TW201842605A - 用於具備射頻電漿的半導體處理設備之具有改良的射頻功率效率的陰極 - Google Patents

用於具備射頻電漿的半導體處理設備之具有改良的射頻功率效率的陰極 Download PDF

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Abstract

提供一種在電漿處理腔室內使用的陰極組件。提供接地的金屬碗。具有等效介電常數k＜7之密封的多孔或密封的蜂巢介電陶瓷之絕緣體係在該金屬碗的頂部上。靜電卡盤（ESC）係在該絕緣體的頂部上，其中該絕緣體將該金屬碗與該ESC電絕緣。

Description

用於具備射頻電漿的半導體處理設備之具有改良的射頻功率效率的陰極
本揭示內容係關於用於電漿處理基板的方法及設備。更具體而言，本揭示內容係關於提供具有靜電卡盤之陰極的方法及設備。
在電漿處理腔室中，陰極組件可藉由絕緣體使ESC（靜電卡盤）與接地的碗絕緣，該ESC的底板係RF熱力式的。
為實現上述內容且根據本揭示內容之目的，提供一種在電漿處理腔室內使用的陰極組件。提供接地的金屬碗。具有等效介電常數k＜7之密封的多孔或密封的蜂巢介電陶瓷之絕緣體係在該金屬碗的頂部上。靜電卡盤（ESC）係在該絕緣體的頂部上，其中該絕緣體將該金屬碗與該ESC電絕緣。
在另一種實施態樣中，提供一種用於電漿處理基板的設備。提供電漿處理腔室。電極支撐在該電漿處理腔室內的基板。提供RF功率源。功率連接件係在該RF功率源與該電極之間電連接。接地的金屬碗係在該電極下方。具有等效介電常數k＜7之密封的多孔或密封的蜂巢介電陶瓷之絕緣體係在在該金屬碗的頂部上，且在該電極與該接地的金屬碗之間，以使該接地的金屬碗與該電極絕緣。氣體源將處理氣體流入至該電漿處理腔室。幫浦自該電漿處理腔室排氣。
本發明的這些及其他特徵將以下列本發明的詳細敘述結合下列圖式更詳細地描述。
本發明現將參照如隨附圖式中所說明的幾個較佳實施例詳細描述。在以下說明中，為了提供本發明的透徹理解，說明許多具體細節。然而，顯然地，對於熟習本項技術之人士而言，本發明可不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，未詳細說明眾所周知的製程步驟及/或結構，以免不必要地模糊本發明。
圖1係可在實施例中使用之陰極組件100的示意橫剖面圖。設置接地的導電金屬碗104。顯示為陰影區域的絕緣體108係由接地的導電金屬碗104支撐。靜電卡盤（ESC）112係置放在絕緣體108上，使得絕緣體108提供ESC 112與接地的導電金屬碗104之間的電絕緣。功率連接件116係電連接至靜電卡盤112。功率連接件116係與導電金屬碗104電絕緣。在此實施例中，諸如晶圓的基板120係置放在ESC 112上。邊緣環124圍繞基板120。在此實施例中，側安裝件128穿過電漿處理腔室132的側面，其中該側安裝件128支撐接地的導電金屬碗104且其中功率連接件116進入電漿處理腔室132。
圖2係此實施例中絕緣體108的放大及立體圖。絕緣體108係呈環形，其形成開口216以提供空間供連接件（諸如功率連接件116）在接地的導電金屬碗104與ESC 112之間通過，如圖1所示。絕緣體108具有陶瓷體204，其在此實施例中係鋁氧化物。複數口孔208係在陶瓷體204中形成，使得陶瓷體204具有蜂巢狀。在此實施例中，絕緣體108的外周緣壁212係平滑的，因為口孔208不完全穿過陶瓷體204，使得外周緣壁212對於所有口孔208形成真空密封。口孔208必須在端點或其之間密封以提供密封的蜂巢狀介電質。口孔的密封防止氣體經由口孔208流過絕緣體108。蜂巢狀提供通常不高於3：1之總絕緣體體積對口孔體積比，其中總絕緣體體積係陶瓷及蜂巢狀口孔的總體積，意味著蜂巢的空氣體積係通常超過絕緣體環之包封之總體積的1/3。陶瓷及密封的口孔之組合提供k＜7的等效介電常數，其中若絕緣環係實心而無口孔，且具有與蜂巢狀絕緣體相同的包封尺寸，則等效介電常數係具有該k值之材料之絕緣環的介電常數值。
圖3示意性地說明可使用上述實施例之電漿處理系統300的例子。該電漿處理系統300包含具有電漿處理腔室132的電漿反應器302。分別由匹配網路308及318調諧的RF產生器306及307，分別將RF功率供應至位於電力窗（power window）312附近的TCP線圈310以在電漿處理腔室132內使用感應耦合的RF功率產生電漿314，及將RF功率供應至陰極以主要控制離子能量且同時亦幫助使用電容耦合的RF功率產生電漿。TCP線圈（上功率源）310可配置成在電漿處理腔室132之內產生均勻的擴散輪廓。舉例而言，TCP線圈310可配置成在電漿314中產生環形功率分布。電力窗312係設置成製造真空密封及使TCP線圈310與電漿處理腔室132分開，且同時允許能量從TCP線圈310傳至電漿314。由匹配網路318調諧的偏壓RF產生器307藉由功率連接件116將RF偏壓功率提供至ESC 112，以控制朝由ESC 112支撐及固持之基板120的頂部表面移動的離子能量。控制器324控制用於晶圓處理的所有參數，包含：TCP RF功率、偏壓RF功率、腔室壓力、氣流速率、卡盤電壓等等。
RF產生器306及307可配置成以特定射頻（諸如13.56 MHz、27 MHz、2 MHz、400 kHz等、或其組合）操作。為了達到期望的製程效能，可適當地選擇RF產生器306及307的尺寸以供應一範圍的功率。舉例而言，在一實施例中，TCP RF產生器306可供應在50 W至5000 W範圍內的功率，而偏壓RF產生器307可供應在5 W至3000 W範圍內的功率以產生20 V至2000 V的偏壓RF電壓。此外，TCP線圈310及/或ESC 112可由二或更多子線圈或子電極構成，該等子線圈或子電極可藉由單一電源供電或藉由多個電源供電。
如圖3所示，電漿處理系統300更包含氣體源/氣體供應機構330。該氣體源/氣體供應機構330將氣體提供至呈氣體注射器或噴淋頭形式的氣體饋送部336。處理氣體及副產物經由壓力控制閥342及幫浦344自電漿處理腔室132移除，該壓力控制閥342及幫浦344亦用以維持電漿處理腔室132之內的特定壓力。氣體源/氣體供應機構330係由控制器324控制。
絕緣環108係支撐在接地的導電金屬碗104上且支撐ESC 112及將ESC 112與接地的導電金屬碗104電絕緣。側安裝件128穿進電漿處理腔室132，其中該側安裝件128支撐接地的導電金屬碗104且其中偏壓RF功率連接件116進入碗104。由Lam Research Corp. of Fremont, CA製造之用於導體蝕刻應用的Kiyo系列電漿蝕刻腔室可用以實施實施例。
在操作中，基板120係置放在ESC 112上。氣體係從氣體源330流入至電漿處理腔室132。RF功率係自RF產生器306提供至TCP線圈310，而將氣體點燃成電漿。RF功率係自偏壓RF產生器307通過匹配網路318及功率連接件116提供至控制離子能量的ESC 112。
固體鋁氧化物陶瓷具有至少9的介電常數k。由於固體鋁氧化物陶瓷絕緣體環的相對高介電常數，所以當使用固體鋁氧化物陶瓷絕緣體環時， ESC與碗之間的雜散電容在Kiyo中係約300 pF。為了改善陰極或RF偏壓系統的RF功率效率，此雜散電容需藉由降低絕緣體的介電常數加以最小化。
在其他實施例中，陰極組件可在使用電容耦合功率（CCP）源的電漿處理系統中使用，如用於介電蝕刻應用的Lam Flex系列產品。利用本揭示內容針對電漿處理設備的創新之CCP源或RF偏壓的RF功率效率改善以兩種方式節省能量。首先，在較高RF功率效率的情況下，可產生具有相同密度及/或離子能量的電漿卻使用較少的RF功率。其次，較高的RF功率效率意味著對RF系統的其餘部分較少功率損失，其從而產生較少的熱致使需較少的能量以冷卻系統。
在其他實施例中，可使用其他密封的蜂巢系統。口孔可延伸穿過陶瓷體且在兩端密封。密封的口孔可水平地、垂直地、或以其他角度延伸。主要標準係提供機械性堅固而足以在晶圓處理期間支撐ESC的絕緣體、和提供對抗流體洩漏的密封、及提供小於7的等效k。此外，陶瓷體不導致煙霧污染。更具體而言，密封的蜂巢系統將具有穿過大部分陶瓷體之複數實質平行的口孔，其中各口孔具有至少一密封部。較佳是，口孔僅具有一密封部。更佳是，絕緣體具有小於5的等效k。最佳是，絕緣體具有小於3的等效k。諸多方法可用以形成具有蜂巢結構的陶瓷體。陶瓷體可模製而具有口孔。在另一實施例中，陶瓷體係模製而不具有口孔，且接著將口孔加工於陶瓷體中。
介電層可形成ESC的頂層。加熱、冷卻、及其他元件可置放在ESC中，其可提供溫度控制。
在其他實施例中，絕緣體係密封的多孔陶瓷絕緣體。密封的多孔陶瓷絕緣體係多孔的陶瓷體。然而，孔洞必須配置成使得流體係無法通過陶瓷體。密封的多孔形狀提供至少3：1之總絕緣體體積對孔洞體積的比，其中總絕緣體體積係陶瓷及孔洞的總體積。陶瓷及密封的孔洞之組合提供k＜7的等效介電常數。更佳是，絕緣體具有小於5的等效k。最佳是，絕緣體具有小於3的等效k。
以上實施例使用鋁氧化物的陶瓷，亦稱為氧化鋁。較佳是，陶瓷係高純度的氧化鋁。在其他實施例中，可使用諸如AlN、氧化釔等的其他陶瓷。
雖然本發明已由幾個較佳的實施例描述，但仍存在變更、變化、置換、及各種替代等同物，其皆落入本發明的範疇之內。亦應注意有許多替代的方式實施本發明的方法及設備。因此，下列隨附申請專利範圍意欲被解釋為包含落入本發明的真實精神及範圍內的所有這些變更、變化、置換及各種替代等同物。
100‧‧‧陰極組件
104‧‧‧導電金屬碗
108‧‧‧絕緣體
112‧‧‧ESC
116‧‧‧功率連接件
120‧‧‧基板
124‧‧‧邊緣環
128‧‧‧側安裝件
132‧‧‧電漿處理腔室
204‧‧‧陶瓷體
208‧‧‧口孔
212‧‧‧外周緣壁
216‧‧‧開口
300‧‧‧電漿處理系統
302‧‧‧電漿反應器
306‧‧‧RF產生器
307‧‧‧RF產生器
308‧‧‧匹配網路
310‧‧‧TCP線圈
312‧‧‧電力窗
314‧‧‧電漿
318‧‧‧匹配網路
324‧‧‧控制器
330‧‧‧氣體源/氣體供應機構
336‧‧‧氣體饋送部
342‧‧‧壓力控制閥
344‧‧‧幫浦
在隨附圖式的圖中，本揭示內容以示例為目的而不是以限制為目的加以說明，且其中類似的參考數字表示相似的元件，且其中：
圖1係在實施例中使用之陰極組件的示意橫剖面圖。
圖2係在實施例中使用之絕緣體的立體圖。
圖3係在實施例中使用之電漿處理系統的示意圖。

Claims (18)

  1. 一種在電漿處理腔室內使用的陰極組件，包含： 接地的一金屬碗； 密封的多孔或密封的蜂巢介電陶瓷之一絕緣體，其係在該金屬碗的頂部上，具有等效介電常數k＜7；及 在該絕緣體之頂部上的一靜電卡盤（ESC），其中該絕緣體將該金屬碗與該ESC電絕緣。
  2. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，更包含電連接至該ESC的一功率連接件。
  3. 如申請專利範圍第2項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該功率連接件係電連接至一RF功率源。
  4. 如申請專利範圍第3項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係自包含鋁氧化物、AlN、或氧化釔之其中至少一者的一介電陶瓷形成。
  5. 如申請專利範圍第4項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係密封的蜂巢介電陶瓷。
  6. 如申請專利範圍第5項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜5。
  7. 如申請專利範圍第5項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜3。
  8. 如申請專利範圍第7項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係呈一環形。
  9. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係自包含鋁氧化物、AlN、或氧化釔之其中至少一者的一介電陶瓷形成。
  10. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係密封的蜂巢介電陶瓷。
  11. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜5。
  12. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜3。
  13. 如申請專利範圍第1項之在電漿處理腔室內使用的陰極組件，其中，該絕緣體係呈一環形。
  14. 一種用於電漿處理基板的設備，包含： 一電漿處理腔室； 一電極，其支撐該電漿處理腔室內的該基板； 一RF功率源； 一功率連接件，在該RF功率源與該電極之間電連接； 一接地的金屬碗，在該電極下方； 密封的多孔或密封的蜂巢介電陶瓷之一絕緣體，其在該金屬碗的頂部上，具有等效介電常數k＜7，該絕緣體在該電極與該接地的金屬碗之間以使該接地的金屬碗與該電極絕緣； 一氣體源，用於將一處理氣體流入至該電漿處理腔室；及 一幫浦，用於自該電漿處理腔室排氣。
  15. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理基板的設備，其中，該絕緣體係自包含鋁氧化物、AlN、或氧化釔之其中至少一者的一介電陶瓷形成。
  16. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理基板的設備，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜5。
  17. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理基板的設備，其中，該絕緣體具有等效介電常數k＜3。
  18. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理基板的設備，其中，該絕緣體係呈一環形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001196309A (ja) * 2000-01-06 2001-07-19 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
US7030335B2 (en) * 2000-03-17 2006-04-18 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma with arcing suppression
US6364958B1 (en) * 2000-05-24 2002-04-02 Applied Materials, Inc. Plasma assisted semiconductor substrate processing chamber having a plurality of ground path bridges
JP6076838B2 (ja) * 2013-05-31 2017-02-08 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 絶縁構造及び絶縁方法
US20160042943A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 Lam Research Corporation Low-k dielectric film formation

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