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CN102106191B - 具有可控制分配rf功率至制程套组环的等离子体反应器的工件支撑件 - Google Patents

具有可控制分配rf功率至制程套组环的等离子体反应器的工件支撑件 Download PDF

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CN102106191B CN200980128986.8A CN200980128986A CN102106191B CN 102106191 B CN102106191 B CN 102106191B CN 200980128986 A CN200980128986 A CN 200980128986A CN 102106191 B CN102106191 B CN 102106191B
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Abstract

在静电夹盘中，RF偏压功率系分别被施加至工件和环绕工件的制程套组环。由系统控制器所控制的至少一个可变阻抗组件系调节工件和制程套组环之间的RF偏压功率分配，以允许在工件最边缘处的等离子体鞘电场的动态调整，由此例如在不同的等离子体条件下使电场均匀性最佳化。

Description

具有可控制分配RF功率至制程套组环的等离子体反应器的工件支撑件
技术领域
本发明涉及一种等离子体反应器的工件支撑件，具体涉及一种可控制制程套组环RF功率分配的等离子体反应器的工件支撑件。
背景技术
在对诸如半导体晶片等工件进行等离子体处理时，均匀性要求已延伸至距离工件边缘5mm或3mm内，而近来已将要求延伸至2mm甚至1mm内。工件通常被静电夹持至包括静电夹盘(electrostatic chuck；ESC)的工件支撑件上，而静电夹盘用于执行多种功能，例如经由工件而将RF偏压功率、电压或电流耦合至等离子体，且/或是提供来自另一电极耦合至等离子体的RF电流的接地返回路径。静电夹盘通常也用于加热或冷却工件，或是用于控制工件温度。对于蚀刻处理来说，静电夹盘的尺寸通常小于工件，由此覆盖住夹盘，并保护夹盘免受等离子体伤害。否则，等离子体会损害或者侵蚀静电夹盘，且由ESC所溅射或蚀刻的物质会污染工件或腔室。为了防止工件支撑件与工件之间的有效接触，尤其是在工件的边缘处，通常工件边缘是不平坦的，且取而代之的是斜角或圆角。由此导致将均匀处理延伸遍及工件而至其边缘的困难。即使是理想导体(perfectlyconducting)的工件，由于电极的尺寸受限，则在偏压或非偏压工件上形成的等离子体鞘或等离子体鞘电场都是不均匀的，这是因为跨越工件的电场在接近边缘区域相较于工件其余部分上的电场而呈现变化。由于工件或晶片不是理想导体，故在接近边缘处会有额外的电场变化。其结果就是工件边缘的等离子体离子流和离子能量或者离子角能量分布不同于工件的其余部分。甚至朝向工件边缘的等离子体基流(plasma radical flux)也不同于朝向工件其余部分的等离子体基流。在等离子体蚀刻处理中，此种边缘效应在晶片边缘处造成非均匀的处理结果，其例如呈现为晶片边缘附近的高深宽比开口的蚀刻轮廓的倾斜或扭曲。其它等离子体处理的参数在晶片边缘处呈现大幅变化，包括临界尺寸偏差(CD bias)、蚀刻速率、溅射、沉积速率、蚀刻选择性、蚀刻微负载等。
减少边缘效应的公知方法包括：(1)导体、半导体或介电的周围组件(例如当工件为圆形半导体晶片时所使用的圈或环)；或者(2)能控制工件边缘温度使之与工件其余部分温度不同的边缘温度区域；或者(3)允许不同的气体混合物或不同的气体混合物比例至边缘区域的边缘气体导入区域；或者(4)接近工件边缘的等离子体限制环，能够降低副产物从工件边缘移除的速率或者提高等离子体类型在接近工件边缘处的再结合率；或者(5)边缘周围组件，其被温控至选择以改变局部等离子体状态的温度，例如选择以增加或减少邻近边缘的等离子体类型(例如通过发生沉积以耗尽特定类型、通过周围组件的蚀刻以耗尽特定类型，或者通过蚀刻周围组件以形成副产物类型而增加特定类型)。方法(2)、(3)、(4)和(5)无法直接解决非均匀鞘电场的问题，而是使用其它技术来改变边缘处理。方法(1)是直接解决问题，但当选择了不同的等离子体条件时，其不允许控制工件边缘鞘电场，所以方法(1)充其量是对广范围等离子体条件的折衷方法。目前需要的是一种方法，其能够控制工件边缘等离子体鞘条件，例如离子能量、离子角能量分布或者离子密度或离子流，且由此控制，举例来说，工件结构参数，例如CD均匀性(临界尺寸)、轮廓(斜度)、蚀刻速率(或选择性)，而在选择不同等离子体条件、腔室条件改变或处理不同工件结构的情况下可控制工件边缘等离子体鞘条件。
发明内容
本发明提供了一种用于等离子体反应器腔室中的RF偏压工件支撑系统。介电圆盘具有工件支撑表面以支撑工件。工件电极嵌设于圆盘中。工件电极位于工件支撑表面下方，并且大致平行于工件支撑表面。金属板位于介电圆盘下方。环状制程套组环系环绕在工件支撑表面的周围边缘。制程套组电极组件位于制程套组环下方。RF等离子体偏压功率源耦接至工件电极和制程套组电极组件。分配在工件和制程套组环之间的RF偏压功率的控制是通过耦合于RF等离子体功率源与(a)工件电极以及(b)制程套组电极其中一者之间的可变RF阻抗组件来执行。可变RF阻抗组件包含具有可变电抗的电抗组件。系统控制器连接至可变RF阻抗组件的控制输入，由此控制可变RF阻抗组件的电抗组件的可变电抗。
附图说明
为使本发明之上述特征更明显易懂，可配合参考实施例说明，其部分如附图所示。应当理解，为了不使本发明产生误解，某些公知的处理方法将不在此讨论。
图1A示出根据第一实施例的包括工件支撑基座的等离子体反应器；
图1B是图1A的一部分的放大视图，其显示关于晶片支撑基座的某些细节；
图2示出根据第二实施例的工件支撑基座；
图3示出根据第三实施例的工件支撑基座；
图4示出根据第四实施例的工件支撑基座；
图5是图1B中实施例的改变示例，其中包含了制程套组环的热控制特征结构；
图6是简化电路图，该电路可应用于图1至图4中分配制程套组和工件之间RF功率的可变阻抗组件中一者。
为便于了解，图中相同的组件符号表示相同的组件。某实施例采用的组件无需特别详述而可应用到其它实施例。须注意的是，虽然附图揭示了本发明特定实施例，但其并非用以限定本发明的精神与范围，本领域的普通技术人员可通过各种之改变与而得到等效实施例。
具体实施方式
本发明的实施例包括静电夹盘，在静电夹盘中的RF偏压功率分别耦合至工件和环绕工件的制程套组环(process kit collar)。由系统控制器所控制的至少一个可变阻抗组件系调整工件和制程套组环间的RF偏压功率分配，以允许动态调整工件最边缘处的等离子体鞘电场，而例如在变化的等离子体条件下使得电场均匀性最佳化。
参照图1A和图1B，等离子体反应器具有腔室100，该腔室100由圆柱形侧壁102、顶板104和底板106所界定，而底板106的周围边缘与侧壁102相接。顶板104是用于从制程气体供应器108接收制程气体的气体分布板。侧壁102和底板106由金属制成并且连接至接地。真空泵132通过底板106中的端口而对腔室100进行抽真空。来自内部及外部线圈天线110、112的等离子体RF源功率可感应耦合至腔室100中，其中内部及外部线圈天线110、112通过各自的RF阻抗匹配组件118和120而连接至各自的RF源功率产生器114和116。顶板或气体分布板104可由非导电材料制成，以使来自线圈天线110、112的RF功率通过顶板104而感应耦合至腔室100内。
替代地，或额外地，来自VHF产生器122和阻抗匹配组件124的RF等离子体源功率可以由顶部电极126而电容耦合至腔室100中。在实施例中，顶部电极126可以与气体分布板104分隔开。
在实施例中，来自线圈天线110、112的RF功率经由气体分布板104以及顶部电极126而感应耦合至腔室100中。在该实施例中，气体分布板可以由介电材料或半导体材料制成，而顶部电极126为法拉第屏蔽(Faraday shield)的形式，其具有外部环导体128和由外部环导体128径向向内延伸的多个传导触指(finger)130。法拉第屏蔽126可连接至接地，以提供耦合至晶片支撑基座(将于下方描述之)的RF功率的接地回路(ground return)。法拉第屏蔽126可通过RF滤波器而采所选择的频率接地。
在没有线圈天线110和112的情况下，气体分布板104可以完全由金属制成，并可作为顶部电极126，而经由阻抗匹配组件124耦合至VHF产生器122。
工件支撑基座200被设置在腔室100内部以保持工件204，例如半导体晶片、掩膜、光罩、显示器面板、太阳能面板组件等。基座200是静电夹盘，其以静电方式夹持或吸引工件204，并包括具有用以支撑工件204的顶表面202a的介电顶层或圆盘(puck)202。导电格栅(grid)206嵌设在圆盘202内，并与圆盘顶表面202a相隔较小距离(例如0.25mm至2mm)。格栅206作为ESC电极，并且直流夹持电压以下述方式而施加至ESC电极。圆盘202支撑在金属板或阴极208上，而RF等离子体偏压功率可施加至阴极208。圆盘202由绝缘材料(例如电阻率大于1012Ohm·cm)或者半导体材料(例如电阻率在108Ohm·cm和1012Ohm·cm之间)制成。
提供有多种特征结构(feature)以用于热控制。在圆盘顶表面202a中所形成的通道阵列203用于提供热传导气体(例如氦气)以控制工件204和圆盘202间的热传导。当工件204被夹持到圆盘顶表面202a上时，这些通道被完全封住。阴极208包含内部流体流动通道210，液态冷却剂则循环通过该些流动通道210。圆盘202中嵌设有电加热器211。加热器211可被区分为独立控制的内部及外部加热器211a和211b。
制程套组环组件212环绕在圆盘202的边缘，并且包括制程套组环214位于制程套组垫圈(spacer ring)216上方，且垫圈216置于圆盘202的环状肩部202b中。环214的肩部214a环绕在晶片204的边缘，并留有小型径向间隙218。环状制程套组绝缘体220环绕环组件212、圆盘202和阴极208。由环状绝缘体220底部边缘延伸的盘状阴极绝缘体221位于阴极208下方。选择性设置的接地外壳222具有环绕该环状绝缘体220的外部环状部分222a，以及位于阴极绝缘体221下方的盘状部分222b。选择性设置的环状接地挡板224由接地外壳222的环状部分222a延伸至腔室侧壁102。
RF偏压功率产生器230、232通过RF偏压阻抗匹配电路234而将RF偏压功率施加至阴极208。产生器230可具有高频(HF)(例如低于27MHz)或超高频(VHF)(例如大于27MHz)，产生器232可具有中频(MF)或低频(LF)(例如低于4MHz)。阻抗匹配电路234可以通过从阴极208延伸通过腔室底板106的共轴导体组件240而连接至阴极208。共轴导体组件240具有：中央绝缘体242、环绕该中央绝缘体242的中空圆柱状阴极馈电导体(feed conductor)244、以及环绕该阴极馈电导体244并与盘状阴极绝缘体221结合的中空圆柱状阴极馈电绝缘体246。从阴极接地外壳222延伸的环状阴极接地回路导体248环绕圆柱状阴极馈电绝缘体246。
设施(utilities)通过各种延伸穿过共轴馈电组件240的导体和导管而耦接至基座200内。格栅馈电导体250延伸穿过中央绝缘体242而到达格栅206。ESC电压源252通过格栅馈电导体250而提供直流电压至格栅206。RF隔离滤波器254对格栅馈电导体上的RF电压提供高阻抗，并且防止RF功率到达直流源。加热器供电导体对(supply conductor pair)256-1、256-2延伸穿过中央绝缘体242而到达内部及外部加热器211a和211b。独立AC电源258-1、258-2分别通过加热器供电导体对256-1、256-2而耦接至加热器211a、211b。气体输送管260-1、260-2延伸穿过中央绝缘体242而到达圆盘表面202a中的通道阵列203的输入及输出端(未显示)。热传导气体(例如氦气)的供应器262与气体输送管260-1、260-2耦接。冷却剂输送管264-1、264-2延伸穿过圆柱状阴极馈电导体244而到达阴极208内的冷却剂通道210的输入输出端口(未显示)。液态冷却剂的供应器266与冷却剂输送管264-1、264-2耦接，以将液态冷却剂再次循环通过冷却剂通道210。冷却剂可以通过外部的热交换器而进行冷却或加热。
阴极208通过阴极RF馈电导体244并通过选择性设置的阴极偏压可变RF阻抗组件270而耦接至偏压RF阻抗匹配电路234的输出。格栅馈电导体250除了与ESC电压源252耦接以外，还通过格栅偏压可变RF阻抗组件272而耦接至偏压RF阻抗匹配电路234的输出。在实施例中，阴极RF馈电导体244和格栅馈电导体250通过选择性设置的阴极接地可变阻抗组件274而耦接至RF接地。在实施例中，阴极接地可变阻抗组件274是带通滤波器(band pass filter)，其具有集中在VHF功率产生器的频率的非常窄的通带，并且阻隔RF偏压功率产生器230和232的频率。这个特性使得基座200可以作为电容耦合至腔室100中的VHF功率的RF接地回路电极，而不用将偏压功率短接至接地。
系统控制器280控制阻抗组件270、272和274的可变阻抗、气体供应器262的压力、冷却剂供应器266的流体温度和流速、AC加热器电源258-1和258-2的输出电流，以及ESC电压源252的直流输出电压。
在图1A和图1B中所示的实施例中，整个格栅206位于晶片204下方，且没有任何部分位于制程套组环214下方，所以任何施加至格栅206的RF偏压功率均被电容耦合至晶片204，而相对较少或完全没有RF偏压功率被电容耦合至制程套组环214。阴极208的环状周围部分208a延伸于制程套组环214下方，因此部分施加至阴极的RF偏压功率电容耦合至制程套组环214。这样的结构使得可以通过对格栅206和阴极208施加不同量的RF偏压功率，来相对于晶片204上的RF偏压功率(或电流或电压)调节制程套组环214上的RF偏压功率(或电流或电压)。
阴极和格栅可变RF阻抗组件270、272决定了阴极208和格栅206间的RF偏压功率(或电流或电压)的分配。为实现此目的，只需要可变阻抗270、272的其中一者(虽然两者的结合能够增进调整范围)。举例来说，如果阴极可变阻抗组件270被从匹配电路234至阴极馈电导体244的直接电气连接(electrical connection)所代替，那么格栅可变阻抗组件272的阻抗自身就决定了阴极208和格栅206之间的RF功率分配。这就改变了晶片204和制程套组环214之间的RF偏压功率分配。如上所述，这是因为阴极208的环状外部部分208a位于制程套组环214的正下方，并且将RF偏压功率电容耦合至制程套组环214，同时，格栅206位于晶片204下方并且不在制程套组环214下方，所以将其几乎所有的RF偏压功率电容耦合至晶片204，而不是耦合至制程套组环214。当格栅可变阻抗组件272使得施加至阴极的RF功率比例增大或减小时，耦合至制程套组环的RF功率也同样分别相对于耦合到晶片204的功率而增大或减小。现将详述如何操作此种RF功率的分配。
圆盘202的厚度T和阴极208到制程套组环214的距离D经选择以“过度补偿(over-compensate)”耦合至制程套组环上方的等离子体相对于耦合至晶片204中央部分上方的等离子体的偏压功率密度(或电压或电流)。为此，制程套组环214与阴极208之间的单位面积电容量必须设计为高于晶片204与阴极208之间的单位面积电容量。如果制程套组环214耦合至比阴极208和环214之间的RF耦合区域还要更大的区域，或者环214负载额外接地电容(例如径向向外方向)，则制程套组环214和阴极208之间的单位面积电容量甚至必须大于晶片204和阴极208之间的单位面积电容量以实现预期的过度补偿。
环214的厚度可以选择为「小厚度」，以保持该耗材的低成本，通常为约1-4mm。ESC圆盘202的热阻(thermal resistance)和成本随厚度增大，因此对于高导热性材料(例如氮化铝)，圆盘202的总厚度通常低于约25mm，对于低导热性材料(例如氧化铝物或氧化钇)，圆盘202的总厚度通常低于约10mm。举例来说，如果选择ESC圆盘总厚度为7mm，则选择2mm厚度的石英、硅或碳化硅的制程套组环214。若选择半导体材料(例如碳化硅或硅)，则环214可将基座电极的有效区域甚至延伸超过阴极208基底的区域。在某些情况中，当反应器用于蚀刻含硅的材料时，则垫圈216为诸如石英的材料，环214为硅或碳化硅。除了延伸电极有效区域超过阴极208的直径以外，蚀刻副产物可与来自蚀刻的晶片的副产物更为相似，因此通过使晶片边缘之局部副产物变化最小化，则可由此增进对于边缘的蚀刻均匀性。虽然具有低介电常数的材料(例如石英)的电极有效面积延伸至超过阴极直径的部分少于高介电常数材料或半导体，但也可将此低介电常数材料应用于环214材料。举例来说，垫圈216或者环214的材料可以选择高介电常数材料，例如氧化钇。
RF格栅偏压可变阻抗组件272可通过系统控制器280选择。在将真空可变电容器作为格栅可变RF阻抗组件272的主要组件的实施例中，低的最小电容值会将极小的RF电流从阴极208转移至格栅206。在此实施例中，制程套组环214仍然会相对于RF偏压功率的分配而过度补偿(如上所述)。RF格栅偏压可变阻抗组件272可以选择为较高的电容值，使得部分电流绕过阴极208及晶片204之间的基座结构的相对低电容。这样就减小了通过制程套组环214而耦合至等离子体的RF功率的过度补偿。通过为格栅可变阻抗组件272选择足够高的电容值来使制程套组环214和阴极208之间的单位面积有效电容低于晶片204和阴极208之间的单位面积有效电容(以可变阻抗组件的选定来比较，并通过相同面积来衡量)。在此实施例中，制程套组功率耦合将会被“不足补偿(under-compensated)”。
当RF格栅偏压可变阻抗组件272的不同电容值的选择实质改变了阴极基底上的电压以及提供至RF偏压匹配电路234的阴极传输线的驱动点输入阻抗时，偏压RF阻抗匹配电路234通过改变其内部组件中一者(例如串联组件)的电抗(reactance)来补偿，由此提供耦合至等离子体的实质恒定功率。因此，虽然格栅可变阻抗组件272的电容变化改变了与制程套组环214相邻的等离子体区域以及与晶片204相邻的等离子体区域之间的功率密度(或电压分配或电流密度)分配，然而这两个区域的净功率将保持实质恒定。
晶片和制程套组区域之间的相对的偏压RF功率密度(或电压密度或电流密度)的调整或分配(例如上文所述的过度补偿或不足补偿)可用来调整晶片结构或特征结构CD、轮廓角度(倾斜)、或蚀刻速率、或蚀刻选择性以达到具体要求。其也可用来补偿等离子体参数的非均匀性(例如源自感应或电容耦合之等离子体源功率的离子能量、离子角能量分布或离子密度或离子流，或直流磁约束(magnetic confinement)等等)。特别的，在晶片的极端边缘区域中，可以改变或矫正晶片表面的RF电场线的倾斜来避免蚀刻轮廓结果的减弱，比如晶片边缘呈现蚀刻轮廓锥形化和扭曲。
在一种相关方法中，将制程套组环214的材料选择为能够影响接近晶片边缘的等离子体的化学类型成分。举例来说，环的材料会与等离子体反应，以消耗特定目标类型而增进接近晶片边缘的处理效能。或者是，环的材料会与等离子体反应，以在接近晶片边缘处产生更多的期望类型而增进处理效能。控制器280可改变制程套组环214上的RF偏压功率，以控制环214与等离子体的参与率(participation rate)，以视不同制程配方(recipe)或相同制程配方的不同阶段而获得不同的参与率。
在一种相反方法中，通过调节环214的温度来控制环214的参与率，同时，控制器280选择环214的RF偏压功率的分配，以在一组给定的制程条件下使工件边缘的等离子体偏压鞘电场更为均匀(例如与工件之主要部分上的鞘电场一致)。这样就消除或减小了晶片边缘的不均匀性，由此获得遍及晶片表面且前进并到达晶片边缘的较佳的离子速度的角分布(或其它等离子体性能参数)的均匀性。控制器280可以根据不同制程条件的产生，例如偏压RF功率层级、RF功率层级、直流磁场层级和制程气体组成等的改变，来调节耦合至环214的RF偏压功率，由此保持电场均匀性。
控制器280对于耦合至制程套组环214的RF偏压功率的调整或分配也可用来加强或降低制程套组环与等离子体的反应，由此对制程套组环214进行清洁或表面调理(condition)。
图2是图1A和图1B所示的实施例的改变示例，其中圆柱状制程套组电极290轴向向上延伸经过阴极馈电绝缘体246、盘状阴极绝缘体221和圆柱状制程套组绝缘体220。制程套组电极290提供与制程套组环214的RF电气耦接。在图2所示实施例中，选择性设置的制程套组圈216已被消除，虽然亦可以选择性地将其包含在图2的实施例中。在图2的实施例中，偏压RF匹配电路234的输出并未被连接至格栅馈电导体250，而是与制程套组电极290的底部末端耦合，并且亦通过格栅可变RF阻抗组件272而与阴极馈电导体244耦合。由控制器280所控制的选择性设置制程套组可变阻抗组件273可被插入偏压RF匹配电路234的输出和制程套组电极290之间。在图2中，两个可变阻抗组件272和273只需其中之一者即可。使用可变阻抗组件272和273中的任意一个都可以使控制器280能够控制制程套组(经由电极290)和晶片(经由阴极208)之间的RF偏压功率的分配。这种分配以类似于以上参照图1A和图1B所述的实施例中的方法来实现。
如本说明书上文中所述，制程套组环214的RF功率分配可用于使遍及晶片表面且前进并到达晶片边缘的电场均匀性最佳化，同时，所选材料的环214的参与率通过控制环214的温度而被独立控制。制程套组环214的独立温度控制可以通过在制程套组电极290内提供一组分离的内部冷却剂通道292来实现。一组轴向延伸穿过制程套组电极290的冷却剂导管294将内部冷却剂通道292耦接至制程套组冷却剂供应器296。将来自制程套组ESC电压源298的直流夹持电压施加至制程套组电极290，则可将制程套组环214以静电方式钳合于适当位置。选择性设置的RF隔离滤波器299阻挡RF电流而使其无法到达ESC电压源298。制程套组环温度的微调可以通过改变由系统控制器280所控制的制程套组ESC电压源298的输出电压来实现。通过改变ESC对于制程套组环214和冷却后的电极290之间的夹持力，则可改变其彼此之间的热传导，且该操作可以通过系统控制器280来精确控制，这样就可以对制程套组环214的温度进行微调。替代地，或额外地，可以通过在环214下方以及制程套组电极290的顶表面290a内提供气体通道310，以促进制程套组环214的热控制。延伸穿过制程套组电极290的气体导管312用于提供来自气体供应器314的热传导气体(例如氦气)的供应。气体供应器314的气体压力由系统控制器280所控制。通道310内的压力会影响电极与环之间的热传导，因此也影响环214的温度。温度传感器320位于制程套组绝缘体220的顶表面中，并且接触制程套组环214。温度传感器320的输出可耦接至系统控制器280的输入，由此，系统控制器280可以对制程套组环214提供快速精确的闭合回路的温度控制。举例来说，这样的闭合回路温度控制可以按照给定制程配方的不同阶段的要求而将环214调整到不同的目标温度。
图3描述了图1A和图1B所述实施例的另一改变示例，此实施例中阴极或金属板208为接地，而不是由RF偏压功率来驱动。取而代之的是，RF偏压功率施加至位于制程套组212下方并嵌设于圆盘202内的制程套组格栅350。制程套组格栅350位于圆盘202内的一定高度处，而此高度低于晶片格栅206的高度。制程套组格栅350，或者是其至少一外部环状部分，位于制程套组环214下方，因此能够将RF功率电容耦合至环214。晶片格栅206完全位于晶片204下方，因此施加至晶片格栅206的实质所有RF功率系电容耦合至晶片204。格栅206和350彼此为电性绝缘，因此提供了一种调整耦合至晶片204和制程套组环214的不同RF功率层级的方法。
制程套组格栅RF馈电导体352延伸穿过中央绝缘体242和圆盘202，因此其顶端接触制程套组格栅350。制程套组格栅RF馈电导体352的底端耦合至偏压RF匹配电路234的输出。选择性设置的制程套组格栅可变阻抗组件271可插入偏压RF匹配电路234的输出和馈电导体352之间。在图3中，两个可变阻抗组件271和272只需其中之一就可以分配格栅206和350之间的RF偏压功率，然而两者的结合可以获得更大的调整范围。
图3所示实施例还包括用于控制制程套组环214温度的相同类型组件。具体而言，热传导气体可以在制程套组环214下方循环，且制程套组环214以可变力量而静电夹持至圆盘202，以改变或控制环214和圆盘202接口的热传导，从而用以控制环214的温度。圆盘202的肩部202b界定了外部环状圆盘表面202c，而制程套组环214被置于该外部环状圆盘表面202c上。用于循环热传导气体(例如氦气)的通道311形成于外部环状圆盘表面202c中。当环214被夹持至圆盘外部环状表面202c上时，通道311被完全封住。在图3的实施例中，环214通过ESC电压源298而静电夹持或吸引至圆盘外部环状表面202c，而ESC电压源298的输出被耦合至制程套组格栅馈电导体352。选择性设置的隔离滤波器299被插入静电夹持电压源298和格栅馈电导体352之间。通过系统控制器280改变ESC电压源298的输出，则可通过改变环214上的静电夹持力而改变环与圆盘之间的热传导，由此便实现了环214的温度微调。
图3所示的实施例可以通过省略阴极绝缘体221而修改该实施例，由此，金属板208会图4所示而接地至阴极接地外壳222。
参照图3而用于描述对环214进行热控制的特征结构可以并入图1B的实施例中，并且按照图3所述的方式进行操作。对于图1B所示实施例的改良如图5所示。图5所示实施例除了增加了某一些如图3所示的热控制特征结构以外，其它皆与图1B所示的实施例相同。在图5中，制程套组垫圈216系省略(虽然在其它实施过程中仍被保留)，由此，圆盘202可以延伸于制程套组环214下方，如图5所示。圆盘202中的肩部202b界定了位于环214底表面下方并且接触该底表面的环状圆盘表面202c。气流通道311形成于环状圆盘表面202c中，并且耦接至独立的热传导气体(例如氦气)的气体供应器314。如图5所示，外部加热组件211b位于环214的正下方。制程套组环214旁的温度传感器320耦接至系统控制器280。可选择地，可将第二传导格栅350嵌设于环214下方的圆盘202中，并用于将环214静电夹持或吸引至环状圆盘表面202c上。在图5所示的实施例中，第二传导格栅350经由RF隔离滤波器299而耦接至ESC电压源298。电压源298由系统控制器280控制，以改变环214上的夹持力，并由此改变环温度。
参照图1-5中各实施例所描述的可变阻抗组件270、271、272和273可用于分配制程套组和工件之间的RF偏压功率。任何适用的可变电抗电路都可以用于实施可变阻抗组件270、271、272和273中任何一者。图6是简化的示意图，其显示可变阻抗组件270、271、272和273其中之一的操作执行实施例。图6中的可变阻抗组件包含了与偏压RF阻抗匹配电路234的输出耦合的输入端500，以及输出端502。在输入端500和输出端502之间连接串联的可变电容器504。也可选择在输入端500和RF接地间连接输入并联电容器506，并在输出端502和RF接地间连接输出并联电容器508。所有电容器504、506和508或其中之一者可以为可变电容器。在另一实施例中，电容器504、506和508之中任何一者均可以用合适的电感器代替，而该电感器也可以为可变电感器。
虽然以上描述了本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以构思出本发明的其他实施例，并且本发明的范围由所附权利要求界定。

Claims (15)

1.一种用于等离子体反应器腔室中的RF偏压工件支撑系统，包括：
圆盘，具有工件支撑表面以支撑工件；
工件电极，嵌设于该圆盘中，该工件电极位于该工件支撑表面的下方，且与该工件支撑表面大致平行；
金属板，位于该圆盘下方；
环状制程套组环，环绕该工件支撑表面的周围边缘；
制程套组电极组件，位于该制程套组环的下方；
RF等离子体偏压电源，耦合至该工件电极及该制程套组电极组件；
可变RF阻抗组件，包含电抗组件，该电抗组件具有可变电抗，该可变RF阻抗组件耦合在该RF等离子体偏压电源与（a）该工件电极及（b）该制程套组电极组件其中一者之间；以及
系统控制器，连接至该可变RF阻抗组件的控制输入，由此控制该可变RF阻抗组件的该电抗组件的该可变电抗。
2.如权利要求1所述的系统，其中：
该金属板包含中央部分和外部部分，该中央部分位于该工件支撑表面下方，该外部部分位于该制程套组环下方；
该制程套组电极组件包含该金属板的该外部部分，其中该金属板包括RF驱动的阴极。
3.如权利要求1所述的系统，还包括：
环状绝缘层，环绕该圆盘和该金属板；
环状制程套组导体，位于该绝缘层中，并且轴向延伸通过该环状绝缘层，该环状制程套组导体包含位于该制程套组环的下方并与该制程套组环接触的套组支撑表面；
并且其中，该制程套组电极组件包含该环状制程套组导体。
4.如权利要求1所述的系统，还包括嵌设平面制程套组电极，该嵌设平面制程套组电极位于该圆盘内，且与该工件电极分隔开并与该工件电极大致平行，该嵌设平面制程套组电极包含位于该制程套组环下方的环状外部部分，并且其中：
该制程套组电极组件包含该嵌设平面制程套组电极的该环状外部部分。
5.如权利要求4所述的系统，其中该金属板被接地。
6.如权利要求1所述的系统，其中该可变RF阻抗组件连接在该RF等离子体偏压电源与该工件电极之间。
7.如权利要求6所述的系统，还包括连接在该RF等离子体偏压电源与该制程套组电极组件之间的第二可变RF阻抗组件，该系统控制器连接至该第二可变RF阻抗组件的控制输入，由此控制该第二可变RF阻抗组件的阻抗。
8.如权利要求1所述的系统，还包括阴极接地可变阻抗组件，且该阴极接地可变阻抗组件包括输入端和接地端，该输入端耦合至该工件电极和该制程套组电极组件，该接地端连接至RF接地电位。
9.如权利要求1所述的系统，还包括：
第一静电夹持电压源，耦合至该工件电极，其中来自所述第一静电夹持电压源的夹持电压施加至所述工件电极；以及
第二静电夹持电压源，耦合至该制程套组电极组件，该系统控制器与该第一静电夹持电压源和该第二静电夹持电压源耦合，由此分别控制施加至该工件支撑表面上的工件和施加至该制程套组环上的夹持力。
10.如权利要求2所述的系统，其中该圆盘包括中央圆盘部分和外部圆盘部分，该中央圆盘部分位于该工件支撑表面下方，该外部圆盘部分位于该制程套组环下方，该外部圆盘部分具有位于该环下方的环支撑表面，该系统还包括：
冷却剂流体流动通道，位于该金属板内；以及
气流通道，位于该环支撑表面内。
11.如权利要求10所述的系统，还包括：
制程套组环静电夹持电极，位于该环下方；
第一静电夹持电压源，耦合至该工件电极，其中来自所述第一静电夹持电压源的夹持电压施加至所述工件电极；
第二静电夹持电压源，耦合至该制程套组环静电夹持电极，该系统控制器被连接以控制该第一静电夹持电压源和该第二静电夹持电压源各自的输出电压。
12.如权利要求3所述的系统，还包括：
冷却剂流体流动通道，位于该环状制程套组导体内；以及
气流通道，位于该环状制程套组导体的该套组支撑表面内。
13.如权利要求12所述的系统，还包括：
第一静电夹持电压源，耦合至该工件电极，其中来自所述第一静电夹持电压源的夹持电压施加至所述工件电极；
第二静电夹持电压源，耦合至该环状制程套组导体；并且
其中，该系统控制器被连接以分别控制该第一静电夹持电压源和该第二静电夹持电压源中每一者的输出电压。
14.如权利要求4所述的系统，还包括：
第一静电夹持电压源，耦合至该工件电极，其中来自所述第一静电夹持电压源的夹持电压施加至所述工件电极；
第二静电夹持电压源，耦合至该嵌设平面制程套组电极；并且
其中，该系统控制器被连接以分别控制该第一静电夹持电压源和该第二静电夹持电压源中每一者的输出电压。
15.如权利要求1所述的系统，其中该圆盘包括位于该工件支撑表面的相对侧的底表面，该系统还包括：
伸长的中央绝缘体，从该圆盘的该底表面沿着该圆盘的对称轴而轴向延伸通过该金属板并终止于该中央绝缘体的底端；
环状阴极馈电导体，其环绕该中央绝缘体，并与该中央绝缘体共轴延伸，而从该金属板的该底表面延伸至该环状阴极馈电导体的底端；以及
工件电极馈电导体，其延伸穿过该中央绝缘体和该圆盘，且该工件电极馈电导体具有顶端和底端，该顶端连接至该工件电极，该底端延伸穿过该中央绝缘体的该底端以提供介于该RF等离子体偏压电源和该工件电极之间的电流路径。
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