TW201250822A - Apparatus and method for generating inductively coupled plasma - Google Patents

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201250822 六、發明說明： C 明戶斤屬系好々頁3 發明領域 本發明實施例涉及半導體處理裝置，尤其涉及電感耦 合等離子處理裝置及等離子形成方法。 H ^tr 發明背景 一般而言，感應耦合等離子(ICP)工藝反應器，通過設 置於工藝室外部的一條或兩條以上的感應線圈向工藝室内 的工藝氣體施加電流，以形成等離子。感應線圈可通過例 如電介質蓋等從工藝室設置於外部以實現電分離。在一定 的等離子工藝中，加熱器元件可設置於電介質蓋上，以容 易維持工藝期間或工藝之間的工藝室内的一定溫度。 加熱器可為開放中斷型加熱器（open break heater)(例 如’非閉合型電回路）或非中斷型加熱器（n〇 break heater)(例 如’閉合型電回路）。在加熱器元件為開放中斷型加熱器元 件的實施例中’加熱器元件採用例如導致處理的基板的不 均勻蝕刻速率或導致時刻圖案的非對稱的等離子非均勻 度。這樣的等離子非均勻度玎用非中斷型加熱器元件替代 開放中斷型加熱器元件來消除。 务明内 發明概要 傳遞至感應線圈的RF能量也以非中斷型加熱器元件感 應耦合’甚至減少工藝室内用於形成等離子的能量（例如， 201250822 非中斷型加熱器元件減少等離子碰撞視窗（plasma strike window)) 〇 因此，需要經過改善的感應耦合等離子反應器。 提供場增強感應耦合等離子處理裝置及等離子形成方 法的實施例。 在規定實施例中，場增強感應耦合等離子處理裝置， 包括：工藝室，具備電介質蓋；及等離子源組裝體，設置 於電介質蓋上。等離子源組裝體，包括：至少一個以上的 水準感應線圈，向上述工藝室感應結合RF能量，以在工藝 室内形成並維持等離子；至少一個以上的電力施加電極， 電連接至上述水準感應線圈，以向上述工藝室内容量結合 RF能量；第一位置調節機構，結合於上述電力施加電極並 改變上述施加電極的水準位置；及RF發生器，結合於上述 至少一個以上的電力施加電極。 在規定實施例中，場增強感應耦合等離子處理裝置， 包括：垂直感應線圈，與水準感應線圈連接並設置於電介 質蓋側面之上；及第二位置調節機構，整體移動垂直感應 線圈的垂直位置或改變垂直感應線圈的間隔。 在規定實施例中，等離子形成方法，包括如下步驟： 向工藝室的内部提供工藝氣體， 其中，上述工藝室，包括： 至少一個以上的水準感應線圈，具備電介質蓋並設置 於上述電介質蓋之上； 至少一個以上的垂直感應線圈，與上述水準感應線圈 201250822 結合；及 至少一個以上的電力施加電極，與上述水準感應線圈 電連接； 從RF電源向上述電力施加電極提供RF電力； 利用通過上述水準感應線圈和上述垂直感應線圈供 應、容量結合至上述工藝氣體的上述RF電力，從上述工藝 氣體形成等離子；及 改變上述電力施加電極的水準位置、上述水準感應線 圈的間隔、上述垂直感應線圈的垂直位置及上述垂直感應 線圈的間隔中的至少一種，以控制等離子均勻度或離子密 度_的至少一種。 因此，本說明書提供場增強感應耦合等離子反應器及 利用方法。本發明場增強感應耦合等離子反應器，在不改 變等離子均勻度或離子密度等其他等離子特性的同時，改 善用以與工藝室内的等離子發生碰撞的RF電力。本發明場 增強感應耦合等離子反應器，還在處理過程中控制及/或調 節均勻度及/或密度等等離子特性。 上述内容為與本發明的實施例相關的内容，而本發明 的其他及追加實施例可在㈣離本發明的基本範圍的前提 下發明出來，而且，本發明的範圍由申請專利範圍來限定。 圖式簡單說明 圖1為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器概略側面圖； 圖2為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 201250822 應益的水準感應線圈、垂直感應線圈及電力施加電極的概 略平面圖； 圖3為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器的水準感應線圈及垂直感應線圈的概略示意圖； 。。圖4為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器的加熱器元件概略平面圖； 圖5為本發明規定實施例的等離子形成方法流程圖。 C實方包方式】 具體實施方式 本發明感應耦合等離子反應器可提供用以撞擊等離子 的增加了的無線頻率(RF)能量。例如，提供改善或增強的 等離子撞擊視窗。另外，本發明感應耦合等離子反應器， 在不改變等離子均勻度或離子密度等其他等離子特性的同 時’提供優秀的等離子撞擊性能。 圖1為本發明相同實施例的場增強感應耦合等離子反 應器100概略側面圖。場增強感應耦合等離子反應器1〇〇直 接為半導體基板處理系統的處理模組，可單獨使用或與半 導體晶片處理系統等整合設備—同使用。作為本發明實施 例的隻形，包括感應麵合專離子银刻反應器。上述所列半 導體設備只是示例，可在其他蝕刻反應器及作為非蝕刻反 應器的CVD反應器或其他半導體處理設備中適當變形使 用。 反應器100包括一同形成處理容積的導電性主體13〇及 電介質蓋120、設置於處理容積内的基板支撐基座ι16、等 201250822 離子源組裝體160及具備控制器140的工藝室no。導電性主 體130結合於電接地部134。支撐基座（陰極）116可通過第一 整合網路124結合於偏置電源122。雖然其他頻率及電力對 特定領域較為適合，但偏置電源122可為生成連續或脈衝型 電力的約13.56 MHz的頻率的1000W為止的電源。作為另一 實施例，偏置電源122可為DC或脈衝型DC電源。 在規定實施例中’電介質蓋120實際上可為平面形。場 増強感應耦合等離子反應器100,可具有例如凸圓形蓋或其 他形式的蓋。等離子源組裝體160通常設置於電介質蓋120 之上，並向工藝室110内感應結合RF電力。等離子源組裝體 160，包括至少一個以上的水準感應線圈、連接於至少一個 以上的水準感應線圈的至少一個以上的垂直感應線圈、至 少一個以上的電力施加電極及等離子電源。至少一個以上 的水準感應線圈可設置於電介質蓋120之上。至少一個以上 的垂直感應線圈與至少一個以上的水準感應線圈連接並設 置於電介質蓋120側面之上。如圖1所示，在電介質蓋12〇 上，示例性地設置至少一個以上的水準感應線圈1〇9、。 多重水平感應線圈109、111 ’例如可設置為螺旋形。 若第一水準感應線圈109的一端以中心為准位於左側，則另 —端以中心為准位於右側。若第二水準感應線圈111的一端 以中心為准位於左側，則另一端以中心為准位於右側。至 少一個以上的水準感應線圈109、111相互保持一定的間距 並吻合設置。可適當選擇第一水準感應線圈和第二水準感 應線圈之間的間距、垂直感應線圈之間的間距、各線圈的 201250822 纏繞數，以控制等離子密度或分佈。 第一水準感應線圈109和第二水準感應線圈ln通過整 合網路119各結合於等離子電源118。雖然其他頻率及電力 對特定領域是適合的，但等離子電源118在5〇kHz至 13.56MHzfe圍内可調節的頻率上，最高生成4〇〇〇界的電力。 在規定實施例中，電力分配器1〇4設置於至少一個以上 的水準感’以通過電容器的結合向各線圈分配 等離子電源118提供的RF電力的相對量。例如，如圖i所示， 電力分配器104可設置於各連接於等離子電源118和第一水 準感應線圈109及第二水準感應線圈U1的電力施加電極 102、103之間，以控制提供至各線圈的RF電力的量。 如圖1所示，至少一個以上的電力施加電極、丨〇3， 例如可電結合于第一水準感應線圈1〇9或第二水準感應線 圈 111。 RF電力在等離子電源118,通過至少一個以上的電力施 加電極102、103，各提供至第一水準感應線圈和第二水準 感應線圈。 在規定實施例中，至少一個以上的電力施加電極1〇2、 103可移動地與至少一個以上的水準感應線圈中的一個結 合’以容易定位相互及/或對電介質蓋120的相對位置。例 如至少一個以上的第一位置§周郎機構（未圖示）結合於至少 一個以上的電力施加電極102、103，以改變與第一水準感 應線圈和第二水準感應線圈連接的水準位置。第—位置調 節機構(未圖示）可為包括導向螺絲、線性軸承、步進電機、 201250822 楔子等的手動或自動裝置，可改變電力施加電極1〇2、l〇3 的水準位置設定。 -在規定實施例中，如圖！所示，第—位置調節機構(未 圖不）各結合於電力施加電極丨〇 2、i 0 3，以利用水準箭頭收 獨立控制電力施加電極1〇2、1〇3的水準位置。 在規定實施例中’第一位置調節機構(未圖示）各結合于 第一水準感應線圈109和第二水準感應線圈m，以改變第 一水準感應線圈109和第二水準感應線圈lu的間距。 對電力施加電極的水準位置的獨立控制及/或水準感 應線圈之間關隔控制’使相對的RF電力的容量性結合^ 得容易，從而控制等離子的密度及/或等離子的面積:例 如，電力施加電極的水準位置越靠近線圈的中心，等離子 的密度越高，而水準感應線圈之間的間距越大，等離子的 密度越低，但等離子的面積增加。 、 對等離子餘裝㈣〇的RF€力的容量性結合的量的 控制n室内料離子特性的控制變得容易。例如， 通過控制㈣子源组裝體的容量性結合，改變等離子撞 擊視囱，從而維持所需感應耦合等離子的特性。對水準感 應線圈之_間距或對t力施加電極位置的選擇性控制， 可在無需向形成m的容量性結合的等離子内結合過 多RF能量’也能使與等離子的撞擊變得容易，從而按需求 改變等離子特性(例如’密度、解離比率、離子/中子:率 等）。另外’通過這樣的改變，減少因非對稱氣體傳遞及/ 或抽吸引起的工藝”料均勻氣體速度等料勻等離子 201250822 的產生等。例如’對膏等離子密度的區域，增加低等離子 密度的區域内的容量性結合，形成工藝室内整體等離子分 佈的均勻性，從而使均勻處理變得容易。 等離子源組裝台160的-個或兩個以上電極可在電介 質蓋120的上部對稱設置，以增加向等離子的rf能量的均句 結合。在規定實施例中，一個或兩個以上電極，不提供可 使電流感應至-個或兩個以上電極内的連續路徑。因此， 在利用單-電極的實施例中，電極可包括感應中斷點 (dielectric break)，從而不形成電極的感應性環。但是，這 樣的特異性中斷點，可能因形狀的非對稱而導致等離子的 非均勻度。在利用單-電極的電極中，導電性中斷點可位 於補償工藝㈣的自然㈣子分佈的位置，以接近工藝室 的抽吸蟑或對應于相對高的㈣子密度的區域。 在規定實施例中，兩個以上的水準感應線圈1〇9、⑴ 相互吻合設置’以對稱分配在電介質空間產生的等離子的 影響。例如’如圖2所示’包括實際上以均勻的間隔隔開的 兩個螺旋形水準感應線圈1〇9、⑴和兩個電力施加電極 102 、 103 。 如圖1所示，垂直感應線圈1丨3與水準感應線圈1〇9、111 中的至乂個連接。在規定實施例中，垂直感應線圈⑴可 通過第置調節機構（未圖示）整體移動垂直方向的位置 或改變之間的間距。例如，第二位置調節機構(未圖示）可為 包括導向螺絲、線性軸承、步進電機、楔子等的手動或自 動裝置，可改f垂直感應線圈113驗置或間距。 10 201250822 如圖1所示，加熱器元件121設置於電介質蓋i2〇上部， 以使工藝室110的内部加熱變得容易。加熱器元件121可設 置於電介質蓋120及水準感應線圈109、111及電力施加電極 102、103之間。在規定實施例中’加熱器元件121可包括電 阻性加熱元件’且可連接于可提供充分的能量的AC電源等 電源123，以將加熱器元件121的溫度控制在約5〇至1〇〇。〇。 在規定實施例中，加熱器元件121可為開放中斷型加熱器。 在規定實施例中，加熱器元件121可包括環形元件等非中斷 型見熱氣，以使工藝室110内的均勻等離子的形成變得容 易。 例如，圖3為本發明規定實施例的加熱器元件121的平 面圖。加熱器元件121可包括具備向内側延長的销3〇2的鉤 形部分300。在規定實施例中，鉤形部分300可沿如圖1所示 的電介質蓋120的周邊而設。例如，鉤形部分3〇〇可具有與 電介質蓋120的外徑實際上相同的外徑。在規定實施例中， 鉤形部分300可具有與電介質蓋120的外徑大或小的外徑。 還可利用實際上可均勻加熱電介質蓋120的鉤形部分3〇〇的 其他適當的結構。銷302可相對於鉤形部分300具有適當的 寬度、長度、數量及/或位置’以控制工藝室11〇所需的熱 的量及分佈。如圖3所示，銷302相對於加熱器元件121的釣 形部分300對車設置，從而可延長為内側放射狀。 如圖1所示，在作業期間’基板114(適合於半導體晶片 或等離子處理的適當的基板等）可設置於基座上，而工蓺氣 體可通過流入埠126從氣體板138供應，以形成工藝室11〇内 201250822 的氣體狀態的混合物。如在圖5中更具體地示出，將電力從 等離子電源118供應至水準感應線圈1〇9、111及垂直感應線 圈113，而氣體狀態的混合物150淨化至工藝室11〇的等離子 155内。在規定實施例中，電力還可從偏置電源122提供至 基座116。工藝室110内部壓力可利用節流閥127及真空泵 136控制。導電性主體130的溫度可利用沿導電性主體13〇形 成的導管（未圖示）控制。 晶片114的溫度可通過穩定支撐基座116的溫度控制。 在一實施例中，來自氣體源148的氦氣通過氣體導管供應至 設置於基座表面的晶片114後面和具備於槽（未圖示）之間的 通道。氦氣使基座116和晶片114之間的熱傳遞變得容易。 工藝處理期間，支樓基座116利用其内部的電阻性加熱器 (未圖示）加熱至穩定狀態溫度，而氦氣使晶片114的均勻加 熱變得容易。通過上述熱控制，晶片114的溫度可維持在 0〜500°C之間。 控制器包括中央處理器（CPU)144、記憶體及用於 CPU144的支援電路146，並使反應器1〇〇部件和等離子形成 方法的控制變得容易。控制器140用於工業設置，以控制各 種工藝室及子進程。CPU144的記憶體或電腦可讀介質，可 為隨機記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或 局部或遠端資料存儲的各種形式等的一種兩個以上的組 合。支援電路146結合於CPU144，以通過現有的方式支援 處理器。上述電路包括快閃記憶體(cache)、電源、時鐘電 路、輸入/輸出電路及子系統等。本發明的可通過如下方式 12 201250822 控制等離子反應器100運行的軟體程式並可保存於記憶體 142内。軟體程式還可從被cpui44控制的硬碟，通過遠端 的第二CPU(未圖示）保存及/或運行。 圖4表示根據固定實施例的，在與上述等離子反應器 100類似的場增強感應耦合反應器内形成等離子的方法 40〇。一般而言，上述方法從工藝氣體（或一些氣體)提供至 工藝室110的“402”開始。工藝氣體或一些氣體通過流入埠 126從氣體板138供應，以在工藝室110内形成氣體狀態混合 物150。導電性主體13〇、電介質蓋12〇及支撐基座116等工 藝室部件，可通過上述方法在工藝氣體氣筒之前或之後加 熱成所需溫度。 可通過從電源123向加熱器元件121供應電力加熱電介 為蓋120。供應的電力可在工藝處理時以所需溫度維持工藝 室 110 〇 接著’在“404”，來自RF電源118的RF電力提供至水準 感應線圈及垂直感應線圈，以感應性、容量性結合至工藝 氣體混合物150。雖然其他電力及頻率用於形成等離子，但 RF電力可以最高4000W及50kHz至13.56MHz的可調節的頻 率提供。 在規定實施例中’如“406”所示，第一量的RF電力經水 準感應線圈和垂直感應線圈，與工程氣體感應結合。施加 至水準感應線圈109的第一量的RF電力，因感應結合至加熱 器元件121内的第一量的RF電力的一部分，由於非中斷型加 熱元件(例如，加熱器元件121為非中斷型加熱元件）的存在 13 201250822 而減^ ’從而更増加等離子撞擊的難度。但m〇8”所 示’施加料準感騎圈11的第二量的RF電力容量性地結 &至π氣體内並感應結合至加熱器元件121，從而不會減 少Hi的RFf離子的性驗過改善可在更廣的範圍 的狀態下與等離子撞擊。 在“410’’中，利用各提供至水準感應線圈109、nl及垂 直感應線11的第—量的RF電力及第二量的RF電力，從工藝 氣體混S物150形成等離子155。在通過與等離子的撞擊達 到等離子穩&時’方法伽—般結束，而等離子繼續按照需 要被處理。例如’在標準工藝方式巾，當前RF電力設 置及其他工藝變數，至少使一部分工藝繼續。連接至水準 移動線圈的電力施加電極1〇2、1〇3，在工藝期間，選擇性 地或組合地，水準移動以改變向工藝室内的RF電力的容量 性結合’或由水準移動線圈改變其間距，垂直移動線圈改 變其垂直位置或間距’以改變向工藝室内的RF電力的容 量性結合。 因此’本說明書提供場增強感應耦合等離子反應器及 利用方法。本發明場增強感應耦合等離子反應器，在不改 變等離子均勻度或離子密度等其他等離子特性的同時，改 善用以與工藝室内的等離子發生碰撞的RF電力。本發明場 增強感應柄合等離子反應器，還在處理過程中控制及/或調 節均勻度及/或密度等等離子特性。 上述内容為與本發明的實施例相關的内容，而本發明 的其他及追加實施例可在不脫離本發明的基本範圍的前提 201250822 下發明出來，而且，本發明的範圍由如下申請專利範圍來 限定。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器概略側面圖； 圖2為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器的水準感應線圈、垂直感應線圈及電力施加電極的概 略平面圖， 圖3為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器的水準感應線圈及垂直感應線圈的概略示意圖； 圖4為本發明規定實施例的場增強感應耦合等離子反 應器的加熱器元件概略平面圖； 圖5為本發明規定實施例的等離子形成方法流程圖。 【主要元件符號說明】 100...等離子反應器 119...整合網路 102、103…電力施加電極 120...電介質蓋 104...電力分配器 121…加熱器元件 109...第一水準感應線圈 122...偏置電源 110...工藝室 123...電源 111...第二水準感應線圈 124...第一整合網路 113...垂直感應線圈 126…流入埠 114...基板 127…節流閥 116...基板支撐基座 130…導電性主體 118...等離子電源 134...電接地部 15 201250822 136.. .真空泵 138.. .氣體板 140.. .控制器 142.. .記憶體 144 …CPU 146.. .支援電路 148.. .氣體源 150.. .氣體狀態混合物、工藝氣 體混合物 155.. .等離子 160.. .等離子源組裝體 300.. .鉤形部分 302…銷 16

Claims (1)

1. 201250822 七、申請專利範圍： 1. 一種場增強感應耦合等離子處理裝置，包括： 工藝室，具備電介質蓋； 至少一個以上的水準感應線圈，包括設置於上述電 介質蓋之上的等離子源組裝體， 並向上述工藝室感應結合RF能量，以在工藝室内形 成並維持等離子； 至少一個以上的電力施加電極，電連接至上述水準 感應線圈，以向上述工藝室内容量結合RF能量； 第一位置調節機構，結合於上述電力施加電極並改 變上述施加電極的水準位置；及 RF發生器，結合於上述至少一個以上的電力施加電 極。 2. 根據申請專利範圍第1項所述的場增強感應耦合等離子 處理裝置，其特徵在於：上述第一位置調節機構用以改 變上述電力施加電極的水準位置。 3. 根據申請專利範圍第1項所述的場增強感應耦合等離子 處理裝置，其特徵在於：上述第一位置調節機構結合于 上述水準感應線圈，以改變上述水準感應線圈的間距。 4. 根據申請專利範圍第2或3項所述的場增強感應耦合等 離子處理裝置，其特徵在於： 上述水準感應線圈，包括： 第一水準感應線圈，呈螺旋形，一端以中心為准位 於左側，另一端以中心為准位於右側； 17 201250822 第二水準感應線圈，呈螺旋形，一端以中心為准位 於右側，另一端以中心為准位於左側。 5. 根據申請專利範圍第4項所述的場增強感應耦合等離子 處理裝置，其特徵在於：還包括通過電容器結合分配提 供至上述第一水準感應線圈和上述第二水準感應線圈 的RF電力的相對量。 6. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項所述的場增強感 應耦合等離子處理裝置，其特徵在於：還包括與上述水 準感應線圈連接並設置於電介質蓋側面之上的垂直感 應線圈。 7. 根據申請專利範圍第6項所述的場增強感應耦合等離子 處理裝置，其特徵在於：還包括用以整體移動上述垂直 感應線圈的垂直位置或改變上述垂直感應線圈的間距 的第二位置調節機構。 8. 根據申請專利範圍第7項所述的場增強感應耦合等離子 處理裝置，其特徵在於：上述第一位置調節機構和上述 第二位置調節機構包括導向螺絲、線性軸承、步進電機 及楔子中的至少一種。 9. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項所述的場增強感 應耦合等離子處理裝置，其特徵在於：還包括設置於上 述等離子源組裝體的一個或兩個以上電極和上述電介 質蓋之間的加熱器元件。 10. —種等離子形成方法，包括如下步驟： 向工藝室的内部提供工藝氣體， 18 201250822 其中，上述工藝室，包括： 至少一個以上的水準感應線圈，具備電介質蓋並設 置於上述電介質蓋之上； 至少一個以上的垂直感應線圈，與上述水準感應線 圈結合；及 至少一個以上的電力施加電極，與上述水準感應線 圈電連接； 從RF電源向上述電力施加電極提供RF電力， 利用通過上述水準感應線圈和上述垂直感應線圈 供應、容量結合至上述工藝氣體的上述RF電力，從上述 工藝氣體形成等離子；及 改變上述電力施加電極的水準位置、上述水準感應 線圈的間隔、上述垂直感應線圈的垂直位置及上述垂直 感應線圈的間隔中的至少一種，以控制等離子均勻度或 離子密度中的至少一種。 11.根據申請專利範圍第10項所述的等離子形成方法，其特 徵在於：上述工藝室還包括設置於上述電介質蓋上部的 非中斷型加熱器元件，而且，還包括向上述加熱器元件 供應電力，以控制上述工藝室溫度的步驟。 19