TW201717264A - 用以在混合模式處理操作中分別施加帶電的電漿成分與紫外光的系統及方法 - Google Patents

用以在混合模式處理操作中分別施加帶電的電漿成分與紫外光的系統及方法 Download PDF

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Abstract

一處理體積係形成於一腔室之內部中在一基板支撐件的頂部表面與一頂部介電窗之間。該處理體積的一上部部分為一電漿產生體積。該處理體積的一下部部分為一反應體積。一線圈天線係設置於該介電窗上方並連接用以接收RF功率。一處理氣體輸入端係設置用以供應一處理氣體至該電漿產生體積。一系列之磁鐵係在該頂部介電窗下方的一位置環繞著該腔室之徑向周邊而設置。該系列之磁鐵係用以產生延伸跨越該處理體積之複數磁場。該系列之磁鐵係相對該電漿產生體積而設置，俾使該系列之磁鐵所產生的該等磁場其中至少一部分係位於該電漿產生體積下方。

Description

用以在混合模式處理操作中分別施加帶電的電漿成分與紫外光的系統及方法
本發明係關於半導體元件製造。
許多現代的半導體元件製造處理利用電漿驅動的反應來修改在基板之暴露表面上的材料。例如，電漿蝕刻處理可用以在基板上之暴露材料中圖案化特徵。在各樣的電漿驅動製造處理中所使用的電漿基本上為中性氣體分子、高能電子、離子、自由基、原子、 可見光、及紫外(UV)光的湯(soup)。一給定的電漿驅動製造處理可設計成或多或少地依靠於電漿湯的不同成分。例如，在一些電漿驅動製造處理中，讓離子與基板上的材料互動可能是較重要的，而在其它電漿驅動處理中，讓自由基與基板上的材料互動可能為較重要的。隨著在現代積體電路元件中的特徵尺寸持續縮小，吾人變得更需要增加對於在一給定時間何種電漿成分係容許與基板進行互動之控制，以維持特徵臨界尺寸(CD)之需求、及特徵深度之需求等。而且，由於電漿的複雜性，對於在一給定時間何種電漿成分係容許與基板進行互動施加控制可為困難的。在此背景下本發明產生。
在一範例性實施例中，揭露了用於電漿處理的系統。該系統包含具有一外部結構的一腔室，該外部結構包含一或更多側壁、一底部結構、及一頂部介電窗。該系統包含一基板支撐結構，該基板支撐結構設置在該腔室之內部中。該基板支撐結構具有用以支撐一基板的一頂部表面。一處理體積係形成於該腔室之內部中在該基板支撐件的該頂部表面與該頂部介電窗之間。該處理體積的一上部部分為一電漿產生體積。該處理體積的一下部部分為一反應體積。該系統包含一線圈天線，該線圈天線係設置於該頂部介電窗上方。該系統包含一射頻(RF)功率來源，該射頻(RF)功率來源係連接用以供應RF功率至該線圈天線。該系統包含一處理氣體輸入端，該處理氣體輸入端係設置於該基板處理體積上方。該系統包含一處理氣體供應器，該處理氣體供應器係連接用以將處理氣體供應至該處理氣體輸入端並進入該電漿產生體積中。該系統包含一系列之磁鐵，該系列之磁鐵係在該頂部介電窗下方的一位置環繞著該腔室之徑向周邊而設置。該系列之磁鐵係用以產生延伸跨越該處理體積之複數磁場。該系列之磁鐵係相對該電漿產生體積而設置，俾使該系列之磁鐵所產生的該等磁場其中至少一部分係位於該電漿產生體積下方。
在一範例性實施例中，揭露了用以對基板進行電漿處理的方法。該方法包含將一基板放置成暴露於一腔室之內部中的一處理體積。該處理體積包含形成一電漿產生體積的一上部部分、及形成一反應體積的一下部部分。於該電漿產生體積中產生的電漿成分需要行進通過該反應體積以到達該基板。該方法更包含於該處理區域的該電漿產生體積中產生一電漿。該電漿之產生係局部化於該電漿產生體積，且該處理區域的該反應體積係實質上沒有電漿產生。該方法更包含產生複數磁場以延伸跨越該處理體積。該等磁場相對於該電漿產生體積係垂直地設置，使得該等磁場的至少一部分係位在該電漿產生體積下方且在該基板上方。該等磁場係用以捕抓來自該電漿內的離子及電子以防止離子及電子向下移動至該基板。該方法更包含讓該電漿的自由基及UV光從該電漿產生體積行進通過該反應體積而至該基板。
在一範例性實施例中，揭露了用以對基板進行電漿處理的方法。該方法包含在該基板上方的一位置產生暴露於該基板的一氦電漿。該方法包含在該基板上方產生複數磁場以防止該氦電漿的離子及電子到達該基板。該方法包含讓來自該氦電漿之UV光與該基板互動並同時藉由該等磁場防止該氦電漿的離子及電子到達該基板。
以例示本發明為目的，從以下配合隨附圖式所做出之詳細描述，將更清楚本發明的其他態樣及優點。
接下來的敘述中將提出許多特定的細節。然而，顯而易見的，對於熟悉本技藝者來說，本發明可被實行而無須其內部分或全部特定細節。在其他情況下，為了不對本發明造成不必要地混淆，眾所周知的程序步驟則沒有被詳述。
紫外光為電磁輻射的一光譜範疇，具有在從100奈米(nm)延伸至400 nm的範圍中之波長(l)。紫外光譜可分成幾個光譜子範疇，其中包含真空紫外光(VUV) (10 nm ≤ l ＜ 200 nm)、極紫外光(EUV) (10 nm ≤ l ＜ 121 nm)、氫-萊曼-α(H Lyman-α) (121 nm≤ l ＜ 122 nm)、遠紫外光(FUV) (122 nm≤ l ＜ 200 nm)、紫外光C (UVC)(100 nm≤ l ＜ 280 nm)、中紫外光(MUV) (200 nm≤ l ＜300 nm)、紫外光B (UVB)(280 nm≤ l ＜315 nm)、近紫外光(NUV)(300 nm≤ l ＜400 nm)、及紫外光A (UVA)(315 nm≤ l ＜ 400 nm)。為便於描述，本文中所使用的術語「紫外光」係指其特徵為紫外光譜之光譜子範疇其中任何一或更多者的電磁輻射。
在一實施例中，本文中所使用之術語「基板」係指半導體晶圓。然而，吾人應理解在其它實施例中，本文中所使用之術語「基板」可指稱由藍寶石、GaN、GaAs 或SiC、或其它基板材料所製成之基板，且可包含玻璃面板/基板、金屬箔、金屬片材、聚合物材料、或類似物。此外，在各種實施例中，本文所使用之用語「基板」可在形式、形狀、及/或尺寸上有所不同。例如，在一些實施例中，本文所指稱的「基板」可對應於200 mm(公厘)的半導體晶圓、300 mm的半導體晶圓、或450 mm的半導體晶圓。此外，在一些實施例中，本文中所指稱的「基板」可對應於非圓形之基板，例如用於平板顯示器或類似裝置的長方形等形狀之基板。
在一些電漿驅動的半導體元件製造處理中，紫外光可用來起始用以修改基板上之材料的反應。例如，在電漿驅動的蝕刻操作中，可使用紫外光來起始用以使在基板上的一或更多材料之蝕刻速率提高的光反應。在另一範例中，紫外光可用以解離處理氣體以產生期望的化學碎體(chemical fragment)。 因此，吾人應理解可利用電漿產生的紫外光以改善及/或影響各樣的半導體製造處理。此外，在一些製造處理中，吾人可能希望將紫外光之處理效果與其它電漿成分(例如包含離子及電子的帶電成分)之處理效果分開控制。例如，在一些處理應用中，吾人可能希望將基板對紫外光及離子轟擊之暴露分為分開的個別處理步驟，從而使一處理步驟得以主要基於紫外光互動(沒有離子轟擊)而運作、而一不同處理步操作則主要基於離子轟擊而運作。本文中揭露了用以控制在一給定時間何種電漿成分(離子、電子、自由基、紫外光)係容許與基板互動的系統與方法，以加強對電漿驅動之製造處理(例如，蝕刻等處理)的控制。
根據本發明的一些實施例，圖1A顯示了用於電漿處理的系統100，其包含電漿處理腔室101。 電漿處理腔室101為感應耦合電漿(ICP)處理腔室之範例。電漿處理腔室101包含由一或更多側壁101B、頂部介電窗101A、及底部結構101C所界定的外部結構。在一些實施例中，側壁101B及底部結構101C可由導電材料形成，且具有至參考接地電位的電連接。 在一些實施例中，頂部介電窗101A為石英或陶瓷材料製成。在一些實施例中，電漿處理腔室101可包含可開關的入口通道，可透過該入口通道而將基板105插入至電漿處理腔室101中或將基板105自電漿處理腔室101移除。在其它實施例中，處理腔室101的上部部分可配置成與處理腔室101的下部部分分開，俾使基板105之插入及移除得以進行。
電漿處理腔室101包含一靜電卡盤103，該靜電卡盤係用以支撐基板105並於處理操作期間中穩固地固定基板105。靜電卡盤103的頂部表面包含一區域，該區域係用以於處理期間中支撐基板105。在一些實施例中，靜電卡盤103包含一上陶瓷層，基板105係支撐於該上陶瓷層上。在一些實施例中，靜電卡盤103的上陶瓷層係由複數被稱為高台結構(mesa structure)的凸起結構之共平面的頂部表面所形成。在基板105被支撐於高台結構的頂部表面上的情況下，高台結構的側邊之間的區域容許了流體(例如，氦氣)靠著基板105的背面流動，使得吾人得以加強對基板105之溫度控制。另外，在各樣的實施例中，靜電卡盤103可配置成包含各樣的冷卻機構、加熱機構、夾固機構、偏壓電極、升降銷、及/或感測器等元件，其中感測器可提供溫度、壓力、電壓、及/或電流等參數之測量。
電漿處理腔室101亦包含了設置在頂部介電窗101A上方的線圈天線119。射頻(RF)功率來源121係連接以供應RF功率至線圈天線119。具體而言，RF功率來源121係連接用以將RF信號傳輸通過連線123至匹配模組125。阻抗匹配的RF信號接著從匹配模組125透過連線127傳輸至線圈天線119。匹配模組125係用以匹配阻抗，俾使RF功率來源121所產生的RF信號可有效地傳輸至電漿處理腔室101中的電漿負載。一般而言，匹配模組125為電容器與電感器之網路，其可進行調整以調諧RF信號在傳輸至電漿處理腔室101之傳輸中所遇到的阻抗。
在各樣的實施例中，RF功率來源121可包含以一或更多頻率運作的一或更多RF功率來源。可在同一時間將複數RF頻率提供至線圈天線119。在一些實施例中，RF功率信號之頻率係設定在從1 kHz(千赫茲)延伸至100 MHz (百萬赫茲)的範圍中。在一些實施例中，RF功率信號的頻率係設定在從400 kHz至60 MHz的範圍中。在一些實施例中，RF功率來源121係設置為產生在2 MHz、27 MHz、及60 MHz之頻率的RF信號。在一些實施例中，RF功率來源121係設置為產生在從約1 MHz延伸至約60 MHz之頻率範圍中的一或更多高頻RF信號，及產生在從約100 kHz延伸至約1 MHz之頻率範圍中的一或更多低頻RF信號。RF功率來源121可包含基於頻率之濾波(換言之，高通濾波、及/或低通濾波)以確保特定的RF信號頻率被傳輸至線圈天線119。吾人應理解，上述的RF頻率範圍係以舉例的方式提供。實際上，RF功率來源121可根據需要而實質上產生具有基本上任何頻率的任何RF信號以適當地操作電漿處理腔室101。
電漿處理腔室101更包含一處理氣體供應管線107，該處理氣體供應管線係連接以自處理氣體來源109將處理氣體供應至電漿處理腔室101中的電漿產生體積150A(如箭頭139所示)。在一些實施例中，處理氣體供應管線107係連接至位於頂部介電窗101A上大致中心位置的一處理氣體輸送埠。在一些實施例中，處理氣體輸送埠包含一噴嘴，該噴嘴係用以以實質上均勻的方式使處理氣體在空間上分散至電漿產生體積 150A中。此外，在一些實施例中，電漿處理腔室101可以可選性地包含若干側面調諧氣體供應管線111，該等側面調諧氣體供應管線係連接以在環繞電漿處理腔室101之徑向中心線(其在z軸方向上延伸)而呈方位角分佈的各個位置上從側面調諧氣體來源113供應側面調諧氣體至電漿產生體積150A(如箭頭141所示)。在一些實施例中，側面調諧氣體可與處理氣體相同以使得吾人得以在電漿產生體積150A之徑向周邊提供增加的處理氣體之流量。在一些實施例中，側面調諧氣體可為與處理氣體不同的成分，以提供在設定電漿產生體積150A中之預定氣體混合物上的額外自由度。吾人應理解，在一些實施例中，電漿處理腔室101中可能不存在側面調諧氣體供應能力。然而，在一些實施例中，可實行及/或利用側面調諧氣體供應能力來替代頂部處理氣體供應能力。
在操作處理期間中，將處理氣體及/或側面調諧氣體流入電漿產生體積150A中，並將RF信號供應至線圈天線119。傳輸通過線圈天線119的RF信號產生一電磁場，從而誘發電漿產生體積150A中的電場，電漿產生體積150A中的電場係用以將所供應的處理氣體及/或側面調諧氣體之成分激發至一程度，處理氣體及/或側面調諧氣體在該程度轉化成對應的電漿。電漿的反應性成分從電漿產生體積150A移動至基板105附近的一反應體積150B，其中電漿的反應性成分可與基板105互動以提供想要的處理效果。電漿產生體積150A及反應體積150B共同形成了一處理體積150，該處理體積係覆蓋在靜電卡盤103及被支撐於其上的基板105上。在一些實施例中，電漿處理腔室101包含側孔133，氣體通過側孔133而從處理體積150流動至排氣埠147(如箭頭145所示)。排氣埠147係連接至排氣模組137，該排氣模組係用以施加負壓力以從該電漿處理腔室101的內部抽出氣體及/或流體。在一些實施例中，在排氣埠147設置了排氣控制閥135以控制通過排氣埠147至排氣模組137的氣體流量。
電漿處理腔室101亦包含一系列的磁鐵151A-151P，該等磁鐵係在頂部介電窗101A下方的位置環繞著電漿處理腔室101的徑向周邊而配置。該系列之磁鐵151A-151P係用以產生一磁場，該磁場在電漿處理腔室101中延伸並跨越處理體積150(如圖1A中之在磁鐵151A與151B之間延伸的水平線153所示)。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P係配置成以使磁場水平地(換言之，在xy軸平面上)延伸跨越電漿處理腔室101的整個內部之方式而共同地產生該磁場。根據本發明的一些實施例，圖1B顯示了通過電漿處理腔室101之水平橫剖面視圖，該水平橫剖面視圖係與圖1A所示之參考視角A-A對應。如圖1B中所示，該系列之磁鐵151A-151P係以實質上均勻的方式環繞電漿處理腔室101的外部徑向周邊而設置。因此，該系列之磁鐵151A-151P係以實質上均勻方位角的方式環繞著電漿處理腔室101的徑向中心線(其在z軸方向上延伸)而分佈。在一些實施例中，可使在該系列之磁鐵151A-151P中的磁鐵之極性交替，以在處理體積150中獲得想要的磁場形狀。 吾人應理解，如圖1A及1B中所示之該系列之磁鐵151A-151P之特定配置(數量、尺寸、形狀、位置等)係以舉例的方式提供。在各樣的實施例中，磁鐵(例如151A-151P)之數量、大小、形狀、位置等可根據需要而改變，以得到跨越電漿處理腔室101之想要的磁場形狀。
在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P中之磁鐵係配置為可藉由使用電訊號而使其磁場產生開啟或關閉的電磁鐵。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P中之磁鐵為持續地產生其磁場的永久磁鐵。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P包含了電磁鐵及永久磁鐵之組合。當將電磁鐵用於該系列之磁鐵151A-151P時，每一電磁鐵可連接至磁場控制系統181(如圖1A中的連線C所示)。磁場控制系統181係用以以獨立的方式控制每一電磁鐵的操作，俾使吾人可在一給定時間打開或關閉任何一電磁鐵，及使吾人可在一給定時間分別控制任何一電磁鐵所產生的磁場強度。另外，磁場控制系統181可用以處理來自電漿處理腔室101中、及/或系統100之任何其他元件中的任何類型感測器(例如，溫度感測器、壓力感測器、電壓感測器、電流感測器、或其他感測器)之輸入信號，以確定任何特定的電磁鐵是否在一給定的時間應該調整其磁場。相似地，磁場控制系統181可用以傳輸信號至系統100中的其他元件以告知該等電磁鐵其中任何一或更多者之當前磁場產生狀態。磁場控制系統181亦可配置成實現一實時的閉路反饋系統，以用回應於電漿處理腔室101中所出現之條件的方式控制各個電磁鐵所產生的各磁場  。
磁鐵151A-151P係設置在足夠靠近電漿處理腔室101之側壁101B的地方，以容許其磁場穿透電漿處理腔室101的內部。此外，可對電漿處理腔室101的側壁101B之材料進行選擇以容許磁場穿透至電漿處理腔室101的內部中。例如，在一些實施例中，電漿處理腔室101之側壁101B鄰近每一磁鐵151A-151P的部分可由鋁、陶瓷、或石英、或基本上任何不會顯著地使磁鐵151A-151P所產生的磁場衰減並同時亦對電漿處理腔室101中所執行之處理提供化學及結構上的能力之其它類型的材料。在一些實施例(例如在圖1A中所描繪之實施例)中，磁鐵151A-151P係設置在電漿處理腔室101的側壁101B外，從而避免磁鐵151A-151P暴露於電漿處理腔室101內部中的電漿處理環境。根據本發明的一些實施例，圖1C顯示了圖1A的一替代配置，其中磁鐵151A-151P係設置在電漿處理腔室101的側壁101B中。將磁鐵151A-151P設置在電漿處理腔室101的側壁101B中係用以減少可能使所產生的磁場衰減之側壁101B材料的厚度，同時亦避免了磁鐵151A-151P暴露於電漿處理腔室101內部中的電漿處理環境。根據本發明的一些實施例，圖1D顯示了圖1A的一替代配置，其中磁鐵151A-151P係設置在電漿處理腔室101的內部中。在圖1D的範例性實施例中，只要磁鐵151A-151P係由與電漿處理腔室101內部中的電漿處理環境在化學上相容的材料形成、或塗覆有與電漿處理腔室101內部中的電漿處理環境在化學上相容的材料，則磁鐵151A-151P可設置在電漿處理腔室101的內部中。
磁鐵151A-151P所產生的磁場可能干擾線圈天線119所產生的電磁場，從而導致電漿產生體積150A中的電漿產生中斷。因此，可能有需要維持磁鐵151A-151P與線圈天線119之間的垂直間隔(在z軸上)。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的最上緣與介電窗101A垂直分隔了在從約0.5英寸延伸至約6英寸之範圍中的距離。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的最上緣與介電窗101A垂直分隔了在從約1.5英寸延伸至約3英寸之範圍中的距離。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的最上緣與介電窗101A垂直分隔了約2英寸的距離。 如本文中所使用，術語「約」係指在給定值的+/- 10％中。
此外，該系列之磁鐵151A-151P所產生的該等磁場相對於電漿產生體積150A應垂直地設置，俾使基本上沒有電漿係產生於磁場下方的垂直位置。在該等磁場與電漿產生體積150A之間的此垂直關係確保了磁場或其至少一部分係位於該電漿的帶電成分與基板105之間，使得磁場有機會捕捉電漿的帶電成分以防止電漿的帶電成分到達基板105。另外，該系列之磁鐵151A-151P應具有足夠大的垂直範圍，以使其產生的磁場得以延伸跨越處理體積150。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的磁場產生區域延展了在從約1英寸延伸至約2.5英寸之範圍中的垂直距離。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的磁場產生區域延展了約2英寸的垂直距離。
在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的磁場產生區域的垂直延展的一部分在徑向上係位於處理體積150的外側，以與電漿產生體積150A之垂直範圍的一部分、及在電漿產生體積150A正下方的反應體積150B的一部份重疊。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的磁場產生區域的垂直延展的一部分在徑向上係位於處理體積150的外側，以基本上與電漿產生體積150A的整個垂直範圍重疊。在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P的磁場產生區域的垂直延展在徑向上係位於處理體積150的外側，且在垂直方向上係位於電漿產生體積150A的下方。
往回參照圖1A，電漿處理腔室101亦可以可選性地包含若干下部區域氣體供應管路117，該等下部區域氣體供應管路117係連接以在環繞電漿處理腔室101之徑向中心線(其在z軸方向上延伸)而呈方位角分佈的各個位置從一下部區域氣體來源115供應下部區域氣體至反應體積150B(如箭頭143所示)。下部區域氣體供應管路117係連接至位於該系列之磁鐵151A-151P下方之垂直位置的分配埠。在此配置中，下部區域處理氣體可供應至反應體積150B而無須流經電漿產生體積150A。因此，當開啟該系列之磁鐵以捕捉電漿產生體積150A中之電漿的帶電成分時，可能避免下部區域處理氣體與電漿之帶電成分的互動。此外，雖然圖1A的範例性實施例顯示下部區域氣體輸入係在一單一的垂直(Z軸)位置，然而吾人應理解，其他實施例可包含複數在垂直方向上分開的下部區域氣體輸入及對應的輸送系統。
吾人應理解，電漿處理腔室101在本文中係以簡化的方式呈現以便於說明。在實際上，電漿處理腔室101為複雜的系統，其包含了許多本文中沒有描述的組件。然而，對於本說明應當理解的為電漿處理腔室101係連接用以在謹慎控制的條件下接收受控制的一或更多處理氣體成分之流量，且包含了線圈天線119以將一或更多處理氣體成分轉化為電漿產生體積150A中的電漿以使吾人得以用特定的方式處理基板105。此外，對於本說明，吾人應理解至少一系列的磁鐵151A-151P係環繞處理體積150的周邊而設置，俾使產生處理體積150中得以產生磁場來捕捉電漿產生體積150A中的電漿之帶電成分以影響在基板105上的各樣處理操作。可由電漿處理腔室101執行之電漿處理操作的範例包含蝕刻操作、沉積操作、及灰化操作等。此外，吾人應理解，本文中所揭露之關於環繞處理體積150設置至少一系列的磁鐵151A-151P俾使吾人得以捕捉電漿產生體積150A中之電漿的帶電成分的系統及方法可延伸至其它類型的電漿處理腔室，例如電容耦合電漿(CCP)處理腔室及變壓耦合電漿(TCP)處理腔室等。
根據本發明的一些實施例，圖2A顯示了運作中以產生電漿201的圖1A之系統100，其中該系列之磁鐵151A-151P(電磁鐵)係在關閉的情況下。如圖2A中所示，處理氣體係供應至電漿產生體積150A(如箭頭139所示)，且側面調諧氣體係可選性供應至電漿產生體積150A(如箭頭141所示)，且RF功率係供應至線圈天線119以將處理氣體及/或側面調諧氣體轉換為電漿產生體積150A中的電漿201。吾人應注意，電漿201之產生係局部化於電漿產生體積150A，且電漿產生體積150A下方的反應體積150B實質上沒有電漿產生。
電漿201包含中性氣體分子、電子、離子、自由基、原子、可見光、及紫外光。電漿的帶電成分主要包含離子203、及電子205。在該系列之磁鐵151A-151P關閉的情況下，電漿201的任何成分皆能夠朝向基板105移動至反應體積150B中。圖2A描繪了從電漿201朝向基板105行進至反應體積150B中的離子203、電子205、紫外光207。因此，在該系列之磁鐵151A-151P關閉的情況下，基板105不僅暴露於上方的電漿201所發出的紫外光207，亦暴露於離子203及電子205。
當離子203撞擊基板105的表面，離子203的能量係賦予至非平衡處理中以誘發基板上的反應。相似地，當紫外光207入射至基板105的表面上時，紫外光207的能量係賦予至光起始處理中以誘發基板上的反應。然而，相較於紫外光207與基板105之互動，離子203與基板105的撞擊牽涉到大量的動量傳遞。因此，離子203衝擊在基板105上所導致的影響與暴露於紫外光207所導致的影響可為相當不同的。因此，相較於離子203，紫外光207可用以對基板105表面提供較軟的活化(softer activation) ，這對於更容易受到動能誘發損傷的材料而言可為有用的，例如低k介電材料。因此，將基板105暴露於電漿201所發出的紫外光207而無須讓基板105暴露於離子203或電子205可為有利的。為達到此結果，可開啟該系列之磁鐵151A-151P以有效地捕捉電漿201中的離子203及電子205，同時繼續容許基板105暴露於紫外光207。
根據本發明的一些實施例，圖2B顯示了運作中以產生電漿201之圖1A的系統100，其中該系列之磁鐵151A-151P(電磁鐵)係在開啟的情況下。 由該系列之磁鐵151A-151P產生的磁場延伸跨越處理體積150以形成電漿201之帶電成分的磁性限制平面。電漿201的帶電成分(包含了離子203及電子205)被吸引至磁場線並繞磁力線移動，從而有效地將它們捕捉於該系列之磁鐵151A-151P所產生的磁場上方。以此方式，基板105暴露於紫外光207而無須暴露於離子203及電子205。此外，由於電漿201的中性成分(例如，自由基)不受磁場之影響，因此中性成分會繼續從電漿201移動至基板105。因此，在該系列之磁鐵151A-151P開啟的狀態下，基板105係暴露於軟電漿處理(soft plasma processing)，其包含了對主要為紫外光207及自由基的反應性暴露。
可關閉該系列之磁鐵151A-151P以容許基板105暴露於電漿201的帶電成分(離子203及電子205)，且可開啟該系列之磁鐵151A-151P以防止基板105暴露於電漿201的帶電成分(離子203與電子205)，而不論該系列之磁鐵151A-151P的操作狀態為何，紫外光207皆籠罩著基板105。因此，可在不同的處理步驟中將該系列之磁鐵151A-151P開啟或關閉以獲得在基板105上的不同處理結果。此外，可控制該系列之磁鐵151A-151P在一給定時間所產生的磁場強度，以容許吾人控制對電漿201之帶電成分進行捕捉的強度。在該系列之磁鐵151A-151P產生較低強度磁場的情況下，較多的帶電成分(離子203及電子205)會得以到達基板105。此外，在該系列之磁鐵151A-151P產生較高強度磁場的情況下，較少的帶電成分(離子203及電子205)會得以到達基板105。此外，在一些實施例中，可將磁鐵151A-151P其中一給定者所產生的磁場強度控制為較磁鐵151A-151P其中其他者更高或更低，俾使吾人得以產生跨越處理空間150的受控磁場梯度。因此，在一些實施例中，可相對於基板105而對跨越處理空間150(在xy平面上)的磁場強度及空間配置進行控制，使得吾人得以控制在基板105上之給定位置的帶電成分通量暴露。
另外，由於在一給定位置的電漿201成分在某種程度上為在該給定位置的電漿201中之帶電成分密度的函數，且因為電漿201的帶電成分被吸引至該系列之磁鐵151A-151P所產生的磁場，吾人可能使用該系列之磁鐵151A-151P以在空間上控制電漿201的成分。例如，操作該系列之磁鐵151A-151P於電漿產生體積150A中的一特定位置產生較高磁場會將更多電漿201中的離子203吸引至該特定位置，而這將因此提高電漿中201中該特定位置的解離，從而導致更多的自由基在該特定位置產生。因此，藉由操作該系列之磁鐵151A-151P控制在電漿產生體積150A中之磁場上的空間變化，有可能在空間上控制與帶電成分及自由基有關的電漿201成分。藉由對該系列之磁鐵151A-151P所產生之跨越處理空間150的磁場強度進行空間上的控制，有可能以選擇性方式在空間上控制基板105對不同的電漿201成分之暴露。例如，藉由在空間上控制該系列之磁鐵151A-151P所產生之跨越處理空間150的磁場強度，有可能使基板105的特定位置暴露於較多的離子、或較少的離子、或較多的自由基、或較少的自由基。此外，藉由在空間上控制該系列之磁鐵151A-151P所產生之跨越處理空間150的磁場強度，有可能以有意的非均勻方式來處理基板105，這對於矯正一些先前發生在基板105上的非均勻性係有用的。
紫外光207可用於反應的光起始(如前面所提到)、及/或光解離反應。在一些實施例中，可開啟該系列之磁鐵151A-151P捕捉電漿201中之離子203及電子205，以將自由基及紫外光207之通量從電漿201提供至反應體積150B，而下部區域氣體係透過下部區域氣體供應管路117而提供(如圖2B中之箭頭143所示)。在這些實施例中，紫外光207可與反應體積150B中的下部區域氣體互動，以將下部區域氣體解離成碎體。在有適當組成的下部區域氣體之情況下，紫外光207所解離之下部區域氣體的碎體可施加以處理基板105表面。此外，由紫外光207導致之解離反應所產生的下部區域氣體之碎體相較於由電漿201中之高能電子所產生的解離碎體可具有顯著不同的特性。因此，操作腔室101以藉由使用紫外光207而優先解離下部區域氣體延伸了系統100之操作包線(operating envelope)。在一些實施例中，供應至電漿產生區域150A的處理氣體可包含氦氣，當氦氣轉換為氦電漿(做為電漿201)時會產生大量的紫外光207用於反應體積150B中的解離反應，而氦電漿的帶電成分被限制在該系列之磁鐵151A-151P所產生的磁場上方。此外，氦電漿201所產生的紫外光207可用以活化基板105的表面。
此外，在一些實施例中，當吾人想要基板105更接近於暴露至純紫外光207時，可用沖走從上方的電漿201產生之自由基的方式來供應下部區域氣體，並操作該系列之磁鐵151A-151P以將電漿201的帶電成分限制於電漿產生體積150A。此外，在一些實施例中，當吾人想要基板105更接近於暴露至純自由基時，可使用例如氬氣這樣的處理氣體產生電漿201而產生相對較少的紫外光207並操作該系列之磁鐵151A-151P以將電漿201的帶電成分限制於電漿產生體積150A，以使自由基從上方的電漿201流至基板105而基板105暴露於相對較少的紫外光207。而且，在這些實施例的一些變化中，下部區域氣體可包含具有高紫外光吸收特性的一或更多氣體，使得從電漿201所放出的已經較低量的紫外光207(由於氬處理氣體)可進一步藉由在到達基板105之前被下部區域氣體吸收而減少。
在一些實施例中，該系列之磁鐵151A-151P可由永久磁鐵形成，而非電磁鐵。 在這些實施例中，具有該系列之永久磁鐵151A-151P的電漿處理腔室101會具有永久的磁場限制平面用以捕捉電漿處理區域150A中之電漿201的帶電成分。因此，具有該系列之永久磁鐵151A-151P的電漿處理腔室101將會專用於基板105之軟電漿處理(透過暴露於紫外光207及自由基之組合)，而基板105對離子203及電子205之暴露則根據永久磁鐵151A-151P的磁場強度而被限制至零暴露。此外，在使用永久磁鐵151A-151P的情況下，可對不同的磁鐵151A-151P之極性加以佈置以根據需要而塑造在處理體積150中所產生的磁場。
此外，在一些實施例中，可使用垂直分隔的複數系列之磁鐵。例如，根據本發明的一些實施例，圖3A顯示了具有垂直分隔的二系列之磁鐵的圖1A之系統100。第一系列之磁鐵包含了磁鐵301A及301B，且第二系列之磁鐵包含了磁鐵301C及301D。每一系列的磁鐵相對於處理體積150係配置在一共同的水平面(xy平面)中以處於環繞著處理體積150的一共同環狀帶中。在垂直分隔的不同系列之磁鐵中的每一磁鐵可為永久磁鐵或由磁場控制系統181獨立控制的電磁鐵。在垂直分隔的不同系列之磁鐵中的每一磁鐵係電磁鐵之實施例中，不同的磁鐵可以同步的方式進行操作以於處理體積150中產生具有一預定三維形狀的磁場。例如，在圖3A中，包含了磁鐵301A及301B的第一系列之磁鐵係操作用以產生跨越處理體積150之實質上水平的磁場(如在磁鐵301A與301B之間延伸的水平線303所示)。而且，包含了磁鐵301C及301D的第二系列之磁鐵係操作用以產生跨越處理體積150之實質上水平的磁場(如在磁鐵301C與301D之間延伸的水平線305所示)。
在例如參照圖3A所述的一些實行垂直分隔的複數系列之磁鐵的實施例中，在垂直相鄰的系列磁鐵之間的垂直分隔距離(如在z軸方向上所測量)係在從約1英寸延伸至約2英寸之範圍中。然而，在其他實施例中，在垂直相鄰的系列磁鐵之間的垂直分隔距離(如在z軸方向上所測量)可最低為零。此外，在各樣的實施例中，可相應於系統100之周圍結構所施加的幾何限制及處理體積150之垂直高度的考量而利用基本上任何數目的垂直分隔之系列磁鐵。。
根據本發明的一些實施例，圖3B顯示了圖3A之系統100，其垂直分隔的複數系列之磁鐵進行操作以產生跨越處理體積150之傾斜磁場。具體而言，在圖3B的實施例中，第二系列磁鐵中的磁鐵301C係與第一系列磁鐵中的磁鐵301B協同運作以產生傾斜的磁場(如在磁鐵301C與301B之間延伸的斜線307所示)。
根據本發明的一些實施例，圖3C顯示了圖1A之系統100，其具有垂直分隔的五個系列之磁鐵。第一系列之磁鐵包含磁鐵301E及301J。第二系列之磁鐵包含磁鐵301F及301K。第三系列之磁鐵包含磁鐵301G及301L。第四系列之磁鐵包含磁鐵301H及301M。而且，第五系列之磁鐵包含磁鐵301I及301N。每一系列之磁鐵相對於處理體積150係設置在各別的共同水平面(xy平面)中以處於環繞著處理體積150之各別的共同環狀帶中。在垂直分隔的不同系列之磁鐵中的每一磁鐵可為永久磁鐵或由磁場控制系統181獨立控制的電磁鐵。
在垂直分隔的不同系列之磁鐵中的每一磁鐵係電磁鐵之實施例中，不同的磁鐵可以同步的方式進行操作以於處理體積150中產生具有一預定三維形狀的磁場。例如，在圖3C中，第一及第二系列之磁鐵係操作以產生穿過處理體積150的交叉磁場，交叉磁場包含了第一傾斜磁場(如在磁鐵301E與301K之間延伸的斜線309所示)、及第二傾斜磁場(如在磁鐵301F與301J之間延伸的斜線311所示)。此外，第三系列之磁鐵係操作用以產生跨越處理體積150之實質上水平的磁場(如在磁鐵301G與301L之間延伸的水平線313所示)。此外，第四及第五系列之磁鐵係操作用以穿過處理體積150的交叉磁場，交叉磁場包含了第三傾斜磁場(如在磁鐵301H與301N之間延伸的斜線315所示)、及第四傾斜磁場(如在磁鐵301I與301M之間延伸的斜線317所示)。
用於電漿之帶電成分的磁性限制之包含了該系列之磁鐵151A-151P的系統100在混合模式脈衝操作上可為特別有用的，在混合模式脈衝操作中不同的處理步驟係以預定的順序(且可能是以重複的方式)執行以獲得在基板105上的想要結果。例如，在一些實施例中，混合模式脈衝可用以實行一系統性方法，其用以將蝕刻處理步驟分開以獲得對蝕刻處理操作的更多控制，該系統性方法係藉由將1)蝕刻步驟、2)透過沉積的側壁保護/鈍化步驟、及3)基板之水平表面上的氧化物之突破步驟分開而實行。可以系統性方式重複該等分開的處理步驟以達成在基板上的想要之蝕刻輪廓。有了包含該系列之磁鐵151A-151P的系統100，吾人現在有可能實行混合模式的處理配方，在混合模式的處理配方中，基板在某些處理步驟中係暴露於軟電漿(紫外光及自由基)，或基板在某些處理步驟中係主要暴露於紫外光驅動之反應，或基板在一些處理步驟中係主要暴露於自由基驅動之反應，或者基板在一些處理步驟中係暴露於完整的電漿處理(離子、電子、自由基、紫外光)。
根據本發明的一些實施例，圖4A顯示了使用圖1A之系統100的半導體元件製造方法之流程圖。該方法包含用以執行吸附操作之操作401，其中在該系列之磁鐵151A-151P關閉的情況下將基板暴露於電漿產生體積150A中產生的蝕刻劑電漿。在一些實施例中，使用Cl2 處理氣體以產生操作401的蝕刻劑電漿。在一些實施例中，操作401的蝕刻劑電漿係以低RF功率產生以保持低電漿電位。在操作401中，未對基板進行RF偏壓以避免來自蝕刻劑電漿的離子轟擊。在操作403中，結束使用蝕刻劑電漿的吸附處理。
在操作405中，在該系列之磁鐵151A-151P開啟的狀態下，於電漿產生體積150A中產生氦電漿。在操作405中，氦電漿的離子及電子會 被該系列之磁鐵151A-151P所產生的磁場捕捉在電漿產生體積150A中。因此，在操作405中，基板暴露於自氦電漿發出的高能量紫外光且不暴露於離子或電子。來自氦電漿的高能量紫外光會使基板表面上的光反應起始。在操作407中，結束氦電漿驅動的紫外光之光反應處理。
該方法亦包含一操作409，其中在該系列之磁鐵151A-151P關閉的情況下使用低RF功率在電漿產生體積150A中產生氬電漿。由於氬電漿不會產生太多的紫外光(尤其是以低RF功率產生時)，操作409使得基板表面得以被氬離子活化而基板僅受到最少的紫外光暴露。在操作411中，結束氬電漿處理。按照本發明的一些實施例，圖4B顯示了圖4A之方法的替代性實施例之流程圖，其中藉由使用氦電漿而進行紫外光光反應處理的操作405係在操作401的吸附處理之前執行，而不是在操作401的吸附處理之後執行。
吾人應理解，該系列之磁鐵151A-151P可以許多不同的方式進行配置及操作以產生跨越處理體積150的磁場(該等磁場可具有將電漿的帶電成分限制於基板105上方的電漿產生體積150A所需的基本上任何形狀及強度)，並以在時間上受控的方式配置及操作，以控制基板105(甚至其特定部分)在一給定的時間暴露於特別選定的電漿成分(離子/電子、自由基、紫外光)。因此，使用該系列之磁鐵151A-151P產生跨越處理體積150之磁場使得吾人得以實行在其他情況下不可能的半導體元件製造之紫外光專用電漿處理操作。
根據本發明的一些實施例，圖5顯示了用於基板之電漿處理的方法。該方法包含操作501，其中將基板放置成暴露於腔室之內部中的處理體積。處理體積包含了形成電漿產生體積的一上部部分、及形成反應體積的一下部部分。於電漿產生體積中產生的電漿成分需要行進通過反應體積以到達基板。該方法亦包含操作503，用以於處理區域的電漿產生體積中產生電漿。電漿之產生係局部化於電漿產生體積，而處理區域的反應體積係實質上沒有電漿產生。在一些實施例中，電漿係產生用以引起高能量紫外光的氦電漿。
該方法亦包含操作505，用以產生磁場以延伸跨越處理體積。該等磁場相對於電漿產生體積係垂直地設置，使得磁場的至少一部分係位於在電漿產生體積下方且在基板上方。磁場係用以捕抓來自電漿中的離子及電子以防止離子及電子向下移動至基板。在一些實施例中，磁場係從複數徑向位置產生，該等徑向位置係以實質上均勻的方式環繞處理體積的一徑向周邊而分佈。在一些實施例中，磁場係產生於環繞處理體積之徑向周邊的單一垂直位置。在一些實施例中，磁場係產生在環繞處理體積之徑向周邊的複數垂直位置。該方法亦包含操作507，用以讓電漿的自由基及紫外光從電漿產生體積行進通過反應體積而至基板。另外，在一些實施例中，該方法可包含使下部區域氣體於磁場與基板之間的垂直位置流入反應體積之操作、及讓紫外光使暴露於基板的下部區域氣體解離之操作。
根據本發明的一些實施例，圖6顯示了用於基板之電漿處理的方法。該方法包含操作601，用以在基板上方的一位置產生暴露於基板的氦電漿。該方法亦包含操作603，用以在基板上方產生磁場以防止氦電漿的離子及電子到達基板。該方法亦包含操作605，用以讓來自氦電漿的紫外光與基板互動並同時藉由磁場防止氦電漿的離子及電子到達基板。
雖然已對前述的發明進行一些詳細地描述以利於清楚理解的目的，顯而易見的，仍可在隨附申請專利範圍的範圍中實行某些改變及修改。因此，本實施例應被認為是說明性的而非限制性的，且本發明不受限於本文中所提供的細節，而係可在隨附申請專利範圍的範圍及同等物中修改。
100‧‧‧系統
101‧‧‧處理腔室
101A‧‧‧頂部介電窗
101B‧‧‧側壁
101C‧‧‧底部結構
103‧‧‧靜電卡盤
105‧‧‧基板
107‧‧‧處理氣體供應管線
109‧‧‧處理氣體來源
111‧‧‧側面調諧氣體供應管線
113‧‧‧側面調諧氣體來源
115‧‧‧下部區域氣體來源
117‧‧‧下部區域氣體供應管路
119‧‧‧線圈天線
121‧‧‧RF功率來源
123‧‧‧連線
125‧‧‧匹配模組
127‧‧‧連線
133‧‧‧側孔
135‧‧‧排氣控制閥
137‧‧‧排氣模組
139‧‧‧箭頭
141‧‧‧箭頭
143‧‧‧箭頭
145‧‧‧箭頭
147‧‧‧排氣埠
150‧‧‧處理體積
150A‧‧‧電漿產生體積
150B‧‧‧反應體積
151A-151P‧‧‧磁鐵
153‧‧‧水平線
181‧‧‧磁場控制系統
201‧‧‧電漿
203‧‧‧離子
205‧‧‧電子
207‧‧‧紫外光
301A-301N‧‧‧磁鐵
303‧‧‧水平線
305‧‧‧水平線
307‧‧‧斜線
309‧‧‧斜線
311‧‧‧斜線
313‧‧‧水平線
315‧‧‧斜線
317‧‧‧斜線
401‧‧‧操作
403‧‧‧操作
405‧‧‧操作
407‧‧‧操作
409‧‧‧操作
411‧‧‧操作
501‧‧‧操作
503‧‧‧操作
505‧‧‧操作
507‧‧‧操作
601‧‧‧操作
603‧‧‧操作
605‧‧‧操作
C‧‧‧連線
根據本發明的一些實施例，圖1A顯示了用於電漿處理的一系統，其包含一電漿處理腔室。
根據本發明的一些實施例，圖1B顯示了通過電漿處理腔室之水平橫剖面視圖，該水平橫剖面視圖係與圖1A所示之參考視角A-A對應。
根據本發明的一些實施例，圖1C顯示了圖1A的一替代配置，其中該等磁鐵係設置在電漿處理腔室的側壁中。
根據本發明的一些實施例，圖1D顯示了圖1A的一替代配置，其中該等磁鐵係設置在電漿處理腔室的內部中。
根據本發明的一些實施例，圖2A顯示了運作中以產生電漿的圖1A之系統，其中該系列之磁鐵(電磁鐵)係在關閉的情況下。
根據本發明的一些實施例，圖2B顯示了運作中以產生電漿之圖1A的系統，其中該系列之磁鐵(電磁鐵)係在開啟的情況下。
根據本發明的一些實施例，圖3A顯示了具有垂直分隔的二系列之磁鐵的圖1A之系統。
根據本發明的一些實施例，圖3B顯示了圖3A之系統，其垂直分隔的複數系列之磁鐵操作以產生跨越處理體積之傾斜磁場。
根據本發明的一些實施例，圖3C顯示了圖1A之系統，其具有垂直分隔的五個系列之磁鐵。
根據本發明的一些實施例，圖4A顯示了使用圖1A之系統的半導體元件製造方法之流程圖。
按照本發明的一些實施例，圖4B顯示了圖4A之方法的一替代性實施例之流程圖，其中藉由使用氦電漿而進行紫外光光反應處理的操作係在吸附處理之前執行，而不是在吸附處理之後執行。
根據本發明的一些實施例，圖5顯示了用於基板之電漿處理的一方法。
根據本發明的一些實施例，圖6顯示了用於基板之電漿處理的一方法。
100‧‧‧系統
101‧‧‧處理腔室
101A‧‧‧頂部介電窗
101B‧‧‧側壁
101C‧‧‧底部結構
103‧‧‧靜電卡盤
105‧‧‧基板
107‧‧‧處理氣體供應管線
109‧‧‧處理氣體來源
111‧‧‧側面調諧氣體供應管線
113‧‧‧側面調諧氣體來源
115‧‧‧下部區域氣體來源
117‧‧‧下部區域氣體供應管路
119‧‧‧線圈天線
121‧‧‧RF功率來源
123‧‧‧連線
125‧‧‧匹配模組
127‧‧‧連線
133‧‧‧側孔
135‧‧‧排氣控制閥
137‧‧‧排氣模組
139‧‧‧箭頭
141‧‧‧箭頭
143‧‧‧箭頭
145‧‧‧箭頭
147‧‧‧排氣埠
150‧‧‧處理體積
150A‧‧‧電漿產生體積
150B‧‧‧反應體積
151A-151B‧‧‧磁鐵
153‧‧‧水平線
181‧‧‧磁場控制系統

Claims (20)

  1. 一種電漿處理的系統，包含： 一腔室，具有一外部結構，該外部結構包含一或更多側壁、一底部結構、及一頂部介電窗； 一基板支撐結構，設置在該腔室之內部中，該基板支撐結構具有用以支撐一基板的一頂部表面，一處理體積係形成於該腔室之內部中在該基板支撐結構的該頂部表面與該頂部介電窗之間，該處理體積的一上部部分為一電漿產生體積，該處理體積的一下部部分為一反應體積； 一線圈天線，設置於該頂部介電窗上方； 一射頻(RF)功率來源，連接以供應RF功率至該線圈天線； 一處理氣體輸入端，設置於該處理體積上方； 一處理氣體供應器，連接以將處理氣體供應至該處理氣體輸入端並進入該電漿產生體積中；及 一系列之磁鐵，在該頂部介電窗下方的一位置環繞著該腔室之徑向周邊而設置，該系列之磁鐵係用以產生延伸跨越該處理體積之複數磁場，該系列之磁鐵係相對該電漿產生體積而設置，俾使該系列之磁鐵所產生的該等磁場其中至少一部分係位於該電漿產生體積下方。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵包含以實質上均勻的方式環繞該腔室之外部徑向周邊而設置的複數磁鐵。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵係位於環繞該處理體積的一共同環狀帶中。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵中的每一磁鐵為電磁鐵。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理的系統，更包含： 一磁場控制系統，用於以獨立的方式控制由該系列之磁鐵中的每一電磁鐵所產生之磁場強度，使得可在一給定時間將任何一電磁鐵開啟或關閉，及使得可在一給定時間單獨地控制任何一電磁鐵所產生之該磁場強度。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵係設置在該腔室的該一或更多側壁之外。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵係設置在該腔室的該一或更多側壁之內。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵係設置在該腔室之內部中。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中位於該系列之磁鐵中的一給定磁鐵與該腔室的內部之間的該腔室的該一或更多側壁的一部分係由不會使該給定磁鐵所產生之磁場顯著衰減的材料所形成。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿處理的系統，其中該腔室的該一或更多側壁的該部分係由鋁、陶瓷、或石英所形成。
  11. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中該系列之磁鐵中的每一磁鐵為永久磁鐵。
  12. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，其中在該頂部介電窗下方的該位置環繞著該腔室之徑向周邊而設置的該系列之磁鐵為一第一系列之磁鐵，其中該系統更包含至少一額外系列之磁鐵，該至少一額外系列之磁鐵係在該頂部介電窗下方的另一位置環繞該腔室之徑向周邊而設置，其中該至少一額外系列之磁鐵其中每一者係位於環繞該處理體積之一對應的共同環狀帶中。
  13. 如申請專利範圍第1項之電漿處理的系統，更包含： 一下部區域氣體輸入端，設置用以供應一下部區域氣體至該反應體積中在該系列之磁鐵下方的一位置，而該下部區域氣體沒有流動通過該電漿產生體積。
  14. 一種對基板進行電漿處理的方法，包含： 將一基板放置成暴露於一腔室之內部中的一處理體積，該處理體積包含形成一電漿產生體積的一上部部分、及形成一反應體積的一下部部分，其中於該電漿產生體積中產生的電漿成分需要行進通過該反應體積以到達該基板； 於該處理區域的該電漿產生體積中產生一電漿，其中該電漿之產生係局部化於該電漿產生體積，且該處理區域的該反應體積係實質上沒有電漿產生； 產生複數磁場以延伸跨越該處理體積，該等磁場相對於該電漿產生體積係垂直地設置，使得該等磁場的至少一部分係位於該電漿產生體積下方且在該基板上方，該等磁場係用以捕抓來自該電漿內的離子及電子以防止離子及電子向下移動至該基板；及 讓該電漿的自由基及紫外(UV)光從該電漿產生體積行進通過該反應體積而至該基板。
  15. 如申請專利範圍第14項之對基板進行電漿處理的方法，其中該電漿為產生用以引起高能量紫外光的氦電漿。
  16. 如申請專利範圍第14項之對基板進行電漿處理的方法，其中該等磁場係從複數徑向位置產生，該等徑向位置係以實質上均勻的方式環繞該處理體積之徑向周邊而分佈。
  17. 如申請專利範圍第16項之對基板進行電漿處理的方法，其中該等磁場係產生於環繞該處理體積之徑向周邊的一單一垂直位置。
  18. 如申請專利範圍第16項之對基板進行電漿處理的方法，其中該等磁場係產生於環繞該處理體積之徑向周邊的複數垂直位置。
  19. 如申請專利範圍第14項之對基板進行電漿處理的方法，更包含： 使一下部區域氣體於該等磁場與該基板之間的一垂直位置流入該反應體積；及 讓紫外光使暴露於該基板的該下部區域氣體解離。
  20. 一種對基板進行電漿處理的方法，包含： 在該基板上方的一位置產生暴露於該基板的一氦電漿； 在該基板上方產生複數磁場以防止該氦電漿的離子及電子到達該基板；及 讓來自該氦電漿之紫外(UV)光與該基板互動並同時藉由該等磁場防止該氦電漿的離子及電子到達該基板。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10256075B2 (en) * 2016-01-22 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Gas splitting by time average injection into different zones by fast gas valves
KR102096700B1 (ko) * 2017-03-29 2020-04-02 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US11515122B2 (en) 2019-03-19 2022-11-29 Tokyo Electron Limited System and methods for VHF plasma processing
US11670491B2 (en) * 2020-07-15 2023-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Radio frequency screen for an ultraviolet lamp system
US20220102119A1 (en) * 2020-09-25 2022-03-31 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
KR20220097202A (ko) * 2020-12-31 2022-07-07 세메스 주식회사 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5215619A (en) * 1986-12-19 1993-06-01 Applied Materials, Inc. Magnetic field-enhanced plasma etch reactor
JP3595608B2 (ja) * 1995-05-30 2004-12-02 アネルバ株式会社 真空処理装置、真空処理装置における真空容器内面堆積膜除去方法及び真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法
US5982100A (en) * 1997-07-28 1999-11-09 Pars, Inc. Inductively coupled plasma reactor
US20030010454A1 (en) * 2000-03-27 2003-01-16 Bailey Andrew D. Method and apparatus for varying a magnetic field to control a volume of a plasma

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