TW201929031A - 製程中之超侷域化電漿與均勻性控制 - Google Patents

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Abstract

本發明是關於一種用於提供侷域化高密度電漿源之架構、平台及方法，其係於晶圓製程中點燃局部氣體，以達整體均勻度。此等電漿源係於等於或高於微波值之射頻下操作的共振結構。

Description

製程中之超侷域化電漿與均勻性控制
本發明係關於電漿產生。
半導體晶圓晶粒製程（包括圖案轉印期間之膜蝕刻製程）可能會面臨到許多影響晶圓晶粒良率（yield）、產率（productivity）、可靠度及成本之問題。隨著圖案變得更小且公差（tolerances）變得更受限制，此類問題會變得更加普遍。此公差可能涉及蝕刻圖案的線均勻性（如寬度、深度、準直度）及臨界尺寸（critical dimensions）。於電漿製程中，整體電漿不均勻性可能會導致問題。由於晶圓邊緣處的材料/電性不連續，靠近晶圓的中心處會比邊緣處更具電漿均勻性。舉例來說，由於晶圓基板邊緣處有不連續的電性及材料邊界，因此晶圓邊緣附近區域之自由基及帶電物種通量，會與晶圓中心處之該些物種通量極度不同。
於第一示例具體實施例中，電漿處理系統中用於產生電漿之裝置包括一結構陣列。每一結構包括一電感（L）元件、及一電容（C）元件。一電源供應器耦合至該陣列。該電感元件及該電容元件形成一共振電路。該電源供應器係配置成，以一或更多該些結構的共振頻率或於接近共振頻率下，對共振電路供電。
於第一示例具體實施例之一態樣中，該電源供應器係電容耦合至該結構。於第一示例具體實施例之另一態樣中，每一該些結構包括小於該共振頻率之自由空間波長之尺寸。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該陣列之每一結構的該電感元件及該電容元件具有相同尺寸。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該陣列之一或更多結構的該電感元件及該電容元件具有不同尺寸。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該結構陣列係封裝於一陶瓷中。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該陶瓷為氧化鋁。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該裝置更包括一基板夾盤，其設置成相對於或鄰近於該陣列。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該裝置更包括一基板夾盤，其設置於該裝置中，且該陣列設於該基板夾盤周圍。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該共振頻率約2至8吉赫（GHz）。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該共振頻率約100兆赫（MHz）至15吉赫（GHz）。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該共振頻率係由該電容元件及該電感元件之佈設或尺寸加以決定。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該些電容（C）元件及該些電感（L）元件之寬度約4毫米（mm）至8毫米（mm）。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該些結構各者相互間隔約10毫米（mm）。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該裝置更包括：包含於該些結構每一者中的一局部氣體源，且一氣體係於該些局部氣體源每一者處被引入，並分別由該些結構每一者激發。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該些局部氣體源每一者包括一防護件，以避免該結構內發生意外點燃現象。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該裝置更包括一功率分配元件，其設於該電源供應器與該些結構之間，且該功率分配元件係配置以改變施加至該結構陣列中該些結構的功率或頻率。
於第一示例具體實施例之再一態樣中，該功率分配元件包括至少一電晶體，其電性耦接至至少一結構。
於第二示例具體實施例中，一種電漿處理方法包括：提供一或更多處理氣體至一電漿腔，該電漿腔包括設於電漿腔內之一結構陣列，每一結構包括形成一共振電路之一電感（L）元件及一電容（C）元件；從一電源提供一振盪電流至該結構陣列，其中提供該振盪電流之該步驟係於一共振頻率下對該電容（C）元件充電，以於接近該電容（C）元件處產生一電場，而該電場係於接近該電感（L）元件處引發一磁場；以及於靠近與該些結構相關之該些電場或該些磁場之該一或更多處理氣體內引發一電漿態。
於第二示例具體實施例之一態樣中，提供該振盪電流之該步驟包括一電流波，其決定該些結構每一者彼此間的位置。
於第二示例具體實施例之另一態樣中，該共振頻率至少部分地基於該結構之一或更多尺寸。
於第二示例具體實施例之再一態樣中，該結構陣列包括針對該等結構各者相似的機械尺寸。
於第二示例具體實施例之再一態樣中，該結構陣列包括至少一結構，其機械尺寸不同於該陣列中之其他結構。
本文描述的是晶圓製程中用於高密度電漿源侷域化之架構、平台及方法。此等局部高密度電漿源可輔助主電漿源。特定的實施態樣可包括一受控侷域化電漿源陣列。舉例說明，一陣列之電漿源或元件的群組可被控制作為一單元，或者個別電漿源或元件可以是可控的。當控制一群陣列式電漿源或元件作為單一單元時，固定的相對功率被傳送至該陣列式電漿源或元件，以確保提供至該陣列之總功率係以可控的方式於電漿源或元件間進行分配。電漿源之陣列可覆蓋反應器表面之一限定部位，以局部控制其附近的電漿密度，或者可覆蓋大量區域，例如覆蓋面向處理中晶圓的整個頂部表面。
圖1為根據此處實施例之電容耦合電漿（CCP）處理裝置或電漿處理系統100之例子的剖面示意圖。需了解的是，其他處理系統也是可實行的，如放射狀線槽孔天線（radial line slot antenna，RLSA）及感應耦合電漿（inductively coupled plasma，ICP）處理系統。於特定實施態樣中，該電漿處理系統100係用於晶圓製程。於某些實施態樣中，該裝置可被看作是產生電漿，並且為電漿處理系統100之一部分。本文所描述的是，使用主電漿源以及輔助侷域化電漿源和分散式侷域化電漿源的實施態樣及變化態樣。此等電漿源係用於晶圓製程中激發並分解氣體，並且形成藉由電漿所形成之鞘層而朝晶圓加速之離子。此等侷域化電漿源之一陣列亦可構成主電漿源或單獨電漿源。此等結構陣列可為裝置的一部分或包含於裝置中。
該電漿處理系統100可用於多項操作，包括灰化、蝕刻、沉積、清洗、電漿聚合、電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）及電漿輔助輔助原子層沉積（PEALD）等等。可於電漿處理腔102中進行電漿處理，電漿處理腔102可為金屬（如鋁或不鏽鋼）所製成之真空腔室。電漿處理腔102係接地的，例如接地至大地（ground）104。電漿處理腔102定義出一處理容器，其提供產生電漿用之處理空間PS 106。電漿處理腔102之內壁可塗覆氧化鋁、氧化釔或其他保護劑。電漿處理腔102可為圓柱狀，或者可為其他幾何構形。
在電漿處理腔102內之下方中心區域，基板載台或晶座（susceptor）108（其可為盤狀）可作為安裝台，舉例來說，待處理之基板 W 110(例如半導體晶圓)可安裝於上。基板W 110可通過載卸埠（loading/unloading port）112及閘閥114，移動進入電漿處理腔102中。晶座108形成下電極116（下電極組件）之一部分，下電極116為第二電極之示例，而第二電極係作為用於安設基板W 110於其上之安裝台。具體地說，該晶座108支撐於晶座支撐件118上，且晶座支撐件118係透過絕緣板120而設於電漿處理腔102底部之大致中心處。晶座支撐件118可為圓柱狀。晶座108可由如鋁合金製成。晶座108上可設有用於夾持基板W 110之靜電夾盤 ESC 122 （為下電極組件116之一部分）。靜電夾盤122可視為基板夾盤。靜電夾盤122設有電極124。電極124電性連接至DC電源126 （直流電源）。靜電夾盤122係透過靜電力吸引基板 W 110，而靜電力係於來自直流（DC）電源126的直流（DC）電壓施加至電極124時所產生的。
晶座108可經由匹配單元132而與高頻電源130電性連接。該高頻電源130(第二電源)可輸出範圍舉例為4 MHz至12 MHz之高頻電壓。施加高頻偏壓功率會使電漿處理腔102中所形成電漿中的離子被吸引至基板W 110。聚焦環134係設於晶座108之上表面上，以環繞靜電夾盤122。
於某些實施態樣中，就侷域化電漿源而言，如下所述，可提供特高頻（VHF） 波段（30 MHz至300 MHz）、超高頻（UHF）波段(300 MHz至1 GHz）、L波段（1-2 GHz）、 S波段（2 GHz至4 GHz）、或C波段（4 GHz至8 GHz）或X波段（8 GHz至12 GHz）之高頻電壓。用於侷域化電漿源之高頻電壓，可透過射頻（RF）或微波功率（圖未示）提供至電漿處理腔102。
可呈圓柱狀且由例如石英所製成之內壁構件136係附接至靜電夾盤122及晶座支撐件118之外周側。晶座支撐件118包含有一冷卻劑流動道138。該冷卻劑流動道138與安裝於電漿處理腔102外部之冷卻單元（圖未示）連通。將循環通過相應管線之冷卻劑（冷卻液或冷卻水）供應至冷卻劑流動道138。據此，可準確控制安裝於晶座108上/上方之基板W 110的溫度。將穿過晶座108及晶座支撐件118之氣體供應管線140配置成，使傳熱氣體供應至靜電夾盤122之上表面。可經由氣體供應管線140，將如氦氣（He）之傳熱氣體（亦稱為背側氣體）供應至基板W 110與靜電夾盤122之間，以協助加熱該基板W 110。
可沿著內壁構件136之外周緣及電漿處理腔102之內側壁表面，形成排出通道142。在該排出通道142之底部中設有一排出口144（或多個排出口）。排氣單元146係經由排氣管線148連接至各排出口。該排氣單元146可包括一真空幫浦，如渦輪分子真空幫浦（turbo molecular pump），其係被配置成，使電漿處理腔102內的電漿處理空間減壓至所需的真空條件。該排氣單元146會對電漿處理腔102之內部進行排空，以將其內部壓力減壓至所需之真空度。
上電極150 （即，上電極組件）為第一電極之示例，且設於下電極116之垂直上方，以面向平行的下電極116。對於主電漿源，電漿產生空間或處理空間PS 106係定義於下電極116與上電極150之間。上電極150包括一內部上電極152及一外部上電極154，其中內部上電極152呈盤狀，而外部上電極154可呈環狀並環繞內部上電極152之周緣。該內部上電極152亦可作為一處理氣體入口，用於將特定量的處理氣體注入至安裝於下電極116上之基板W 110上方的處理空間PS 106中。
更具體地說，該內部上電極152包括具有氣體注入孔158之電極板156（通常呈圓形）。內部上電極152亦包括一電極支撐件160，其可拆離式地支撐電極板156的上側。該電極支撐件160可形成為盤狀，其直徑大致相等於電極板156的直徑（當電極板156實現成圓形時）。於替代具體實施例中，電極板156可為正方形、長方形、多邊形等。電極板156可由導體或半導體材料製成，如矽（Si）、碳化矽（SiC）、經摻雜的矽、鋁等等。該電極板156可與上電極150整合，或者被電極支撐件160可拆離式地支撐著，以便於表面侵蝕後更換既定板。上電極150亦可包括一冷卻板或冷卻機構(圖未示)，以控制電極板156的溫度。
電極支撐件160可由例如鋁所製成，且可包括一緩衝室162。該緩衝室162係用於擴散處理氣體，並可定義出盤狀空間。來自處理氣體供應系統164之處理氣體係供應至上電極150。該處理氣體供應系統164可配置成，將用於進行特定製程（如成膜、蝕刻及其類似製程）之處理氣體供應至基板W 110上。處理氣體供應系統164與形成處理氣體供應道之氣體供應管線166連接。氣體供應管線166連接至內部上電極152之緩衝室162。處理氣體可接著從緩衝室162移動至其下表面處之氣體注入孔158。可藉由例如使用質流控制器，調整引入緩衝室162之處理氣體的流速。此外，引入的處理氣體係從電極板156（噴頭電極）之氣體注入孔158，均勻地排放至處理空間PS 106。該內部上電極152便可部分地達到提供噴頭電極組件的作用。就侷域化電漿源而言，個別的氣體出口可鄰近元件陣列之侷域化電漿源或元件。於某些具體實施例中，該陣列係設置於靜電或基板夾盤122周圍。
呈環狀之介電質168可插置於內部上電極152與外部上電極154之間。絕緣體170，其可為環狀且由例如氧化鋁所製成之屏蔽構件，以氣密方式插置於外部上電極154與電漿處理腔102內周壁之間。
於一實施態樣中，該外部上電極154係經由供電件174、上部供電桿176及匹配單元178而與高頻電源172（第一高頻電源）電性連接。該高頻電源172可輸出頻率為13 MHz（兆赫）或更高頻率（如60 MHz）之高頻電壓，或者可輸出頻率為30-300 MHz之特高頻（VHF）電壓。相較於偏壓電源，此電源172可意指為主電源供應器。供電件174可形成為例如具有開通下表面之大致圓柱形。供電件174可連接至其下端部處之外部上電極154。供電件174與其上表面中央部位處之上部供電桿176的下端部電性連接。上部供電桿176連接至其上端部處之匹配單元178的輸出側。匹配單元178連接至高頻電源172，並且可使負載阻抗與高頻電源172之內部阻抗匹配。然而，須注意的是，外部上電極154是選用性的，且實施例可以單個上電極來實施。
供電件174可為圓柱狀，其側壁直徑大致相等於電漿處理腔102的直徑。接地導體180連接至其下端部處之電漿處理腔102的側壁上部。上部供電桿176穿過接地導體180之上表面中心部。絕緣構件182插置於接地導體180與上部供電桿176之間的接觸部位。
電極支撐件160與其上表面上之下部供電桿184電性連接。該下部供電桿184係經由連接器連接至上部供電桿176。上部供電桿176與下部供電桿184形成一供電桿，以將高頻電功率從高頻電源172供應至上電極150。可變電容器186係設於下部供電桿184中。藉由調控可變電容器186之電容，當從高頻電源172施加高頻電功率時，形成於外部上電極154正下方之電場強度與形成於內部上電極152正下方之電場強度之間的相對比率可獲得調整。上電極150之內部上電極152與低通濾波器 （LPF）188電性連接。該低通濾波器（LPF）188阻擋來自高頻電源172之高頻，並同時將來自高頻電源130之低頻傳導至大地。該系統的下部（即形成下電極116一部分的晶座108）係與高通濾波器（HPF）190電性連接。該高通濾波器（HPF）190將來自高頻電源172之高頻傳導至大地。
電漿處理系統100之部件可連接至控制單元192，並由控制單元192控制，且控制單元192可接著連接至相應的儲存單元194及使用者介面196。可藉由使用者介面196，進行各種電漿處理操作，並可將各種電漿處理配置及操作存於儲存單元194。據此，可利用各種微製造技術，於電漿處理腔中對既定基板進行處理。於操作中，電漿處理裝置係利用上電極及下電極，於處理空間PS 106中產生電漿。隨後，可利用所產生的電漿，對目標基板（如基板W 110或任何待處理之材料）進行各種類型的處理，如電漿蝕刻、化學氣相沉積、玻璃材料處理、及大面板（如薄膜太陽能電池、其他光伏電池及用於平板顯示器之有機/無機板等）處理。
該控制單元192可包括一或更多處理器、微電腦、計算單元或其類似者。該儲存單元194可包括記憶體，以及為非暫態電腦可讀取儲存媒體（用於儲存控制單元192所執行的指令）之示例，以執行本文所述之各種功能。例如，儲存單元194通常可包括揮發性記憶體及非揮發性記憶體，如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）或其類似者。在此，記憶體可指記憶體或電腦可讀取儲存媒體。記憶體可將電腦可讀取、處理器可執行程式指令儲存為電腦程式碼，且電腦程式碼可由控制單元192執行成一種特定機器，用於執行此處實施態樣所述之操作及功能。
記憶體更可儲存一或更多應用程式（圖未示）。該些應用程式可包括預先設定/已安裝及可下載之應用程式。
於某些實施態樣中，設置侷域化（超侷域化）電漿源198，以解決晶圓製程中的均勻性問題。此等侷域化電漿源198可靠近基板W 110的邊緣設置。尤其，可將該些侷域化電漿源198或此等結構的陣列設於電漿處理系統或裝置100之晶圓平台邊緣處。例如，可藉由將此等侷域化電漿源198設於晶圓W 110邊緣上方之窄間隙反應器內，以使該些侷域化電漿源198或此等結構的陣列可影響電漿的極邊緣。於某些實施態樣中，可使用徑向輻射線狀或周向（circumferential）陣列之電漿源198，於整個晶圓W 110上方產生空間可控電漿。
圖2為一種侷域化電漿源或共振元件198之示例。電漿源或元件198可為電漿源或共振元件陣列之一部分，如下進一步所述。電漿源或元件198可視為由射頻（RF）或微波功率或電流源200驅動的共振結構。功率源200可直接耦合至共振元件198，或者經由天線202間接耦合。於某些實施態樣中，共振元件或結構198係電容耦合至功率或電流源200。功率或電流源200可為單一功率產生器。於某些具體實施例中，共振元件198將具有四極對稱性。於此實施例中，啟動各共振元件198的天線202的部分也將具有匹配的四極對稱性。天線202可為天線陣列。天線或天線陣列可以連續波（CW）或脈衝方式操作。脈衝方式可容許較高的峰值功率。
可利用特高頻（VHF） 波段（30MHz至300MHz）、超高頻（UHF） 波段（300MHz至1GHz）、L波段（1-2GHz）、 S波段（2 GHz至4 GHz）、C波段（4 GHz至8 GHz）、X波段（8 GHz至12 GHz）之功率或電流源200，驅動作為共振結構陣列一部分之電漿源或共振元件198。特別地，關注射頻(RF of interest)可對電漿源或共振元件198充電，且關注頻率係由各個元件之共振頻率所決定，共振頻率則是取決於元件的幾何形狀及環繞其之電介質。
於圖2所示之實施態樣中，該電流源200係沿著平行導體進行傳輸，其中平行導體於本實施態樣中係以具有矩形橫截面的軌道204a及204b來表示。此對軌道204a及204b形成橫向電磁（TEM）傳輸線。TEM軌道204a及204b中的各個電流係以箭頭206a及206b來表示。
為清楚起見，圖2的底部顯示電漿源或共振元件198的部分繪出圖式。圖中僅繪出結構的後半部，以提高可讀性。於此實施例中，部分繪出的共振元件198具有兩個鏡像對稱平面；然而，其他非對稱構形也是可行的。電漿源或元件198包括一對磁耦合線圈208a及208b，其可經由TEM軌道204a及204b將共振元件198與主傳輸線耦合。每一磁耦合線圈208a及208b終止於一對電容元件，如頂板210a及210b及底板211a及211b所示。因此，每一電容元件分別包括一頂板210a及210b及一底板211a及211b。於本實施例中，兩電容元件之底板211各自連接至兩半圓迴路之一各別端，半圓迴路是作為電感元件且以212a及212b表示。因此，有兩個電感迴路。每一電感迴路分別具有兩個末端，或是共具有四個末端。該些四個末端係連接至四個電容元件210及211。
電容元件210及211與其對應之電感元件212a及212b形成一LC電路。於此共振電路中，儲存的能量會在共振頻率下於電容器與電感器之間交換。於某些實施態樣中，陣列中之電感元件212a及212b及電容元件210及211具有相同尺寸。於某些實施態樣中，陣列中之電感元件212a及212b及電容元件210及211具有不同尺寸。共振元件198係設置成，電感元件212a和212b所產生的變化磁場延伸進處理區域PS 106中；法拉第定律所引起的變化的磁場會誘發一變化的電場，而此變化的電場會將功率耦合至電漿中的電子，且因此產生並維持電漿。共振結構之幾何尺寸可等於或非常小於共振頻率下之電磁輻射的自由空間波長。於下迴路(由電感元件212a及212b所形成)所在平面平行於附近電漿與固態表面間界面所形成之平面的情況下，感應電場係平行於電漿界面，因此其振幅於電漿界面處是連續的，並可穿透至電漿中。
於圖2所示之實施例中，電磁功率係透過頂部感應迴路208，感應耦合至共振結構。然而，電磁功率亦可直接電容耦合至四個電容元件210a、210b、211a及211b。電磁功率也可以結合電容-電感的方式耦合。非特定地，共振元件198具有四極對稱或鏡像對稱。
可驅動共振結構198，以使驅動頻率接近其他共振結構198之共振頻率。於電漿存在下，共振結構198之共振頻率可能會偏離原共振頻率。若持續以原共振頻率傳遞功率，傳遞至電漿源或共振結構198之功率會較少。由於電漿密度通常與射頻（RF）功率呈比例，故傳至元件（即電漿源或共振結構198）的功率下降會導致元件（即電漿源或共振結構198）維持的密度下降。於電漿源或共振結構198之陣列中，此確保對電漿密度的負反饋，以避免其中一個電漿源或共振結構198主導陣列中的電漿源或共振結構198。如此確保所有的結構或電漿源198或一陣列將點燃，且具有傳送至各結構或電漿源198之大致相同功率。然而，於其他實施例中，可於電源供應器與結構間設置一功率分配元件，以改變傳送至一或更多結構之功率及/或頻率。例如，該功率分配元件可包括一或更多電晶體，其係佈設成改變電源供應器所提供之功率訊號的功率及/或頻率。
共振結構198之尺寸可影響其共振頻率。越小的結構具有越高的共振頻率。於低頻端，共振結構198之尺寸受限於反應器的幾何尺寸，反應器的幾何尺寸通常為300 毫米（mm）晶圓尺寸的幾倍。具有200 mm尺寸的共振結構，當嵌入氧化鋁之中時，具有55 MHz的共振頻率。相比之下，55 MHz之半自由空間波長則為2727毫米（mm）。於某些實施態樣中，共振頻率接近於2至8 GHz。於某些實施態樣中，共振頻率則接近於100 MHz至15 GHz。於某些實施態樣中，共振頻率決定於電容及電感元件之佈設方式及尺寸。
於拓樸上，此結構等同於在更高頻率下操作的共振結構198。此結構可包括兩個迴路，每一迴路終止於電容結構之任一端。兩迴路間有互電容耦合。此可分裂電流環流方向之簡併度，並可根據激發頻率而產生平行或反平行電流。電容元件的折疊結構可於不增加結構幾何尺寸的情況下增強電容。於圓柱幾何形狀中，該些結構呈彎曲狀，以位於圓的一部分上。例如，一組之一或更多的此結構可於形成分段環之特定半徑處，環繞反應器的對稱軸。不同半徑處之一組此分段環係覆蓋例如該反應器的頂部電極。重要的是須注意，相較於自由空間半波長之小尺寸的結構意味著該些結構不會耦合至自由空間電磁波。耦合至電漿的場係電流透過電感器而從電容器傳至電容器時所產生的近場（near fields）。本發明選擇將結構定向成使電感元件最靠近電漿；此表示，到達電漿區域的場主要是由於變化的磁場所引起的電場，而磁場則是由穿過結構電感部的電流所產生的。於反平行之操作模式中，該些場會從共振元件快速消失，而在平行操作模式中，該些場則會進一步延伸至電漿區。因此，藉由改變激發頻率，即可調變電場的穿透性，並因此改變電漿產生區域。透過同時激發不同振幅的兩個頻率，便可任意控制激發場的穿透深度。
可預期的是，可將共振結構198定向成使電容元件最靠近電漿；如此便可允許耦合至電漿的是來自於電容元件所產生之近場。這些通常會垂直於電漿表面加以極化，而上述針對所示幾何形狀之感應場則平行於電漿表面。
於頻率範圍上限時，小於約10毫米（mm）的尺寸可能不太有用，其原因在於，在電漿處理通常使用的壓力下，此等共振結構所產生的電漿會具有該尺寸或較大尺寸。於需要特侷域化電漿（very localized plasma）之應用中，可能需要小結構及因此之高頻率。於特侷域化電漿之實例中，可能希望的是，電漿既小又具有相對高的電漿密度。為了能夠對晶圓某部位造成可衡量的效果，可能會特別實施此態樣。高頻下操作的特殊優點是，小尺寸的共振結構198係以高頻操作，而高頻通常會產生較高電漿密度。此原因在於，較高頻率會優先將功率耦合至電子加熱，而不是離子加速，且較高的頻率能夠傳送至較高密度電漿。
於希望具有侷域化電漿之情況下，對共振元件有利的作法是，不要激發沿著電漿與固體邊牆之間界面傳送的表面模態（surface mode）。此模態會遠離共振元件而傳送，且難以控制。圖2所示之元件具有四極對稱性，並且可產生不會完全耦合至表面模態之電場分布。相反地，此四極共振結構幾何形狀所產生的電場分布會於底部兩半迴路下方產生電流環。
該結構或電漿源198的尺寸落於10毫米（mm）等級上，約為關注射頻（RF of interest）的四分之一波長。該些電容元件210a及210b與電感元件212a及212b的寬度可約4毫米（mm）至8毫米（mm）。
圖3為具有氣體入口及防護件之侷域化電漿源或元件。圖中所示之結構或電漿源198係連接至TEM軌道204a及204b。TEM軌道的寬度標示為300，此寬度300可約為2毫米（mm）。
氣體注入孔302可包含於該結構或電漿源198中，以使侷域化氣體可注入電漿源198所提供之高密度電漿中，進而產生自由基。換言之，每一侷域化電漿源198會激發各自電漿源198處所引入的侷域化氣體。於晶圓製程中，工作氣體被引入，以形成自由基。氣體被吹入通過電漿，使電子與氣體分子反應，進而導致其分解並形成反應物種。該氣體注入孔302可從氣體供應管線140接收反應氣體，並且可為上圖1所述之氣體注入孔158之一部分。
於某些實施態樣中，可包括氣孔點燃抑制器結構304，以屏蔽氣體注入孔。該抑制器結構304係用以避免於結構或電漿源198內發生意外點燃現象。該抑制器結構304可有效作為一屏蔽，以阻隔會導致氣體注入孔302內發生意外點燃現象的磁場或電場。於共振結構具有四極對稱之實例中，則無需設置此抑制器結構，其原因在於，藉由對稱性，氣體注入孔內不會有平行於孔軸線的振盪電場。
圖4為侷域化電漿源或元件之陣列。陣列400包括多個結構或電漿源，其標示為198a、198b、198c、198d、198e、198f、198g、198h及198i。於某些實施態樣中，該陣列400可封裝於陶瓷402中。該陶瓷402包括氧化鋁。封裝於陶瓷中的操作可確保該陣列可與電漿相容。陶瓷402之表面應平滑，以避免局部應力集中。
如上述參考圖1之敘述，於一實施態樣中，該陣列400可位於電漿處理系統或裝置100之晶圓晶粒平台邊緣處。於某些實施態樣中，該陣列400（或複數陣列）係設置於處理系統或裝置100之晶圓晶粒平台的不同位置處。
於該陣列400中，該些共振元件198係透過一對TEM傳輸線204a及204b耦合。可預期的是，其他配置方式也是可行的，其中可藉由分支網路將功率耦合至共振元件198。每一共振元件198也可透過各自的電源來驅動，其中此電源可例如為一對電晶體。可根據關注射頻（RF），以決定結構或電漿源之間距404。此外，可依據波長，來選擇頻率範圍。當該持續射頻（RF）功率的波長相當於或小於反應器或系統100之幾何尺寸其中一者時，電漿會傾向於形成”模態 （modes）”，其中模態的形態係由電漿存在下之電磁波的傳播特性所決定。於2-8吉赫（GHz）之微波範圍中，波長係小於或相當於典型電容耦合電漿（CCP）反應器之間隙（gap）。希望的是，該些共振元件設置的夠靠近，使得其對晶圓所造成的影響是連續的，因此可能較佳的是該較高頻率範圍。
於高頻率處，除非有選擇一種模態的幾何結構，否則通常會有多個頻率非常接近且不同形態之模態。場-電漿耦合之非線性特性會導致該些模態間的變遷，其可能難以控制。該些難題會導致2.45吉赫（GHz）反應器的實用性受到限制。可選擇特定操作模態之幾何共振結構，因此可避免模態跳躍（mode hopping）問題。此外，選用較高頻率也是可行的，其可使共振結構更加小型化。
舉例說明，於5吉赫（GHz）之關注射頻（RF）下，封裝於氧化鋁402之陣列400可具有10毫米（mm）波長。該些共振結構或電漿源198之間的間距404大約為10毫米（mm）。由於來自射頻（RF）/微波功率/電流源200（如上圖2所述）的磁場為正弦波，因此該些共振結構或電漿源198可以波腹（anti-node）距離彼此互相間隔。尤其，共振結構或電漿源198可沿著TEM軌道204a及204b，設置於磁場波腹處。
雖然圖4所示結構為線形，但其於反應器中的實施態樣可以是許多其他幾何構型，例如，該陣列可沿著弧形來佈設，或者圖2中的共振元件可為弧形或完整圓形的形態，使得一或更多此等元件的陣列可激發大致軸對稱之電漿。因此，可使用沿較大半徑弧設置的連續陣列，以覆蓋整個半導體晶圓。
由於共振元件的共振頻率決定於其幾何形狀，故每一共振元件可具有不同的共振頻率。據此，可藉由選擇不同激發頻率，以選擇性地激發特定共振元件或特定共振元件之陣列。可利用分時（time – division）或多個同時頻率方式，激發個別元件或元件陣列；於利用多個同時頻率進行激發之實例中，可調整每一頻率的振幅，以控制電漿空間均勻性。於分時或脈衝式激發之實例中，脈衝的順序可與其他時變（time dependent）製程（如下電極之射頻（RF）偏壓、或處理氣體之時變注入步驟）協調。如此便可控制各種特性，尤其更可控制電漿的空間輪廓（spatial profile）。
圖5為用以執行超侷域化電漿源及均勻性控制之示例性製程500。尤其，該製程可用於晶圓蝕刻製程中之圖案轉印。描述該方法之次序並非用於被解釋為限制，且該描述方法的任何數量方法方塊可以用任何順序來結合，以實現該方法或另一種方法。此外，可於不脫離本文描述之標的精神和範圍下，從該方法刪除個方塊。再者，該方法可以用任何合適的硬體、軟體、韌體或其組合來實現，而不脫離本發明範圍。
於方塊502中，可提供一或更多氣體至電漿腔。該電漿腔包括設於電漿腔中之結構陣列，每一結構包括形成一共振電路之一電容（C）元件及一電感（L）元件。
於方塊504中，從電源提供振盪電流至結構陣列。該振盪電流以共振頻率對電容（C）元件充電，以於靠近電容（C）元件處產生電場，該電場會於靠近電感（L）元件處引發磁場。該振盪電流可包括決定該些結構彼此位置的電流波。可根據該些結構的尺寸，來決定共振頻率。該些結構可具彼此相似的外觀尺寸。
於方塊506中，電漿態係於一或更多處理氣體中充電，且處理氣體係靠近與結構相關之電場或磁場。
100‧‧‧電漿處理系統
102‧‧‧電漿處理腔
104‧‧‧大地
106‧‧‧處理空間（處理區域）
108‧‧‧晶座
110‧‧‧基板
112‧‧‧載卸埠
114‧‧‧閘閥
116‧‧‧下電極（下電極組件）
118‧‧‧晶座支撐件
120‧‧‧絕緣板
122‧‧‧靜電夾盤
124‧‧‧電極
126‧‧‧直流電源
130‧‧‧高頻電源
132‧‧‧匹配單元
134‧‧‧聚焦環
136‧‧‧內壁構件
138‧‧‧冷卻劑流動道
140‧‧‧氣體供應管線
142‧‧‧排出通道
144‧‧‧排出口
146‧‧‧排氣單元
148‧‧‧排氣管線
150‧‧‧上電極
152‧‧‧內部上電極
154‧‧‧外部上電極
156‧‧‧電極板
158‧‧‧氣體注入孔
160‧‧‧電極支撐件
162‧‧‧緩衝室
164‧‧‧處理氣體供應系統
166‧‧‧氣體供應管線
168‧‧‧介電質
170‧‧‧絕緣體
172‧‧‧高頻電源
174‧‧‧供電件
176‧‧‧上部供電桿
178‧‧‧匹配單元
180‧‧‧接地導體
182‧‧‧絕緣構件
184‧‧‧下部供電桿
186‧‧‧可變電容器
188‧‧‧低通濾波器
190‧‧‧高通濾波器
192‧‧‧控制單元
194‧‧‧儲存單元
196‧‧‧使用者介面
198‧‧‧電漿源
198、198a、198b、198c、198d、198e、198f、198g、198h、198i‧‧‧電漿源
200‧‧‧功率源、電流源
202‧‧‧天線
204a、204b‧‧‧軌道、傳輸線　
206a、206b‧‧‧箭頭
208‧‧‧感應迴路
208a、208b‧‧‧磁耦合線圈
210a、210b‧‧‧頂板
211a、211b‧‧‧底板
212a、212b‧‧‧電感元件
300‧‧‧寬度
302‧‧‧氣體注入孔
304‧‧‧抑制器結構
400‧‧‧陣列
402‧‧‧陶瓷
404‧‧‧間距
參考隨附圖式，說明實施方式。於圖式中，元件符號最左邊的數字代表該元件符號首次出現之圖號。在圖式中，相同元件符號表示相似特徵及元件。
圖1為顯示根據實施例所述之電容耦合電漿（CCP）處理系統之示例性示意構型剖面圖。
圖2為侷域化電漿源或共振結構/元件之示例性示意構型。
圖3為設有氣體入口及防護件之侷域化電漿源或元件之示例性示意構型。
圖4為侷域化電漿源或元件陣列之示例性示意構型。
圖5為執行超侷域化電漿源及均勻性控制之示例性製程。

Claims (23)

  1. 一種電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，包括： 　　　　　　一結構陣列，其中每一結構包括： 一電感（L）元件；及 一電容（C）元件，其中該電感元件及該電容元件形成一共振電路；以及 一電源供應器，其耦合至該陣列，該電源供應器係配置成，於一或更多該等結構的共振頻率下或於接近該共振頻率下，對該共振電路供電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該電源供應器係電容耦合至該等結構每一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該等結構每一者包括小於該共振頻率之自由空間波長之尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該陣列之各結構之該電感元件及該電容元件具有相同尺寸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該陣列之一或更多結構之該電感元件及該電容元件具有不同尺寸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該結構陣列係封裝於一陶瓷中。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該陶瓷為氧化鋁。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，更包括一基板夾盤，其設置成相對於或鄰近於該陣列。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，更包括一基板夾盤，其設置於該裝置中，其中該陣列係設於該基板夾盤周圍。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該共振頻率約2至8吉赫（GHz）。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該共振頻率約100兆赫（MHz）至15吉赫（GHz）。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該共振頻率係由該電容元件及該電感元件之佈設或尺寸加以決定。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該電容（C）元件及該電感（L）元件之寬度約4毫米（mm）至8毫米（mm）。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該等結構各者相互間隔約10毫米（mm）。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，更包括：包含於該等結構各者中的一局部氣體源，其中一氣體係於該等局部氣體源各者處被引入，並分別由該等結構各者激發。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該等局部氣體源每一者包括一防護件，以避免該等結構每一者內發生意外點燃現象。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，更包括一功率分配元件，其設於該電源供應器與該等結構之間，且該功率分配元件係配置以改變施加至該結構陣列中該等結構的功率或頻率。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電漿處理系統中用於產生電漿之裝置，其中該功率分配元件包括至少一電晶體，其電性耦接至該等結構之至少一者。
  19. 一種電漿處理方法，包括： 提供一或更多處理氣體至一電漿腔，該電漿腔包括設於該電漿腔內之一結構陣列，每一結構包括形成一共振電路之一電感（L）元件及一電容（C）元件； 從一電源提供一振盪電流至該結構陣列，其中提供該振盪電流之該步驟係於一共振頻率下對該電容（C）元件充電，以於接近該電容（C）元件處產生一電場，而該電場係於接近該電感（L）元件處引發一磁場；以及 於靠近與該等結構相關之該電場或該磁場之該一或更多處理氣體內引發一電漿態。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之電漿處理方法，其中提供該振盪電流之該步驟包括一電流波，其決定該等結構各者彼此間的位置。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之電漿處理方法，其中該共振頻率至少部分地基於該等結構每一者之一或更多尺寸。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之電漿處理方法，其中該結構陣列包括針對該等結構各者相似的機械尺寸。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之電漿處理方法，其中該結構陣列包括至少一結構，其機械尺寸不同於該陣列中之其他結構。
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