CN116313714A - 等离子处理装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置，包含：一支撑盘，具有用于支撑基板的一第一承载面及形成于所述第一承载面外围的一第二承载面；及一调节环，配置成以可拆卸的方式坐落于所述支撑盘的第二承载面上，使所述调节环围绕所述第一承载面，且所述调节环具有相互连接的一第一层、一第二层和一第三层，其中所述第二层位于所述第一层与所述第二层之间。所述调节环的设置用于调节等离子曲线。此外本发明还提供了一种等离子处理装置的使用方法。

Description

等离子处理装置及其使用方法
技术领域
本发明是关于一种半导体处理装置，尤其是关于实施等离子处理的等离子处理装置及其使用方法。
背景技术
等离子处理是用来沉积物质于一基板上以形成薄膜，像是利用已知的等离子化学气相沉积(PECVD)方法形成介电质薄膜于基板上。当然等离子处理也可应用在原子层沉积(ALD)以及蚀刻等处理。在等离子处理中，影响薄膜形成的等离子分布、均匀性和密度是关键的。这是因为这些因素会造成在基板中央的薄膜厚度和在基板边缘的薄膜厚度的差异。恰当的等离子分布、均匀性和密度可获得厚度均匀的薄膜。当然，这样的理想结果有赖于对处理过程中等离子分布曲线的调节和控制。
当前使用腔内边缘调节环控制腔体中的等离子曲线。但随着工艺需求的改变，如此具有固定电气特性(如阻抗、等效电容、电导率)的调节环可能无法应付所有的处理。虽然目前已发展出使用透过电路连接调节环的方式应付各种工艺需求，成本支出也相对提高。
因此，为了使单一处理腔体足以应付更多的工艺需求，有必要发展出较为便利且弹性的手段，并在成本上亦具有优势。
发明内容
本发明目的在于提供一种等离子处理装置，包含：一支撑盘，具有用于支撑基板的一第一承载面及形成于所述第一承载面外围的一第二承载面；及一调节环，配置成以可拆卸的方式坐落于所述支撑盘的第二承载面上，使所述调节环围绕所述第一承载面，且所述调节环具有相互连接的一第一层、一第二层和一第三层，其中所述第二层位于所述第一层与所述第三层之间。
所述等离子处理装置的有益效果在于通过所述调节环围绕所述第一承载面，且所述调节环具有相互连接的一第一层、一第二层和一第三层，其中所述第二层位于所述第一层与所述第三层之间，用于调节处理腔中的等离子分布边缘曲线。
进一步地，坐落于所述支撑盘的所述调节环的一顶部高于所述支撑盘的第一承载面。
进一步地，所述调节环的第一层为一第一材质，所述第二层为一第二材质，所述第三层为一第三材质。
进一步地，所述调节环的第二层具有由所述第一层和所述第二层夹持的一空间。
进一步地，所述调节环的第一层为一第一材质，所述第二层为一第二材质和一第四材质的组合，所述第三层为一第三材质。
进一步地，所述第二层中的第四材质被包覆于所述第二材质以及所述第一层的第一材质与所述第三层的第三材质之间。
进一步地，所述调节环的第一层、第二层与所述第三层沿着垂直所述第一承载面的一方向依序堆栈。
进一步地，所述调节环的第一层、第二层与所述第三层沿着所述支撑盘的一径向方向依序堆栈。
本发明还提供一种如上述等离子处理装置的使用方法，所述方法包含：根据一工艺需求，使所述支撑盘的第二承载面上提供有所述调节环；及根据另一工艺需求，将所述支撑盘上的所述调节环更换为另一调节环，其中所述另一调节环具有相互连接的多个层，且所述调节环的这些层的堆栈方向或组成与所述另一调节环的这些层的堆栈方向或组成不同，使所述调节环与所述另一调节环的电气特性不相同。
所述等离子处理装置的使用方法的有益效果在于通过不同工艺需求下的所述调节环与所述另一调节环的电气特性不相同，进而调节不同工艺需求下等离子边缘分布曲线。
进一步地，所述调节环的推迭方向与所述另一调节环的堆栈方向为相互垂直。
附图说明
参考下列实施方式描述及图式，将会更清楚了解到本发明的前述和其他特色及优点。
图1显示一半导体处理装置的方块示意图。
图2显示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的一实施例示意图。
图3显示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的另一实施例示意图。
图4显示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的再一实施例示意图。
具体实施方式
在以下多个示例具体实施例的详细叙述中，对所述等随附图式进行参考，所述等图式形成本发明之一部分。且系以范例说明的方式显示，藉由所述范例可实作所述等所叙述之具体实施例。提供足够的细节以使所述领域技术人员能够实作所述等所述具体实施例，而要了解到在不背离其精神或范围下，也可以使用其他具体实施例，并可以进行其他改变。此外，虽然可以如此，但对于“一具体实施例”的参照并不需要属于所述相同或单数的具体实施例。因此，以下详细叙述并不具有限制的想法，而所述等叙述具体实施例的范围系仅由所述等附加申请专利范围所定义。
在整体申请书与申请专利范围中，除非在上下文中另外明确说明，否则以下用词系具有与此明确相关联的意义。当在此使用时，除非另外明确说明，否则所述用词“或”系为一种包含的“或”用法，并与所述用词“及/或”等价。除非在上下文中另外明确说明，否则所述用词“根据”并非排他，并允许根据于并未叙述的多数其他因子。此外，在整体申请书中，“一”、“一个”与“所述”的意义包含复数的参照。“在…中”的意义包含“在…中”与“在…上”。
以下简短提供所述等创新主题的简要总结，以提供对某些态样的一基本了解。并不预期此简短叙述做为一完整的概述。不预期此简短叙述用于辨识主要或关键组件，或用于描绘或是限缩所述范围。其目的只是以简要形式呈现某些概念，以做为稍后呈现更详细叙述的序曲。
图1显示用于半导体制造的一处理装置，尤其是使用等离子处理的处理装置。所述处理装置包含一处理腔100，处理腔100具有一腔室以容置用于各种处理的装置及部件。处理腔100与一排气系统连接(未显示)，所述排气系统经配置以控制腔室的压力。处理腔100的顶部与一气体供应系统连接(未显示)，所述气体供应系统系配置以提供反应气体至腔室中。处理腔100的底部与一马达101及一支撑部件102连接，马达101控制支撑部件102在腔室中的升降。
典型使用等离子处理的处理装置包含一射频信号产生器120及一匹配器122。射频信号产生器120的一输出端电性耦接至匹配器122的一输入端。匹配器122的一输出端电性耦接至壳体100中的一电极103。如图所示，处理腔100中提供有靠近顶部的电极103，其一般是属于喷淋组件的一部分。匹配器122电性耦接至电极103。所述射频信号产生器及匹配器的安排并不限于此揭露。
射频信号产生器120经配置而产生一或多个射频信号。在一实施例中，射频信号产生器120可包含一或多个射频信号产生单元，其中多个射频信号产生单元的每一者的工作频率不同于另一者。在已知的技术中，射频信号产生器120可由至少一低频射频信号产生单元及至少一高频射频信号产生单元所实施。
图2为剖面图，其例示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的一实施例。所述装置属于前述支撑部件102的一部分，包含一支撑盘200及可安装至支撑盘200或自支撑盘200卸除的一调节环210。
支撑盘200为支撑部件102或支撑座(pedestal)的顶端，用于支撑一基板S或晶圆。支撑盘200可于腔体中的一最高位置和一最低之间升降。支撑盘200具有一第一承载面201，其面向位于腔体顶部的电极103，用于承载基板S。虽然未具体显示，第一承载面201可提供有用于支撑基板S的其他组件，像是多个凸点或举升销(lift pins)。支撑盘200由铝或陶瓷所成型，盘中可埋有电极板、加热单元202、热绝缘组件及/或静电吸附板等。
本发明的支撑盘200还提供有一第二承载面203，其形成于第一承载面201的外围，由支撑盘200横向延伸的一平台204所定义。第二承载面203低于第一承载面201且为径向尺寸大于第一承载面201的一环状面。第二承载面203用于提供调节环210的安装。因此，第二承载面203还可提供配合调节环210的连接结构。本案图式虽以平面简化表示第二承载面203，但不必然代表第二承载203仅能是平面的限制。举例而言，第二承载面203也可能具有一倾斜面。
调节环210配置成以可拆卸的方式坐落于支撑盘200的第二承载面203上。例如，可行的方式包含锁固或凹凸结构配合。调节环210包含用于改变其电气特性的多个层结构。所述电气特气包含阻抗、等效电容和电导等。换言之，调节环210的电气特性取决于这些层所使用的材质、尺寸、排列顺序以及组合等，用以在处理过程中调整等离子曲线。本发明的调节环的设置调节了等离子分布的边缘曲线，使得半导体制造工艺的等离子体分布更为优化。在本实施例中，调节环201具有一第一层211、一第二层212及一第三层213，且这些层211、212、213依序垂直堆栈。所述垂直堆栈是指一堆栈方向垂直于第一承载面201，即每一层实质上与支撑盘200或第一承载面201平行。当基板S被承载于支撑盘200上时，调节环210的每一个层211、212、213基本上也与基板S平行。
在本实施例中，第一层211被堆栈在最顶端，往下则依序为第二层212和第三层213，且分别为一第一材质、一第二材质及一第三材质。第二层212被夹持于第一层211和第三层213之间，第三层213面对第二承载面203。这些层的尺寸或形状可以不必是相同的。这些层主要是由导体和非导体材质所组成。例如，调节环210的最外层可以是陶瓷也可以是导体。而为了保持气流的连续性，调节环210的最外层形状也有各种的考虑。更具体而言，所述层211、212、213可以是介质材料，例如陶瓷，如AL2O3，ALN陶瓷，或者为PTFE，或者为真空。除了介质，还可以为导体。如果是介质或真空，这部分结构等效成电容，其介电常数的特性会影响附近的电场和等离子体电流分布，不同的介电常数有不同的影响，如果是金属，则这部分在电性上相当于没有带来电容的成分。
图3例示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的另一实施例。此调节环310与前述实施例不同之处在于堆栈的结构。第一层311位于堆栈的顶端，往下依序是第二层312和第三层313，且分别为第一材质、第二材质和第三材质。第二层312仍是被夹持于第一层311与第三层313之间，但第二层312中形成有沿着调节环310延伸的一空间314，其被包覆于第二层312的第二材质以及第一层311的第一材质与第三层313的第三材质之间。因此，调节环310本身的电气特性不同于前述实施例。在一实施例中，空间314的部分也可以填充其他材质，像是导体、非导体或不同于第二材质的其他材质，以改变调节环的电气特性。
图4例示本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的再一实施例。此调节环410与前述实施例不同之处在于堆栈方向。此处的堆栈方向与前述实施例的堆栈方向为垂直。调节环410具有横向堆栈(或径向堆栈)的多个层，每一层位在一直径所定义的位置。如图所示，一第一层411位于环的最外径，往内依序是一第二层412和一第三层413。第二层412被夹持于第一层411和第三层413之间，第三层413则最接近于基板S的边缘。在一实施例中，第一层411和第三层413为相同材质，而第二层412为另一材质。
上述不同实施例提供的不同电气特性的调节环，因此可根据工艺需求选择适当的调节环。参酌图2至图4，本发明用于调节处理腔中等离子曲线的装置的使用方法，包含根据一工艺需求，使支撑盘200的第二承载面203上提供有一调节环210，在某些具体的实施例子中所述工艺需求为沉积工艺；及根据另一工艺需求，在某些具体的实施例子中所述另一工艺需求为蚀刻工艺，将支撑盘200上的调节环210更换为另一调节环，所述另一调节环在某些具体的实施例子中为图3中的调节环310，所述另一调节环在某些其他具体的实施例子中为图4中的调节环410。调节环210的这些层的堆栈方向或组成与另一调节环、的这些层的堆栈方向或组成不同，借此改变电气特性的效果。
在本发明的其他实施例中，这些层的组合和堆栈构成一个环，或者这些层的组合和堆栈可构成环的一部分。本发明至少揭露了用于控制等离子边缘曲线的调节环可由不同材质组合而成，像是陶瓷、金属和间隙，来定义其电气特性，甚至可决影响基板边缘的温度分布曲线，从而实现薄膜边缘均匀性的控制。与现有的边缘调节环相比，本发明调节环更能灵活组合出不同阻抗以及不同阻抗分布的调节环。当工艺调件需要被改变时，仅需要更换原支撑盘上的调节环即可。
以上内容提供该等叙述具体实施例的组合的制造与使用的完整描述。因为在不背离此叙述精神与范围下可以产生许多具体实施例，因此这些具体实施例将存在于以下所附加的该等申请专利范围之中。

Claims (10)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，包括：一支撑盘，具有用于支撑基板的一第一承载面及形成于所述第一承载面外围的一第二承载面；及一调节环，配置成以可拆卸的方式坐落于所述支撑盘的第二承载面上，使所述调节环围绕所述第一承载面，且所述调节环具有相互连接的一第一层、一第二层和一第三层，其中所述第二层位于所述第一层与所述第三层之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中坐落于所述支撑盘的所述调节环的一顶部高于所述支撑盘的第一承载面。
3.根据权利要求1项所述装置，其特征在于，其中所述调节环的第一层为一第一材质，所述第二层为一第二材质，所述第三层为一第三材质。
4.根据权利要求1项所述的装置，其特征在于，其中所述调节环的第二层具有由所述第一层和所述第二层夹持的一空间。
5.根据权利要求2项所述的装置，其特征在于，其中所述调节环的第一层为一第一材质，所述第二层为一第二材质和一第四材质的组合，所述第三层为一第三材质。
6.根据权利要求5项所述的装置，其特征在于，其中所述第二层中的第四材质被包覆于所述第二材质以及所述第一层的第一材质与所述第三层的第三材质之间。
7.根据权利要求1项所述的装置，其特征在于，其中所述调节环的第一层、第二层与所述第三层沿着垂直所述第一承载面的一方向依序堆栈。
8.根据权利要求1项所述的装置，其特征在于，其中所述调节环的第一层、第二层与所述第三层沿着所述支撑盘的一径向方向依序堆栈。
9.一种等离子处理装置的使用方法，其特征在于，其中所述装置包含：一支撑盘，具有用于支撑基板的一第一承载面及形成于所述第一承载面外围的一第二承载面；及一调节环，配置成以可拆卸的方式坐落于所述支撑盘的第二承载面上，使所述调节环围绕所述第一承载面，且所述调节环具有相互连接的多个层，所述方法包含：根据一工艺需求，使所述支撑盘的第二承载面上提供有所述调节环；及根据另一工艺需求，将所述支撑盘上的所述调节环更换为另一调节环，其中所述另一调节环具有相互连接的多个层，且所述调节环的这些层的堆栈方向或组成与所述另一调节环的这些层的堆栈方向或组成不同，使所述调节环与所述另一调节环的电气特性不相同。
10.根据权利要求9项所述的方法，其特征在于，其中所述调节环的推迭方向与所述另一调节环的堆栈方向为相互垂直。
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