu)緊密大分子變成較小的分子。這種活化后的表面潤濕性能大大改善，更易于與其他材料結(jié)合，所以可大大提高印刷油墨的附著強(qiáng)序。