TW202228232A - 半導體處理設備及方法 - Google Patents

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Abstract

本申請案係關於一種半導體處理設備及方法。在本申請案之一實施例中，上述半導體處理設備包括：晶圓承載盤體，其中設置有下電極，上述下電極耦接至直流電源；及上電極，其與上述晶圓承載盤體相對設置，上述上電極經由匹配電路耦接至射頻產生器，且經由低通濾波器接地。

Description

半導體處理設備及方法
本申請案大體上係關於半導體製造設備領域，且更具體而言，係關於一種半導體處理設備及方法。
半導體處理設備通常包括靜電吸盤。靜電吸盤係一種適用於真空及電漿工況環境之超潔淨晶圓承載體，其利用靜電吸附原理進行晶圓之平整均勻夾持。在半導體製程中，靜電吸盤常被用於保持晶圓之溫度及翹曲度，係電漿增強化學氣相沈積、離子注入等半導體處理設備之核心部件。
對於單極型靜電吸盤，在進行吸附及解吸附時，需要有直流電流經過直流電源、晶圓承載盤盤面、電漿及地形成直流電流迴路。然而，與電漿接觸之工藝腔室之側壁通常使用之材料為陶瓷，不利於電漿中之電荷之自由傳導，因而無法提供自電漿至地之穩定、有效的直流通道。並且，與電漿接觸之上電極通常作為射頻施加之電極，其與匹配電路耦接，與地之間存在電容隔離，因而會使得直流迴路電流受到阻礙並影響直流電流之穩定性，進而影響靜電吸附及解吸附效果。靜電吸盤之靜電吸附及解吸附效果會進一步影響半導體處理設備之工藝穩定性及生產效率。
本申請案之方案可為半導體處理設備中之靜電吸盤提供有效的直流電流迴路，增強了直流電流之穩定性，改良了靜電吸附及解吸附功能，並改良了半導體處理設備之工藝穩定性及生產效率。
在一態樣中，本申請案提供了一種半導體處理設備，其可包括：晶圓承載盤體，其中設置有下電極，上述下電極耦接至直流電源；及上電極，其與上述晶圓承載盤體相對設置，上述上電極經由匹配電路耦接至射頻產生器，且經由低通濾波器接地。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可包括電阻及電感器。
根據本申請案之實施例，上述電阻之電阻值係固定的或可調的。
根據本申請案之實施例，上述電阻之電阻值或電阻值範圍係基於上述晶圓承載盤體表面之漏電流需求而選擇的。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可連接在上述上電極與上述匹配電路之間的射頻饋入導體上。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可藉由屏蔽蓋板接地。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可設置於上述匹配電路中。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可包括上述匹配電路中之直流漏電通道。
根據本申請案之實施例，上述低通濾波器可包括上述匹配電路中之摻雜金屬之陶瓷貼片電容器。
根據本申請案之實施例，上述晶圓承載盤體可由絕緣材料製成。
根據本申請案之實施例，上述晶圓承載盤體可包括J-R型靜電吸盤。
根據本申請案之實施例，上述半導體處理設備可包括電漿增強化學氣相沈積設備。
在另一態樣中，本申請案亦提供了一種使用本申請案之任一實施例所述之半導體處理設備之方法，其可包括：將晶圓置放於晶圓承載盤體上；及藉由上述直流電源向晶圓承載盤體中之下電極施加電壓，使上述晶圓吸附至上述晶圓承載盤體表面。
根據本申請案之實施例，上述方法可進一步包括在向上述下電極施加電壓期間，藉由射頻產生器向上電極施加射頻功率以在上述上電極與上述晶圓之間產生電漿。
根據本申請案之實施例，上述方法可進一步包括停止向上述下電極施加電壓，使上述晶圓自上述晶圓承載盤體表面解吸附。
根據本申請案之實施例，上述方法可進一步包括在停止向上述下電極施加電壓期間，藉由上述射頻產生器向上述上電極施加射頻功率以在上述上電極與上述晶圓之間產生電漿。
在以下附圖及描述中闡述本申請案之一或多個實例之細節。其他特徵、目標及優勢將根據上述描述及附圖以及申請專利範圍而顯而易見。
為更好地理解本發明之精神，以下結合本發明之部分實施例對其作進一步說明。
本說明書內使用之詞彙「在一實施例」或「根據一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用之「在其他(一些/某些)實施例」或「根據其他(一些/某些)實施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張之主題包括全部或部分範例具體實施例之組合。本文所指「上」及「下」之意義並不限於圖式所直接呈現之關係，其應包含具有明確對應關係之描述，例如「左」及「右」，或者係「上」及「下」之相反。本文所稱之「連接」應理解為涵蓋「直接連接」以及「經由一或多個中間部件連接」。本說明書中所使用之各種部件之名稱僅出於說明之目的，並不具備限定作用，不同廠商可使用不同名稱來指代具備相同功能之部件。
以下詳細地論述本發明之各種實施方案。儘管論述了具體實施，但應理解，此等實施方案僅用於示出之目的。熟習相關技術者將認識到，在不偏離本發明之精神及保護範疇的情況下，可以使用其他部件及組態。本發明之實施可不必包含說明書所描述之實施例中之所有部件或步驟，亦可根據實際應用而調整各步驟之執行順序。
圖1為根據本申請案之一些實施例之半導體處理設備10的結構示意圖。在一些實施例中，半導體處理設備10包括電漿增強化學氣相沈積設備。半導體處理設備10可以包括晶圓承載盤體101、下電極102、上電極103、低通濾波器104、匹配電路105、射頻產生器106及直流電源107。
晶圓承載盤體101設置在由側壁111限制之工藝腔室中，並固定於支架109上方。下電極102設置在晶圓承載盤體101中，並耦接至直流電源107。在一些實施例中，直流電源107與下電極102之間設置有濾波器108。直流電流可藉由濾波器108流向下電極102，而射頻電流則藉由濾波器108流向地。
上電極103設置在晶圓承載盤體101之上方並與晶圓承載盤體101相對，上電極103經由匹配電路105耦接至射頻產生器106。射頻產生器106可向上電極103提供射頻功率，工藝腔室內之工藝氣體在上電極103之射頻電場作用下產生輝光放電，形成電漿113，並最終沈積在置放於晶圓承載盤體101上之晶圓112表面形成固態薄膜。如圖1中之虛線箭頭所示，射頻電流可自射頻產生器106流出，經由匹配電路105、上電極103、電漿113、晶圓112、晶圓承載盤體101及下電極102、濾波器108，最終流向地，形成射頻迴路114。
上電極103亦經由低通濾波器104接地。在一些實施例中，低通濾波器104可包括電阻及電感器等元件。直流電流可藉由低通濾波器104流向地，而低通濾波器104對於射頻電流則係高阻抗的。
晶圓112藉由傳輸裝置(未示出)送入工藝腔室中，並置放於晶圓承載盤體101上後，直流電源107可向下電極102施加電壓，使得下電極102相對於晶圓承載盤體101電偏置，晶圓承載盤體101之表面會產生極化電荷(及自由電荷)。在晶圓承載盤體101之表面積聚之電荷會進一步影響晶圓112，使其表面產生極化電荷。晶圓承載盤體101表面之電荷與晶圓112下表面之電荷極性相反，因此二者之間產生靜電吸附力，使晶圓112被吸附至晶圓承載盤體101之表面。在圖1中，為了顯示晶圓承載盤體101及晶圓112表面之電荷極性，晶圓112顯示為與晶圓承載盤體101間隔開一段距離，熟習此項技術者應能瞭解，晶圓112可實質上接觸晶圓承載盤體101。如圖1中之實線箭頭所示，直流電流可自直流電源107流出，經由濾波器108、下電極102及晶圓承載盤體101、晶圓112、電漿113、上電極103、低通濾波器104，最終流向地，形成直流迴路115。此直流迴路115可提供穩定的直流電流，從而提高靜電吸附及靜電力之穩定性。
需指出的是，直流迴路115中之直流電流通常在幾十mA之範圍內，而射頻迴路114中之射頻電流在幾A至幾十A之範圍內。因此直流電流對電漿之影響很小，能夠起到隔離射頻之作用。
在直流電源107停止向下電極102施加電壓後，晶圓承載盤體101表面及晶圓112表面會存在殘留電荷。此等殘留電荷可以經由低通濾波器104導出，從而將晶圓112自晶圓承載盤體101表面解吸附。在停止向下電極102施加電壓期間，為形成完整的直流迴路以導出殘留電荷，可繼續藉由射頻產生器106向上電極103施加射頻功率以在上電極103與晶圓112之間產生電漿113，但去除工藝氣體，停止沈積。例如，可以在工藝結束後關閉射頻產生器106之後再次開啟射頻產生器106，或者工藝結束後不關閉射頻產生器106。此處提供之射頻功率可以比正常工藝時低，以避免因電漿自偏壓較高而影響電荷之去除。在解吸附過程中，低通濾波器104提供了穩定、良好的直流迴路，提高了解吸附之重複性及穩定性。
在一些實施例中，晶圓承載盤體101可為J-R型靜電吸盤，在直流電源107向下電極102施加電壓期間，晶圓承載盤體101之表面有極化電荷及自由電荷。與庫倫型靜電吸盤相比，J-R型靜電吸盤之吸附力更大(例如，可比庫倫型靜電吸盤吸附力大幾個數量級)，因此靜電吸附效果更優。
在一些實施例中，晶圓承載盤體101可由絕緣材料製成。在一些實施例中，上述絕緣材料包括陶瓷材料。
在一些實施例中，晶圓承載盤體101亦包括加熱器以對晶圓112進行熱處理。
在一些實施例中，下電極102燒結在晶圓承載盤體101中。
在一些實施例中，射頻產生器106產生之射頻電流係低頻電流，例如，頻率為400 kHz電流。在一些實施例中，射頻產生器106產生之射頻電流係高頻電流，例如，頻率為13.56 MHz之電流。在一些實施例中，射頻產生器106產生之射頻電流係其他頻率之電流。在一些實施例中，射頻產生器106可同時提供低頻電流及高頻電流。低通濾波器104對於此等射頻電流都係高阻抗的。
在一些實施例中，匹配電路105可包括電感器及電容器。在一些實施例中，匹配電路105可包括一個電感器及兩個電容器，其中一個電容器接地。在一些實施例中，匹配電路105可包括陶瓷貼片電容器。
在一些實施例中，低通濾波器104中之電阻之電阻值係固定的。在另一些實施例中，低通濾波器104中之電阻之電阻值係可調的，即，上述電阻具有一定的電阻值範圍。
在一些實施例中，低通濾波器104中之電阻之電阻值或電阻值範圍可以基於晶圓承載盤體101表面之漏電流需求而選擇，以提供合適的直流電流，控制靜電吸附力之大小及穩定性。例如，當工藝腔室溫度在400℃左右，晶圓承載盤體101表面之漏電流小於1 mA，因此提供1 mA級別之電流通道可保證靜電吸盤之穩定工作。根據直流電源107提供之直流電壓以及需要提供之電流大小，利用公式R (電阻) = U (電壓)/I (電流)可以計算直流迴路115所需之總電阻值，進而可以估算低通濾波器104中之電阻之電阻值。可藉由增大低通濾波器104中之電阻之電阻值來限制靜電電流。
圖2為根據本申請案之一些實施例之另一半導體處理設備20的結構示意圖。半導體處理設備20可包括射頻產生器206、匹配電路205、上電極203、晶圓承載盤體201。如圖2所示，上電極203上方亦覆蓋有屏蔽蓋板218，為半導體處理設備20提供接地。匹配電路205經由射頻饋入導體217連接至上電極203，為上電極203提供經匹配之射頻信號。在一些實施例中，射頻饋入導體217包括銅帶或銅柱。低通濾波器204連接在射頻饋入導體217上，並藉由屏蔽蓋板218接地，從而為靜電吸附及解吸附提供穩定的直流迴路。在圖2中，低通濾波器204例示性地顯示為串聯之電阻2041及電感器2042。熟習此項技術者應理解，低通濾波器204亦可實施為其他形式。
圖3為根據本申請案之一些實施例之另一半導體處理設備30的結構示意圖。半導體處理設備30與半導體處理設備20之結構基本相同，區別僅在於半導體處理設備30中之低通濾波器304設置在匹配電路305中。圖3給出之低通濾波器304以及匹配電路305之結構僅出於例示性說明之目的，應瞭解，其他具有類似功能之電路結構都不脫離本發明之精神及範疇。
在一些實施例中，低通濾波器304可為匹配電路305中額外增加之低通濾波電路。如圖3所示，低通濾波器304可為匹配電路305中在匹配網路3051外增加之低通濾波電路，匹配網路3051可包括由電容器3052及3054以及電感器3053組成之網路，低通濾波電路可包括串聯之電阻及電感器。在另一些實施例中，低通濾波器304可包括匹配電路305中之直流漏電通道。例如，匹配電路305中之匹配網路組件可包括陶瓷貼片電容器。藉由對陶瓷貼片電容器摻雜金屬，可以形成mA級之漏電流，從而形成直流漏電通道，為靜電吸附及解吸附提供直流迴路。匹配電路305中之mA級漏電流不會影響其射頻應用及工藝效能。
在一些實施例中，一種使用本申請案之半導體處理設備(例如，半導體處理設備10、20或30)之方法可以包括：將晶圓置放於晶圓承載盤體上；及藉由直流電源向下電極施加電壓，使晶圓吸附至晶圓承載盤體表面。
在一些實施例中，上述方法可進一步包括在向下電極施加電壓期間，藉由射頻產生器向上電極施加射頻功率以在上電極與晶圓之間產生電漿。
在一些實施例中，上述方法可進一步包括停止向下電極施加電壓，使晶圓自晶圓承載盤體表面解吸附。
在一些實施例中，上述方法可進一步包括在停止向下電極施加電壓期間，藉由射頻產生器向上電極施加射頻功率以在上電極與晶圓之間產生電漿。
相較於現有半導體處理設備，本申請案之半導體處理設備可以藉由接地之低通濾波器形成穩定的直流電流迴路，解決了傳統半導體處理設備因電荷無法自陶瓷側壁導出而不能形成穩定直流迴路之技術難題，並且增強了工藝腔室內直流迴路之穩定性，改良了靜電吸附及解吸附功能，提高了沈積工藝之穩定性及效率。
本文中之描述經提供以使熟習此項技術者能夠進行或使用本發明。熟習此項技術者將易於顯而易見對本發明之各種修改，且本文中所定義之一般原理可應用於其他變化形式而不會脫離本發明之精神或範疇。因此，本發明不限於本文所述之實例及設計，而是被賦予與本文所揭示之原理及新穎特徵一致的最寬範疇。
10:半導體處理設備 20:半導體處理設備 30:半導體處理設備 101:晶圓承載盤體 102:下電極 103:上電極 104:低通濾波器 105:匹配電路 106:射頻產生器 107:直流電源 108:濾波器 109:支架 111:側壁 112:晶圓 113:電漿 114:射頻迴路 115:直流迴路 201:晶圓承載盤體 203:上電極 204:低通濾波器 205:匹配電路 206:射頻產生器 217:射頻饋入導體 218:屏蔽蓋板 304:低通濾波器 305:匹配電路 2041:電阻 2042:電感器 3051:匹配網路 3052:電容器 3053:電感器 3054:電容器
本說明書中之揭示內容提及且包含以下各圖： 圖1為根據本申請案之一些實施例之半導體處理設備的結構示意圖； 圖2為根據本申請案之一些實施例之另一半導體處理設備的結構示意圖； 圖3為根據本申請案之一些實施例之另一半導體處理設備的結構示意圖。
根據慣例，圖示中所說明之各種特徵可能並非按比例繪製。因此，為了清晰起見，可任意擴大或減小各種特徵之尺寸。圖示中所說明之各部件之形狀僅為例示性形狀，並非限定部件之實際形狀。另外，為了清楚起見，可簡化圖示中所說明之實施方案。因此，圖示可能並未說明給定設備或裝置之全部組件。最後，可貫穿說明書及圖示使用相同參考標號來表示相同特徵。
10:半導體處理設備
101:晶圓承載盤體
102:下電極
103:上電極
104:低通濾波器
105:匹配電路
106:射頻產生器
107:直流電源
108:濾波器
109:支架
111:側壁
112:晶圓
113:電漿
114:射頻迴路
115:直流迴路

Claims (16)

  1. 一種半導體處理設備，其包括： 晶圓承載盤體，其中設置有下電極，該下電極耦接至直流電源；及 上電極，其與該晶圓承載盤體相對設置，該上電極經由匹配電路耦接至射頻產生器，且經由低通濾波器接地。
  2. 如請求項1之半導體處理設備，其中該低通濾波器包括電阻及電感器。
  3. 如請求項2之半導體處理設備，其中該電阻之電阻值係固定的或可調的。
  4. 如請求項3之半導體處理設備，其中該電阻之電阻值或電阻值範圍係基於該晶圓承載盤體表面之漏電流需求而選擇的。
  5. 如請求項1之半導體處理設備，其中該低通濾波器連接在該上電極與該匹配電路之間的射頻饋入導體上。
  6. 如請求項1之半導體處理設備，其中該低通濾波器藉由屏蔽蓋板接地。
  7. 如請求項1之半導體處理設備，其中該低通濾波器設置於該匹配電路中。
  8. 如請求項7之半導體處理設備，其中該低通濾波器包括該匹配電路中之直流漏電通道。
  9. 如請求項8之半導體處理設備，其中該低通濾波器包括該匹配電路中之摻雜金屬之陶瓷貼片電容器。
  10. 如請求項1之半導體處理設備，其中該晶圓承載盤體由絕緣材料製成。
  11. 如請求項1之半導體處理設備，其中該晶圓承載盤體包括J-R型靜電吸盤。
  12. 如請求項1之半導體處理設備，其中該半導體處理設備包括電漿增強化學氣相沈積設備。
  13. 一種使用如請求項1至12中任一項之半導體處理設備之方法，其包括： 將晶圓置放於該晶圓承載盤體上；及 藉由該直流電源向該下電極施加電壓，使該晶圓吸附至該晶圓承載盤體表面。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括在向該下電極施加電壓期間，藉由該射頻產生器向該上電極施加射頻功率以在該上電極與該晶圓之間產生電漿。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包括停止向該下電極施加電壓，使該晶圓自該晶圓承載盤體表面解吸附。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括在停止向該下電極施加電壓期間，藉由該射頻產生器向該上電極施加射頻功率以在該上電極與該晶圓之間產生電漿。
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