TW202123781A - 等離子體處理設備以及等離子體處理方法 - Google Patents

等離子體處理設備以及等離子體處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明實施例公開了一種等離子體處理設備以及等離子體處理方法。等離子體處理設備包括：相對設置的第一電極結構和第二電極結構，與第一電極結構電連接的訊號處理器以及與訊號處理器電連接的訊號發生器，訊號發生器用於產生第一訊號，訊號處理器用於對第一訊號進行處理後饋入到第一電極結構和第二電極結構之間，以產生等離子體。其中，訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將第一訊號轉換成第二訊號。第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，n為大於零的偶數，從而使得饋入到第一電極結構和第二電極結構之間的第二訊號的函數值始終為負值，以此在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓，實現提高等離子體處理設備中的自偏壓的目的。

Description

等離子體處理設備以及等離子體處理方法
本發明涉及等離子體的技術領域，尤其涉及一種等離子體處理設備以及等離子體處理方法。
等離子體已被用於製造半導體和顯示器件的各種製程，例如沉積、蝕刻、 剝落、清潔等製程。目前，作為通常用於半導體和顯示器件的製造領域的等離子體源包括電容耦合等離子體(capacitively coupled plasma，簡稱CCP)源和電感耦合等離子體(inductively coupled plasma，簡稱ICP)源。
典型的CCP設備在平行的電極之間施加射頻(RF)電能，並且通過分佈在電極表面上的電荷形成電場，由此產生等離子體，進行蝕刻等製程。需要說明的是，提高等離子體的能量在利用CCP設備進行高深寬比的蝕刻製程中至關重要，而提高CCP設備中的自偏壓是提高等離子體能量的主要途徑。因此，如何提高等離子體處理設備中的自偏壓成為所屬技術領域中具有通常知識者急待解決的技術問題。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種等離子體處理設備以及等離子體處理方法，以提高所述等離子體處理設備中的自偏壓。
為解決上述問題，本發明實施例提供了如下技術方案： 一種等離子體處理設備，包括： 等離子體處理腔室； 位於所述等離子體處理腔室內，相對設置的第一電極結構和第二電極結構； 與所述第一電極結構電連接的訊號處理器以及與所述訊號處理器電連接的訊號發生器，所述訊號發生器用於產生第一訊號，所述訊號處理器用於對所述第一訊號進行處理後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間，以產生等離子體； 其中，所述訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號，其中，所述第二訊號對應的函數為負的第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
較佳的，所述第一訊號為第一函數。
較佳的，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形為-sin2 wt波形。
較佳的，所述第一訊號處理器包括： 類比訊號乘法器，用於將所述第一訊號轉換成第三訊號，所述第三訊號對應的函數為第一函數的n次方的函數；以及 反相器，用於將所述第三訊號轉換成第二訊號。
較佳的，所述訊號處理器還包括： 第二訊號處理器，所述第二訊號處理器用於將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間。
較佳的，所述第二訊號處理器包括： 功率放大器，用於對所述第二訊號進行放大；以及 匹配器，用於匹配第一阻抗和第二阻抗，其中，所述第一阻抗為所述訊號發生器中的阻抗，所述第二阻抗為所述訊號發生器至所述第二電極結構所在支路上的所有阻抗之和。
一種等離子體處理方法，其中，應用於上述的等離子體處理設備，該等離子體處理方法包括下列步驟： 將待處理襯底放置在等離子體處理腔室內的第一電極結構上； 打開所述訊號發生器和所述訊號處理器，利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間，並向所述等離子體處理腔室內通入製程氣體，以在所述第一電極結構和所述第二電極結構之間產生等離子體，對所述待處理襯底進行處理； 其中，所述訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號，其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
較佳的，所述第一訊號處理器包括：類比訊號乘法器和反相器；利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間包括下列步驟： 利用所述類比訊號乘法器將所述第一訊號轉換成第三訊號輸出給所述反相器，所述第三訊號對應的函數為第一函數的n次方的函數；以及 利用所述反相器將所述第三訊號轉換成第二訊號輸出。
較佳的，所述訊號處理器還包括：第二訊號處理器，利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間還包括下列步驟： 利用所述第二訊號處理器將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間。
較佳的，所述第二訊號處理器包括：功率放大器和匹配器，利用所述第二訊號處理器將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間包括下列步驟： 利用所述功率放大器對所述第二訊號進行放大後輸出給匹配器；以及 利用所述匹配器匹配第一阻抗和第二阻抗，其中所述第一阻抗為所述訊號發生器中的阻抗，所述第二阻抗為所述訊號發生器至所述第二電極結構所在支路上的所有阻抗之和。
與習知技術相比，上述技術方案具有以下優點： 本發明的實施例所提供的等離子體處理設備及等離子體處理方法，其包括：相對設置的第一電極結構和第二電極結構，與所述第一電極結構電連接的訊號處理器以及與所述訊號處理器電連接的訊號發生器，所述訊號發生器用於產生第一訊號，所述訊號處理器用於對所述第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間，以產生等離子體。其中，所述訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號，其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數，從而使得饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的第二訊號的函數值始終為負值，進而使得待處理襯底表面的電位始終為負值，以此在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓，實現提高所述等離子體處理設備中的自偏壓的目的，更適於對待處理襯底進行高深寬比蝕刻的應用。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者在沒有做出進步性的改變前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，所屬技術領域中具有通常知識者可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
正如背景技術部分所述，如何提高等離子體處理設備的自偏壓成為所屬技術領域中具有通常知識者亟待解決的技術問題。
發明人研究發現，可以通過增加等離子體處理設備中射頻（即Radio Frequency，簡稱RF）訊號的功率或者增加等離子體處理設備中接地面積與靜電吸盤（即electrostatic chuck，簡稱ESC）面積的比值，來提高等離子體處理設備的自偏壓。但是，對於固定的腔體的等離子體處理設備，其接地面積與ESC面積的比值已經固定。因此，只有增加RF訊號的功率才可以增加自偏壓。而RF訊號功率的增加會帶來許多其他的附加效應，比如散熱系統更加複雜，面對等離子體的各種部件受到的轟擊增強從而壽命減短等。
如圖1-圖3所示，圖1示出了習知技術中的CCP設備形成的射頻RF訊號隨時間T變化的曲線圖，圖2示出了習知技術中的CCP設備形成的等離子體電位（即，plasma voltage）隨時間T變化的曲線圖，圖3示出了習知技術中的CCP設備中的待處理襯底表面的自偏壓（Vdc）隨時間T變化的曲線圖；從圖1、圖2和圖3可以看出，在進入到CCP設備的腔體內的射頻訊號的正半週期內，所述待處理襯底表面的電位為正，所述待處理襯底與等離子體之間會維持恒定的鞘層電壓，以維持等離子體呈準中性。因此，在該正半週期內，等離子體的電位會隨著待處理襯底表面電位的變化而變化，待處理襯底表面的自偏壓就等於鞘層電壓；在射頻訊號的負半週期內，所述待處理襯底表面的電位為負。由於此時等離子體的上表面與接地的上電極結構中的氣體噴淋頭之間仍然存在一個恒定電位的鞘層電壓以維持等離子體呈電中性。因此，在該負半週期內，等離子體電位維持不變，待處理襯底表面的自偏壓等於射頻電壓與鞘層電壓之和，並隨著射頻電壓的變化而變化，如圖3所示，使得在待處理襯底表面形成的平均自偏壓較小。
有鑑於此，本發明實施例提供了一種等離子體處理設備，如圖4所示，所述等離子體處理設備包括： 等離子體處理腔室10； 位於所述等離子體處理腔室10內，相對設置的第一電極結構20和第二電極結構30； 與所述第一電極結構20電連接的訊號處理器40以及與所述訊號處理器40電連接的訊號發生器50。所述訊號發生器50用於產生第一訊號，所述訊號處理器40用於對所述第一訊號進行處理後，饋入到所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間，以產生等離子體。 其中，所述訊號處理器40包括第一訊號處理器41，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
本發明實施例所提供的等離子體處理設備，包括：相對設置的第一電極結構20和第二電極結構30，與所述第一電極結構20電連接的訊號處理器40以及與所述訊號處理器40電連接的訊號發生器50。所述訊號發生器50用於產生第一訊號，所述訊號處理器40用於對所述第一訊號進行處理後饋入到第一電極結構20和第二電極結構30之間，以產生等離子體。其中，所述訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數，從而使得饋入到所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間的第二訊號的函數值始終為負值，進而使得待處理襯底表面的電位始終為負值，以此在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓，實現提高所述等離子體處理設備中的自偏壓的目的，更適於對待處理襯底進行高深寬比蝕刻的應用。
需要說明的是，本發明中所述第二電極結構30接地，以在所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間形成電位差，便於位於所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間的製程氣體電離形成等離子體，最後通過所述第二電極結構30和所述等離子體處理腔室10回到訊號發生器50形成閉合回路。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一電極結構20為下電極結構，所述第二電極結構30為上電極結構，且所述上電極結構接地。在本發明的另一個實施例中，所述第一電極結構20為上電極結構，所述第二電極結構30為下電極結構，且所述下電極結構接地。本發明對此並不做限定，具體視情況而定。下面以所述第一電極結構20為下電極結構，所述第二電極結構30為上電極結構，且所述上電極結構接地為例進行描述。
繼續如圖4所示，在本發明的一個實施例中，所述第一電極結構20包括靜電吸盤裝置21，所述靜電吸盤裝置21包括靜電吸盤和位於所述靜電吸盤下方的基座。所述靜電吸盤用於放置待處理襯底22。所述第二電極結構30包括氣體噴淋頭31，所述氣體噴淋頭31用於向所述等離子體處理腔室10中通入製程氣體，較佳的，所述氣體噴淋頭31接地，以在所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間形成電位差，便於位於所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間的製程氣體電離形成等離子體，最後通過所述第二電極結構30和所述等離子體處理腔室10回到訊號發生器50形成閉合回路。其中，所述等離子體處理腔室10接地。但本發明對此並不做限定具體視情況而定。
較佳的，在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述訊號發生器50為頻率發生器，用於產生射頻訊號，但本發明對此並不做限定，在本發明的其他實施例中，所述訊號發生器50也可以為其他射頻訊號產生裝置，具體視情況而定。
本發明實施例中提供的等離子體處理設備中，由於與第一電極結構20電連接的訊號處理器40所包括的第一訊號處理器41能夠將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方的異號函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數。其中，n為大於零的偶數，從而使得饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的第二訊號的函數值始終為負值，進而使得靜電吸盤上的待處理襯底表面的電位始終為負值。又由於等離子體的電位由接地的上電極結構的表面的鞘層電壓決定，以此在待處理襯底22的表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，從而在待處理襯底22的表面形成一個較高的自偏壓。由此可見，本發明實施例所提供的等離子體處理設備無需增大射頻功率，也無需改變等離子體的腔體結構，可以在保持等離子體處理設備的腔體結構和射頻功率的前提下，實現提高所述等離子體處理設備中的自偏壓的目的。
而且，由於靜電吸盤上的待處理襯底22的表面的電位始終為負值，且所述待處理襯底22與等離子體之間會維持恒定的鞘層電壓，以維持等離子體呈電中性，從而使得等離子體的電位始終不變。因此，本發明實施例所提供的等離子體處理設備所產生的等離子體的穩定性更高。
另外，由於等離子體和靠近等離子體的上電極結構的表面之間只存在一個鞘層電壓差。因此，靠近等離子體的上電極結構的表面受到的等離子體的轟擊能量也比較弱，有利於上電極結構的使用壽命的延長。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一訊號對應的函數為第一函數，即所述第二訊號對應的函數為與第一訊號對應的函數的n次方異號的函數；在本發明的另一個實施例中，所述第一訊號對應的函數為第二函數，所述第二函數與所述第一函數互為正餘弦函數，即所述第一函數為正弦函數時，所述第二函數為餘弦函數，所述第一函數為餘弦函數時，所述第二函數為正弦函數，本發明對此並不做限定，具體視情況而定。
具體的，在本發明的一個實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形可以為-sin2 wt波形。在本發明的另一個實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形也可以為-cos2 wt波形。在本發明的又一個實施例中，所述第一訊號的波形為cos wt波形，所述第二訊號的波形可以為-cos2 wt波形。在本發明的再一個實施例中，所述第一訊號的波形為coswt波形，所述第二訊號的波形也可以為-sin2 wt波形。在本發明的其他實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形還可以為-sin4 wt或-cos4 wt波形。本發明對此不做限定，只要保證第二訊號的波形為-sinn wt或-cosn wt波形，n為大於零的偶數即可，具體視情況而定。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，如圖5所示，所述第一訊號處理器41包括： 類比訊號乘法器411，用於將所述第一訊號轉換成第三訊號，所述第三訊號對應的函數為第一函數的n次方的函數，以使得所述第三訊號的函數值始終為正值； 反相器412，用於將所述第三訊號轉換成第二訊號，由於所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，以使得所述第二訊號的函數值始終為負值，從而使得待處理襯底22的表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，進而在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，如圖6所示，所述訊號處理器40還包括：第二訊號處理器42，所述第二訊號處理器42用於將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間，以增大饋入到所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間的射頻訊號強度。
具體的，在本發明上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，如圖7所示，所述第二訊號處理器42包括：功率放大器421和匹配器422；其中，功率放大器421用於對所述第二訊號進行放大；匹配器422用於匹配第一阻抗和第二阻抗。其中，所述第一阻抗為所述訊號發生器50中的阻抗，所述第二阻抗為所述訊號發生器50至所述第二電極結構30所在支路上的所有阻抗之和，以使饋入到所述第一電極結構20和所述第二電極結構30之間的射頻訊號強度最大，從而以最大程度的提高等離子體處理腔室內的等離子體的能量，提高等離子體的蝕刻效果。
具體的，如圖8-圖10所示，圖8示出了本發明所提供的等離子體處理設備形成的射頻RF訊號隨時間T變化的曲線圖，圖9示出了本發明所提供的等離子體處理設備形成的等離子體電位Plasma voltage隨時間T變化的曲線圖，圖10示出了本發明所提供的等離子體處理設備中的待處理襯底表面的自偏壓Vdc隨時間T變化的曲線圖。
從圖8、圖9以及圖10可以看出，本發明實施例所提供的等離子體處理設備中，所述頻率發生器產生的射頻RF訊號依次經過類比訊號乘法器411、反相器412、功率放大器421和適配器422之後，進入到等離子體處理設備的等離子體處理腔室10內的射頻訊號的函數值始終為負值。又由於等離子體的電位由接地的上電極結構的表面的鞘層電壓決定。因此，本發明實施例所提供的等離子體處理設備可以使得待處理襯底22的表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，在待處理襯底22的表面形成一個較高的平均自偏壓。
相應的，本發明還提供了一種等離子體處理方法，該等離子體處理方法應用於上述任一實施例中提供的等離子體處理設備，如圖11所示，該等離子體處理方法包括下列步驟： S10：將待處理襯底放置在等離子體處理腔室內的第一電極結構上； S20：啟動所述訊號發生器和所述訊號處理器，利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間，並向所述等離子體處理腔室內通入製程氣體，以在所述第一電極結構和所述第二電極結構之間產生等離子體，對所述待處理襯底進行處理； 其中，所述訊號處理器包括第一訊號處理器，用於將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一電極結構為下電極結構，所述第二電極結構為上電極結構，且所述上電極結構接地。在本發明的另一個實施例中，所述第一電極結構為上電極結構，所述第二電極結構為下電極結構，且所述下電極結構接地。本發明對此並不做限定，具體視情況而定。下面以所述第一電極結構為下電極結構，所述第二電極結構為上電極結構，且所述上電極結構接地為例進行描述。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一電極結構包括靜電吸盤裝置，所述靜電吸盤裝置包括靜電吸盤和位於所述靜電吸盤下方的基座，所述靜電吸盤用於放置待處理襯底，所述第二電極結構包括氣體噴淋頭，所述氣體噴淋頭用於向所述等離子體處理腔室中通入製程氣體。較佳的，所述氣體噴淋頭接地，以在所述第一電極結構和所述第二電極結構之間形成電位差，便於位於所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的製程氣體電離形成等離子體，最後通過所述第二電極結構和所述等離子體處理腔室回到訊號發生器形成閉合回路，其中，所述等離子體處理腔室接地。但本發明對此並不做限定，具體視情況而定。
較佳的，在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述訊號發生器為頻率發生器，用於產生射頻訊號，但本發明對此並不做限定。在本發明的其他實施例中，所述訊號發生器也可以為其他射頻訊號產生裝置，具體視情況而定。
本發明實施例中提供的等離子體處理方法中，由於與第一電極結構電連接的訊號處理器所包括的第一訊號處理器能夠將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方的異號函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數，從而使得饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的第二訊號的函數值始終為負值，進而使得靜電吸盤上的待處理襯底表面的電位始終為負值。又由於等離子體的電位由接地的上電極結構的表面的鞘層電壓決定，以此在待處理襯底表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，從而在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓。由此可見，本發明實施例所提供的等離子體處理設備無需增大射頻功率，也無需改變等離子體的腔體結構，可以在保持等離子體處理設備的腔體結構和射頻功率的前提下，實現提高所述等離子體處理設備中的自偏壓的目的。
而且，由於靜電吸盤上的待處理襯底表面的電位始終為負值，且所述待處理襯底與等離子體之間會維持恒定的鞘層電壓，以維持等離子體呈電中性，從而使得等離子體的電位始終不變。因此，本發明實施例所提供的等離子體處理設備所產生的等離子體的穩定性更高。
另外，由於等離子體和靠近等離子體的上電極結構的表面之間只存在一個鞘層電壓差。因此，靠近等離子體的上電極結構的表面受到的等離子體的轟擊能量也比較弱，有利於上電極結構的使用壽命的延長。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一訊號為第一函數，即所述第二訊號對應的函數為與第一訊號對應的函數的n次方異號的函數；在本發明的另一個實施例中，所述第一訊號對應的函數為第二函數，所述第二函數與所述第一函數互為正餘弦函數，即所述第一函數為正弦函數時，所述第二函數為餘弦函數，所述第一函數為餘弦函數時，所述第二函數為正弦函數，本發明對此並不做限定，具體視情況而定。
具體的，在本發明的一個實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形可以為-sin2 wt波形。在本發明的另一個實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形也可以為-cos2 wt波形。在本發明的又一個實施例中，所述第一訊號的波形為cos wt波形，所述第二訊號的波形可以為-cos2 wt波形，在本發明的再一個實施例中，所述第一訊號的波形為coswt波形，所述第二訊號的波形也可以為-sin2 wt波形。在本發明的其他實施例中，所述第一訊號的波形為sinwt波形，所述第二訊號的波形還可以為-sin4 wt或-cos4 wt波形。本發明對此不做限定，只要保證第二訊號的波形為-sinn wt或-cosn wt波形，n為大於零的偶數即可，具體視情況而定。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一訊號處理器包括：類比訊號乘法器和反相器；在本發明實施例中，利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間包括下列步驟： 利用所述類比訊號乘法器將所述第一訊號轉換成第三訊號輸出給所述反相器，所述第三訊號對應的函數為第一函數的n次方的函數，以使得所述第三訊號的函數值始終為正值； 利用所述反相器將所述第三訊號轉換成第二訊號，由於所述第二訊號為第一函數的n次方異號的函數，以使得所述第二訊號的函數值始終為負值，從而使得待處理襯底表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，進而在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓。
在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述訊號處理器還包括：第二訊號處理器，在本發明實施例中，利用所述訊號處理器將對所述訊號發生器產生的第一訊號進行處理後饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間還包括下列步驟： 利用所述第二訊號處理器將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間，以增大饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的射頻訊號強度。
具體的，在本發明上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第二訊號處理器包括：功率放大器和匹配器；在本實施例中，利用所述第二訊號處理器將所述第二訊號放大後，饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間包括下列步驟： 利用所述功率放大器將所述第二訊號放大後輸出給所述匹配器； 利用所述匹配器匹配第一阻抗和第二阻抗，其中，所述第一阻抗為所述訊號發生器中的阻抗，所述第二阻抗為所述訊號發生器至所述第二電極結構所在支路上的所有阻抗之和，以使饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的射頻訊號強度最大，從而以最大程度的提高等離子體處理腔室內的等離子體的能量，提高等離子體的蝕刻效果。
綜上可知，本發明實施例中提供的等離子體處理設備及其等離子處理方法中，由於與第一電極結構電連接的訊號處理器所包括的第一訊號處理器能夠將所述第一訊號轉換成第二訊號。其中，所述第二訊號對應的函數為第一函數的n次方異號的函數，所述第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數。其中，n為大於零的偶數，從而使得饋入到所述第一電極結構和所述第二電極結構之間的第二訊號的函數值始終為負值，進而使得靜電吸盤上的待處理襯底表面的電位始終為負值。又由於等離子體的電位由接地的上電極結構的表面的鞘層電壓決定，以此在待處理襯底表面上形成的自偏壓的瞬時值始終等於射頻電壓與鞘層電壓之和，從而在待處理襯底表面形成一個較高的自偏壓。由此可見，本發明實施例所提供的等離子體處理設備而無需增大射頻功率，也無需改變等離子體的腔體結構，可以在保持等離子體處理設備的腔體結構和射頻功率的前提下，實現提高所述等離子體處理設備中的自偏壓的目的。
本說明書中各個部分採用並列和遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對所屬技術領域中具有通常知識者來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
10:等離子體處理腔室 20:第一電極結構 21:靜電吸盤裝置 22:待處理襯底 30:第二電極結構 31:氣體噴淋頭 40:訊號處理器 41:第一訊號處理器 411:類比訊號乘法器 412:反相器 42:第二訊號處理器 421:功率放大器 422:匹配器 50:訊號發生器 S10～S20:步驟
為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出進步性的改變的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為習知技術中的CCP設備形成的射頻訊號隨時間變化的曲線圖； 圖2為習知技術中的CCP設備形成的等離子體電位隨時間變化的曲線圖； 圖3為習知技術中的CCP設備中的待處理襯底表面的自偏壓隨時間變化的曲線圖； 圖4為本發明實施例所提供的一種等離子體設備的結構示意圖； 圖5為本發明實施例所提供的另一種等離子體設備的結構示意圖； 圖6為本發明實施例所提供的又一種等離子體設備的結構示意圖； 圖7為本發明實施例所提供的再一種等離子體設備的結構示意圖； 圖8為本發明所提供的等離子體處理設備形成的射頻訊號隨時間變化的曲線圖； 圖9為本發明所提供的等離子體處理設備形成的等離子體電位隨時間變化的曲線圖； 圖10為本發明所提供的等離子體處理設備中的待處理襯底表面的自偏壓隨時間變化的曲線圖；以及 圖11為本發明所提供的一種等離子體處理方法的流程示意圖。
10:等離子體處理腔室
20:第一電極結構
21:靜電吸盤裝置
22:待處理襯底
30:第二電極結構
31:氣體噴淋頭
40:訊號處理器
41:第一訊號處理器
50:訊號發生器

Claims (10)

  1. 一種等離子體處理設備，其中，包括： 一等離子體處理腔室； 一第一電極結構和一第二電極結構，其位於該等離子體處理腔室內，該第一電極結構和該第二電極結構相對設置； 與該第一電極結構電連接的一訊號處理器以及與該訊號處理器電連接的一訊號發生器，該訊號發生器用於產生一第一訊號，該訊號處理器用於對該第一訊號進行處理後，饋入到該第一電極結構和該第二電極結構之間，以產生一等離子體； 其中，該訊號處理器包括一第一訊號處理器，用於將該第一訊號轉換成一第二訊號，其中，該第二訊號對應的函數為與一第一函數的n次方異號的函數，該第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
  2. 根據請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該第一訊號對應的函數為該第一函數。
  3. 根據請求項2所述的等離子體處理設備，其中，該第一訊號的波形為sinwt波形，該第二訊號的波形為-sin2 wt波形。
  4. 根據請求項1-3任一項所述的等離子體處理設備，其中，該第一訊號處理器包括： 一類比訊號乘法器，用於將該第一訊號轉換成一第三訊號，該第三訊號對應的函數為該第一函數的n次方的函數；以及 一反相器，用於將該第三訊號轉換成該第二訊號。
  5. 根據請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該訊號處理器還包括： 一第二訊號處理器，該第二訊號處理器用於將該第二訊號放大後，饋入到該第一電極結構和該第二電極結構之間。
  6. 根據請求項5所述的等離子體處理設備，其中，該第二訊號處理器包括： 一功率放大器，用於對該第二訊號進行放大；以及 一匹配器，用於匹配一第一阻抗和一第二阻抗，其中，該第一阻抗為該訊號發生器中的阻抗，該第二阻抗為該訊號發生器至該第二電極結構所在支路上的所有阻抗之和。
  7. 一種等離子體處理方法，其中，應用於請求項1至6中任一項所述的等離子體處理設備，該等離子體處理方法包括下列步驟： 將一待處理襯底放置在一等離子體處理腔室內的一第一電極結構上；以及 啟動一訊號發生器和一訊號處理器，利用該訊號處理器將對該訊號發生器產生的一第一訊號進行處理後饋入到該第一電極結構和一第二電極結構之間，並向該等離子體處理腔室內通入製程氣體，以在該第一電極結構和該第二電極結構之間產生等離子體，對該待處理襯底進行處理； 其中，該訊號處理器包括一第一訊號處理器，用於將該第一訊號轉換成一第二訊號，其中，該第二訊號對應的函數為與一第一函數的n次方異號的函數，該第一函數為週期性正弦函數或週期性餘弦函數，其中，n為大於零的偶數。
  8. 根據請求項7所述的等離子體處理方法，其中，該第一訊號處理器包括：一類比訊號乘法器和一反相器； 利用該訊號處理器將對該訊號發生器產生的該第一訊號進行處理後饋到該第一電極結構和該第二電極結構之間包括下列步驟： 利用該類比訊號乘法器將該第一訊號轉換成一第三訊號輸出給該反相器，該第三訊號對應的函數為該第一函數的n次方的函數；以及 利用該反相器將該第三訊號轉換成該第二訊號輸出。
  9. 根據請求項7所述的等離子體處理方法，其中，該訊號處理器還包括：一第二訊號處理器； 利用該訊號處理器將對該訊號發生器產生的該第一訊號進行處理後饋入到該第一電極結構和該第二電極結構之間還包括下列步驟： 利用該第二訊號處理器將該第二訊號放大後，饋入到該第一電極結構和該第二電極結構之間。
  10. 根據請求項9所述的等離子體處理方法，其中，該第二訊號處理器包括：一功率放大器和一匹配器； 利用該第二訊號處理器將該第二訊號放大後，饋入到該第一電極結構和該第二電極結構之間包括下列步驟： 利用該功率放大器對該第二訊號進行放大後輸出給該匹配器；以及 利用該匹配器匹配一第一阻抗和一第二阻抗，其中該第一阻抗為該訊號發生器中的阻抗，該第二阻抗為該訊號發生器至該第二電極結構所在支路上的所有阻抗之和。
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