TW201532119A

TW201532119A - 多單元共振器微波表面波電漿設備

Info

Publication number: TW201532119A
Application number: TW103138603A
Authority: TW
Inventors: Merritt Funk; Megan Doppel; John Entralgo; jian-ping Zhao; Toshihisa Nozawa
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2015-08-16
Also published as: WO2015069905A1; US20150126046A1; US10424462B2; TWI553700B

Abstract

本發明揭露一種處理系統，其具有可安排在電漿處理腔室周圍之帶有內部空腔的複數功率傳輸元件。功率傳輸元件之每一者可傳播可用以在電漿製程腔室內產生電漿之電磁能。可將功率傳輸元件設計成配合範圍從500W到3500W及0.9GHz到9GHz之一系列的功率及頻率範圍。在一實施例中，功率傳輸元件可包含使帶有二或更多模式之駐波得以產生之矩形內部空腔。在另一實施例中，功率傳輸元件可具有圓柱形內部空腔，該圓柱形內部空腔可沿著電漿處理腔室而定位或使圓柱之一端抵靠電漿處理腔室而定位。

Description

多單元共振器微波表面波電漿設備

本發明關於半導體處理技術，且特別是，關於用以控制供處理基板用之處理系統的電漿性質之設備及方法。 [相關申請案之交互參照]

根據37 C.F.R. § 1.78(a)(4)，本案主張特地在此併入做為參考之先前提申(於2013年11月6號提申)的共同待審之美國臨時專利申請案第61/900,684號的權益及優先權。

一般來說，使用藉由微波或射頻功率所產生的電漿(例如離子化之氣體)而均勻地蝕刻基板可能難以完成。習知的硬體及處理技術可能造成橫跨基板之離子或電漿密度的非均勻分佈。電漿密度非均勻性可能造成基板之複數部份的非均勻蝕刻或移除。傳統的電漿源可能基於電漿源相對基板的位置而產生橫跨基板之非均勻電漿密度。一般來說，電漿源係定位成在基板對面或平行於基板。不幸地，電漿源可能並未橫跨其表面均勻發射功率而未產生橫跨基板之均勻的電漿密度。此可能係由於無法在電漿源的邊緣均勻發射功率。增加電漿源尺寸以改善橫跨基板之電漿密度均勻性可能不實際或不可能。因此，會期待任何可改善基板邊緣附近之電漿密度的方式。

本揭露內容關於用以控制受處理基板之邊緣或外周附近之電漿密度的電漿處理系統。電漿處理系統可包含可接收基板及使用電漿處理基板的電漿腔室，以供蝕刻基板、摻雜基板、或在基板上沉積膜。

電漿腔室可包含一或更多表面波電漿源(例如功率傳輸元件)，該一或更多表面波電漿源可發射電磁能以將經由氣體輸送系統輸送至電漿腔室中的氣體離子化。功率傳輸元件可包含內部空腔，該內部空腔可傳播可由功率源提供的電磁波。功率傳輸元件之每一者的內部空腔可彼此電隔離且未彼此流體連通，其中每一空腔可獨立維持駐波。內部空腔亦可包含各自的開口，該等開口允許電磁能傳播至電漿腔室中。內部空腔及其各自的開口可在尺寸上有所變化，使得該等開口可在電漿腔室周圍形成連續狹縫、或形成安排在電漿腔室周圍之複數非連續開口。該等開口亦可由避免內部空腔及電漿腔室之間之流體連通的一或更多介電構件加以覆蓋。介電構件可配置成使電磁能得以傳輸至電漿腔室中。由電磁能所產生的電漿可用以處理可位在毗鄰功率傳輸元件或功率傳輸元件附近的基板固持器上之基板。在一實施例中，電磁能可由可耦接至內部空腔之表面波或微波能量源產生。

空腔的設計可相對於幾何形狀及空腔內之功率耦合類型而變化。舉例來說，內部空腔可大到足以維持可用以在電漿腔室中產生電漿之頻率的½波長的駐波。具體來說，內部空腔之幾何形狀可用以容納電場波長的¼及磁場波長的½、或電場波長的½及磁場波長的½。在另一實施例中，內部空腔可為圓形及/或圓柱形且可包含一直徑，該直徑可容納具有電場波長的¼及磁場波長的½、或電場波長的½及磁場波長的½之電磁場。在兩實施例中，取決於天線(未顯示)之位向係與電場或磁場對齊，天線及電漿腔室之間的功率耦合可為磁性或電性耦合。

功率耦合亦可受內部空腔及電漿腔室之間的開口幾何形狀影響。開口可為一線性開口，該線性開口帶有0.5mm至10mm之間的高度、及用以在內部空腔內產生駐波之電磁能的至少¼波長的長度。

在一實施例中，可將功率傳輸元件定向成使開口係相對於一水平平面而與基板實質上平行。然而，並未要求開口在與基板相同的水平平面。開口可在+/-20度內平行。在另一實施例中，可將功率傳輸元件定向成使開口係相對於一水平平面而與基板實質上垂直。開口可為+/-20度內的垂直。

在一實施例中，可將功率傳輸元件耦接至固態放大器(SSA)，該固態放大器可控制可用以在內部空腔內形成駐波之電磁能的功率、頻率、相位、及調變。在若干情況中，可控制複數SSA以提供不同類型之電磁能至其各自的腔室。舉例來說，施加至第一功率傳輸元件的功率及頻率可不同於對耦接至相同電漿腔室之第二功率傳輸元件所施加的功率及頻率。在若干實施例中，取決於由各自的SSA所施加之不同訊號的頻率差異，第一及第二功率傳輸元件亦可具有不同的內部空腔幾何形狀。

以下實施方式參照隨附圖式以說明與本揭露內容一致的示範實施例。在本實施方式中提及「一實施例」、「實施例」、「示範實施例」…等代表所述之示範實施例可包含特定特徵、結構、或特性，但是未必每一示範實施例皆包含該特定特徵、結構、或特性。此外，如此用語未必指的是相同實施例。再者，當相關於實施例描述特定特徵、結構、或特性時，無論是否明確描述，相關領域中具有通常知識者會察知調整與其它示範實施例相關的如此特徵、結構、或特性。

在此所述之示範實施例係出於例示目的而提供，且並非限制性。可能具有其他實施例，且在本揭露內容之範圍內可對此等示範實施例做修改。因此，本實施方式並非意圖限制本揭露內容。相反地，本揭露內容的範圍僅根據以下請求項及其等效者加以定義。

以下示範實施例之實施方式將非常完整地揭露本揭露內容的一般特性，而使他人得在毋需過度實驗、不偏離本揭露內容之範圍的情況下藉由應用相關領域中具有通常技術者的知識而就不同用途輕易修改及/或調整如此示範實施例。因此，基於在此呈現之教示及引導，意圖使如此調整及修改落在示範實施例的意義及其複數等效者之內。應理解在此之措辭或用語係用於描述之目的且並非限制，使得本說明書之用語或措辭係將由相關領域中具有通常技術者依在此之教示加以解讀。

圖1繪示用於以在電漿腔室102中所產生之電漿(未顯示)處理基板的電漿處理系統100。在電漿腔室102中可藉著將由氣體輸送系統104所提供的氣體離子化並使該氣體曝露於由微波功率源106所提供的電磁能來產生電漿。又，真空系統108可在電漿產生期間於電漿腔室102內維持次大氣壓力。電漿處理系統100之構件可由控制器110加以管理或控制，控制器110可包含一或更多電腦處理器(未顯示)及記憶體構件(未顯示)，該等記憶體構件可儲存可由該等電腦處理器或其它邏輯/處理元件執行的電腦可執行指令。控制器110可儲存配方或製程條件常式(routine)，其可藉由以下者來實施：控制或操縱電漿處理系統100之構件而在電漿腔室102內獲得若干條件。可透過該領域中具有通常知識者所知的處理及電訊技術實施構件之間的通訊。

電腦處理器可包含一或更多處理核心且係用以(至少部份地)存取及執行儲存在一或更多記憶體中的電腦可讀指令。一或更多電腦處理器可包含但不限於：中央處理單元(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、精簡指令集電腦(RISC)、複雜指令集電腦(CISC)、微處理器、微控制器、現場可程式閘陣列(FPGA)、或其任何組合。電腦處理器亦可包含用以控制電漿處理系統100之構件間的通訊之(複數)晶片組(未顯示)。在若干實施例中，電腦處理器可基於Intel®架構或ARM®架構，且該(複數)處理器及晶片組可來自Intel®處理器及晶片組家族。一或更多電腦處理器亦可包含用以負責特定數據處理功能或任務的一或更多應用特定積體電路(ASIC)或應用特定標準產品(ASSP)。

記憶體可包含一或更多電腦可讀儲存媒體(「CRSM」)。在一些實施例中，一或更多記憶體可包含非暫時媒體(non-transitory media)，像是隨機存取記憶體(「RAM」)、快閃RAM、磁性媒體、光學媒體、固態媒體…等。一或更多記憶體可為依電性(volatile)(因為在供電時資訊被保留)或不變性(non-volatile)(因為在未供電的情況下資訊被保留)。亦可提供做為電腦程式產品的額外實施例，該產品包含(處於壓縮或未壓縮之形式的)暫時性機器可讀訊號。機器可讀訊號之範例包含但不限於藉由網際網路或其它網路所載送的訊號。舉例來說，經由網際網路的軟體分配可包含暫時性機器可讀訊號。此外，記憶體可儲存包含複數電腦可執行指令之作業系統，可藉由處理器實施該複數電腦可執行指令來執行各種任務以操作電漿處理系統100。

電漿產生可藉由以下方式做到：施加電磁能至電中性氣體而造成帶負電之電子從氣體分子釋放，該氣體分子因失去電子而帶正電。隨著時間推移，電磁能及氣體內之增加的電子碰撞增加氣體內之離子化分子的密度，使得該等離子化分子可受電漿腔室102內的電位差影響。舉例來說，電漿腔室102內的電位差可將離子化分子朝基板(未顯示)引導。離子化分子(未顯示)可能以其可移除基板之部份或可沉積至該基板上的方式來與該基板交互作用或處理該基板。依此方式，可將圖案蝕刻至基板中或可將膜沉積至基板上。

橫跨電漿腔室102之電漿密度可能影響基板之電漿處理的均勻性。電漿密度可為電漿腔室102中的電漿體積內之離子密度的衡量。當電漿密度橫跨基板變化而使得在基板中心之較高的電漿密度可能造成比在基板邊緣之蝕刻速率更高的蝕刻速率時，電漿處理均勻性可能受影響。一般來說，此製程非均勻性可能係將功率傳輸元件安置在圓形基板中心附近的結果及/或由於電漿之擴散特性所致。解決該非均勻性的一作法可為將功率傳輸元件定位在基板邊緣附近或基板周圍。詳細剖面視圖112就電漿腔室102顯示此作法之一實施例。

在圖1中，電漿腔室102之多重空腔實施例可配置成具備二或更多功率傳輸元件114，該二或更多功率傳輸元件114可用以將電磁能傳輸至可將基板(未顯示)定位在該處以供處理的電漿處理區域116中。該詳細視圖為整個電漿腔室的剖面圖。

功率傳輸元件114可不彼此流體連通且/或不與電漿處理區域116流體連通。儘管功率傳輸元件114可在內部空腔120及電漿處理區域之間具有開口118，然而可將介電構件122安排到開口118中或安排到開口118上以避免電漿處理區域116及內部空腔120之間的流體連通。在圖1之實施例中，介電構件122可為功率傳輸元件114之二或更多者覆蓋開口118。介電構件122可由石英及陶瓷材料(但是不限於此等者)製成。

在電漿處理區域周圍可將功率傳輸元件114安排成高於、低於與基板表面相同的水平面(未顯示)、或安排在與基板表面相同的水平面(未顯示)。可將功率傳輸元件114安排成使基板周圍之開口118的量最大化或使基板周圍之開口118的量最小化。最小化及最大化可取決於電漿腔室的圓周及開口118的長度。

內部空腔120的幾何形狀可取決於由可與功率源106電連通之天線124所提供的功率及頻率而變化。廣泛來說，頻率可在從0.9GHz到12GHz的範圍內且功率可在50W到3500W之間變化，但是內部空腔120的幾何形狀可取決於理想製程條件而變化。做為指南但並非必要，內部空腔120可大到足以維持可用以在電漿處理區域116中產生電漿的頻率之½波長的駐波。具體來說，內部空腔120的幾何形狀可用以容納電場波長的¼及磁場波長的½、或電場波長的½及磁場波長的½。在較佳實施例中，駐波可為具有二模式(mode)之½波長，但在其它實施例中，由於頻率增加而未改變內部空腔120之幾何形狀，因此駐波可包含複數波長。舉例來說，在1GHz訊號的實施例中，內部空腔120可具有150mm(½波長)的長度及75mm(¼波長)的寬度。在9GHz的實施例中，內部空腔120，長度可為約8mm而寬度可為約16mm。可在設計功率傳輸元件114時考慮開口118的幾何形狀。

廣泛來說，開口118的長度(亦即，水平)可至少大於或等於傳入電磁能之¼波長(例如75mm@1GHz)，而高度(亦即，鉛直)可在0.5mm到10mm之間變化。可將內部空腔120之開口118該側加以成形以順應形成電漿腔室102之圓形結構。因此，開口側118在本質上可為半圓形以提供功率傳輸元件114與電漿腔室102側壁之無縫整合。舉例來說，內部腔室壁之曲率半徑可與功率傳輸元件114之包含開口118的側壁之曲率半徑相似。

在另一實施例中，內部空腔120可為圓形及/或圓柱形且可包含一直徑，該直徑可容納但不限於以下者：具有(i)電場波長之¼及磁場波長之½、或(ii)電場波長之½及磁場波長之½的電磁場。在所有實施例中，天線及電漿腔室102之間的功率耦合可為磁耦合或電耦合，其可由天線位向而判定。舉例來說，當天線對齊電場方向時，可將此視為電耦合配置。然而，當天線124對齊磁場時，可將此視為磁耦合配置。在圖1之實施例中，可基於天線124的位向係與沿著天線並在內部空腔120之頂側及底側間上下振盪的電場對齊而其視為電場耦合。

在一實施例中，圓形內部空腔(未顯示)可在圓柱相反端之一者包含開口，使得圓柱之該端係連接至電漿腔室102之側壁或與電漿腔室102之側壁介接。在替代性實施例中，圓柱反而可沿著圓柱形空腔之可順應電漿腔室102之側壁的該側具有開口。在此情況中，該圓柱形可沿著其長度具有可與電漿腔室102之曲率半徑相似的曲率半徑。

功率源106可包含但不限於能夠產生射頻(RF)或微波光譜中的電磁能之磁控管。微波光譜可包含帶有在1mm及1m之間範圍內的波長及在300MHz及300GHz之間範圍內的頻率之電磁波。RF光譜可包含帶有在1mm及1m之間範圍內的波長及在300kHz及300GHz之間範圍內的頻率之電磁波。如圖2所示，電磁能可傳播穿過內部空腔120而產生橫跨開口118之交流電位，該橫跨開口118之交流電位可產生發射進入電漿腔室102之電場(未顯示)。

圖2為功率傳輸元件114之示範內部空腔120及連續狹縫118的剖面圖200。說明圖200亦繪示傳輸穿過內部空腔120並從開口118發射穿過介電構件122之電磁能的表示。開口118及介電構件122之爆炸視圖202意圖解釋電磁能從功率傳輸元件114進入電漿腔室102之包圍空間的傳輸。

說明圖200意圖代表在傳播穿過內部空腔120(例如從圖2頁面向外傳播)之橫向振盪波(未顯示)中包含磁場204及電場206之電磁能的靜態二維表示。虛線之實質上水平磁場線204代表磁場在其傳播穿過內部空腔120時的振盪。實線之實質上鉛直電場線206代表電場在其傳播穿過內部空腔120時的振盪。

電磁波穿過內部空腔120的傳播可引發橫跨開口118之電位差。出於解釋之目的，在開口118的上部可形成帶負電之表面208，而在開口118的下部可形成帶正電之表面210。然而，橫跨開口118之電位差亦可在表面電荷隨著電流流動上的改變而一同改變時振盪。電位差可產生可傳播穿過介電構件122並進入電漿腔室102的電磁場212。來自電磁場212的能量可將電子自其各自的氣體分子分離並形成可用以處理基板之離子化分子(例如電漿)。

在圖2之實施例中，內部空腔120的剖面係顯示為圓形。然而，在其它實施例中，內部空腔的剖面幾何形狀可在結構及尺寸上變化。舉例來說，內部空腔120之剖面可為方形或矩形。不論剖面的幾何形狀，電磁傳播的原則仍可適用，但是幾何形狀可能影響傳播於內部空腔120中的電磁波及傳輸進入電漿腔室102之電磁場212的特性或功率峰。現在將在圖3的描述中描述矩形實施例。

圖3為功率傳輸元件114之矩形內部空腔302及開口118、伴隨著傳輸穿過內部空腔302並自連續狹縫118發射之電磁能的表示之剖面圖300。同樣地，功率源106可耦合至內部空腔302並如藉磁場線204及電場線206所代表地傳播電磁能。因此，橫跨開口118之振盪的電位差可產生可傳輸穿過介電構件122並進入電漿腔室102之包圍空間的電磁場212。開口118及介電構件122之爆炸視圖304意圖解釋電磁能212從功率傳輸元件114進入電漿腔室102之包圍空間的傳輸。

圖3意圖顯示電磁波傳播係不受限於內部空腔120之特定幾何形狀。幾何形狀可為可包含一或更多開口118(其在內部空腔302及電漿腔室102的包圍空間之間提供開口)之圓形(如圖2所示)、矩形、方形、或任何其它幾何形狀。依此方式，功率傳輸元件114可實現將電磁能分配於電漿腔室102各處。圓形功率傳輸元件114僅為一能量分配實施例。

功率傳輸元件114之亦可影響電漿密度均勻性的一面向為可接收到內部空腔120內的電磁能之分配。一般來說，電磁能分配得愈均勻可增加電漿處理區域內之電漿的均勻性。然而，可在一或更多不同位置將電磁能接收到內部空腔120中，其可在靠近、相鄰或相對於該等不同位置造成較高的電漿密度。此作法之一實施例可為將一或更多天線124包含至內部空腔120之每一者中。

圖4A-4D為其中發生空腔中之駐波的磁場耦合(H-耦合)及電場耦合(E-耦合)之示範內部空腔的剖面之說明圖。具體來說，圖4A為可包含設置成與電場206的方向平行且垂直於磁場204之天線124的矩形內部空腔400中之E-耦合實施例的說明圖。天線124未必要絕對平行於或垂直於該等場，但是可能突出至矩形內部空腔400內，使得電場可在電磁能於矩形內部空腔400內傳播時朝向及遠離該天線而振盪。在一特定實施例中，天線124可延伸約¼波長至矩形內部空腔400內並可加以設置成距開口118約¼波長。然而，天線124的位置不限於此先前特定實施例。天線124的尺寸及/或設計可取決於提供至功率傳輸元件114之電磁能的頻率而變化。

圖4B為可包含設置成與磁場204的方向平行且垂直於電場206之天線124的矩形內部空腔400中之H-耦合實施例的說明圖。天線124未必要絕對平行於或垂直於該等場，但是可能沿著側壁突出至矩形內部空腔400內，電磁能可在電磁能於矩形內部空腔400內傳播時朝向及遠離該側壁而振盪。在一特定實施例中，天線124可延伸約¼波長至矩形內部空腔400內並可加以設置在可與開口118相對的側壁上。然而，天線124的位置不限於此先前特定實施例。天線124的尺寸及/或設計可取決於提供至功率傳輸元件114之電磁能的頻率而變化。

圖4C為可包含設置在與大約垂直於磁場204之振盪電場206相同或相似平面中之天線124的圓柱形內部空腔402中的E-耦合實施例之說明圖。天線124未必要絕對平行於或垂直於該等場，但是可能沿著側壁突出至圓柱形內部空腔402內，電磁能可在電磁能於圓柱形內部空腔402內傳播時朝向及遠離該側壁而振盪。在一特定實施例中，天線124可延伸約¼波長至圓柱形內部空腔402內並可加以設置成距開口118約¼波長。然而，天線124的位置不限於此先前特定實施例。天線124的尺寸及/或設計可取決於提供至功率傳輸元件114之電磁能的頻率而變化。

圖4D為可包含設置在與大約垂直於電場206之振盪磁場204相同或相似平面中之天線124的圓柱形內部空腔402中的H-耦合實施例之說明圖。天線124未必要絕對平行於或垂直於該等場，但是可能突出至圓柱形內部空腔402內。在一特定實施例中，天線124可延伸約¼波長至內部空腔402內並可加以設置在與開口118相對的側壁上。因此，天線124的尺寸及/或設計可取決於提供至功率傳輸元件114之電磁能的頻率而變化。

在圓柱形空腔402的實施例中，圓柱形空腔402可具有一開口長度(未顯示)，該開口長度可從小至¼波長向上變化至電漿腔室102之半徑的至少一半。舉例來說，圓柱形空腔402可包圍電漿腔室的一半且電磁波可沿著圓柱傳播並形成駐波。開口(未顯示)長度可以與圓柱相似的長度延伸圍繞電漿腔室102。開口的高度可在0.5mm及10mm之間變化。如以上所指出，圓柱的直徑可基於提供至圓柱形空腔402之電磁能的波長而變化。在一情況中，該直徑可具有由電漿源106所提供波長的約½之直徑。

在另一實施例中，上述的內部空腔120亦可藉由將石英或陶瓷構件插入內部空腔120而加以改變。該等材料可實現一較小空間以供在功率傳輸元件114內產生駐波。在一實施例中，可將整個內部空腔120填以石英或陶瓷，然而功率傳輸可能比以氣體填充的內部空腔120更低。在替代性實施例中，可將一部份(例如，¼)的內部空腔填以石英或陶瓷材料，其可實現較小的內部空腔120，但是比完整填充之內部空腔120實施例具有更低的功率損失。在一特定實施例中，氣體填充空腔中之¼波長的實施例可具有30mm長度配置，但是可藉由使用石英填充之空腔取代氣體填充之空腔而轉變成15mm長度、或使用陶瓷填充之空腔取代氣體填充之空腔而轉變成9.7mm長度。

圖5為另一剖面即組合空腔500之剖面的說明圖，組合空腔500納入矩形空腔502及圓柱形空腔504，其中矩形空腔502可做為用於提供至圓柱形空腔504之電磁能的調諧機構。調諧機構可包含一或更多調諧短柱，該一或更多調諧短柱可取決於何種功率傳輸效率可為理想而以不同長度延伸至矩形空腔502內。理想上，可調整調諧機構來實現考量到由電漿源106所提供之阻抗、頻率及功率的尖峰功率表現。一或更多調諧短柱可包含任何傳輸線材料(像是帶狀線或同軸電纜)，且可取決於理想的製程條件具有適當的長度及電抗。

另一調諧實施例可包含在矩形內部空腔502及圓柱形內部空腔504之間的過渡區域506增加口孔。口孔可包含介於0.5mm及10mm高且在長度上可達¼波長之具任何配置的任何開口。依此方式，電磁波可由矩形內部空腔502傳播穿過過渡區域506而進入圓柱形空腔504，並發射功率經由開口118及介電構件122進入電漿腔室102。過渡區域506可包含可修飾或調諧電磁波以使空腔及電漿腔室102之間的阻抗匹配的一或更多構件。

圖6包含可輸送至電漿腔室102之電磁能的路徑之示意圖。廣泛來說，來源構件602可產生處於理想功率及頻率之電磁能以在電漿腔室102內產生電漿。儘管係例示單一路徑600，然而可將電漿腔室102連接至若干功率傳輸元件114，該若干功率傳輸元件114可包含相同構件及在每一路徑向下傳送的相似訊號。然而，在若干情況中，路徑600可針對電磁能具有不同的條件，參見圖7。

可使用調諧/匹配構件604來修飾或調諧沿著路徑600的電磁能，俾以將頻率及/或功率最佳化而使從來源構件602至功率傳輸元件114及電漿腔室102中的能量傳輸最佳化。在一實施例中，調諧/匹配構件604可做為個別構件耦合串聯至功率傳輸元件114，該個別構件像是可控制至功率傳輸元件114之電磁能的相位、功率、頻率、及調變之固態放大器(SSA)。舉例來說，SSA可將頻率改變成匹配電磁能路徑沿途的構件之阻抗，俾使功率得以有效傳輸至電漿腔室102中。控制器110可針對電漿製程具有2.5GHz的目標設定點。然而，在一實施例中，控制器110可操縱SSA將頻率平移成偏離目標至2.46GHz以將穿過功率傳輸元件114傳輸至電漿腔室102中的功率最佳化。起因於來源構件602及電漿腔室102之間之傳輸線路的配置，電磁能之尖峰功率可能並非在2.5GHz之目標設定點。舉例來說，功率傳輸元件114、電漿腔室102的幾何形狀、及可用於電漿腔室102中的氣體類型皆可能改變傳輸路徑的阻抗、或尖峰功率在該者傳輸至電漿腔室102中的頻率。

在一實施例中，來源構件602可為可產生特別是在微波光譜中(例如在300MHz及300GHz之間)的電磁能之磁控管。磁控管可類似於由Japan、Yokoham之Nihon Kashouha^TM 所製造的磁控管。

在一實施例中，調諧/匹配構件604可包含可控制進入功率傳輸元件114之電磁能的功率、頻率、相位、及調變的固態放大器(SSA)。SSA可類似於由CA、San Jose的 Microsemi^TM 所製造之脈衝功率構件(例如GaN電晶體)。在另一實施例中，調諧/匹配構件604可包含功率傳輸元件114之內部空腔120中的調諧短柱。舉例來說，短柱調諧器可類似於由CA、Modesto的Gerling Applied Engineering^TM 所製造之調諧短柱。

在另一實施例中，如圖7所示，可將複數功率傳輸元件114個別供能，其中每一功率傳輸元件114可接收處在不同功率、頻率、相位、及/或調變條件的電磁能以在電漿腔室102中產生電漿。

圖7包含可使用複數功率傳輸元件114而輸送至電漿腔室102之電磁能的路徑700之示意說明圖。儘管多重路徑700之實施例可包含與單一路徑600之實施例中所述者相似的構件，然而該等路徑可針對電磁能具有不同特性。第一路徑可包含可與來源構件602及調諧/匹配構件604相似之第一電磁波來源構件701及第一調諧/匹配構件706。第一調諧/匹配構件706可調整由第一來源構件701所提供之電磁波的頻率、功率、相位、及/或調變。

在若干實施例中，差異類型可能為可毋需對功率傳輸元件114進行重大改變的微小變化。然而，在其它情況中，路徑之間的訊號差異可能要求對路徑700之構件(特別是功率傳輸元件114)進行改變。

舉例來說，功率傳輸元件之幾何形狀可取決於電磁能的頻率。對於頻率2.4GHz及2.6GHz或更高者而言，用於功率傳輸元件114之½或¼波長設計指南未必會要求幾何形狀差異。舉例來說，當第一路徑具有2.5GHz之頻率且第二路徑具有大於3GHz(例如5GHz)之頻率時，可能需要不同的內部空腔120之設計。在此情況中，第一及第二路徑可共享相同的功率源701或具有不同的功率源(例如第二功率源710)，但是可具有不同的調諧/匹配構件(例如調諧匹配構件706、調諧/匹配構件708)。在若干情況中，進入電漿腔室102的訊號之間的差異可能大到足以決定第一功率傳輸空腔702及第二功率傳輸空腔704的不同幾何形狀。

在一特定實施例中，可將第一空腔702設計成使用具有小於3GHz之頻率的進入訊號來產生帶有二模式的駐波。在此情況中，第一頻率可為2.5GHz，其使用上述設計指南，第一空腔702在長度上可為½波長(例如~60mm)而高度上可為¼波長(例如~30mm)。相反地，可將第二空腔704設計成使用具有大於3GHz之頻率的進入訊號產生帶有二模式的駐波。舉例來說，第二頻率可為5GHz，其可造成第二傳輸構件704在長度上可為½波長(例如~30mm)而在高度上可為¼波長(例如~15mm)。在5GHz之實施例中，可使用第二來源構件710以產生與由第一來源構件701所產生之2.5GHz訊號不同的更高頻率訊號。

儘管功率傳輸元件114可接收完全不同的頻率訊號，然而功率傳輸元件114可具有相同或相似的幾何形狀，但是較高的頻率訊號可在具有相同或相似幾何形狀之功率傳輸元件114內引發較高數量的模式。因此，第一空腔702可使用第一頻率而具有雙模式駐波，且第二空腔704(其可具有與第一空腔702相似的幾何形狀)可能起因於使用可高於第一頻率的第二頻率而具有帶有二或更多模式的駐波。可將第二空腔704內的頻率及模式數目最佳化以在電漿腔室102內達成理想的電漿密度及/或均勻性。

圖8為帶有鉛直地安排在電漿腔室800周圍之複數鉛直功率傳輸元件802的電漿腔室800之一實施例的示意剖面圖。在先前的實施例中，功率傳輸元件802已用水平方式加以安排並沿著平行於設置在電漿腔室102內之基板(未顯示)的平面分配大部分的能量。相反地，圖8之實施例將能量從開口804引導至電漿腔室800中，開口804係設置成相對於設置在電漿腔室800內之基板垂直。鉛直介電構件806可再次以相似於水平實施例中之介電構件122的方式(像是避免鄰近基板之處理區域與鉛直功率傳輸元件802之空腔之間的流體連通)覆蓋開口804。在大部份的情況下，鉛直功率傳輸元件802可以相似於水平功率傳輸元件114的方式運作及加以設計。然而，可做調整而以可形成自可包含基板的水平平面起之介於60度及120度的角度之鉛直方式定位鉛直功率傳輸元件802。在圖8之實施例中，開口及包含基板之水平平面之間的角度約為90度。

圖9為帶有可與相鄰之功率傳輸元件902共享空腔壁的複數功率傳輸元件902之電漿腔室900的一實施例之示意剖面圖。電漿腔室900係意圖用於例示目的，其中可將功率傳輸元件902可足夠靠近地設置在一起，使相鄰的功率傳輸元件902可針對多於一空腔共享或使用第一壁904及第二壁906。在圖9中，該剖面係橫跨將功率傳輸元件902分隔成上部及下部的水平平面。上部並未顯示，而顯示包含天線之下部。

在此實施例中，每一空腔可具有可為其各自的空腔提供電磁能的E-耦合天線124。在此情況中，天線124可被連接到空腔底部並指向空腔上部(未顯示)。在其它實施例中，天線可為H-耦合之配置，使得天線係從沿著空腔背部的位置指向開口908。圖9並未意圖限制天線設計或空腔設計。在其它實施例中，尺寸及空腔數量可有所變化，使得第一壁904及第二壁906可為更厚並在功率傳輸元件902之開口908的每一者之間產生更長的距離。可以相似於先前圖式描述中所述之開口的方式設計開口908。亦可使用介電構件122以覆蓋開口908並避免電漿處理區域及功率傳輸元件902之空腔之間的流體連通。同樣地，第一壁904及第二壁906的角度可取決於空腔數量及電漿腔室900之直徑而變化。該等角度可在60度及120度之間變化。

圖10包含操作安排在電漿腔室102周圍之複數功率傳輸元件114的方法1000之流程圖。在一實施例中，可將功率傳輸元件114耦合至固態放大器，該固態放大器可用以修飾、調諧、或調整傳輸至電漿腔室102中之電磁能的特性。固態放大器使用固態元件以控制電磁能特性。該等固態元件通常係使用固態材料(例如矽基板)或膜加以形成以控制穿過該等材料或膜的電子流來達成理想的結果或訊號。此可能與使用像是真空管之非固態元件相反。一般來說，固態元件改善穩定性及對訊號的控制，且具有比非固態元件者更低的成本。

在方塊1002，電漿腔室102可接收基板而使用電漿處理來處理。電漿腔室102可包含基板固持器，該基板固持器可使用電漿處理領域中具有通常知識者所知的電技術或機械技術來固定供處理之基板。電漿腔室102可包含安排在基板周圍或上方之功率傳輸元件114。圖1例示功率傳輸元件安排之一實施例。

在方塊1004，電漿功率源106可對功率傳輸元件114之每一者內的一或更多天線124提供電磁能。如圖1-7的描述中所述，駐波可形成在內部空腔120中，且能量可穿過開口118及介電構件122傳播至電漿腔室102中。

在方塊1006，固態放大器可變化電磁能的特性，使得可變化功率、相位、頻率、及/或調變而在電漿腔室內達成理想的電漿密度及/或均勻性。

在0.9GHz往上至至少11GHz之間的頻率內，功率可在50W及3500W之間變化。在一特定實施例中，頻率可被調諧至約2.5GHz且可加以調諧以匹配電漿功率源106及電漿腔室102之間、或沿著圖6之描述中所述路徑的阻抗。在調諧期間，電磁能的頻率可變化達中心頻率2.5GHz的3%。舉例來說，可變化頻率以獲得至電漿腔室102的尖峰功率。在一特定實施例中，頻率可在2.4GHz及2.6GHz之間變化。

可藉由施加不同頻率至功率傳輸元件114之一或更多者而對電漿腔室102施加一或更多頻率。舉例來說，一組功率傳輸元件114可接收第一頻率，而第二組功率傳輸元件可接收第二頻率。

在其它實施例中，電磁能訊號可以介於10%及90%之間的工作週期(duty cycle)加以調變或脈衝。

在方塊1008，電漿腔室102亦可使用氣體輸送系統104接收一或更多反應性化學品(例如HBr)，並使用真空系統108維持至少次大氣壓力之製程壓力。如圖1之描述中所述，將電磁能引入電漿腔室102中可將反應性氣體離子化並形成可用以處理基板之電漿。

應察知實施方式段落(而非摘要段落)係意圖用以解譯申請專利範圍。摘要段落可提出本揭露內容之一或更多(但非所有)示範實施例，而因此並未意圖以任何方式限制本揭露內容及隨附申請專利範圍。

儘管本揭露內容已藉由其一或更多實施例的描述加以例示，且雖然此等實施例已相當詳細地加以敘述，然而其並非意圖侷限或以任何方式限制隨附申請專利範圍於如此細節。額外的優點及修改對於相關領域中具有通常知識者將顯而易見。本發明在其較廣泛的實施態樣中遂因此不限於所示及所述之具體細節、代表性設備及方法、及例示性範例。因此，在不偏離廣義發明概念範圍的情況下，可自如此細節做變更。

100‧‧‧電漿處理系統
102‧‧‧電漿腔室
104‧‧‧氣體輸送系統
106‧‧‧功率源
108‧‧‧真空系統
110‧‧‧控制器
112‧‧‧剖面視圖
114‧‧‧功率傳輸元件
116‧‧‧電漿處理區域
118‧‧‧開口
120‧‧‧內部空腔
122‧‧‧介電構件
124‧‧‧天線
200‧‧‧說明圖
202‧‧‧爆炸視圖
204‧‧‧磁場
206‧‧‧電場
208‧‧‧表面
210‧‧‧表面
212‧‧‧電磁場
300‧‧‧剖面圖
302‧‧‧矩形內部空腔
400‧‧‧矩形內部空腔
402‧‧‧圓柱形內部空腔
500‧‧‧組合空腔
502‧‧‧矩形空腔
504‧‧‧圓柱形空腔
506‧‧‧過渡區域
600‧‧‧路徑
602‧‧‧來源構件
604‧‧‧調諧/匹配構件
700‧‧‧路徑
701‧‧‧第一來源構件
702‧‧‧第一空腔
704‧‧‧第二空腔
706‧‧‧第一調諧/匹配構件
708‧‧‧第二調諧/匹配構件
710‧‧‧第二來源構件
800‧‧‧電漿腔室
802‧‧‧功率傳輸元件
804‧‧‧開口
806‧‧‧介電構件
900‧‧‧電漿腔室
902‧‧‧功率傳輸元件
904‧‧‧第一壁
906‧‧‧第二壁
908‧‧‧開口
1000‧‧‧方法
1002‧‧‧方塊
1004‧‧‧方塊
1006‧‧‧方塊
1008‧‧‧方塊

併入本說明書且構成本說明書之一部分的隨附圖式說明本發明之實施例，並與以上提供之本發明的概略描述、及以下提供之詳細描述共同用以闡釋本發明。此外，參照號碼之最左邊的(複數)位數顯示該參照號碼首次出現在其中的該圖式。

圖1為電漿處理系統之代表性實施例的說明圖，其顯示帶有複數微波功率傳輸元件之電漿腔室的一實施例之示意剖面圖。

圖2為功率傳輸元件之示範內部空腔及連續狹縫的剖面、及傳輸穿過該內部空腔並發射進入電漿腔室的電磁能之表示的說明圖。

圖3為功率傳輸元件之另一示範內部空腔及連續狹縫的剖面、及傳輸穿過該內部空腔並發射進入電漿腔室的電磁能之表示的另一說明圖。

圖4A-4D為其中發生空腔中之駐波的磁場耦合及電場耦合之示範內部空腔的剖面之說明圖。

圖5為另一剖面即示範內部空腔及提供電磁能以在空腔內產生駐波之功率耦合件之剖面的說明圖。

圖6包含可輸送至電漿腔室之電磁能的路徑之示意圖。

圖7包含可輸送至電漿腔室之電磁能的路徑之示意圖。

圖8為帶有鉛直地安排在電漿腔室周圍之複數微波功率傳輸元件的電漿腔室之一實施例的示意剖面圖。

圖9為帶有複數微波功率傳輸元件之電漿腔室的一實施例之示意剖面圖。

圖10包含操作安排在電漿腔室周圍之複數功率傳輸元件的方法之流程圖。

100‧‧‧電漿處理系統

102‧‧‧電漿腔室

104‧‧‧氣體輸送系統

106‧‧‧功率源

108‧‧‧真空系統

110‧‧‧控制器

112‧‧‧剖面視圖

114‧‧‧功率傳輸元件

116‧‧‧電漿處理區域

118‧‧‧開口

120‧‧‧內部空腔

122‧‧‧介電構件

124‧‧‧天線

Claims

一種用以處理半導體基板之電漿處理系統，包含：一電漿腔室，包含一基板固持器；複數功率傳輸元件，安排在該電漿腔室周圍，該等功率傳輸元件包含：一內部空腔，用以傳播微波頻率電磁波；及沿著該內部空腔之一間隙，該間隙在該內部空腔及該電漿腔室之間形成一開口；一天線，耦接至該等功率傳輸元件；及一介電構件，限制該內部空腔及該電漿腔室之間的流體連通。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該間隙包含至少0.5mm且不超過10mm的一間隙距離開口。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該等功率傳輸元件之該等內部空腔並未彼此流體連通。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該等功率傳輸元件係以圓形方式安排在該基板固持器周圍。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該天線係設置成與該介電構件相對或平行。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，更包含一固態放大器，該固態放大器可變化以下電磁波特性之一或更多者：功率、相位、頻率、或調變。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該等功率傳輸元件之至少二者包含將該至少二功率傳輸元件彼此電隔離之一共同壁。
如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之電漿處理系統，其中該等功率傳輸元件包含：一第一功率傳輸元件，包含一第一內部空腔；及一第二功率傳輸元件，包含一第二內部空腔，該第二內部空腔具有與該第一內部空腔者不同的幾何形狀或容積。
一種設備，包含：一電漿處理腔室，包含：一基板固持器，可接收一基板；一腔室壁，包含安排在該基板固持器周圍之複數開口；一或更多介電構件，其覆蓋該等開口；一或更多功率傳輸元件，設置成相鄰於該等開口且與該一或更多介電構件相對，該等功率傳輸元件包含可將電磁能朝各自的開口傳輸之波導空腔；一功率源構件，提供該電磁能至該複數功率傳輸元件。
如申請專利範圍第9項之設備，其中該等開口係在該基板固持器周圍水平地設置在該腔室壁中。
如申請專利範圍第9項之設備，其中該等開口係在該基板固持器周圍鉛直地設置在該腔室壁中。
如申請專利範圍第9項之設備，其中該等功率傳輸元件之至少一者包含：一第一波導空腔，具有該電磁能之波長的至少¼之長度或寬度，及一第二波導空腔，具有該電磁能之波長的至少¼之長度或寬度。
如申請專利範圍第12項之設備，其中該功率源構件對一第一功率傳輸元件提供一第一頻率帶寬之電磁能，並對一第二功率傳輸元件提供一第二頻率帶寬之電磁能。
如申請專利範圍第9項之設備，其中該等開口在該電漿處理腔室周圍形成一連續開口。
如申請專利範圍第9項之設備，其中該等功率傳輸元件包含具有一第一內部空腔設計之一第一群組及具有一第二內部空腔設計之一第二群組，其中該第一內部設計具有與該第二內部空腔設計之第二容積不同的第一容積。
如申請專利範圍第8項之設備，更包含用於各自的功率傳輸元件之一固態放大器，俾以控制至該等功率傳輸元件之該電磁能的相位、功率、頻率、及調變。
一種方法，包含：基板接收步驟，在一電漿腔室中的一基板固持器上接收一基板，該電漿腔室包含安排在該基板固持器周圍之複數功率傳輸元件；電磁能提供步驟，提供電磁能至該等功率傳輸元件之一或更多者；電磁能特性變化步驟，針對各自的功率傳輸元件使用固態放大器變化該電磁能的特性，該等特性包含功率、相位、頻率、或調變；及電漿產生步驟，使用該電磁能在該電漿腔室內產生電漿。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該電磁能提供步驟包含對一第一功率傳輸元件提供一第一頻率之電磁能及對一第二功率傳輸元件提供一第二頻率之電磁能。
如申請專利範圍第16項之方法，其中以隨機的一波形調變該功率，而頻率係以離散頻率自中心頻率起分開至少該中心頻率之0.1%。
如申請專利範圍第17項之方法，其中該第一頻率之電磁能係與該第二頻率之電磁能異相(out of phase)。