TW202347411A

TW202347411A - 具有嵌入高強度介電材料之增強rf耦合的平衡-不平衡變壓器

Info

Publication number: TW202347411A
Application number: TW112104179A
Authority: TW
Inventors: 迅彭; 祖貽劉; 那魯達本裕民; 蘇尼爾卡普爾; 丹馬侯羅
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2022-02-11
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-12-01
Also published as: WO2023154233A1

Abstract

提供一種平衡-不平衡變壓器，用於對半導體腔室的電極線圈提供功率。在一範例中，平衡-不平衡變壓器包括主要線圈，該主要線圈具有在主要第一端和主要第二端之間的主要繞線。主要繞線由主要矩形導體加以定義。平衡-不平衡變壓器包括次級線圈，該次級線圈具有在次級第一端和次級第二端之間的次級繞線。次級繞線由次級矩形導體加以定義。主要矩形導體和次級矩形導體在隔開的方向上交錯，使得主要矩形導體和次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。

Description

具有嵌入高強度介電材料之增強RF耦合的平衡-不平衡變壓器

本實施例關於半導體製造，且更特別地關於用於包含平衡-不平衡(balun)變壓器的系統和方法，以將功率傳輸到電漿處理系統的電感耦合電漿源。

許多現代半導體晶片製造製程，例如電漿蝕刻製程，是在電漿處理腔室內執行，在該電漿處理腔室內，例如晶圓的基板受支撐於靜電卡盤(ESC, electrostatic chuck)上。在電漿蝕刻製程中，晶圓曝露於電漿處理容積內產生的電漿。電漿包含諸多類型的自由基、電子、以及正離子和負離子。諸多自由基、電子、正離子和負離子的化學反應用於蝕刻晶圓的特徵部、表面、和材料。

例如，當製程氣體被供應到電漿處理腔室中時，射頻(RF)訊號被施加到電漿處理腔室的至少一電極，以在電極之間形成電場。製程氣體藉由RF訊號變成電漿，從而對設置在晶圓上的預定層執行電漿蝕刻。不幸的是，隨著蝕刻不斷縮小的特徵部和更高縱橫比幾何形狀的需求不斷增加，相應地需要更高功率的系統，其可精確蝕刻更深的特徵部，同時維持晶圓上的蝕刻均勻性。

在本文中提出本發明的實施例。

本揭露內容的實施例包括裝置、方法、及系統，其用於利用高射頻(RF)功率位準來改善晶圓上特徵部的蝕刻均勻性，同時亦提供改善的蝕刻速度。在一實施例中，平衡-不平衡變壓器用於有效地傳輸功率至電漿處理系統的變壓器耦合電漿(TCP，transformer coupled plasma)線圈。

在一些實施例中，每一平衡-不平衡變壓器可包括具有主要繞線的主要線圈及具有次級繞線的次級線圈。主要繞線由主要矩形導體定義，且次級繞線由次級矩形導體定義，其中主要矩形導體和次級矩形導體在隔開的方向上交錯。已觀察到，藉由使主要繞線及次級繞線維持矩形形狀配置，這達成各自的線圈彼此更靠近。如下文將敘述，矩形形狀提供各自的主要及次級繞線之間面向彼此之表面區域的增加。因此，在一實施例中，藉由使得平衡-不平衡變壓器的各線圈彼此靠近，這可改善主要線圈與次級線圈之間RF耦合，這可導致更大量的功率被傳輸至TCP線圈。因此，在電漿處理操作期間，平衡-不平衡變壓器的主要線圈及次級線圈的矩形形狀可達成晶圓蝕刻均勻性及功率傳輸的增強的性能。應理解，本實施例可以許多方式加以實施，例如製程、設備、系統、裝置、或電腦刻度媒體上的方法。若干實施如下進行描述。

在一實施例中，揭露平衡-不平衡變壓器，其用於對半導體腔室的電極線圈提供功率。平衡-不平衡變壓器包括主要線圈，該主要線圈具有主要繞線，該主要繞線介於主要第一端和主要第二端之間。主要繞線由主要矩形導體定義。平衡-不平衡變壓器包括次級線圈，該次級線圈具有次級繞線，該次級繞線介於次級第一端和次級第二端之間。次級繞線由次級矩形導體定義。主要矩形導體和次級矩形導體在隔開的方向上交錯，使得主要矩形導體和次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。

在另一實施例中，揭露系統，其用於對半導體腔室的第一電極線圈及第二電極線圈提供功率。系統包括處理腔室。處理腔室包括介電窗，該介電窗定向在基板支撐件上方。系統包括線圈，該線圈由第一電極線圈和第二電極線圈定義。線圈定向在介電窗上方。系統包括第一平衡-不平衡變壓器，用於連接到第一電極線圈。第一平衡-不平衡變壓器包括第一主要線圈，該第一主要線圈具有第一主要繞線。第一主要繞線由第一主要矩形導體定義。第一平衡-不平衡變壓器包括第一次級線圈，該第一次級線圈具有第一次級繞線。第一次級繞線由第一次級矩形導體定義。第一主要矩形導體和第一次級矩形導體在隔開的方向上交錯，使得第一主要矩形導體和第一次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。系統包括第二平衡-不平衡變壓器，用於連接到第二電極線圈。第二平衡-不平衡變壓器包括第二主要線圈，該第二主要線圈具有第二主要繞線。第二主要繞線由第二主要矩形導體定義。第二平衡-不平衡變壓器包括第二次級線圈，該第二次級線圈具有第二次級繞線。第二次級繞線由第二次級矩形導體定義。第二主要矩形導體和第二次級矩形導體在隔開的方向上交錯，使得第二主要矩形導體和第二次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。

本文描述用於在電漿系統中蝕刻晶圓的系統及方法的若干優勢，其中在電漿處理系統之電路的TCP線圈內整合平衡-不平衡變壓器，藉此改善沿晶圓之特徵部的蝕刻均勻性。不同於將主要線圈及次級線圈配置成具有圓形或環形剖面，藉由將主要線圈及次級線圈配置成使得其對應的剖面形狀主要為矩形，這可達成各自的線圈更靠近彼此，且亦可進一步提供更大的表面區域。如此，可在處理操作期間達成RF耦合的改善，這進而可導致沿晶圓之特徵部的蝕刻均勻性的改善。

藉由範例的方式說明本揭露內容的原理，結合附圖，本揭露內容的其他態樣和優點將從以下詳細描述中變得明顯。

本揭露內容的以下實施例提供用於增強(射頻)RF功率效率的裝置、方法、和系統，其藉由使用平衡-不平衡變壓器將功率傳輸到電感耦合電漿(ICP)系統的線圈。在一實施例中，ICP是變壓器耦合電漿(TCP)系統。在一實施例中，提供兩個平衡-不平衡變壓器，每一平衡-不平衡變壓器包括主要線圈和次級線圈，其各自的繞線由主要矩形導體和次級矩形導體定義。在一實施例中，主要矩形導體和次級矩形導體在一隔開方向上交錯。主要矩形導體和次級矩形導體的形狀和設置使得各自的線圈能夠彼此靠近。繞線的矩形剖面形狀的另一好處是增加各繞線表面面對彼此的表面區域。因此，改善各自線圈之間的RF耦合，且這提供一種更有效的方式來將更高的功率傳輸到各自的TCP線圈。有利地，將平衡-不平衡變壓器整合成具有矩形繞線提供將更大的功率傳輸到TCP線圈，這進而可在晶圓處理期間改善晶圓範圍內之特徵部的蝕刻速率和均勻性。

考慮到以上概述，下面提供若干範例圖，以促進對例示性實施例的理解。

圖1顯示變壓器耦合電漿(TCP)系統，其是電感耦合電漿(ICP)處理系統的例示性類型。TCP系統包括耦合在TCP線圈110(外部線圈111和內部線圈112)和變壓器耦合電容調諧(TCCT，transformer coupled capacitive tuning)匹配電路114之間的平衡-不平衡變壓器102a~102b。在一些實施例中，可使用其他類型的匹配電路。系統進一步包括腔室104，其包括卡盤108、介電窗106、RF產生器116、偏壓匹配電路118、和控制系統120。

如圖1所示，在一實施例中，平衡-不平衡變壓器102a~102b連接到TCCT匹配電路114和TCP線圈110。特別地，平衡-不平衡變壓器102a連接到外部線圈111，且平衡-不平衡變壓器102b連接到內部線圈112。在一實施例中，當RF產生器116被啟動時，TCCT匹配電路114與平衡-不平衡變壓器102a~102b結合可達成對提供到外部線圈111和內部線圈112的功率進行動態調諧。外部線圈111和內部線圈112耦合到平衡-不平衡變壓器102a~102b，其包括到外部線圈111和內部線圈112的連接部。

在一實施例中，TCCT匹配電路114配置成調諧TCP線圈110，以向內部線圈112提供比外部線圈111更多的功率。在另一實施例中，TCCT匹配電路114配置為調諧TCP線圈，以向內部線圈112提供比外部線圈111更少的功率。在另一實施例中，提供到內部線圈112和外部線圈111的功率將提供功率的均勻分佈及/或控制基板(即晶圓，存在時)上自由基分佈的離子密度。在又一實施例中，內部線圈和外部線圈之間的功率調諧可基於針對蝕刻製程中特定步驟所定義之處理參數而加以調整。在一些實施例中，TCCT匹配電路114的元件可加以調整，以減少反射功率以及使從RF產生器116到內部線圈112對外部線圈111的功率傳輸最大化。

在圖1中進一步顯示RF產生器116，其可由一或更多產生器定義。如果提供複數產生器，可使用不同的頻率來達成諸多的蝕刻和調諧特性。偏壓匹配電路118耦合在RF產生器116和定義卡盤108之組件的導電板之間。卡盤108還包括靜電電極，以達成晶圓的夾持和解夾持，即能夠從卡盤108夾住和鬆開晶圓。也可提供用於將晶圓從卡盤108抬升的其他控制系統。儘管未顯示，但泵連接到腔室104，以在操作電漿處理期間達成真空控制和從腔室104移除氣態副產物。

在一些實施例中，介電窗106可由陶瓷型材料定義。例如，介電窗106可由石英(Quartz)製成。其他介電材料也是可能的，只要其能夠承受半導體蝕刻腔室的條件。溫度將取決於蝕刻製程操作和特定配方。腔室104也在真空條件下操作。儘管未示出，但當安裝在潔淨室或製造設施中時，腔室104通常耦合到設施。設施包括提供製程氣體、真空、溫度控制、和環境顆粒控制的管線。在一些實施例中，當安裝在目標製造設施中時，這些設施耦合到腔室104。此外，腔室104可耦合到傳送腔室，其將使機器人能夠使用常見的自動化將半導體晶圓轉移進出腔室104。

在一些實施例中，系統可包括控制系統120，其用於控制電漿處理系統的諸多元件。如圖1所示，控制系統120可連接到偏壓匹配電路118、RF產生器116、和TCCT匹配電路114。根據一實施例，控制系統120可連接到TCCT匹配電路114和RF產生器116。控制系統120可配置為確保功率適當地提供給外部線圈111和內部線圈112。

圖2A顯示平衡-不平衡變壓器102a及/或102b的實施例。特別地，圖2A顯示平衡-不平衡變壓器102a及/或102b的立體圖，其包括嵌入介電外殼206中的主要線圈202和次級線圈204。在一實施例中，主要線圈202包括主要繞線，其由主要矩形導體加以定義。與圓柱形導體或導線不同，矩形導體具有薄的側面輪廓，其具有兩實質上平坦的表面，這為電力傳輸提供更大的表面區域。在另一實施例中，次級線圈204包括由次級矩形導體定義的次級繞線。

如圖2A中進一步顯示，主要矩形導體包括用於電性連接到匹配電路114網路的第一連接支腳202a和第二連接支腳202b。次級矩形導體包括第一連接支腳204a和第二連接支腳204b(未示出)，用於分別電性連接到電極線圈的第一端和電極線圈的第二端，例如外部線圈111和內部線圈112。在一實施例中，主要線圈202的主要矩形導體和次級線圈204的次級矩形導體在隔開方向上交錯，以有效地將RF功率傳輸到TCP線圈。在一實施例中，藉由使主要矩形導體和次級矩形導體的矩形導體交錯，這使得主要線圈202和次級線圈204的更多面對的表面區域能夠彼此緊密靠近，這可達成往TCP線圈110的更大且更有效的RF功率傳輸。因此，在處理操作期間，可達成沿晶圓的特徵部的蝕刻均勻性的改善，其具有傳輸更高RF功率位準的能力。

例如，在電漿蝕刻操作期間，包括耦合在TCP線圈110和TCCT匹配電路114之間的平衡-不平衡變壓器102a~102b的TCP系統可達成將更高的功率傳輸到相應的TCP線圈110。如上所述，平衡-不平衡變壓器的矩形形狀配置和平衡-不平衡變壓器之各自主要和次級繞線之間表面區域的增加可有助於促進更高的功率傳輸到TCP線圈110。因此，往TCP線圈之更高的功率傳輸可精確蝕刻更精細的特徵部和更高縱橫比的幾何形狀，同時在晶圓處理期間維持晶圓範圍內的蝕刻均勻性。

圖2B顯示圖2A中所示的平衡-不平衡變壓器102a的俯視圖。如上所述，每一平衡-不平衡變壓器102包括主要線圈202和次級線圈204，其中主要線圈202的主要矩形導體203部分和次級線圈204的次級矩形導體205部分在隔開方向上交錯。如圖所示，主要線圈202和次級線圈204的各自的矩形導體交錯且設置成使得主要矩形導體203和次級矩形導體205之每一者的一側邊或兩側邊隔開但彼此相鄰的配置。

在一實施例中，主要線圈202中的匝數與次級線圈204中的匝數的比例可改變，且取決於電漿處理系統的期望電壓和電流需求。在圖2B所示的範例中，平衡-不平衡變壓器102a的主要線圈202和次級線圈204的匝數比例是一比一(1:1)。在一實施例中，如果電漿處理系統需要更高的電壓和更大的電流，則可調整次級線圈204的匝數，使其具有比主要線圈202更多的匝數。在其他實施例中，如果電漿處理系統需要更低的電壓和更小的電流，則可調整次級線圈204的匝數，使其具有比主要線圈202更少的匝數。

在一實施例中，相較於圓柱形線圈，主要線圈202的主要矩形導體203部分和次級線圈204的次級矩形導體205部分的矩形形狀使各自的線圈能夠交錯和定位，使得彼此面對的表面區域更接近彼此。在電漿處理操作期間，這允許平衡-不平衡變壓器102a/102b更有效地向TCP線圈110傳輸更多的功率。例如，在一實施例中，平衡-不平衡變壓器102a可將高達約6,000瓦(Watts)的功率傳輸到TCP線圈110，從而將所傳輸的功率傳輸到腔室之處理區域中的電漿，以達成高縱橫比特徵部之更有效的蝕刻，該特徵部在晶圓的中心到晶圓邊緣之間的晶圓範圍內需要為更精確及/或更均勻。

在一實施例中，主要線圈202和次級線圈204由連續導線(例如，金屬基導線)製成，該連續導線係使用諸多金屬成型/彎曲技術而形成為期望形狀。在一範例中，主要線圈202和次級線圈204由C110銅扁條(copper flat bar)材料製成。在一實施例中，如果主要線圈202和次級線圈204沒有嵌入介電外殼206中，則線圈被鍍銀，以提高其電性能且輔助保護銅材料免於腐蝕和氧化。在其他實施例中，如果主要線圈202和次級線圈204嵌入介電外殼206中，則各自的線圈不鍍銀。在一些實施例中，平衡-不平衡變壓器102a/102b可使用諸多技術製造。在一範例中，主要線圈202和次級線圈204可使用C110銅扁條材料製造，其中使用線彎曲金屬成型技術達成期望的配置，例如交錯和隔開。因此，這可使矩形導體203和矩形導體205的實質上平坦表面彼此相鄰且平行，這達成主要線圈202和次級線圈204之間增強的RF耦合。

在一實施例中，介電外殼206由具有高介電常數且耐受極端環境和溫度的介電材料(例如，矽橡膠或陶瓷)製成。在一些實施例中，將主要線圈202和次級線圈204封裝在介電外殼206中可有助於防止電弧(arcing)發生。例如，介電外殼206可包括圍繞主要線圈202和次級線圈204的緻密介電材料，其可提供高介電強度，同時提供高崩潰電壓(breakdown voltage)和主要線圈202與次級線圈204之間的最小間隙差異。在一實施例中，介電外殼206可由高溫環氧樹脂灌封(epoxy potting)製成，其具有低黏性且可在烘烤製程下完全固化。這可允許主要線圈202和次級線圈204之間的空隙被無縫填充。在其他實施例中，介電外殼206可由其他材料製成，且取決於期望的需求，例如崩潰電壓、材料組成、熱性能等。此類材料的範例可包括熱固化環氧樹脂、低熱膨脹係數的高溫塑膠，低介電損耗角正切(tangent)陶瓷，或其組合。

在一些實施例中，可使用諸多技術來製造介電外殼206，其可包括模製(molding)製程。例如，模腔固定件(mold cavity fixture)可被設計成封裝主要線圈202和次級線圈204。模腔固定件可包括配置為接收熔化的介電材料的孔口。一旦將熔化的介電材料注入到模腔固定件的孔口中，在熔化的介電材料硬化之後形成介電外殼206。在熔化的介電材料硬化之後，移除模腔固定件，這導致主要線圈202和次級線圈204被嵌入介電外殼206中。

圖3A顯示平衡-不平衡變壓器102a的部分剖面圖，其係沿圖2B的 A-A取得。如圖所示，主要矩形導體203a~203e和次級矩形導體205a~205e在間隔方向上交錯。各矩形導體的配置和形狀可使主要線圈和次級線圈能夠彼此緊密靠近，這改善主要線圈和次級線圈之間的RF耦合。在其他實施例中，主要矩形導體203和次級矩形導體205的形狀可為橢圓形或任何其他形狀，這些形狀可使導體能夠定向成彼此緊密靠近，且具有足夠的表面區域來達成RF功率的有效傳輸。否則，例如，如果主要矩形導體203和次級矩形導體205的形狀為圓形，則就導體之間給定的間隔距離而言，面向各導體的表面區域將小於矩形導體的各區域。因此，對於圓形導體而言，相較於矩形導體，其各自的表面區域將不足夠來達成射頻功率的有效傳輸。

如圖3A所示，距離S1是從主要矩形導體203a的第二側邊延伸到次級矩形導體205a的第一側邊的距離加以定義。在一實施例中，距離S1的範圍可從約2mm與6mm。在一範例中，距離S1約為4mm。距離S2是從主要矩形導體203a的中心線到次級矩形導體205a的中心線的距離加以定義。在一實施例中，距離S2的範圍可從約5mm與約12mm。在一範例中，距離S2約為7mm。藉由維持減小的距離S1，改善主要線圈202和次級線圈204之間的RF耦合。

圖3B顯示圖3A中所示平衡-不平衡變壓器102a的一部分的放大局部視圖。在所示範例中，圖3B顯示主要矩形導體203e和次級矩形導體205d~205e的近視圖(close up view)。每一主要矩形導體203可由高度h1定義。例如，如圖3B所示，高度h1從主要矩形導體203e的頂部表面延伸至主要矩形導體203e的底部表面。在一實施例中，高度h1可為約5/8”。在其他實施例中，高度h1係介於約12mm與約25mm之間。在另一實施例中，每一主要矩形導體203可由寬度w1定義。例如，如圖3B中進一步所示，寬度w1從主要矩形導體203e的第一側邊208a延伸到主要矩形導體203e的第二側邊208b。在一實施例中，寬度w1可為約5/32”。在其他實施例中，寬度w1係介於約3mm與約6mm之間。

在一些實施例中，主要矩形導體203可包括沿其各自邊緣的半徑。例如，如圖3B所示，主要矩形導體203e的邊緣半徑由半徑r1定義。在一實施例中，半徑r1可為約1.6mm。在其他實施例中，半徑r1介於約0.3mm至約最大寬度w1的全半徑之間。藉由包括沿著主要矩形導體203之邊緣的半徑或實質上圍繞離開(rounding off)主要矩形導體203之邊緣的半徑，可能防止可能發生的電弧。

如圖3B中進一步所示，每一次級矩形導體205可由高度h2定義。例如，如圖所示，高度h2從次級矩形導體205e的頂部表面延伸至次級矩形導體205e的底部表面。在一實施例中，高度h2可為約5/8”。在其他實施例中，高度h2係介於約12mm至約25mm之間。在另一實施例中，每一次級矩形導體205可由寬度w2定義。例如，寬度w2從次級矩形導體205e的一側邊210a延伸至次級矩形導體205e的另一側邊210b。在一實施例中，寬度w2可為約5/32”。在其他實施例中，寬度w2係介於約3mm至約6mm之間。

在一些實施例中，次級矩形導體205可包括沿著其各自轉角的半徑。例如，次級矩形導體205e的邊緣由半徑r2定義。在一實施例中，半徑r2可為約1.6mm。在其他實施例中，半徑r2在約0.3mm至約最大寬度w2的全半徑之間。藉由包括沿著次級矩形導體205之轉角的半徑或實質上圍繞離開(rounding off)級矩形導體205之轉角的半徑，藉由包括沿著主要矩形導體203之邊緣的半徑或實質上主要矩形導體203之邊緣的半徑，可能防止可能發生的電弧。

如圖3B進一步所示，主要矩形導體203和次級矩形導體205在一隔開方向上交錯，使得主要矩形導體203和次級矩形導體205之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。例如，如圖3B所示，次級矩形導體205d具有與主要矩形導體的側邊相鄰的兩側邊。特別地，次級矩形導體205d的第一側邊210a與主要矩形導體203d的第二側邊208b相鄰(未示出)，且次級矩形導體205d的第二側邊210b與主要矩形導體203e的第一側邊208a相鄰。此外，主要矩形導體203e具有與次級矩形導體205的側邊相鄰的兩側邊。特別地，主要矩形導體203e的第一側邊208a與次級矩形導體205d的第二側邊210b相鄰，且主要矩形導體203e的第二側邊208b與次級矩形導體205e的第一側邊210a相鄰。此外，次級矩形導體205e具有與主要矩形導體203e 的一側邊(例如，第二側邊208b，其中相對側邊不與主要矩形導體203的任何側邊相鄰)相鄰的一側邊(例如，第一側邊210a)。

因此，維持主要矩形導體203和次級矩形導體205之每一者的一側邊或兩側邊是平坦的且彼此相鄰的配置導致導體的相應側邊實質上彼此平行。由於導體的相應側邊實質上彼此平行且導體的形狀提供大的表面區域，因此可增強主要線圈202和次級線圈204之間的RF耦合，這可導致更大量的功率被更有效地傳輸至TCP線圈110。

圖4是顯示耦合在電漿處理系統之RF產生器116和TCP線圈110(外部線圈111和內部線圈112)之間的TCCT匹配電路114的電路架構的示意圖。在一實施例中，RF產生器116向TCCT匹配電路114提供功率。在一實施例中，TCCT匹配電路114由相位和幅度感測器422、可變電容器C1、節點402、可變電容器C2、電感器L5、節點404、可變電容器C5、節點406、可變電容器C4、和節點408加以定義。在其他實施例中，TCCT匹配可進一步由變壓器102a~102b、節點412、極化電容器Cx加以定義，該極化電容器Cx進而連接至接地、節點410、和固定電容器Cy，該固定電容器Cy進而連接至接地。

如圖4所示，相位和幅度感測器422耦合在RF產生器116和可變電容器C1之間。可變電容器C1耦合在相位和幅度感測器422與節點402之間。在一些實施例中，相位和幅度感測器422不包括在TCCT匹配電路114中。節點402連接到可變電容器C2，可變電容器C2進而連接至接地。節點402亦連接到電感器L5，電感器L5進而連接到節點404。節點404連接到可變電容器C5，可變電容器C5進而連接到節點406。節點404亦連接到可變電容器C4，可變電容器C4進而連接到節點408。

在一實施例中，節點406耦合到平衡-不平衡變壓器102b的主要線圈202，其中平衡-不平衡變壓器102b的線圈由主要線圈202和次級線圈204定義。如圖所示，節點406耦合到主要線圈202的第二連接支腳202b。此外，節點412耦合到主要線圈202的第一連接支腳202a。節點412連接到極化電容器Cx，該極化電容器Cx進而連接至接地。在一實施例中，節點408耦合到平衡-不平衡變壓器102a的主要線圈202，其中平衡-不平衡變壓器102a的線圈由主要線圈202和次級線圈204定義。節點408耦合到主要線圈202的第二連接支腳202b。此外，節點410耦合到主要線圈202的第一連接支腳202a。節點410連接到固定電容器Cy，該固定電容器Cy進而連接至接地。

繼續參考圖4中所示的平衡-不平衡變壓器102b，次級線圈204的第一連接支腳204a連接到節點416，節點416進而連接到內部線圈112的第一端。此外，次級線圈204的第二連接支腳204b連接到節點420，節點420進而連接到內部線圈112的第二端。參考平衡-不平衡變壓器102a，次級線圈204的第一連接支腳204a連接到節點418，其進而連接到外部線圈111的第一端。此外，次級線圈204的第二連接支腳204b連接到節點414，該節點414進而連接到外部線圈111的第二端。

在一實施例中，可變電容器C1的額定值約為20至500pF。在一實施例中，可變電容器C2的額定值為約20至500pF。在一實施例中，電感器L5的額定值約為0.3uH。在一實施例中，可變電容器C5的額定值為約100至1500pF。在一實施例中，可變電容器C4的額定值為約50至500pF。在一實施例中，極化電容器Cx的額定值約為268pF。在一實施例中，固定電容器Cy的額定值為約125pF。

廣義地講，參考圖4描述的電路提供RF功率效率的改善。平衡-不平衡變壓器102a~102b的設計和電性元件的設置(參考圖4描述)改善功率傳輸效率，且進而增強晶圓蝕刻均勻性和功率消耗的性能。

圖5是顯示電漿處理系統的一部分的示意圖。如圖所示，平衡-不平衡變壓器102a~102b耦合在TCCT匹配電路114和TCP線圈110(例如，外部線圈111和內部線圈112)之間。在電漿處理操作期間，RF產生器116被啟動，其向TCCT匹配電路114提供功率，該TCCT匹配電路114控制平衡-不平衡變壓器102a~102b的操作，且在TCP線圈110中執行蝕刻。TCCT匹配電路114耦合到節點408，該節點408進而耦合到平衡-不平衡變壓器102a的主要線圈202。特別地，節點408耦合到主要線圈202的第二連接支腳202b。

繼續參考平衡-不平衡變壓器102a，主要線圈202的第一連接支腳202a耦合到節點410，節點410進而連接到固定電容器Cy和接地。在一實施例中，次級線圈204的第一連接支腳204a耦合到節點418，節點418進而連接到外部線圈111的第一端。此外，次級線圈204的第二連接支腳204b耦合到節點414，該節點414進而連接到外部線圈111的第二端。

如圖5中進一步所示，參考TCCT匹配電路114，TCCT匹配電路114耦合到節點406，節點406進而耦合到平衡-不平衡變壓器102b的主要線圈202。特別地，節點406耦合到主要線圈202的第二連接支腳202b。此外，參考平衡-不平衡變壓器102b，主要線圈202的第一連接支腳202a耦合到節點412，節點412進而連接到極化電容器Cx和接地。在一實施例中，次級線圈204的第一連接支腳204a耦合到節點416，該節點416進而連接到內部線圈112的第一端。此外，次級線圈204的第二連接支腳204b耦合到節點420，該節點420進而連接到內部線圈112的第二端。

因此，如上文參考圖4和圖5所描述，平衡-不平衡變壓器102的配置和平衡-不平衡變壓器102在電路內的整合可達成沿晶圓的改善的蝕刻均勻性。例如，在電漿處理操作期間，系統可更有效地向TCP線圈110傳送更大量的功率，這進而改善晶圓上的蝕刻均勻性。在一實施例中，利用整合在電漿處理系統內的平衡-不平衡變壓器102，平衡-不平衡變壓器102可將約6,000瓦的功率傳輸到TCP線圈110。

根據一些實施例，圖6顯示圖1的控制系統120的例示性示意圖。在一些實施例中，控制系統120配置為用於控制在電漿處理系統中執行的半導體製造製程的製程控制器。在諸多實施例中，控制系統120包括處理器601、儲存硬體單元(HU，hardware unit)603(例如，記憶體)、輸入HU605、輸出HU607、輸入/輸出(I/O)接面609、I/O接面611、網路接面控制器(NIC，network interface controller)613、和資料通訊匯流排615。處理器601、儲存HU603、輸入HU605、輸出HU607、I/O接面609、I/O接面611、和NIC613藉由資料通訊匯流排615彼此進行資料通訊。輸入HU605配置為從多個外部裝置接收資料通訊。輸入HU605的範例包括資料獲取系統、資料獲取卡等。輸出HU607配置為將資料傳輸到多個外部裝置。

輸出HU607的範例是裝置控制器。NIC613的範例包括網路接面卡、網路適配器等。I/O接面609和611的每一者被定義為提供耦合到I/O接面之不同硬體單元之間的相容性。例如，I/O接面609可定義為將從輸入HU605接收的訊號轉換為與資料通訊匯流排615相容的形式、幅度、及/或速度。此外，I/O接面607可定義為將從資料通訊匯流排615接收的訊號轉換為與輸出HU607相容的形式、幅度、及/或速度。儘管本文描述諸多操作藉由控制系統120的處理器601加以執行，但應理解，在一些實施例中，諸多操作可由控制系統120的複數處理器及/或與控制系統120進行資料通訊的複數電腦系統的複數處理器加以執行。

在一些實施例中，控制系統120用於部分基於感測值來控制諸多晶圓製造系統中的裝置。例如，控制系統120可基於感測值和其他控制參數來控制閥617、過濾器加熱器619、晶圓支撐結構加熱器621、泵623、和其他裝置625中的一或更多者。閥617可包括與背面氣體供應系統、製程氣體供應系統、和溫度控制流體循環系統的控制相關聯的閥。控制系統120從例如壓力計627、流量計629、溫度感測器631、及/或其他感測器633(例如，電壓感測器、電流感測器等)接收感測值。控制系統120也可用於在對晶圓104執行電漿處理操作期間控制電漿處理系統內的製程條件。例如，控制系統120可控制從製程氣體供應系統供應到電漿處理腔室之(複數)製程氣體的類型和量。此外，控制系統120可控制用於夾持(複數)電極之電源的操作。控制系統120亦可控制用於升降銷的升降裝置的操作。控制系統120亦控制背面氣體供應系統和溫度控制流體循環系統的操作。控制系統120亦控制泵的操作，該泵控制從腔室102中移除氣態副產物。應理解，控制系統120被配備成提供電漿處理系統內的程式化及/或手動控制的任何功能。

在一些實施例中，控制系統120配置為執行電腦程序，包括用於控制以下者的指令組：製程時間、製程氣體輸送系統溫度、及壓力差異、閥位置、製程氣體的混合、製程氣體流速、背面冷卻氣體流速、腔室壓力、腔室溫度、晶圓支撐結構溫度(晶圓溫度)、射頻功率位準、射頻頻率、射頻脈衝、阻抗匹配系統設定、懸臂組件位置、偏壓功率、及特定製程的其他參數。在一些實施例中，可採用儲存在與控制器120相關聯的記憶體裝置上的其他電腦程式。在一些實施例中，有與控制器120相關聯的使用者界面。使用者界面包括顯示器635(例如，顯示螢幕、及/或設備及/或製程條件的圖形軟體顯示)以及使用者輸入設備637(例如，指示裝置、鍵盤、觸摸螢幕、麥克風等)。

用於指示控制系統120的操作的軟體可以許多不同的方式設計或配置。用於指示控制系統120的操作以在製程序列中執行諸多晶圓製造製程的電腦程序可用任何習知的電腦可讀程式語言編寫，例如：彙編語言、C、C++、Pascal、Fortran、或其他語言。編譯的目標代碼或腳本由處理器601執行以執行程式中識別的任務。控制系統120可被程式化以控制與製程條件相關的諸多製程控制參數，例如過濾器壓差、製程氣體組成和流速、背面冷卻氣體組成和流速、溫度、壓力、電漿條件(例如，RF功率位準和RF頻率、偏壓電壓、冷卻氣體/流體壓力、和室壁溫度等)。可在晶圓製造製程期間加以監測的感測器的範例包括但不限於質流控制模組、壓力感測器(例如壓力計627)、和溫度感測器631。適當程式化的回饋和控制演算法可與來自這些感測器的資料一起使用，以控制/調整一或更多製程控制參數，以維持期望的製程條件。

在一些實施例中，控制系統120是更廣泛製造控制系統的一部分。這種製造控制系統可包括半導體處理裝置，包括用於晶圓處理的處理工具、腔室、及/或平台，及/或特定處理元件，例如晶圓基座、氣流系統等。這些製造控制系統可與電子裝置整合，以在晶圓的處理之前、期間、以及之後，控制該等系統的操作。控制系統120可控制製造控制系統的諸多元件或子部件。取決於晶圓處理需求，控制系統120可程式設計成控制本文揭露製程的任何者，包含處理氣體的傳送、背面冷卻氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統相連接或相接合之工具及其他轉移工具及/或裝載鎖)。

廣泛地講，控制器120可定義為電子設備，其具有用以接收指令、發佈指令、控制操作、啟動晶圓處理操作、啟動終點量測以及類似者的諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP，digital signal processors)、定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits )的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以諸多單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制系統120的指令，其為實行系統內晶圓上的特定製程定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可為由製程工程師為了在一或更多以下者的製造期間實現一或更多處理步驟而定義之配方的一部分：層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、以及/或者晶圓的晶粒。

在一些實施例中，控制系統120可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與電漿處理系統整合、耦接至電漿處理系統、以其他網路的方式接至系統、或其組合的方式而接至系統。舉例而言，控制系統120可在「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中，其可容許遠端存取晶圓處理。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造操作的目前進度、檢查過去製造操作的歷史、自複數的製造操作而檢查其趨勢或效能度量，以改變目前處理的參數、設定目前處理之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。

遠端電腦可包含使得可以進入參數及/或設定、或對參數及/或設定進行程式設計的使用者界面，然後該參數及/或設定自遠端電腦而傳達至系統。在一些範例中，控制系統120以資料的形式接收指令，該指令為即將於一或更多操作期間進行執行之處理步驟的每一者指定參數。應理解，參數可特定地針對電漿處理系統內待執行之製程的類型。因此，如上所述，控制系統120可為分散式，例如藉由包含以網路的方式接在一起、且朝向共同之目的(例如，本文所描述之製程及控制)而運作的一或更多的分散的控制器。用於如此目的之分散式控制器的範例將是電漿處理系統上與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者相結合以控制電漿處理系統上的製程。

控制系統120可與之接合的例示性系統可包含但不限於以下者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌跡腔室(track chamber)或模組、以及可在半導體晶圓的製造和加工中相關聯的、或使用的任何其他半導體處理系統。如以上所提及，取決於待藉由工具而執行之製程步驟或複數製程步驟，控制系統120可與半導體加工工廠中之一或更多的以下者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、叢集工具(cluster tools)、其他工具界面、相鄰的工具、鄰近的工具、遍及工廠而分布的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中使用之工具，該材料輸送中使用之工具將晶圓容器帶至工具位置及/或裝載埠，或自工具位置及/或裝載埠帶來晶圓容器。

本文描述的實施例也可結合諸多電腦系統配置來實施，包括手持硬體單元、微處理器系統、基於微處理器或可程式化的消費電子產品、小型電腦、大型電腦等。本案描述的實施例也可結合分散式電腦環境來實施，其中任務係藉由遠端處理硬體單元來執行，該遠端處理硬體單元透過網路連結。應理解，本文描述的實施例，特別是與控制系統120相關聯的實施例，可採用諸多電腦實施操作，其涉及儲存在電腦系統中的資料。這些操作是需要對物理量執行物理操作的操作。形成實施例的一部分的本文所述的任何操作為有用的機器操作。實施例亦關於用於執行這些操作的硬體單元或設備。設備可針對特殊用途電腦特定加以構造。當定義為特殊用途電腦時，該電腦亦可執行不屬於特殊用途的其他處理、程式執行或程式，同時仍然能夠為特殊用途運行。在一些實施例中，操作可由一般用途電腦處理，該一般用途電腦由儲存在電腦記憶體、高速緩衝記憶體(cache)、或經網路獲取的一或更多電腦程式選擇性地啟動或配置。當藉由網路獲取資料時，該資料可由網路上的其他電腦處理，例如電腦資源雲。

本文描述的諸多實施例可藉由以下者實施：實例化為非暫態電腦可讀媒體上的電腦可讀代碼的製程控制指令。非暫態電腦可讀媒體是可儲存資料的任何資料儲存硬體單元，資料隨後可被電腦系統讀取。非暫態電腦可讀媒體的範例包括硬驅動器、網路附加儲存(NAS，network attached storage)、ROM、RAM、光碟-ROM(CD-ROM)、可記錄CD(CD-R)、可重寫CD (CDRW)、磁性帶、和其他光學和非光學資料儲存硬體單元。非暫態電腦可讀媒體可包括分佈在網路耦合電腦系統上的電腦可讀有形媒體，使得電腦可讀代碼以分佈式方式加以儲存和執行。

儘管為了清楚理解的目的前述揭露內容包括一些細節，但是，顯然可在所附申請專利範圍的範圍內實施某些改變和修改。例如，應理解，本文揭露任何實施例的一或更多特徵部可與本文揭露的任何其他實施例的一或更多特徵部組合。因此，本實施例應被認為是說明性的而非限制性，且要求保護的內容不限於本文給出的細節，但可在所描述實施例的範圍和等同範圍內加以修改。

102a~102b:平衡-不平衡變壓器 104:腔室 106:介電窗 108:卡盤 110:TCP線圈 111:外部線圈 112:內部線圈 114:匹配電路 116:RF產生器 118:匹配電路 120:控制系統 202:主要線圈 202a:第一連接支腳 202b:第二連接支腳 203:主要矩形導體 203a-203e:主要矩形導體 204:次級線圈 204a:第一連接支腳 204b:第二連接支腳 205:次級矩形導體 205a-205e:次級矩形導體 206:介電外殼 208a:第一側邊 208b:第二側邊 210a:側邊 210b:側邊 402~420:節點 422:感測器 601:處理器 603:儲存HU 607:輸出HU 609:I/O接面 611:I/O接面 613:NIC 615:匯流排 617:閥 619:過濾器加熱器 621:晶圓支撐結構加熱器 623:泵 625:其他裝置 627:壓力計 629:流量計 631:溫度感測器 633:感測器 635:顯示器 637:使用者輸入設備 C1~Cy:電容器 h1~h2:高度 L5:電感 r1~r2:半徑 w1~w2:寬度

結合附圖，藉由參考以下描述可更好地理解本揭露內容，其中：

圖1顯示根據本揭露內容實施例的變壓器耦合電漿(TCP)系統，其是電感耦合電漿(ICP, inductively coupled plasma)處理系統的例示性類型。

圖2A顯示根據本揭露內容實施例的平衡-不平衡變壓器的實施例。

圖2B顯示根據本揭露內容實施例之圖2A中所示之平衡-不平衡變壓器的俯視圖。

圖3A顯示根據本揭露內容實施例的沿圖2B的線A-A取得之平衡-不平衡變壓器的局部剖面圖。

圖3B顯示根據本揭露內容實施例之圖3A中所示之平衡-不平衡變壓器102a的一部分的放大局部視圖。

圖4是根據本揭露內容實施例的示意圖，其顯示電漿處理系統之RF產生器與TCP線圈110之間耦合的TCCT匹配電路的電路架構。

圖5是根據本揭露內容實施例的電漿處理系統的一部分的示意圖。

圖6顯示根據本揭露內容實施例之圖1的控制系統的例示性示意圖。

102a:平衡-不平衡變壓器

202:主要線圈

202a:第一連接支腳

202b:第二連接支腳

204:次級線圈

204a:第一連接支腳

206:介電外殼

Claims

一種平衡-不平衡變壓器，用於對一半導體腔室的一電極線圈提供功率，該平衡-不平衡變壓器包括：一主要線圈，具有一主要繞線，該主要繞線係介於一主要第一端和一主要第二端之間，該主要繞線係由一主要矩形導體所定義；以及一次級線圈，具有一次級繞線，該次級繞線係介於一次級第一端和一次級第二端之間，該次級繞線係由一次級矩形導體所定義；其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體在一隔開的方向上交錯，使得該主要矩形導體和該次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體包括用於電性連接到一匹配網路的一第一連接支腳和一第二連接支腳，其中該匹配網路耦合到一射頻(RF，radio frequency)源。
如請求項2之平衡-不平衡變壓器，其中，一電容器耦合在該主要矩形導體的該第一連接支腳和接地之間。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該次級矩形導體包括一第一連接支腳和一第二連接支腳，用於分別電性連接到該電極線圈的一第一端和該電極線圈的一第二端。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要線圈和該次級線圈係嵌入在一介電外殼中。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體的每一者的一側邊或兩側邊實質上彼此平行。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體包括沿著該主要矩形導體和該次級矩形導體之各自轉角的半徑。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，從該主要矩形導體的一側邊延伸到相鄰的一次級矩形導體的一側邊的距離係介於約2mm與約6mm之間。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體具有約16mm的高度。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體具有約4mm的寬度。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要線圈的匝數係與該次級線圈的匝數相同。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，一射頻(RF)源啟動一匹配網路，以使該平衡-不平衡變壓器能夠將高達約6,000瓦的功率傳輸到該半導體腔室的該電極線圈。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要矩形導體和該次級矩形導體之每一者的各自的側邊沿著該主要繞線的該主要矩形導體和該次級繞線的該次級矩形導體實質上是平坦的。
如請求項1之平衡-不平衡變壓器，其中，該主要線圈和該次級線圈係由C110銅材料所製成並且被鍍銀。
一種用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，包括：一處理腔室，具有一介電窗，且該介電窗定向在一基板支撐件上方；一線圈，由一第一電極線圈和一第二電極線圈所定義，該線圈定向在該介電窗上方；一第一平衡-不平衡變壓器，用於連接到該第一電極線圈，該第一平衡-不平衡變壓器包括：一第一主要線圈，具有一第一主要繞線，該第一主要繞線係由一第一主要矩形導體所定義；以及一第一次級線圈，具有一第一次級繞線，該第一次級繞線係由一第一次級矩形導體所定義；其中，該第一主要矩形導體和該第一次級矩形導體在一隔開的方向上交錯，使得該第一主要矩形導體和該第一次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰，以及一第二平衡-不平衡變壓器，用於連接到該第二電極線圈，該第二平衡-不平衡變壓器包括：一第二主要線圈，具有一第二主要繞線，該第二主要繞線係由一第二主要矩形導體所定義；一第二次級線圈，具有一第二次級繞線，該第二次級繞線係由一第二次級矩形導體所定義；其中，該第二主要矩形導體和該第二次級矩形導體在一隔開的方向上交錯，使得該第二主要矩形導體和該第二次級矩形導體之每一者的一側邊或兩側邊彼此相鄰。
如請求項15之用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，其中，該第一平衡-不平衡變壓器的該第一主要矩形導體及該第二平衡-不平衡變壓器的該第二主要矩形導體各分別包括用於電性連接到一匹配網路的一第一連接支腳和一第二連接支腳，其中該匹配網路耦合到一射頻(RF)源。
如請求項16之用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，其中，一電容器耦合在該第一主要矩形導體的該第一連接支腳和接地之間。
如請求項16之用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，其中，一電容器耦合在該第二主要矩形導體的該第一連接支腳和接地之間。
如請求項15之用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，其中，該第一主要矩形導體、該第一次級矩形導體、該第二主要矩形導體、和該第二次級矩形導體之每一者的各自的側邊實質上是平坦的。
如請求項15之用於對半導體腔室之電極線圈提供功率的系統，其中，該第一主要線圈、該第一次級線圈、該第二主要線圈、和該第二次級線圈係嵌入在一介電外殼中。