等离子体处理设备的制作方法

本发明构思涉及一种等离子体处理设备。

背景技术：

目前，半导体装置等的制造通常包括使用等离子体对基底(例如，晶圆)进行蚀刻，以在基底中形成特征。例如，近来已经采用这种等离子体蚀刻以形成其中可以提供高的高宽比接触(harc)的开口，高的高宽比指高度与宽度的相对大的比。为了对基底进行蚀刻，需要增加等离子体控制，以形成高的高宽比接触(harc)等所需要的开口。特别地，等离子体的离子能和等离子体的蚀刻速率应是大的。为了这些目的，已经考虑了在等离子体处理设备中降低偏置频率并增大rf射频功率。

然而，随着期望的高宽比变得较大，由于负载效应增加，降低频率并增大rf功率的效果减慢。

为了解决该问题，可以脉冲调制rf功率以试图实现充电缓解动作。结果，已经在一定程度上改善负载效应、蚀刻速率和开口的轮廓。然而，由于rf功率的增加，充电效应根据偏置电压的增加而增强。因此，该方法会限于其可以提供有效且精确形成特征(诸如由当前设计规则指定的高的高宽比开口)所需的控制等离子体的程度。

还可以通过控制鞘层来确定蚀刻速率。鞘层指等离子体与晶圆之间的空间，并且可以通过控制鞘层来确定等离子体的入射角。可以根据等离子体的入射角确定蚀刻方向和蚀刻速率。

存在两种主要的用于控制鞘层的方法。首先，存在通过在等离子体产生阶段控制等离子体形状来控制鞘层的方法，其次，存在通过调整电场强度来控制鞘层的方法。

技术实现要素：

根据本发明构思的一些方面，提供了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：卡盘台，具有专用于支撑位于卡盘台上的基底的上表面，并包括下电极；上电极，设置在卡盘台上；ac电源，被配置为产生彼此不同的各个频率的第一信号、第二信号和第三信号，并且可操作地连接到上电极或下电极；介电环，在卡盘台周围延伸；边缘电极，设置在介电环内；以及谐振电路，连接到边缘电极。谐振电路包括：滤波器电路，允许第一信号、第二信号和第三信号之中的仅第三信号从滤波器电路通过；以及串联谐振电路，与滤波器电路串联连接，并具有线圈以及与线圈串联连接的接地的可变电容器。

根据本发明构思的一些方面，也提供了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：处理腔室；基底支撑件，设置在处理腔室的内部，基底支撑件具有专用于支撑位于基底支撑件上的基底的上表面；与基底支撑件成一体的下电极；上电极，设置在处理腔室的位于基底支撑件的上表面上方的上部分中，并与下电极构成等离子体源；ac电源，连接到所述下电极和所述上电极中的一者，并被配置为产生处于多个不同频率的信号；边缘环结构，环绕基底支撑件的上表面；介电环，其上设置有边缘环结构；边缘电极，设置在介电环内，且介电环置于边缘电极与边缘环结构之间；以及谐振电路，设置在处理腔室外部并电连接到边缘电极。谐振电路包括：滤波器电路，选择性地允许所述多个不同频率中的一个频率的信号在谐振电路中传输；以及串联谐振电路，与滤波器电路串联连接，并且具有线圈以及与线圈串联连接的接地的可变电容器。

根据本发明构思的一些方面，也提供了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：卡盘台，具有专用于支撑位于卡盘台上的基底的上表面，并包括下电极；气体供给器，朝向卡盘台供应气体，气体供给器包括设置在卡盘台的上表面上方并与下电极构成等离子体源的上电极；ac电源，被配置为产生彼此不同的各个频率的第一信号、第二信号和第三信号，并且可操作地连接到上电极或下电极；介电环，在卡盘台的下部分周围延伸；边缘环结构，设置在介电环上，并在卡盘台的上部分周围延伸；边缘电极，位于介电环内；以及谐振电路，电连接到边缘电极。谐振电路包括：滤波器电路，选择性地允许第一信号、第二信号和第三信号之中的仅第三信号通过；以及串联谐振电路，与滤波器电路串联连接，并且具有第一线圈以及与第一线圈串联连接的接地的第一可变电容器。

根据本发明构思的一些方面，也提供了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：卡盘台，具有专用于支撑位于卡盘台上的基底的上表面；下电极，设置在卡盘台的下方；上电极，设置在卡盘台的上方；ac电源，被配置为产生彼此不同的各个频率的第一信号、第二信号和第三信号，并且可操作地连接到上电极或下电极；介电环，在卡盘台周围延伸；边缘电极，位于介电环内部；谐振电路，连接到边缘电极，并被配置为选择性地允许第一信号、第二信号和第三信号之中的仅第三信号通过；以及冷却管线，包含热结合到介电环和边缘电极的制冷剂。

附图说明

通过以下参照附图对本发明构思的示例的详细描述，本发明构思的以上和其它方面和特征将变得更明显，在附图中：

图1是根据本发明构思的等离子体处理设备的示例的示意图；

图2是示出图1的等离子体处理设备中的部分a中的等离子体的入射方向的概念图；

图3是图1的等离子体处理设备的介电环和边缘电极的平面图；

图4是图1的等离子体处理设备的卡盘台的平面图；

图5是图1的等离子体处理设备的谐振电路的详细框图；

图6是图5的滤波器电路的等效电路图；

图7是图5的串联谐振电路的等效电路图；

图8是根据本发明构思的示例的等离子体处理设备上的晶圆的蚀刻方向与位置以及取决于第三电容器的电容的大小的变化的依赖性的曲线图；

图9是根据本发明构思的等离子体处理设备的滤波器电路的等效电路图；

图10是根据本发明构思的等离子体处理设备的又一示例的示意图；

图11是图10的部分b的放大图；

图12是图10的部分b的另一形式的放大图；

图13是图10的部分b的又一形式的放大图；

图14是根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例的示意图；

图15是根据本发明构思的等离子体处理设备的又一示例的示意图；

图16是图15的等离子体处理设备的介电环和边缘电极的平面图；

图17是根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例的示意图；

图18是图17的等离子体处理设备的rf板和冷却单元的平面图；

图19是根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例的示意图；

图20是根据本发明构思的等离子体处理设备的又一示例的示意图；

图21是用于详细说明图20的rf板和冷却单元的平面图；

图22是用于说明根据本发明构思的一些实施例的等离子体处理设备的概念图；

图23是图22的等离子体处理设备的rf板和冷却单元的平面图；

图24是根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例的示意图；以及

图25是根据本发明构思的等离子体处理设备的又一示例的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据本发明构思的等离子体处理设备的示例。在附图中，同样的或相似的附图标记表示等离子体处理设备的同样的或相似的元件和特征。可以通过在同样的附图标记之后使用参考字母来区分相似的元件或特征的不同形式。

将参照图1至图8描述根据本发明构思的等离子体处理设备的一个示例。

参照图1，等离子体处理设备包括腔室500、基体50、卡盘台(例如，静电卡盘(esc))250、气体供给器(例如，喷头)100、ac电源400、匹配器410、介电环220、边缘环结构(也可以被称为包括第一边缘环210和第二边缘环240的聚焦环)、外壁230、边缘电极225和谐振电路300。

腔室500可以用作容纳其它组件的壳体。为此，腔室500包括(例如，界定)腔540。卡盘台250、气体供给器100和介电环220可以设置在腔540中。

腔室500可以限定(与大气)隔离的处理空间，在隔离的处理空间中对晶圆w执行等离子体处理。当腔室500与外部隔离时，可以调整等离子体处理的工艺条件。具体地，腔室内部的诸如温度或压力的工艺条件可以被调整为与腔室外部的诸如温度或压力的工艺条件不同。

腔室500可以包括腔室底部520、腔室侧壁510、腔室顶板530等。腔540可以由腔室底部520、腔室侧壁510和腔室顶板530限定。也就是说，腔540可以被腔室底部520、腔室侧壁510和腔室顶板530围绕。

腔室底部520可以包括腔室500的底表面。腔室底部520可以支撑位于腔室500内部的卡盘台250等。腔室底部520可以包括排放口610。排放口610可以是通过其排出腔室内部用于等离子体的气体的孔。

腔室侧壁510可以包括腔室500的侧表面。腔室侧壁510可以在从第三方向z观看时具有各种形状，例如，可以具有各种剖面形状。例如，腔室侧壁510可以是圆形、椭圆形、正方形或其它多边形。然而，腔室侧壁510的剖面形状不限于此，而是可以是任何形状，只要其能够使腔540与外部环境隔离。

腔室侧壁510可以包括开口550。开口550可以是通过其晶圆w可以进出的端口。也就是说，晶圆w通过开口550从外部移动到腔室500的内部，并且在等离子体处理完成之后通过开口550移动到腔室500的外部，从而可以执行后续工艺。

虽然图1中仅示出了一个开口550，但本发明构思不限于此。也就是说，在本发明构思的一些示例中，可以存在多个开口550。在这种情况下，可以根据工艺的顺序和装置的位置自由地选择用于晶圆w的进出的开口550。

当用于排出用于等离子体的气体的排放口610打开，且真空模块630操作时，可以关闭开口550。这是因为，为了排出用于等离子体的气体，应关闭除了排出口610之外的所有通道。

基体50可以固定在腔室500的腔室底部520上。基体50可以支撑卡盘台250。等离子体处理设备可以包括卡盘台250而没有基体50。也就是说，基体50不是必要的组件。

卡盘台250支撑晶圆w。卡盘台250可以固定到基体50。卡盘台250可以具有但不限于专用于支撑晶圆w(尤其是当晶圆w通常是圆形时)的圆形平面上(支撑)表面。然而，卡盘台250的上表面的形状可以取决于晶圆w的形状并且可以与晶圆w的形状对应，或者可以取决于其它因素。

卡盘台250可以在第一方向x、第二方向y和第三方向z中的至少一个方向上可移动。因此，卡盘台250可以调整晶圆w的处理位置。也就是说，卡盘台250可以沿三个正交轴独立地可移动，以调整晶圆w的相对于处理空间的位置。为此，一个或更多个驱动机构(未示出，但是是众所周知的)可以连接到卡盘台250，诸如，用于升高和降低卡盘台250的升降机构和/或用于在x方向和y方向上独立地平移卡盘台的马达。

气体供给器100可以固定到腔室500的腔室顶板530。气体供给器100可以位于卡盘台250上方。气体供给器100可以朝向位于卡盘台250的上表面上的晶圆w的上表面供应气体。

等离子体处理可以包括使用从源气体产生的等离子体对晶圆w的上表面进行干蚀刻。用于产生等离子体的气体可以通过气体供给器100供应到腔室500的内部。

气体供应管线110可以连接到气体供给器100。气体供应管线110连接到腔室顶板530，并且可以从外部连接到气体供给器100。气体供应管线110可以从外部连接到气体源120，并且可以将用于产生等离子体的源气体供应到腔室500的内部。气体供应管线110的位置可以根据腔室500的结构和位置以及气体源120的位置而变化。

气体源120存储用于产生等离子体的气体，因此可以在等离子体处理时将用于等离子体的气体提供到腔室500。在附图中，气体源120被示出为从腔室500的外部通过气体供应管线110供应气体。然而，在根据本发明构思的等离子体处理设备中，气体源120可以直接附着到腔室500。

气体供给器100可以具有多个喷嘴，以将用于产生等离子体的气体供应到腔室500的内部。然而，发明构思不限于此。

气体供给器100可以包括用于等离子体处理的气体歧管(主体)等以及与歧管成一体的上电极。可选地，气体供给器100可以直接用作上电极。在不论哪种情况下，气体供给器100可以被认为包括上电极。用于等离子体处理的下电极可以与由卡盘台250和基体50构成的主体是一体的，并且该主体具有专用于支撑将要使用等离子体进行蚀刻的基底(例如，晶圆)的上表面。或者，基体50和具有专用于支撑基底的上表面的卡盘台250可以直接用作下电极(在基体可以被认为是卡盘台250的一部分的情况下)。也就是说，在不论哪种情况下，卡盘台250可以被认为包括下电极。上电极和下电极可以彼此面对并且构成用于在腔室500中形成等离子体的电容式等离子体源。

卡盘台250和基体50可以连接到匹配器410和ac电源400。气体供给器100可以通过第二线535接地。可选地，ac电源400可以连接到等离子体源的上电极。

ac电源400可以为等离子体处理提供偏置电压和rf信号。由此，可以在腔室500中产生等离子体，并且可以通过由偏置电压形成的电场将等离子体引向晶圆w的上表面。因为等离子体包含电离粒子，所以可以通过形成电场在期望的方向(即，在该示例中的竖直方向)上引导等离子体。

具体地，ac电源400可以产生具有三种不同频率的信号，并将所述信号传输到基体50和卡盘台250。也就是说，ac电源400可以将具有第一频率f1的第一信号至具有第三频率f3的第三信号传输到基体50和卡盘台250。此时，第一频率f1可以大于第二频率f2，并且第二频率f2可以大于第三频率f3。也就是说，第三频率f3可以小于第一频率f1和第二频率f2。

此时，第一频率f1可以大于10mhz且小于200mhz，并且第二频率f2可以大于1mhz且小于10mhz。第三频率f3可以大于0且小于1mhz。然而，本发明构思不限于这些示例。

第一频率f1的第一信号和第二频率f2的第二信号可以是用于通过激发由气体供给器100供应的等离子体源气体而形成等离子体的信号。相反地，第三频率f3的第三信号可以用于执行实际的等离子体处理，并且等离子体可以根据第三频率f3的第三信号在竖直方向上对晶圆w的上表面执行蚀刻。

匹配器410可以连接到ac电源400。匹配器410可以位于ac电源400与基体50之间。匹配器410可以利用多个电容器选择性地将第一频率f1至第三频率f3传输到基体50，即，可以在传输任何一个信号的同时阻挡其余信号。例如，为了将第一频率f1的第一信号传输到基体50，匹配器410阻挡第二频率f2的第二信号和第三频率f3的第三信号，从而仅使第一频率f1的第一信号通过。

排放口610可以位于腔室500的一侧上。在附图中，排放口610形成在腔室500的腔室底部520中，但不限于此。排放口610可以形成在腔室500的腔室底部520、腔室侧壁510或腔室顶板530中。

排放口610可以是孔，当等离子体处理完成时，用于等离子体的气体通过该孔排出。当用于等离子体的气体通过排放口610排出时，可以关闭通过其晶圆w进出的开口550。

排放口610可以连接到进气口620。进气口620可以是经其通过排放口610排出的用于等离子体的气体运动到真空模块630的通道。进气口620可以连接到真空模块630。在根据本发明构思的等离子体处理设备中，省略进气口620，并且真空模块630和排放口610可以彼此接触。

真空模块630可以抽出腔室500中用于等离子体的气体。真空模块630可以向密封的腔室500的内部提供真空压力，以去除腔室500中用于等离子体的气体。一旦真空模块630已经使用于所有等离子体的气体排空，可以关闭排放口610以使进气口620与腔室500隔离。

介电环220可以位于卡盘台250的侧表面上。介电环220可以围绕卡盘台250的侧表面。介电环220可以围绕卡盘台250的下部分250b。围绕卡盘台250的上部分250a的第一边缘环210和第二边缘环240可以位于介电环220上。

第一边缘环210还可以与晶圆w的侧表面相邻。第一边缘环210可以包括电介质或导体。第一边缘环210可以被设置为防止晶圆w脱离，并且调整电势以确定等离子体入射的位置。

第二边缘环240可以围绕第一边缘环210的外边缘。像第一边缘环210一样，第二边缘环240可以围绕卡盘台250的上部分250a。也就是说，卡盘台250的上部分250a、第一边缘环210和第二边缘环240可以在径向向外的方向上以所述顺序来顺序地布置。第二边缘环240也可以包括电介质或导体。

第二边缘环240可以具有但不限于与第一边缘环210的材料相同的材料。在根据本发明构思的等离子体处理设备中，第一边缘环210和第二边缘环240可以具有不同的材料。

例如，第一边缘环210和第二边缘环240均可以具有诸如铝的导体。可选地，第一边缘环210和第二边缘环240可以均包括si、sio2、sic、al2o3、zro2、pete(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、peek(聚醚醚酮)和aln中的至少一种。然而，本发明构思不限于这些示例。

外壁230可以围绕卡盘台250、基体50、介电环220、第一边缘环210和第二边缘环240。外壁230使卡盘台250、基体50、介电环220、第一边缘环210和第二边缘环240与外部隔离。

第二边缘环240可以覆盖外壁230的顶部。外壁230围绕介电环220的外表面，并且外壁230的上表面可以被第二边缘环240覆盖。

然而，外壁230的构造不限于上面所描述的构造。根据本发明构思的等离子体处理设备可以包括任何构造和布置的外壁230，只要外壁230包含所有相关的内部组件并使它们与外部隔离。

将参照图2来解释图1中示出的等离子体处理设备的部分a中的等离子体的入射方向。具体地，将描述等离子体在晶圆w的边缘部分上的入射角。

基本地，等离子体p垂直入射在晶圆w的上表面上。这是因为在晶圆w上形成的电势是平坦的。这里，等势面可以表示为图2中的e1、e2和e3。

这些电势可以在晶圆w的中心部分处保持平坦，但是在晶圆w的边缘部分处会不是平坦的。也就是说，电势可以根据第一边缘环210和第二边缘环240的形状、厚度、材料等而弯曲。为此，当如同由e1表示的，电势形成在边缘部分处的相对高的位置处时，等离子体p(的离子)传播的方向由于电势增加而朝向晶圆的外部倾斜，如①所示。

如果如同由e2表示的，电势在晶圆w的边缘部分处保持平坦，则等离子体p可以沿与晶圆w的上表面垂直的方向入射在晶圆w的上表面上，如②所示。

相反地，对于在晶圆w的边缘部分处的相对低的位置处的电势(如同由e3表示的)，使得等离子体p在向内朝向晶圆w3倾斜的方向上传播，如③所示。

在重复执行等离子体处理时会磨损第一边缘环210和第二边缘环240，从而减小环的厚度并且另外使环变形。结果，等离子体p的入射角可以以①、②到③的顺序逐渐改变。

当等离子体p的入射角增大时，晶圆w的蚀刻速率的变化根据晶圆w的上表面的位置而变得不均匀。因此，会降低晶圆上形成的半导体装置的可靠性和性能。

由于这样的变形，需要在现有的等离子体处理设备中使用新的第一边缘环210和第二边缘环240周期性地更换第一边缘环210和第二边缘环240。此外，为了延长第一边缘环210和第二边缘环240的预期寿命，基础电势与如同由图中的e1而不是e2表示的电势相匹配，使得等离子体p的传播方向向外倾斜。然而，一旦等离子体p的传播方向如③所示在从晶圆w的边缘部分朝向中心的方向上倾斜，并且等离子体p的入射角达到阈值，则更换第一边缘环210和第二边缘环240。

随着重复执行等离子体处理，等离子体p的在晶圆w的边缘部分处的入射角连续但微小地变化。因此，该工艺的可靠性会变化，并且使用等离子体处理生产的半导体装置的一致性低。

相反地，根据本发明构思的等离子体处理设备包括能够实时调整边缘区域的电势的边缘电极225。因此，即使在若干次执行等离子体处理的过程中，也能够保持等离子体p的在晶圆w的边缘部分处的入射角一致。

参照图4，卡盘台250包括上部分250a(基底支撑件)和下部分250b。上部分250a可以具有拥有第一半径r1的圆形的剖面，并且包括与在处理期间支撑基底(例如，晶圆)的形状相同的形状(圆形)的上表面。下部分250b连接到上部分250a的底部，并且可以具有拥有第二半径r2的圆形的剖面，第二半径r2大于第一半径r1。也就是说，卡盘台250可以具有其中上部分250a从下部分250b向上突出的形状。

在附图中，卡盘台250的上部分250a和下部分250b二者具有圆形的剖面，但不限于此。卡盘台250的形状不受限制，只要下部分250b具有包括上部分250a的更大区域。也就是说，卡盘台250可以具有任何形状，只要上部分250a从下部分250b的上表面突出。

参照图1至图4，介电环220可以位于第一边缘环210和第二边缘环240下面。介电环220可以在基体50上围绕卡盘台250的下部分250b。介电环220的下部可以与基体50的上表面接触。介电环220可以包括si、sio2、sic、al2o3、zro2、pete、peek和aln中的至少一种。然而，本发明构思不限于用于介电环220的介电材料的这些示例。

包括导体的边缘电极225可以位于介电环220中。例如，介电环220可以覆盖边缘电极225的上表面以及径向的内周表面和外周表面。

边缘电极225和介电环220可以围绕卡盘台250的侧表面。边缘电极225可以与卡盘台250间隔开。特别地，边缘电极225可以通过介电环220的一部分与卡盘台250间隔开。

然而，边缘电极225可以结合到卡盘台250和基体500的下电极，以调整晶圆的边缘区域的电势。将在下面对此进行更详细地解释。

谐振电路300可以电连接到边缘电极225。谐振电路300可以通过控制线310电连接到边缘电极225。控制线310可以穿过基体50和腔室500使边缘电极225与谐振电路300连接。

谐振电路300可以位于腔室500外部。谐振电路300可以连接到边缘电极225，以调整晶圆w的边缘区域的电势。

图5是谐振电路300的框图。

参照图5，谐振电路300可以包括第一滤波器电路320和串联谐振电路330。

第一滤波器电路320可以连接到控制线310。第一滤波器电路320可以使第一频率f1的第一信号、第二频率f2的第二信号和第三频率f3的第三信号之中的仅第三频率f3的第三信号通过。结果，仅第三频率f3的第三信号可以输入到串联谐振电路330。

串联谐振电路330可以接收第三频率f3的第三信号。串联谐振电路330可以与第一滤波器电路320串联连接。串联谐振电路330可以接地。

图6是第一滤波器电路320的等效电路图。

参照图6，第一滤波器电路320可以包括：第一并联谐振电路，包括第一电容器c1和第一线圈l1(即，第一“电感器”)；以及第二并联谐振电路，包括第二电容器c2和第二线圈l2。第一并联谐振电路和第二并联谐振电路可以彼此串联连接。

第一并联谐振电路可以是第一电容器c1和第一线圈l1彼此并联连接的电路。第一并联谐振电路可以是滤除第一频率f1的第一信号的电路。

第二并联谐振电路可以是第二电容器c2和第二线圈l2彼此并联连接的电路。第二并联谐振电路可以是滤除第二频率f2的第二信号的电路。

第一滤波器电路320可以是带阻滤波器或陷波滤波器，其允许第三频率f3的第三信号通过并选择性地阻挡第一频率f1的第一信号和第二频率f2的第二信号。这防止谐振电路300以用于产生等离子体的第一频率f1的第一信号和第二频率f2的第二信号进行操作，而使谐振电路300仅以等离子体入射到晶圆w上用于蚀刻的第三频率f3的第三信号进行操作。

图7是串联谐振电路330的等效电路图。

参照图1和图7，串联谐振电路330可以包括第三线圈l3和第三电容器c3。第三线圈l3和第三电容器c3可以彼此串联连接。第三线圈l3和第三电容器c3可以接地。也就是说，谐振电路300的内部可以不存在单独的ac电源。

串联谐振电路330可以接收第三频率f3的第三信号。因此，通过提供使第三线圈l3和第三电容器c3匹配的阻抗，可以控制晶圆w的边缘区域的电势。

第三电容器c3是可变电容器并且可以由控制器360来控制。控制器360可以通过控制第三电容器c3的电容值来调整晶圆w的边缘区域的电势。

图8是示出根据本发明构思的等离子体处理设备中的晶圆的蚀刻方向与位置以及第三电容器的大小之间的依赖性的曲线图。

参照图1至图8，晶圆w可以被认为具有中心区域c、中间区域m和边缘区域e。中心区域c指靠近圆形晶圆w的中心的区域。边缘区域e指晶圆w的包括晶圆的外周边缘的区域。中间区域m指位于中心区域c与边缘区域e之间的区域。

第一角θ1表示等离子体的如参照图2所描述的入射角。特别地，正的第一角θ1可以意味着等离子体(传播方向)在晶圆w的向外方向上(即，在如由图2中的①示出的方向上)倾斜。负的第一角θ1意味着等离子体在晶圆w的向内方向上(即，在如由③示出的方向上)倾斜。当第一角θ1为0时，等离子体在与晶圆w的上表面垂直的方向上(即，在由②示出的方向上)传播。

第一角θ1在中心区域c和中间区域m中为零，然后可以在边缘区域e中变为大于或小于0。这意味着在晶圆w的中心区域c和中间区域m中电势保持为平行于晶圆w的上表面。然而，电势在边缘区域e中会由于各种原因而倾斜，并且第一角θ1在边缘区域e中会是正的或负的。

当串联谐振电路330的第三电容器c3的电容的大小减小时，第一角θ1可以从正的减小到零。也就是说，等离子体在图2中从①到②变成垂直变化方向。

相反地，当串联谐振电路330的第三电容器c3的大小增大时，第一角θ1从负的增大到零。也就是说，等离子体在图2中从③到②变成垂直变化方向。

如上所述，控制器360可以控制第三电容器c3的电容的大小。因此，当第一角θ1为正的时，可以通过减小第三电容器c3的大小来将等离子体控制为在边缘区域e处竖直地(与晶圆w的上表面垂直)传播。类似地，当第一角θ1为负的时，可以通过增大第三电容器c3的大小来将等离子体控制为在边缘区域e处竖直地传播。

根据发明构思的等离子体处理设备可以通过在介电环220内部提供边缘电极225来控制晶圆w的边缘区域e的电势。结果，在晶圆w的边缘区域e处的等离子体可以被控制为在边缘区域e处与上表面垂直，因此，晶圆的蚀刻速率可以遍布整个晶圆w而是均匀的。

在下文中，将参照图9描述根据本发明构思的等离子体处理设备的滤波器电路的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图9，根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例包括滤波器电路321。

滤波器电路321的第二并联谐振电路可以包括电容器c4和第二线圈l2。该示例中的电容器c4是可变电容器。可以通过控制器360来控制电容器c4的电容的大小。当控制电容器c4的电容的大小时，可以控制滤波器电路321的滤波信号。

滤波器电路321用于阻挡第一频率f1的第一信号和第二频率f2的第二信号，但使第三频率f3的第三信号通过。以这种方式，当用另一频率替换ac电源400的第二频率f2的第二信号的频率时，可以通过控制器360来调整电容器c4的电容，而不需要替换滤波器电路321的电容器c4。因此，采用根据本发明构思的滤波器电路321的等离子体处理设备可以容易地应对第二信号(第二频率f2的第二信号)的频率的任何变化。

在下文中，将参照图10和图11描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图10和图11，等离子体处理设备还包括导热垫(pad，也可以称为“焊盘”或“焊垫”)260。

导热垫260可以位于介电环220与第一边缘环210和第二边缘环240之间。具体地，导热垫260可以位于介电环220上，并且可以位于第一边缘环210和第二边缘环240下方。导热垫260可以与第一边缘环210、第二边缘环240和介电环220接触。导热垫260可以用于排出第一边缘环210和第二边缘环240的热量。

具体地，导热垫260可以接收第一边缘环210和第二边缘环240的热量，并且可以将热量传递到介电环220。介电环220可以将热量传递到卡盘台250。也就是说，卡盘台250可以用作第一边缘环210和第二边缘环240的散热器。热路径pth可以从第一边缘环210和第二边缘环240开始经由导热垫260和介电环220通向卡盘台250。

在等离子体处理期间，第一边缘环210和第二边缘环240可以具有不同的温度。这些不同的温度可以归功于第一边缘环210和第二边缘环240的材料、形状、位置等。

也就是说，例如，在第一边缘环210包括si且第二边缘环240包括sio2的情况下，导热系数彼此大不同，因此，第一边缘环210和第二边缘环240可以具有不同的温度。或者，即使第一边缘环210和第二边缘环240具有相同的材料，由于第一边缘环210和第二边缘环240的形状和布置彼此不同，所以它们也可以具有不同的温度。

在这种情况下，因为蚀刻剂的反应性根据温度而变化，所以晶圆w的边缘区域e的蚀刻速率会在与第一边缘环210和第二边缘环240相邻的部分之间变化。在这种情况下，会显著降低晶圆w的边缘区域e中的半导体元件的可靠性。

导热垫260可以包括第一部分260a和第二部分260b。第一部分260a可以与第一边缘环210接触。第二部分260b可以与第二边缘环240接触。第一部分260a和第二部分260b可以分别排出不同的热量，以均衡在第一边缘环210处的温度和在第二边缘环240处的温度。

为此，第一部分260a的宽度w1可以小于第二部分260b的宽度w2。然而，本发明构思不限于这些示例。如果从第二边缘环240排出的热量较少，则宽度w2可以小于宽度w1。也就是说，宽度w1和宽度w2可以被设定为减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差。

由于宽度w1和宽度w2不同，所以第一部分260a和第二部分260b的面积比也可以不同。也就是说，第一边缘环210和第一部分260a彼此接触的区域与第二边缘环240和第二部分260b彼此接触的区域之间的比率可以彼此不同。

该示例中的第一部分260a和第二部分260b具有彼此相同的材料。第一部分260a和第二部分260b可以分别包括金属，但不限于此。

在该示例中，因为第一部分260a和第二部分260b排出彼此不同的热量，所以第一边缘环210和第二边缘环240的温度是相似的。因此可以使晶圆w的边缘区域e的蚀刻速率均匀。因此，可以改善晶圆w的边缘区域e中的半导体元件的性能和可靠性。

在下文中，将参照图12描述根据本发明构思的等离子体处理设备的导热垫的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图12，导热垫261的第一部分261a和第二部分261b具有彼此不同的材料。因此，第一部分261a和第二部分261b的导热系数彼此不同。

如果第二边缘环240的温度高于第一边缘环210的温度，则第二部分261b的导热系数(即，热阻)可以高于第一部分261a的导热系数。当然，可以考虑第一宽度w1和第二宽度w2的影响对此进行定义。

也就是说，在本示例中，可以考虑到第一部分261a和第二部分261b的面积比以及热阻，减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差。也就是说，由于环的材料不同，导热垫261可以以不同的速率从第一边缘环210和第二边缘环240排出热量。结果，减小或消除了第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差，并且可以使晶圆w的边缘区域e的蚀刻速率可以变均匀。

由此，可以极大地改善在晶圆w的边缘区域e中的半导体元件的性能和可靠性。

在下文中，将参照图13描述根据本发明构思的等离子体处理设备的导热垫的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图13，等离子体处理设备的导热垫262的第一部分262a和第二部分262b具有彼此不同的厚度。

具体地，第一部分262a可以具有厚度t1，第二部分262b可以具有比厚度t1大的厚度t2。然而，本发明构思不限于该示例。相反地，第二部分262b的厚度t2可以小于第一部分262a的厚度t1。

在任何情况下，可以规定第一部分262a和第二部分262b(宽度w1、宽度w2、厚度t1和厚度t2)以减小第一边缘环210的温度与第二边缘环240的温度之间的差。也就是说，通过控制第一部分262a和第二部分262b的面积比和厚度，可以减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差。结果，第一边缘环210与第二边缘环240之间的处理温度的差减小或消除，并且可以使晶圆w的边缘区域e的蚀刻速率变均匀。

在下文中，将参照图14描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图14，第一边缘环210和第二边缘环240具有彼此相同的材料。当然，因为第一边缘环210与第二边缘环240之间的形状还存在差异，并且第一边缘环210和第二边缘环240的布置位置也不同，所以它们各自的温度会不相同。然而，因为在该示例中第一边缘环210和第二边缘环240由相同的材料制成，所以第一边缘环210和第二边缘环240可以具有彼此相似的温度。

在这种情况下，导热垫260也可以更有效地且精确地减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差。因此，晶圆w的边缘区域e的蚀刻速率变得均匀，并且还可以改善在晶圆w的边缘区域e处形成的半导体元件的性能。

虽然未示出，但根据本发明构思的等离子体处理设备的导热垫260的第一部分260a和第二部分260b可以具有不同的材料，并且具有不同的面积比和厚度。可选地，在根据本发明构思的等离子体处理设备的导热垫260的第一部分260a和第二部分260b中，第一部分260a和第二部分260b的材料、面积比和厚度中的任何一个特性可以不同，而其它特性可以相同。也就是说，第一部分260a和第二部分260b的用于减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的温差的控制特性不受限制。

在下文中，将参照图15和图16描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图15和图16，卡盘台250可以包括导热电极250c。具体地，卡盘台250可以包括上部分250a、下部分250b和导热电极250c。导热电极250c可以附着到卡盘台250的下部分250b的下表面。导热电极250c可以包括金属。

导热电极250c可以用作通过其外部热量传递到作为散热器的卡盘台250的通道。

介电环220可以具有侧介电环部分220a和下介电环部分220b。侧介电环部分220a可以围绕卡盘台250的侧表面。侧介电环部分220a可以与卡盘台250的侧表面接触。

侧介电环部分220a可以围绕边缘电极225。也就是说，边缘电极225的外围可以被侧介电环部分220a阻挡。特别地，卡盘台250与侧介电环部分220a接触，但是卡盘台250可以与边缘电极225分离。

下介电环部分220b可以与卡盘台250的下表面接触。此外，下介电环部分220b可以与基体50的上表面接触。下介电环部分220b从侧介电环部分220a朝向卡盘台250突出。下介电环220b的上表面可以位于比侧介电环220a的上表面的水平低的水平处。因此，可以在侧介电环部分220a的上表面与下介电环部分220b之间形成台阶。

从第一边缘环210和第二边缘环240排出热量的热路径pth从第一边缘环210和第二边缘环240开始穿过导热垫260、侧介电环部分220a和下介电环部分220b，并且可以经由卡盘台250的导热电极250c通向卡盘台250。

根据本示例的等离子体处理设备可以利用包括导热电极250c的卡盘台250更有效地执行热量排放。这使得能够更容易地减小第一边缘环210与第二边缘环240之间的处理温差。

如果第一边缘环210和第二边缘环240的处理温度相同或相似，则晶圆w上的蚀刻速率变得均匀，并且可以显著改善半导体装置的性能和可靠性。

在下文中，将参照图17和图18描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图17和图18，等离子体处理设备可以包括rf板60、基体结构51、支撑环235、介电环221、边缘电极226、冷却单元61、制冷剂62和冷却导热垫63。

rf板60可以位于卡盘台250下方。rf板60可以包括例如al，但本发明构思不限于具有al的rf板。rf板60可以是用于等离子体固定的下电极。也就是说，用于等离子体处理的电压可以分别施加到作为下电极的rf板60和作为上电极的气体供给器100。rf板60可以连接到匹配器410和ac电源400。

rf板60可以防止由于位于rf板60下方的导体的存在而形成不均匀的电场。也就是说，晶圆w上的电场可以通过rf板60而均匀地形成。

基体结构51可以支撑rf板60、介电环221、边缘电极226和外壁230。基体结构51可以包括第一孔52和第二孔53。第一孔52可以是通过其使连接到边缘电极226的控制线310穿过的孔。第二孔53可以是通过其使rf板60与匹配器410和ac电源400彼此连接的孔。第一孔52可以是围绕第二孔53的环形开口。

支撑环235可以位于第一边缘环210的部分与第二边缘环240的部分之间。第一边缘环210、支撑环235和第二边缘环240可以是如附图中示出的分开的部件，但是它们可以替代地为一体的或者可以共同由其它形式的分开的部件构成。

介电环221围绕卡盘台250的侧表面，并且与卡盘台250的下部分接触。具体地，介电环221可以围绕卡盘台250的下部分250b。第一边缘环210、支撑环235和第二边缘环240可以位于介电环221上。根据第一边缘环210和支撑环235的下表面的形状和相对位置，可以在介电环221的上表面上形成台阶。

介电环221由电介质形成，并且可以围绕边缘电极226(除了边缘电极226的下表面之外)。边缘电极226的下表面可以由基体结构51支撑并且被第一孔52暴露。也就是说，边缘电极226可以位于介电环221内部。边缘电极226包括导体。

边缘电极226可以结合到rf板60的下电极和卡盘台250，以调整晶圆的边缘区域的电势。边缘电极226可以连接到谐振电路300。

冷却单元61包括位于rf板60内部的冷却管线。冷却单元61的冷却管线在rf板60中提供通道(例如，大致圆形的通道)。冷却单元61的冷却管线可以包括入口i1和出口o1。冷却单元61可以包括填充冷却管线的制冷剂(冷却剂)62。

制冷剂62可以是液态的。制冷剂62是例如乙二醇，但本发明构思不限于此。

制冷剂62通过冷却单元61的泵系统(未示出)的泵经由入口i1注入到rf板60中，沿冷却单元61移动，然后通过出口o1从rf板60排出。虽然在附图中示出的示例中入口i1和出口o1彼此间隔开，但在根据本发明构思的等离子体处理设备的示例中，连接到冷却单元61的泵的一个开口可以针对制冷剂用作rf板60的入口和出口，并且适当地控制泵的定时/操作，以通过单一开口的方式推动制冷剂61进入rf板60中并从rf板60抽出制冷剂61。

冷却导热垫63可以位于rf板60中。具体地，冷却导热垫63可以位于介电环221与冷却单元61之间。冷却导热垫63可以在冷却单元61与介电环221之间传递热量。

本示例的边缘电极226利用高偏置功率来改变电场，并且在这种情况下可以调整等离子体的离子或自由基的入射角。

在操作期间，大量的离子和自由基会与第一边缘环210碰撞，并且第一边缘环210的温度会相应地增加。第一边缘环210产生的热量会使位于第一边缘环210下方的介电环221和边缘电极226的温度增加。如果该状态被允许不受控制，则介电环221和边缘电极226将不能稳定地起作用，并且介电环221和边缘电极226可能由于热膨胀而破裂或发生故障。因此，本发明构思的一个方面是提供用于控制介电环221和边缘电极226的温度的方案。

更具体地，在根据本发明构思的等离子体处理设备中，冷却单元61(特别地，包含制冷剂的冷却管线)通过冷却导热垫63热结合到介电环221和边缘电极226。冷却单元61经由冷却导热垫63来降低介电环221和边缘电极226的温度，从而控制介电环221和边缘电极226的温度。结果，能够降低等离子处理设备的故障和损坏的风险。

在下文中，将参照图19描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图19，该示例的等离子体处理设备包括第二冷却导热垫64。

第二冷却导热垫64可以位于介电环221与边缘电极226之间，并且用作系统的一部分，通过该系统，包含制冷剂62的冷却管线热结合到介电环221和边缘电极226。第二冷却导热垫64可以在介电环221与边缘电极226之间传递热量。

因此，该示例的等离子体处理设备可以有效地将边缘电极226中产生的热量传递到冷却单元61。具体地，边缘电极226的热量可以经由第二冷却导热垫64、介电环221和冷却导热垫63传递到冷却单元61。

在下文中，将参照图20和图21描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图20和图21，该示例的等离子体处理设备包括双通道冷却单元61和冷却导热垫63a。

也就是说，冷却单元61具有包括第一通道61a和第二通道61b的冷却管线。第一通道61a可以是rf板60中的圆形通道，第二通道61b也可以是rf板60中的圆形通道，并且可以被第一通道61a包围。

第一通道61a可将第一制冷剂62a限制在其中，第二通道61b可将第二制冷剂62b限制在其中。第一制冷剂62a和第二制冷剂62b可以是相同类型的液体。

第一制冷剂62a经由第一入口i1注入第一通道61a中，沿第一通道61a运动，然后可以通过第一出口o1从rf板60排出。第二制冷剂62b经由第二入口i2注入第二通道61b中，沿第二通道61b运动，然后通过第二出口o2排出。冷却单元61也可以包括一个或更多个泵的合适的泵系统，以分别通过第一通道61a和第二通道61b泵送第一制冷剂62a和第二制冷剂62b。

冷却导热垫63a可以与第一通道61a和第二通道61b二者接触。冷却导热垫63a可以位于rf板60中。冷却导热垫63a可以位于介电环221与冷却单元61之间。冷却导热垫63a可以热结合在冷却单元61与介电环221之间(即，在冷却单元61与介电环221之间传递热量)。

在本示例中，通过具有两个通道的冷却单元61提供对介电环221和边缘电极226的高效温度控制。

在下文中，将参照图22和图23描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图22和图23，该示例的等离子体处理包括冷却单元61c。

冷却单元61c具有冷却管线，冷却管线包括在rf板60中呈螺旋通道形式的通道。冷却单元61的冷却管线可以具有入口i3和出口o3。冷却单元61c的冷却管线可以将制冷剂62c限制在其中。制冷剂62c通过泵系统(未示出)的泵经由入口i3注入通道中，沿通道运动，然后通过出口o3排出。

在该示例中，可以利用相对简单的单元来有效地提供对介电环221和边缘电极226的温度控制，该单元包括表示相对大的用于热传递的面积的冷却管线。

在下文中，将参照图24描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图24，该示例的等离子体处理设备包括具有在边缘电极226中延伸的冷却管线的冷却单元280。冷却单元280的冷却管线可以包含制冷剂285。边缘电极226中的由冷却单元280的冷却管线限定的通道可以是圆形通道。

制冷剂285可以直接接收边缘电极226中产生的热量以降低边缘电极226的温度。因此，冷却单元280可以对边缘电极226和介电环221执行有效温度控制。

在下文中，将参照图25描述根据本发明构思的等离子体处理设备的另一示例。将简化或省略以上描述的对应部分。

参照图25，该示例的等离子体处理设备包括冷却单元290和绝缘膜297。

冷却单元290的传热机构位于边缘电极226上。也就是说，冷却单元290包括在介电环221中延伸的冷却管线。冷却单元290的冷却管线可以包含制冷剂295。通过冷却单元290的冷却管线在介电环221内部限定的通道可以是圆形通道。

绝缘膜297可以设置在冷却单元290的冷却通道下方。绝缘膜297可以使边缘电极226与冷却单元290绝缘。特别地，在该示例中，冷却单元290的制冷剂295不与边缘电极226接触。

制冷剂295可以直接接收介电环221的热量以降低边缘电极226和介电环221的温度。因此，冷却单元290可以对边缘电极226和介电环221执行有效温度控制。

在结束详细描述时，本领域技术人员将理解的是，在基本不脱离本发明构思的原理的情况下，可以对这里公开的示例进行许多变化和修改。因此，仅以一般性和描述性的含义来使用所公开的示例，而不是出于限制的目的。