TW463532B - Method for microwave plasma excitation and reaction device thereof - Google Patents

Description

46353 2 五、發明說明u) 【發明領域】 本發明係 置，其中該微 101Ocm 基板之 【先前 由 度之氣 之反應 〔etch 程均需 到#刻 電 進化學 理，以 電 及南密 種方式 〔m i c r 〔ICP， 產生南 之離子 由基且 雖 有關於一種微波電漿激發 波電毁為南密度電策〔密 3〕，特別是運闬於處理廢氣、 電漿。 方法及其反應裝 度大於 半導體晶圓或玻璃 大面積 技術】 於電漿 體能量 而被廣 ing〕 要電漿 或鑛膜 漿除了 物質之 電漿處 漿依離 度〔大 *區分 owave Indue 密度電 密度約 其電子 然微波 的電子能量相當 ，因此，電漿常 泛應用，尤其在 、化學鍍膜〔CVD 之輔助，在不損 之目的。 可用於半導體及 合成及分解，特 理方能符合日趨 子密度大致區分 於1010cm~3 〕兩 為直流〔D C〕、 excitation 〕 ， t i v e 1 y Coupled 漿，經由大部份 略相同，但由微 平均溫度稍低。 激發之電漿因其 南’大約 用來促進 半導體及 〕或物理 及晶片線 光電產業 別是在有 嚴格之環 為低密度 類。此外 射頻〔RF 其中係以 plasma : 的研究顯 波激發之 等於具有數萬度溫 在低溫態不易達成 光電產業，如钱刻 鍍膜〔PVD〕等製 路之低溫環境下達 外，亦被.擴及至促 毒高分子之廢氣處 保要求。 〔小於1 09cm-3〕 ，電漿之產生有多 〕及微波激發 射頻電感耦合 i及微波激發方式 示此兩種產生電聚 電漿具有較多之自 離子及自由基密度高而有許 il·

第4頁 463532 五、發明說明（2) 多優點，但是目前以習知之設計激發大面積或高氣壓之電 漿，需要昂貴之高功率或可變式微波源，如美國第5，8 41， 2 37號發明專利案之裝置才能激發出電漿，由於其機構複 雜、造價昂貴及操作成本亦高導致無法被廣泛採用。 【發明目的及概要】 本發明之第一目的在於提供一種微波電漿激發方法’ 利用輔助微波源先行激發小面積之引火電漿再導入主反應 腔’使得大幅降低原本激發大面積微波電漿所需之功率^ 本發明之第二目的在於提供一種微波電漿激發方法’ _ 由於激發大面積微波電漿所需之功率能被大幅降低’使得 能廣泛運用於處理廢氣、半導體晶圓或玻璃基板等領域。 本發明之第三目的在於提供—種激發微波電.漿之裝 置，利用在主微波源之主反應腔連通至少一辅助微波源， 使得該低功率之辅助微波源能提供引火電漿至主反應腔’ 而能以一中功率之主微波源激發出大面積之電漿，達到減 少設備成本之功效。 本發明之第四目的在於提供一種激發微波電漿之裝 置’利用至少一低功率之輔助微波源及一中功率之主微波 源能激發出大面積之電漿’使得能運用於大量之廢氣處 理。 本發明之第五目的在於提供一種激發微波電漿之裝 置’利用至少一輔助微波源提供引火電漿而降低大面積電 毁之激發功率’使得當運用於半導體晶圓及玻璃基板之製 程h在連續操作下具有減少耗電之功效。

46353 2 五、發明說明（3) 本發明之激發微、、由％ ^ 至少一輔助微波源，其:^之裝置主要包含一主微波源及 主微波產生寰置及—主广忒主微波源，有—主反應腔、— 有一輔助反應腔、—絲虱體入口，而每〜辅助微波源均罝 及一引火電漿出〇，^助微波產生裝置、一輔助氣體入口 通至主微波源之主反應腔輔助微波源之引火電漿出口係連 本發明之微油Φ & 先行激發出-小面積之；;2 ::係藉由至少-辅助微波源 波源之主反應腔，再以 =水，並與反應氣體導入主微 之反應電漿，大恃降μ被波源將其教發為所需大面積 並運用於處理廢氣、發大面積電漿所需之功率， 【發明說明】 ' 今肢晶圓或玻璃基板。 請參閱所附+ 如第1圖所示，J /將本發明舉下列實施例說明·· 列舉第一實施例係依本發明之激發微波電漿之裝置而 波源i。及1助微：利=微波激發電漿之裝置包含-主微 率須小於該主微：源20，#中該輔助微波源20之輪出功 下，最佳為百；;皮源10之輸出功率較佳為百分之五十以 千瓦之間，並二十五以下，其功率為介於數十瓦至數

Union〕之規定 B U〔International kleC〇_uniCation GHz β ' g財工業用微波源之頻率一般在2, 45 本發明之主料 波產生裝置12及：波源10主要包含一主反應腔11、-主! 導入反應氣體A，、主氣體入口 13 ’其中該主氣體入口⑴ 該主反應腔11之腔壁為如石英等介電質

第6頁 46353 2 五、發明說明（4) 所製成並在主微波產生裝置12之作用下提供氣體反應空 間，該主微波產生裝置12主要包含磁控管 〔magnetron ]、隔絕器〔isolator〕、方向偶合器 〔directional coupler〕及匹配器，其中磁控管通常提 供介於300HMz至300GMz之固定電磁微波，隔絕器用以保令蔓 微波源不受反射波的影響或破壞，方向偶合器是可偵剛微 波入射功率及反射功率，匹配器則用以調解電漿源的輪^ 阻抗以減少反射功率，當上述主微波產生裝置12以2.45 J GHz頻率啟動時’在主反應腔11内透過介質常數約為4之石名 英腔壁傳遞，使得在.主反應腔11内之反應氣體可被數發為 帶電粒子密度在1011〜12 cm-3之高密度電漿。 ’ 輔助電漿源20除了其輸出功率係小於該主微波源丨〇之 輸出功率〔較佳為百分之五十以下，最佳為百分.之二十五 以下〕外’其係與主電漿源丨〇具有大致相同之構造，主要 包含一輔助反應腔21、一辅助微波產生裝置22、一輔助氣 體入口 23及一引火電漿出口 24，其中該辅助氣體入口 23可 導入反應氣體B ’該辅助反應腔21之腔壁為如石英等介電 質所製成並在輔助微波產生裝置22之作用下提供氣體反應 空間’該輔助微波產生裝置12亦包含磁控管 〔magnetron〕、隔絕器〔is〇lat〇r〕、方向偶合器 [directional c〇upler〕及匹配器，此時輔助電漿源2〇 之引火電漿出口 24係與主微波源1〇之主氣體入口 13連通。 利用上述第一實施例之微波源裝置運用處理有毒、高 分子廢氣時’首先將如氮氣或氬氣等穩定之反應氣體B經

4 6353 2 五、發明說明（5) Λ 由輔助氣體入口23導入輔助電漿源2〇之輔助反庳腔21，在 受較低功率之輔助微波產生裝置22之作用形成：：高密度電 聚’而由引火電毁由口 2 4溢流出’在與待處理之反應氣體 A如有毒、高份子廢氣等混合後，經由主氣體入口丨3導入 主電漿源10之主反應腔11，在党中功率之主微波產生裝置 1 2之作用下，該反應氣體A被激化分解為盔毒乾淨之氣 體，由於在進入主反應腔丨丨前之氣體〔反應氣體A加引火 電t〕在導入前即部分被激發成離子或自由基，故能加速 反應速度進而促進化學物質之充份反應。 利用電黎之維持功率〔sustain power〕遠小於激發 功率〔ignition power〕以及激發小面積電漿所需之功率 遠小於激發大面積電漿所需之功率之電漿特性，.首先以低 功率之電漿源2 0將反應氣體B在小面積之辅助反應腔2 1内 激發成小面積穩定之引火電漿，再與反應氣體A進入大面 積之主反應腔11内，由於引火電漿之帶電粒子將擴散至該 腔室11内，因此以一中功率之電漿源1〇即可激發出大面積 之電漿’大幅降低在大面積反應腔中所需產生電漿之微波 激發功率。 依照本發明’激發微波電漿之輔助微波源並不局限於 一組，依不同需要亦可為一組以上之設置。 如第2圖所示，係依本發明之激發微波電漿之裝置而 列舉之第二實施例，在本例中，除了具有上述之主微波源 1 0及第一輔助微波源20外，本裝置另包含第二輔助微波源 2 0 ’而該第二輔助微波源3 0之輸出功率係小於主微波源j 〇

4 6353 2 五、發明說明 並與第一輔助微波源20具有相同構造，如包含第二辅助反 應腔3!、第二輔助微波產生裝置32、第二輔：氡體入口⑶ 及第二引火電漿出口34 ’其令第二辅助微波源3〇係虚第一 輔助微波源20呈對稱之排列，使得由第二辅助反應腔31流 出之引火電漿與由第一輔助反應腔21流出之引火電漿隽聚 於主反應氣體入口 13之中心部位而與反應氣體A進入主^反 應腔11 ，使得引火電漿在腔室u中心均勾擴散而更加易於 如第3圖所示，係依本發明之激發微波電漿之裝置而 列舉之第二實施例，在本例中，本發明之激發微波電漿之 裝置與第二實施例相同具有主微波源1〇、第一輔助微波源^ 20及第二輔助微波源3〇，然而在組合上，第一輔助微波源麵 20係位於第二輔助微波源3〇之上流處而係呈上下交錯排 列’利用這樣排列’除了可使兩組流出之引火電漿集聚於 主反應氣體入口 1 3之中心部位並減少引火電漿對沖回流至 第一或第二輔助反應腔21，31之風險。 ，外’本發明之激發微波電漿之裝置除了可運用於處 理廢氣之外’更可以運用於半導體晶圓或玻璃基板之電锻 處理製程’如PVD、CVD或PECVD之鍍膜或蝕刻等，特別有 利於大尺寸之電漿處理室，如處理12吋晶圓或大面積之 璃基板。 如第4圖所示，係依本發明之激發微波電漿之裝置而 列舉之第四實施例’在本例中，本發明之激發微波電漿之 裝置包含有—主微波源1 0及一輔助微波源2 0，並裝設於—

第9頁 4 6 353 2 五、發明說明（7) 電漿處理室40内，其中主微 理晶圓5 0之電漿處理室4 〇， 之一側壁以導入反應氣體A 應至少包含一載台41及一真 主微波產生裝置1 2係裝設於 裝置12除了具有前述之構造 或電磁鐵’使得該主微波產 CECR, Electron Cyclotro 置，利用外加之磁鐵在處理 將在此磁場之作用下旋轉， 率地激發電漿，同時，該輔 頂部’可導入反應氣體β。 當操作該處理室40時， 反應氣體A、Β，如氬氣、氧 〔si lane, SiH4〕或TE0S 等 反應氣體A及B中，該反應氣 波源2 0激發為小面積之引火 波源1 0激發處理室4 〇内之氣 能夠以既有之一低功率之微 取代原本習知激發大面積電 不需特別訂製，故具有減少 此外’以第四實施例之 作處理晶圓5 0時，每一片晶 源為關閉使得處理室4 〇内之 波源1 0之主反應腔1 1係作為處 其主氣體入口 13設於處理室40 |而該處理室40依不同之製程 空泵42，此外’主微波源1 〇之 處理室4 0之側壁，主微波產生 外’較佳為另包含—永久磁鐵 生裝置12成為一電子回旋共振 n Resonance〕電漿產生裝 室40内建立磁場，電漿之電子 與微波產生共振反應進而有效 助微波源2 0係設於處理室4 0之 依各別不同之製程導入適當之 氣、四ii化碳、；δ夕烧 氣體，由於在進入處理室4〇之 體^已先行被低功率之輔助微 電漿’使得能以中功率之主微 體而成為大面積之反應電漿， 波源2 0及一中功率之微波源1 ο 衆所需之高功率昂貴微波源而 a又備成本之功效。 j数發微波電漿之裝置在連續操 圓5 0之抽換時主微波源丨〇之電 電装回復為氣體狀態而需重新

If

第10頁 4 6353 2 五、發明說明（8) ，在每一 有效大幅 具有連續 激發，此時’利用辅助微波源2 〇可常保啟動狀裝 晶圓5 0之起始運轉時能提供小面積之引火電毁^ 降低激發處理室40内大面積電級所需之功率水故 操作低耗電之功效。 综合以上實施例，顯然地本發明提供一種微波電聚激 發方法’藉由至少一輔助微波源2 〇，3 0將反應氣體B激發為 引火電漿〔小面積〕’並與反應氣體A導入主微波源丨〇之 主反應腔1 1，再以該主微波源丨〇將其激發為所需之反應電 漿〔大面積〕，大幅降低原本激發大面積電漿所需之功 率’而能運用於處理廢氣、半導體晶圓或玻璃基板。 須瞭解的是前述之較佳實施例係作為本發明之列舉說 明而非用以限定本發明，本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者在不脫 離本發明之精神和範圍内所作之任何變化與修改，均屬於 本發明之保護範圍。

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第12頁

Claims (1)

1. 4 6353 2 T0^ /y^ . ____案號89121741__f J 日 條正_ 六、申請專利範圍 【申請專利範圍】 1、 一種微波電漿激發方法’藉由至少一輔助微波源激發 出引火電漿，並與反應氟體導入主反應腔内，而由主微 波源激發出所需之反應電漿。 2、 依申請專利範圍第1項所述之微波電漿激發方法，其 中遠輔助微波源係有兩組。 3、 依申請專利範圍第2項所述之微波電漿激發方法，其 中該兩組輔助微波源係墓對稱排列。 4、 依申請專利範圍第2項所述之微波電漿激發方法，其 中該兩組輔助微波源係呈上下交錯排列。 5、 依申請專利範圍第1項所述之微波電漿激發方法，其 中該引火電漿係先與反應氣體混合後方導入主反應腔 内0 6、 依申請專利範圍第i或5項所述之微波電漿激發方法， 其中該反應電漿係用以處理廢氣。 7、 依申請專利範圍第1或5項所述之微波電漿激發方法， 其中該反應電漿係用以處理爭導體晶圓或玻璃基板。 8、 一種激發微波電漿之裝置，主要包含： 一主微波源’具有一主反應胶、一主微波產生裝置及一 主氣體入口；及 至少一辅助微波源，每—辅助微波源均具有一輔助反應 腔、一輔助微波產生裝置、〆輔助氣體入口及一引火電 漿出口； 其中每一輔助微波源之引火電漿出口係連通至主微波源

   第 13 頁 2001.08. is. 〇13 463532 _案號 六、申請專利範圍 89121741 曰 修正 之主反應腔。 9、 依申請專利範圍第8項所述之激發微波電漿之裝置， 其中每一輔助微波源之引火電漿出口係與主微波源之主 氣體入口連通。 10、 依申請專利範圍第8或9項所述之激發微波電漿之裝 置，其中該輔助微波源係為兩組之設置。 11、 依申請專利範圍第1 〇項所述之激發微波電衆之裝 置，其中該兩組輔助微波源係呈對稱排列。 12、 依申請專利範圍第10項所述之激發微波電裂之裝 置，其中該兩組輔助微波源係昱上下交錯排列° 13、 依申請專利範圍第8或9項所述之激發微波電衆之裝 置，其中該輔助微波產生裝置之輸出功率為主微波產生 裝置之輸出功率之百分之五十以下。 14、 依申請專利範圍第8或9項所述之激發微波電浆之裝 置，其中該輔助微波產生裝置之輸出功率為主微波產生 裝置之輸出功率之百分二十五以下。 15、 依申請專利範圍第8或9項所述之激發微波電聚之裝 置，其中該主微波產生裝置係為電子回旋共振〔ECR〕 電漿產生裝置。

   第14貢 2001.08.15.014