TW201507028A - 用於電漿反應器的增強電漿源 - Google Patents

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Abstract

在此提供一種具改良線圈天線組件之設備的實施例，該線圈天線組件可提供處理腔室中增強的電漿。該改良線圈天線組件增強電漿處理腔室內的電漿位置之位置控制，且特別可用在蝕刻、沉積、佈植、與熱處理系統，還可用在其他期望有電漿位置控制的應用。一個實施例中，裝設成用於半導體處理設備的電極組件包括：RF導電連接器；以及導電構件，具有電氣連接該RF導電連接器的第一端，其中該導電構件從該RF導電連接器向外且垂直延伸。

Description

用於電漿反應器的增強電漿源
實施例大體上關於半導體基板處理系統之設備。更詳言之，實施例關於用於電漿處理系統的增強電漿生成組件。
在積體電路的製造中，需要準確控制各種製程參數以達成基板內有一致的結果，以及基板至基板間可再現的結果。當形成半導體元件的結構的幾何限制推抵技術極限時，對於製造的成功而言，更嚴密的容忍度與準確的製程控制是至關重要的。然而，隨著幾何尺寸縮小，準確的臨界尺寸與蝕刻製程的控制已逐漸變得困難。
許多半導體元件是在電漿的存在下處理。可在利用電容式耦合電力以賦予形成電漿之氣體能量的處理腔室中容易地點燃電漿。然而，其他類型的處理腔室中的電漿點燃可能並非那麼容易啟動，而經常需要電力的尖波以點燃腔室內的氣體。不幸的是，這樣的電力尖波經常造成腔室部件的電弧放電與濺射，而減少腔室部件的服務壽命且非如期望地於處理腔室內生成顆粒，這會非如期望地貢獻缺陷率。
因此，需要一種改善處理腔室內電漿點燃的設備與 方法。
實施例大體上提供一種改良的線圈天線組件，該線圈天線組件可提供處理腔室內增強的電漿點燃。改良的線圈天線組件增強電漿點然而實質上不會有電力的增加或腔室部件的濺射，且該改良的線圈天線組件特別可用於蝕刻、沉積、佈植、與熱處理系統，還可用在其他期望對腔室部件的濺射較少而生成電漿的應用。
一個實施例中，提供一種線圈天線組件，該線圈天線組件增強處理腔室內的電漿點燃，該處理腔室具有蓋，而該線圈天線組件配置在該蓋上。該線圈天線組件包括線圈，該線圈具有電極組件，該電極組件電氣連接至該線圈的第一端附近。該電極組件從該線圈之該第一端朝向該線圈之第二端延伸。在操作上，該電極組件採用該線圈之該第一端的電壓，且於該處理腔室之該蓋附近提供較高的電壓。
一個實施例中，裝設成用於半導體處理設備中的電極組件包括RF導電連接器與導電構件，該導電構件具有第一端，該第一端電氣連接該RF導電連接器，其中該導電構件從該RF導電連接器向外且垂直延伸。
另一實施例中，電漿處理腔室包括：腔室主體；蓋，包圍該腔室主體之內部空間；基板支座，配置在該內部空間中；線圈天線組件，定位在該蓋附近，以將RF電力耦接該腔室主體；以及電極組件，電氣連接該線圈天線組件。
尚有另一實施例中，電漿處理腔室包括：腔室主體； 蓋，包圍該腔室主體之內部空間；基板支座，配置在該內部空間中；線圈天線組件，具有複數個繞組，該等繞組定位於該蓋附近，以將RF電力耦接該腔室主體；以及電極組件，電氣連接配置在該線圈天線組件中的每一繞組。
10‧‧‧腔室主體
12‧‧‧蓋
14‧‧‧圓筒狀側壁
16‧‧‧處理腔室
18‧‧‧基板支撐底座
20‧‧‧偏壓電極
22‧‧‧電漿偏壓電力產生器
24‧‧‧RF偏壓阻抗匹配器
30‧‧‧線圈天線包殼
35‧‧‧圓柱狀側壁
35a‧‧‧頂部邊緣
40‧‧‧肩部環
45‧‧‧頂部圓筒狀側壁
50‧‧‧導電覆蓋件
51‧‧‧處理氣體供應器
52‧‧‧處理氣體分配設備
53‧‧‧真空泵
54‧‧‧泵送通口
55‧‧‧支撐板
57‧‧‧RF墊片
60‧‧‧托架
62‧‧‧蓋加熱器
64‧‧‧加熱元件
65‧‧‧托架
66‧‧‧加熱器電源
70‧‧‧線圈天線
71‧‧‧電漿源電力施加器
75‧‧‧線圈天線
76‧‧‧阻抗匹配箱
77‧‧‧第一RF電力產生器
78‧‧‧第二RF電力產生器
80、85、90‧‧‧支撐伺服機構
100‧‧‧基板處理設備
104‧‧‧線圈天線組件
170‧‧‧控制訊號電纜
175‧‧‧中央控制器
190、192‧‧‧第一端
194、196‧‧‧第二端
202‧‧‧電極組件
203‧‧‧第一端
204‧‧‧RF導電連接器
205‧‧‧額外電極組件
206‧‧‧導電構件
208‧‧‧第二端
240、242‧‧‧線圈繞組
302‧‧‧RF饋通收納件
304‧‧‧腿部線圈
308‧‧‧最上方繞組
310‧‧‧最下方繞組
402‧‧‧第一夾箝
404‧‧‧螺帽
406‧‧‧第二夾箝
422‧‧‧穿孔
430‧‧‧上表面
透過參考實施例(一些實施例繪示於附圖中)，可得到上文簡短總結的實施例之更特定的描述，而可詳細瞭解所提供的實施例的前述特徵。但是，應注意附圖僅只繪示本文所述之典型實施例，因此不應理解為限制本發明之範疇，可容許其他等效實施例。
第1圖是根據一個實施例的包括改良線圈天線組件之示範性半導體基板處理設備的的示意圖；第2圖是第1圖之改良線圈天線組件之一個實施例之頂視圖；第3圖是第2圖之改良線圈天線組件之內線圈之頂視圖；以及第4圖是一部分線圈天線組件的部分剖面，該線圈天線組件延伸至第1圖之半導體基板處理設備的蓋。
為了助於瞭解，如可能則已使用同一元件符號指定各圖共通的同一元件。也應考量一個實施例的元件與特徵可有利地併入其他實施例，而無需進一步記載。
實施例大體上提供改良的線圈天線組件，該線圈天線組件可提供處理腔室內增強的電漿分佈。改良的線圈天線 組件增強電漿處理腔室內電漿位置的位置控制，且特別可用於蝕刻、沉積、佈植、與熱處理系統，還可用於其他期望控制電漿位置的應用。
第1圖是示範性半導體基板處理設備100的示意圖，該設備100包括改良的線圈天線組件104。一個實施例中，第1圖的半導體基板處理設備100可裝設成透過使用RF感應式耦合電漿執行反應性離子蝕刻製程，該RF感應式耦合電漿是由配置在半導體基板處理設備100中的線圈天線組件104生成。也應考量改良的線圈天線組件104可有利地用於其他類型的電漿處理腔室，特別包括化學氣相沉積腔室、物理氣相沉積腔室、佈植腔室、氮化腔室、電漿退火腔室、電漿處理腔室、與灰化腔室。因此，第1圖之示範性半導體基板處理設備100之實施例是供以為了說明，不應用於限制實施例之範疇。
半導體基板處理設備100包括腔室主體10，該腔室主體10包括界定處理腔室16的蓋12與圓筒狀側壁14。蓋12對RF電力具傳輸性(transmissive)且容許感應式耦合電漿源電力施加器71所提供的RF電力之耦合，以對處理腔室16內的氣體進行處理，而該施加器71定位在蓋12上方。蓋12可由任何適合的材料製造，且在第1圖中描繪的實施例中，蓋12由介電材料(諸如石英)製造。
蓋加熱器62配置在蓋12上而位在處理腔室16外側。儘管第1圖中顯示僅只一部分的蓋加熱器62，但該蓋加熱器62延伸實質上橫越整個蓋12且實質上覆蓋整個蓋12。 蓋加熱器62控制蓋12之溫度，以便控制副產物對蓋12的沉積與附著，而增強顆粒控制。蓋加熱器62可以是電阻式或其他類型的加熱器，且在第1圖描繪的實施例中，蓋加熱器62包括耦接加熱器電源66的電阻式加熱元件64。
位在處理腔室16內的是包括偏壓電極20的基板支撐底座18。電漿偏壓電力產生器22透過RF偏壓阻抗匹配器24耦接偏壓電極20。處理氣體供應器51透過處理氣體分配設備52提供處理氣體至處理腔室16中，該處理氣體分配設備52可設於側壁14中(如圖所示)或例如蓋12中。真空泵53透過泵送通口54排空處理腔室16。
由金屬所形成的線圈天線包殼30設置於蓋12上方，且包括金屬接地基座圓筒狀側壁35與導電頂部圓筒狀側壁45，該金屬接地基座圓筒狀側壁35具有支撐肩部環40的頂部邊緣35a，而導電頂部圓筒狀側壁45從肩部環40延伸且支撐上面的導電覆蓋件50。導電覆蓋件50與頂部圓柱狀側壁45可一體式(integrally)形成在一起，且可耦接接地。浮置(floating)支撐板55位在肩部環40上或在肩部環40稍微上方處，且以下文所述之方式受到支撐。
感應式耦合的電漿源電力施加器71配置於半導體基板處理設備100中，裝設成生成感應式耦合電漿。感應式耦合的電漿源電力施加器71包括改良的線圈天線組件104。該線圈天線組件104由兩組托架60、65支撐於支撐板55下方，該兩組托架60、65從該支撐板55向下延伸。線圈天線組件104包括至少一個線圈天線，且在第1圖所描繪的實施 例中，該線圈天線組件104包括一或多個內線圈天線70與一或多個外線圈天線75。該外線圈天線75可與該內線圈天線70同心。托架60支撐內線圈天線70，而托架65將外線圈天線75支撐於腔室蓋12上方。線圈天線70、75可具有螺旋裝設方式。每一線圈天線75、70之第一端190、192透過RF阻抗匹配箱76耦接一或多個RF電力產生器77、78，而每一線圈天線75、70之第二端194、196耦接接地。這建立了跨越線圈天線75、70的電壓降(voltage drop)，使得線圈天線75、70之第一端190、192相對於線圈天線75、70之第二端194、196有更大的電壓電位(voltage potential)。
線圈天線組件104進一步包括電極組件202，該電極組件202放置一電壓電位且延伸至蓋12，該電壓電位是施加至線圈天線組件104(例如較靠近支撐板55處)之高電壓區域(即第1圖所示的外線圈天線75的第一端190)的電壓電位，而該蓋12接近線圈天線組件104的低電壓區域(即外線圈天線75的第二端194)。藉由放置電極組件202(該電極組件202處於與線圈天線組件104之第一端190相同的電壓電位且延伸接近或觸碰腔室蓋12)，高電壓(相對於線圈天線組件104之第二端194)定位成更靠近腔室主體10之內部空間內的處理氣體，以容許於較低的線圈天線組件電壓更有效地進行電漿點燃。使用較低的電漿點燃電壓的能力減少腔室部件的濺射，進而貢獻增加的元件產率。
一個實施例中，電極組件202包括RF導電連接器204與拉長的(elongated)導電構件206，該拉長的導電構件 206附接該RF導電連接器204。導電構件206可具有第一端203與第二端208，該第一端203電氣連接RF導電連接器204而第二端208延伸至接近(或接觸)腔室蓋12。關於電極組件202之更多細節將會在下文中參考第2圖至第4圖而描述。
RF阻抗匹配箱76安置於支撐板55上。第一RF電力產生器77透過阻抗匹配箱76中的阻抗匹配元件(圖中未示)耦接內線圈天線70。第二RF電力產生器78透過阻抗匹配箱76中的其他阻抗匹配元件(圖中未示)耦接外線圈天線75。
電漿處理期間，線圈天線組件104被賦予RF電力，以使由處理氣體形成的電漿維持在腔室主體10的內部空間內，而該RF電力是由電力產生器77、78所提供。
可撓RF墊片57提供肩部環40與浮置支撐板55之間的RF遮蔽以及電的連續性。RF墊片57可以是環狀銅網格，且可中斷以容置下文將描述的支撐伺服機構(support servo)。支撐板55由三個支撐伺服機構80、85、90所支撐，該等支撐伺服機構80、85、90以相等的(120度)間隔置於肩部環40上。一個實施例中，該等支撐伺服機構80、85、90是同一的。
控制訊號電纜170供給(furnish)來自第1圖之半導體基板處理設備100的中央控制器175的電控制訊號與電力。中央控制器175控制三個支撐伺服機構80、85、90之每一者。以相等間隔繞著肩部環40放置三個支撐伺服機構80、85、90使控制器175能夠繞任何傾斜軸旋轉浮置支撐板55， 該傾斜軸是以沿著相對於處理腔室16的對稱軸方位角度0而定向。
第2圖是可配置在半導體基板處理設備100中的線圈天線組件104的一個實施例的概略底視圖。如前文所討論，線圈天線組件104包括內線圈天線70與外線圈天線75。兩組托架60、65分別支撐內線圈天線70與外線圈天線75。外線圈天線75可包括一或多個線圈繞組240。內線圈天線70也可包括一或多個線圈繞組242。以下僅為第2圖中描繪的實施例中的範例：外線圈天線75包括四個線圈繞組240而內線圈天線70包括四個線圈繞組242。線圈繞組240的每一者並聯式耦接於外線圈天線75的第一端190與第二端194。同樣，線圈繞組242的每一者並聯式耦接於內線圈天線70的第一端192與第二端196。
進一步參考第3圖，第3圖描繪內線圈天線70的概略視圖，圖中將內線圈天線70顯示為與相對於第2圖描繪裝設方式上下顛倒，以便進行解釋。RF饋通收納件(RF feed receiver)302配置在內線圈天線70中且適於連接RF阻抗匹配箱76(顯示於第1圖中)。四個腿部線圈304連接RF饋通收納件302。腿部線圈304可延伸且連接多個形成在內線圈天線70中的繞組242。應注意線圈繞組242可為所需的任何數目，以符合不同的電漿生成要求。如前文所討論，繞組242的最上方的繞組308(例如第一端)位在最接近RF饋通收納件302處，而RF饋通收納件302是RF電力供應置至繞組242的點。由於跨越繞組242的電壓降，導致繞組242之最上方 的繞組308具有比繞組242之最下方的繞組310(例如，第二端)更高的電壓電位。施加至最下方繞組310(最接近腔室主體10之繞組)的不充分的電壓可能不利地造成蝕刻製程期間不充分的電漿解離，而造成蝕刻缺陷或蝕刻輪廓變形。因此，為了增強施加至內線圈天線70之每一繞組242的電壓的均勻分佈，利用配置在內線圈天線70中的電極組件202。電極組件202包括RF導電連接器204與導電構件206，該導電構件206電氣連接該RF導電連接器204。一個實施例中，導電構件206可以是能夠電氣導通電壓的剛性或可撓金屬結構。一個實施例中，導電構件206可以是金屬箔、金屬導電片、金屬板、金屬桿、或任何適合的可從RF導電連接器204向外且垂直延伸的導電結構。導電構件206可具有第二端208，該第二端208延伸至緊鄰蓋12附近，例如，蓋12的上表面之恰好上方至恰好下方之處。電極組件202可協助從內線圈天線70之頂部(例如最上方的繞組308)至底部(例如最下方的繞組310)傳送施加至線圈天線組件104的電壓。一些實施例中，導電構件206之第二端208可延伸至線圈天線組件104的最下方的繞組310之下。
一個實施例中，電極組件202可具有RF導電連接器204，該RF導電連接器204夾在內線圈天線70的最上方繞組308上。耦接RF導電連接器204的導電構件206隨後可向下垂直延伸至最下方的繞組310。導電構件206可接觸在內線圈天線70中形成的每一繞組242，以從最上方繞組308向下電氣傳送施加在該導電構件206上的電壓至最下方繞組 310。導電構件206可電氣連接或接觸內線圈天線70中所形成的每一繞組242。或者，導電構件206可藉由某些鎖定(locking)機構電氣連接每一繞組242，所述鎖定機構諸如固定螺釘(set screw)、絲線(wire)、金屬插件、彈簧、固定環(retaining ring)、或其他適合的鎖定機構。藉由這樣的裝設方式，導電構件206提供捷徑給施加至該導電構件206的電壓以用較短距離向下抵達最下方之繞組310，消除每一繞組242之間從最上方繞組308至最下方繞組310的漫長行程。電極組件202提供替代性(或較短)路徑給電壓，以由內線圈天線70之最上方繞組308供應，而以較快的時間向下抵達底部。或者，導電構件206可裝設成與內線圈天線70中的每一繞組242保持距離。藉由在繞組242與導電構件206之間維持一距離，供應至最上方繞組308的電壓可直接從RF導電連接器204傳輸到導電構件206的第二端208，該第二端208可裝設成延伸至處理設備100的蓋12中。一個實施例中，電極組件202可由導電材料製造，該導電材料能夠從頂部至底部傳送施加至內線圈天線70的電壓。一個實施例中，電極組件202的RF導電連接器204與導電構件206是由不鏽鋼、銅、鋁、鎳、與前述材料之合金所構成的群組所製造。
一些實施例中，電極組件202可於不同位置耦接內線圈天線70，或也於不同位置耦接外線圈天線75。一個範例中，一個電極組件202可配置於內線圈天線70內。再者，如果需要，可將額外的電極組件205配置在外線圈天線75中，如第2圖所示。
第4圖是線圈天線組件104的一部分的部分剖面，該線圈天線組件104延伸至第1圖的半導體基板處理設備100的蓋加熱器62與蓋12。如前文所論述，電極組件202的導電構件206可具有第二端208，該第二端208延伸至半導體基板處理設備100的蓋12中所配置的蓋加熱器62。一些實施例中，如果需要，則電極組件202的第二端208可進一步向下延伸而接觸處理腔室之蓋12的上表面430。蓋加熱器62大體上包括形成於該蓋加熱器62中的至少一個穿孔422，以收納電極組件202的第二端208。如第4圖所描繪，RF導電連接器204透過第一夾箝402耦接內線圈天線70的第一端190。第二夾箝406用於將導電構件206耦接RF導電連接器204。第一夾箝402與第二夾箝406可藉由固定螺釘或螺帽404接合與連接。雖然第4圖所示的實施例具有與內線圈天線70之下繞組保持距離的導電構件206，但應注意導電構件206可接觸內線圈天線70中的繞組之每一者或一部分。
因此，藉由利用電極組件202，能夠在一定程度上補充或校正不充分的電漿電力或電漿的不均勻，然後藉由局部控制傳遞至線圈天線組件104不同位置的RF電力層級而可消除殘餘的不均勻(即徑向不均勻)。該結果會增強電漿電力與橫跨基板表面的蝕刻速率分佈的均勻性。
因此，提供了一種電極組件，該電極組件增強電漿於處理腔室內的定位。因為電漿可定位在更期望的位置且具充分的電力密度，所以可實現更均勻且可預測的處理要求。
雖然前述內容涉及本文所述之實施例，但可不背離 本發明之基本範疇設計其他與進一步之實施例，且本發明之範疇由隨後的申請專利範圍決定。
10‧‧‧腔室主體
12‧‧‧蓋
14‧‧‧圓筒狀側壁
16‧‧‧處理腔室
18‧‧‧基板支撐底座
20‧‧‧偏壓電極
22‧‧‧電漿偏壓電力產生器
24‧‧‧RF偏壓阻抗匹配器
30‧‧‧線圈天線包殼
35‧‧‧圓柱狀側壁
35a‧‧‧頂部邊緣
40‧‧‧肩部環
45‧‧‧頂部圓筒狀側壁
50‧‧‧導電覆蓋件
51‧‧‧處理氣體供應器
52‧‧‧處理氣體分配設備
53‧‧‧真空泵
54‧‧‧泵送通口
55‧‧‧支撐板
57‧‧‧RF墊片
60‧‧‧托架
62‧‧‧蓋加熱器
64‧‧‧加熱元件
65‧‧‧托架
66‧‧‧加熱器電源
70‧‧‧線圈天線
71‧‧‧電漿源電力施加器
75‧‧‧線圈天線
76‧‧‧阻抗匹配箱
77‧‧‧第一RF電力產生器
78‧‧‧第二RF電力產生器
80、85、90‧‧‧支撐伺服機構
100‧‧‧基板處理設備
104‧‧‧線圈天線組件
170‧‧‧控制訊號電纜
175‧‧‧中央控制器
190、192‧‧‧第一端
194、196‧‧‧第二端
202‧‧‧電極組件
203‧‧‧第一端
204‧‧‧RF導電連接器
206‧‧‧導電構件
208‧‧‧第二端

Claims (20)

  1. 一種裝設成用於一半導體處理設備的電極組件，包括：一RF導電連接器；以及一導電構件，具有電氣連接該RF導電連接器的一第一端，其中該導電構件從該RF導電連接器向外且垂直延伸。
  2. 如請求項1所述之電極組件，其中該導電構件是能夠電氣導通電壓的一剛性或可撓金屬結構。
  3. 如請求項1所述之電極組件，其中該導電構件是一金屬箔、一金屬導電片、一金屬板、或一金屬桿。
  4. 如請求項1所述之電極組件，其中該導電構件具有一第二端，該第二端具有足以延伸進入該半導體處理設備之一蓋的長度。
  5. 如請求項1所述之電極組件，其中該導電構件具有一第二端，該第二端具有一長度，該長度足以重疊一蓋加熱器，該蓋加熱器配置在該半導體處理設備的一蓋上。
  6. 如請求項1所述之電極組件，其中該電極組件裝設成電氣耦接該半導體處理設備中所配置的一線圈天線組件。
  7. 如請求項6所述之電極組件，其中該RF導電連接器裝設成電氣耦接該線圈天線組件之一最上方繞組。
  8. 如請求項6所述之電極組件，其中該導電構件裝設成從該線圈天線組件之該最上方繞組至一最下方繞組電氣耦接該線圈天線組件之每一繞組。
  9. 如請求項6所述之電極組件，其中該導電構件裝設成藉由一鎖定機構電氣耦接該線圈天線組件。
  10. 如請求項1所述之電極組件，其中該RF導電連接器或該導電構件是由不鏽鋼、銅、鋁、鎳、與前述材料之合金所構成之群組。
  11. 一種電漿處理腔室，包括：一腔室主體；一蓋，包圍該腔室主體之一內部空間；一基板支座，配置在該內部空間中；一線圈天線組件，定位在該蓋附近，以將RF電力耦接該腔室主體；以及一電極組件，電氣連接該線圈天線組件。
  12. 如請求項11所述之腔室，其中該電極組件進一步包括：一RF導電連接器；以及 一導電構件，具有電氣連接該RF導電連接器的一第一端，其中該導電構件從該RF導電連接器向外且垂直延伸。
  13. 如請求項12所述之腔室，其中該導電構件是能夠電氣導通電壓的一剛性或可撓金屬結構。
  14. 如請求項12所述之腔室，其中該導電構件是一金屬箔、一金屬導電片、一金屬板、或一金屬桿。
  15. 如請求項11所述之腔室，其中該電極組件裝設成電氣耦接該線圈天線組件之每一繞組。
  16. 如請求項11所述之腔室，其中該電極組件具有一端，該端具有足以延伸進入該半導體處理腔室之一蓋的長度。
  17. 如請求項16所述之腔室，其中該導電構件具有一第二端，該第二端具有一長度，該長度足以重疊一蓋加熱器，該蓋加熱器配置在該半導體處理腔室的一蓋上。
  18. 一種電漿處理腔室，包括：一腔室主體；一蓋，包圍該腔室主體之一內部空間；一基板支座，配置在該內部空間中；一線圈天線組件，具有複數個繞組，該等繞組定位於該 蓋附近，以將RF電力耦接該腔室主體；以及一電極組件，電氣連接配置在該線圈天線組件中的每一繞組。
  19. 如請求項18所述之腔室，其中該金屬夾持組件進一步包括：一RF導電連接器；以及一導電構件，具有電氣連接該RF導電連接器的一第一端，其中該導電構件從該RF導電連接器向外且垂直延伸。
  20. 如請求項19所述之腔室，其中該導電構件是能夠電氣導通電壓的一剛性或可撓金屬結構。
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