TW480900B - Method for igniting a plasma inside a plasma processing reactor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480900 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明係有關半導體積體電路（I C )之製造。更明 確言之，本發明係有關用以點燃電漿處理室內之電漿之改 良之方法及裝置。 / 在半導體基礎之產品，例如平面板顯示器或積體電路 之製造期間中，可使用多次沉積及/或蝕刻步驟，沉積材 料於基體表面上（諸如玻璃板或晶片）。反之，可使用蝕 刻來選擇性移去基體表面上預定區中之材料。 有許多方法可用以鈾刻基體表面，其一方法爲電漿蝕 刻。在電漿蝕刻中，由處理氣體之電離及分解產生電獎。 然後加速正電荷離子朝向基體進行，在其中驅動蝕刻反應 〇 一特別之電漿蝕刻方法使用一電感源來產生電漿。爲 產生電漿，輸入處理氣體於電漿反應室中。然後使用R F 電源供應電力於電感線圈上，並產生大電場於該室內。電 場加速室內之少數電子，使其與氣體分子碰撞。此碰撞導 致放電或電漿之電離及發起。處理氣體之中性氣體分子接 受此強電場時喪失電子，留下正電荷離子。此等電子由電 感線圈所產生之電場加速，並與其他中性分子碰撞，導致 放出更多之電子。此產生電漿分裂及電漿點燃。 爲便於討論，圖1 a顯示先行技藝之電感電漿處理反 應器1 0 〇。普通電感電漿處理反應器包含一室1 〇 2 , 具有天線或電感線圈置於介質窗1 1 2上。一基體1 1 4 置於卡盤1 1 6上。卡盤1 1 6置於室1 〇 2之底部。當 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) --------訂---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 480900 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 ) R F電力供應於電感線圈1 1 0上時，產生一掁盪磁場 1 1 8。此掁盪磁場1 1 8感應產生電流1 2 0，具有電 漿在室1 2 0內及介質窗1 1 2下方。電流1 2 0在與電 感線圈中之電流相反之方向上流。該電流方向由電感線圈 1 1 0及電流1 2 0內之X及點表示。 普通當RF電力供應於電感線圈1 1 〇上時，介質窗 1 1 2及真空室柱至電接地之表面間發生電壓降。此電壓 發動電漿分裂。自由電子普通由循環之電流1 2 0加速至 高能量。電子在交替之方向（視電源之R F而定）上加速 。加速之電子與其他中性分子碰撞，產生更多之電子及正 電荷離子。一旦自由電子之產生率超過其喪失率時。電漿 點燃。 如精於本藝之人士可明瞭，有許多不同型式之構造， 用於電感電漿處理反應器上，且其作用構想相似。例如， 圖1 b另顯示一電感電漿處理反應器，其中，線圏置於室 壁周圍。電感電漿處理反應器200包含一室202，具 有天線或電感線圈2 1 0置於皺2 0 2周圍。一基2 1 4 置於卡盤2 1 6上。卡盤2 1 6置於室2 0 2之底部上。 如以上圖1 a所述，當R F電力供應於電感線圈2 1 0上 時，產生一掁盪磁場2 1 8。此掁盪磁場2 1 8感應應產 生一電流2 2 0於室2 0 2內之電漿內。電流2 2 0在與 電感線圈之電流相反之方向上流。電流方向由電感線圈 2 1 0及電流2 2 0內之X及點表示。 如室內之壓力低，電漿普通難以點燃。在此情形之期 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ " (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝

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480900 A7 B7 五、發明說明（3 ) 間中，電漿內之電子具有長平均自由徑路，且在電子喪失 於室壁上之前，可能未與足夠之分子碰撞。此使電漿之點 燃非常困難。縮短電子之平均自由徑路增加碰撞數，此產 生鏈鎖反應，維持電漿。電子之平均自由徑路可由增加室 內之壓力來縮短。 改變壓力有其缺點。例如，蝕刻之最佳情況可爲在低 壓力上。故此，如增加壓力來點燃電漿，則不滿足蝕刻之 最佳情況。可實施一二步驟之方法，以解決此問題，即在 電漿在高壓力下點燃後降低壓力。在理論上，此似乎可行 ，但此需用有限量之時間來改變壓力自高至低。在此期間 中，在基體存在之期間中，電漿環境改變，此會產生不需 要及/或不可預期之蝕刻結果。 而且，如電感線圈上之電壓太低，則電漿難以點燃。 在此情形，電子不加速至充分高之能量來發生點燃。增加 電壓增加電子之能量，此導致室內更多電離。 增加R F功率來增加電感線圏之電壓具有其限制。增 加R F功率會使匹配網路中之電及機械組成件受損或過度 磨損，並施加額外電應力於R F電源系統之其他組成件上 。而且，如蝕刻處理需要壓力保持於低壓力範圍’則此時 不能獲得足夠高之電壓來點燃電漿。實施二步驟方法使用 高電力程度來點燃電漿，及降低電力來蝕刻具有上述問題 ，即基體存在之期間中電漿環境改變。如上述’此情況之 改變會產生不需要及/或不可預期之結果。 鑒於上述，需要改良之方法及裝置’用以點燃電漿處 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂--------

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 480900 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 ) 理反應器內之電漿’而不改變較佳之工作情況，諸如壓力 及功率。 發明槪要 在一實施例，本發明係有關用以處理基體之電漿處理 反應器。該電漿處理反應器包含一處理室。電漿處理反應 器另包含一電感線圈，構造連接至具有R F頻率之一 R F 電源，其中，電感線圈產生電場於處理室內。電漿處理反 應器另包含一磁場產生;裝置，構造用以產生磁場於處理室 內之電場鄰近。 在另一實施例，本發明係有關用以處理處理室內之基 體之電漿處理反應器。該電漿處理反應器包含用以產生電 場於電漿處理反應器之處理室內之裝置。電漿處理反應器 另包含置於處理室外，用以產生磁場於處理室內之電場鄰 近之裝置。電漿處理反應器另包含連接至磁場產生裝置， 用以控制磁場之發動之裝置。 在又另一實施例，本發明係有關在電漿處理反應器中 ，用以點燃處理室內之電漿之方法。該方法包括提供一電 感線圈。該方法另包括連接一 R F電源至電感線圏，以提 供R F電力至電感線圈，從而產生電場於處理室內。該方 法另包括提供一磁場產生電漿處理反應器置於處理室外， 磁場產生電漿處理反應器構造用以產生磁場於處理室內之 電場鄰近。該方法另包括由磁場產生電漿處理反應器產生 磁場，以促進處理室內之電漿點燃。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 F1裝 訂---------· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480900 附件：第88120076號專利申請案中文說明書修正本: 民國90年11月呈 五、發明説明（5)

TP 倐正 補充 附圖簡述 本發 編號指相 圖1 圖1 理反應器 圖2 室內之先 圖2 D C磁場 槪要圖。 圖3 漿處理反 於閱讀以下之詳細說明及附圖後，可明瞭本發明之此 等及其他優點。 明以實例圖解，而非限制，各附圖中相同之參考 似之元件，且其中： a爲先行技藝之電感電漿處理反應器之槪要圖。 b爲具有另一電感構造之先行技藝之電感電漿處 之槪要圖。 a爲具有本發明所加之用以產生D C磁場於處理 行技藝之電感電漿處理反應器之槪要圖。 b爲具有另一電感構造及本發明所加之用以產生 於處理室內之先行技藝之電感電漿處理反應器之 顯示含有電螺管置於較宜位置上之圖2之電感電 應器之頂視圖。 --------衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^ 元件對照表 3 0 0 電感電漿處理反應器 3 0 2 室 3 1 0 電感線圈 3 1 2 介電窗 3 1 4 基體 3 1 6 卡盤 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 00 09 8

五 發明説明（6) 18 掁邊磁場 2 0 電流 2 4 電螺管 2 8 D C磁場 3 0 D C電源 3 4 電子 3 2 3 6 磁場線 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 較佳實施例之詳細說明 現參考附圖所示之少數較佳實施例，詳細說明本發明 。在以下說明中，列出若干特定細節，以便澈底明暸本發 明。然而，精於本藝之人士明暸本發明可不用一些或所有 此等特定細節來實施。在其他情形，並不詳細說明熟悉之 方法步驟，俾不致掩蓋本發明。 依據本發明之一方面，由引進磁場於處理室內，達成 改良在低壓上點燃電感電漿處理反應器內之電漿。普通難 以在低壓上點燃電漿。如前述，電子在低壓上具有長平均 自由徑路，且較不易與分子碰撞。不與分子碰撞之電子普 通撞擊室壁且復合，致難以點燃電漿。由引進磁場於處理 室內，電子暫時由Lorenz力捕捉，並繞磁場之場線螺旋進 行。螺旋進行之電子增加其駐留於室內之時間，從而增加 與中性氣體分子碰撞之機會，以開始鏈鎖反應，此點燃電 漿。 在另一實施例中，磁場僅用以協助電漿點燃。爲維持 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣. *11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -9 - 480900 A7 B7 轉修正 / .一 一 一 1 爲 五、發明説明（7) 電漿之穩定，一旦電漿點燃，宜即時關掉磁場，以防止對 蝕刻處理發生不利影響。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據本發明之另一實施例，磁場宜置於由電感線圏所 產生之電場鄰近。處理室內之大部份關聯電子位於電場區 中。故此，可由磁場之策略性置於此區中，影響更多之電 爲便於討論本發明之特色及優點起見，圖2 a顯示一 電感電漿處理反應器，具有本發明所加之磁場產生裝置， 諸如電螺管。電感電漿處理反應器3 0 0由室3 0 2構成 ，具有天線或電感線圈310置於一介電窗312上。一 基體314置於一卡盤316上。卡盤316置於室 3 ◦ 2之底部。當RF電力供應至電感線圈3 1 0上時， 產生一掁盪磁場3 1 8。此掁盪磁場3 1 8感應產生電流 3 2 0於該室3 0 2內及介電窗3 1 2下方。以與有關圖 1 a及1 b所討論之類似方式，電流3 2 0在與電感線圈 中之電流相反之方向流。該電流方向以X及點表示於電感 線圏3 1 2及電流3 2 0內。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 當RF電力供應至電感線圏3 1 0中時，一電壓降發 生於介電窗3 1 2及真空室柱至電接地之表面間。此電壓 發動電漿分裂。自由電子普通由循環之電流3 2 0加速至 高能量。電子在交替之方向（視電源之R F而定）上加速 。加速之電子與中性分子相互碰撞，產生更多之電子及正 電荷離子。一旦自由電子之產生率超過其喪失時，電漿點 燃。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） -10- 480900

五、發明説明（8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一電螺管3 2 4置於室3 0 2外。電螺管3 2 4宜在 電感線圈3 1 0之高壓點附近。電螺管由一 D C電源 3 3 0感應產生一 DC磁場3 2 8。在一實施例中，DC 電源3 3 0提供D C電壓，此產生適於促進電漿點燃之磁 場，例如約2 0 0伏D C功率。D C磁場3 2 8存在於室 3 0 2內之區3 3 2中，如所示，以暫時捕捉電子3 3 4 ’並使其沿D C磁場3 2 8之磁場線3 3 6上螺旋進行。 由於電子在區3 3 2中花費更多之時間，故在復合於室壁 上之前，更可能與中性分子碰撞。此大爲增加在低壓及/ 或低電感電源上點燃電漿之可能性。 加速之電子普通與中性分子碰撞，產生更多之電子及 正電荷離子，發動放電。此時不再需要在區3 3 2中之 D C磁場3 2 8。電漿分裂發生及電漿點燃。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 如精於本藝之人士可明瞭，電感電漿處理反應器有許 多不同型式之構造，且可由設置磁場產生裝置於自由電子 開始產生之位置鄰近，方便電漿點燃。例如，圖2 b另顯 示圖1 b所示之電感電漿處理反應器，具有本發明所加之 一磁場產生裝置，諸如一電螺管。 在圖2 b中，電螺管4 2 4置於室4 0 2外。電螺管 4 2 4宜置於電感線圏4 1 0之高壓點處。當然，此高壓 點隨電感線圈之不同設計而改變，且可由精於本藝之人士 由試驗或計算容易決定。電螺管由D C電源4 3 0感應產 生一DC磁場428。在本實施例中，DC電源43 0工 作於適合產生可促進電漿點燃之磁場之電壓，例如約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐] ~ " -11 - 480900 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明θ ) 2〇〇伏。DC磁場428存在於室428內之區432 中。D C磁場4 2 8暫時捕捉電子4 3 4，使其繞徑路 4 3 0螺旋進行，以增加電子之駐留時間，促進開始連串 引起電漿點燃。 在較宜之實施例中，室內之磁場由電螺管感應產生。 電螺管宜由約2 0 0伏D C提供電力，並產生約2 5至 5〇0高斯間之磁通。然而，磁通宜保持儘量低，同時仍 維持足夠高之磁通來點燃電漿。而且，注意實際之D C電 壓位準可視需要變化至能有效產生足夠強之磁通之程度， 以點燃電漿。低功率磁通較宜，因其對處理產生最少量之 干擾。而且，本發明並不限於由電螺管產生磁場，可使用 能產生有效之磁場，以點燃特定電漿處理反應器中之電漿 之任何裝置（例如，能實際提高電漿點燃之永久磁鐵） 如所述，D C磁場之位置宜鄰近電漿處理室中電子由 電感線圈之高電壓開始加速之區。磁場產生裝置（諸如電 螺管）更宜置於可使磁場鄰近由感應線圏所產生之電場之 處。此仍由於開始產生之大部份電子傾向集中於電場區中 。磁場產生裝置甚至更宜置於可使由其所產生之磁場與電 漿處理室內電場線最高集中之區重合之位置。 例如，磁場產生裝置可置於電感線圈之相鄰圈之間， 俾當施加電力於磁場產生裝置時，使充分高數目之電子曝 露於磁場中。然而，亦可置磁場產生裝置於其他位置，諸 如線圈頂部，或鄰近線圏之一些位置。 圖3爲頂視圖，依據本發明之一實施例，顯示一電螺 (請先閱讀背面之注意事項 裝--- •項寫本頁) 訂---------, 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 480900 A7 ______-_ B7 五、發明說明（10 ) 管3 2 4與前有關圖2 a所討論之電漿處理反應器之電感 ’τ泉圈3 1 0相g之鄰近位置。注意電感線圏3 1 〇並非需 爲平面形’且可採取其他非平面形狀。在圖2 a之電漿處 理室’磁場產生裝置可同樣置於與電感線圈相對之位置， 以促進電漿點燃（例如，在相鄰線圈之間或線圏頂部）。 如所述’由磁場產生裝置所產生之磁場宜在電漿點燃 發生之後關掉，以降低磁場對處理之影響至最低程度。普 通可使用任何方便方法，包括例如光發射偵測，感測匹配 網路中之反射電力等，執行電漿點燃之偵測，以關掉磁場 產生裝置。 注意雖較宜之實施例構想所產生之磁場需充分強，以 促進漿點燃，而無需升高室內之壓力或頂電極之功率，但 亦可使用本發明之點燃技術，以降低而非消除升高室內壓 力及/或頂電極之功率之需要。例如，磁場之存在可增加〜 電子之駐留時間及碰撞之可能率，俾僅需稍爲增加室壓力 及/或稍爲增加頂功率程度即可。 雖以若干較佳實施例說明本發明，但在本發明範圍內 ’可作更改，變換等。且應注意有許多其他方法可實施本 發明之方法及裝置。故此，後附之申請專利範圍應解釋爲 包括在本發明之真正精神及範圍內之所有更改，變換等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -13 - (請先閱讀背面之注音？事項^:寫本頁) i —訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 480900

   (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國90年11月修正 1.一種用以處理基體之電漿處理反應器，包含： 一處理室； 一電感線圈，構造連接至具有R F頻率之R F電源， 其中’電感線圈產生電場於處理室內；及 一磁場產生裝置，構造用以產生磁場於處理室內，鄰 近該電場，該磁場有效促進在該處理室內的電漿點燃·，該 磁場被致動以點燃該電漿，且在該電漿在該處理室中被點 燃後被解除。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，該RF頻率約爲13 · 5MHz。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器，· 其中，磁場產生裝置爲電螺管；電螺管由約2 0 0伏D C 電力供應電源。 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 4 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，磁場具有磁通在約2 5至約5 0 0高斯之範圍。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，僅在足以點燃處理室中之電漿之期間接通磁場產生 裝置。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，當處理室內之電漿點燃時，磁場關掉。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 本紙ifc尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ ^ · 480900 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中，磁場產生裝置置於電感線圈之相鄰環之間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 .如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，當磁場產生裝置接通時，R F電源設定於適合處理 之程度。 9 .如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器， 其中，當磁場產生.裝置接通時，電漿處理反應器內之皺壓 力設定於適合處理之程度。 1 〇 .如申請專利範圍第1項所述之電漿處理反應器 ，其中，磁場具有有效促進電漿處理反應器內之電漿點燃 之磁場強度。 11.一種用以處理處理室內之基體之電漿處理反應 器，包含： 用以產生電場於電漿處理反應器之處理室內之裝置； 置於處理室外，用以產生磁場於處理室內之電場鄰近’ 之裝置，該磁場有效促進在該處理室中的電漿點燃，該磁 場被致動以點燃該電漿，然後當該電漿在該處理室中被點 燃後被解除；及 經濟部智慧財產局员工消费合作社印製 連接至磁場產生裝置，用以控制磁場之發動之裝置。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，用以產生電場之裝置爲一電感線圈，連接至 R F電源。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，用以產生磁場之裝置爲一電螺管，連接至DC 電源。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 480900 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 4 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，在處理室內之電漿點燃之期間中，磁場具有磁 通在約2 5至約5 0 0高斯之範圍。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，該發動裝置僅在足以點燃處理室內之電漿之期 間中接通磁場。 1 6 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，當處理室內之電漿點燃時，該發動裝罝關掉磁 場。 1 7 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，用以產生磁場之裝置置於用以產生電場之裝置 鄰近。 1 8 .如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，當處理室內有磁場來促進電漿點燃時，用以產 生電場之裝置設定於適合該處理之程度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 9 ·如申請專利範圍第1 1項所述之電.漿處理反應 器，其中，磁場具有可有效促進處理室內之電漿點燃之強 度。 2 0 .如申請專利範圍第1 1項所述之電漿處理反應 器，其中，當處理室內有磁場來促進電漿點燃時，處理室 內之室壓力設定於適合處理之程度。 2 1 . —種在電漿處理反應器中用以點燃處理室內之 電漿之方法，包括： 提供一電感線圈； ^紙張尺度適用中國國家梂率（CNS > A4規格（210X297公釐） 〇 480900 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 連接一 RF電源至電感線圈，以提供RF電力至電感 線圈，從而產生電場於處理室內； 提供一磁場產生裝置置於處理室外，磁場產生裝置構 造用以產生磁場於處理室內之電場鄰近；及 由磁場產生裝置產生磁場，以促進處理室內之電紫點 燃。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， RF電力具有約13 . 5MHz之RF頻率。 2 3 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 磁場產生裝置爲一電螺管，連接至D C電源。 2 4 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 磁場具有磁通在約2 5至約5 0 0高斯範圍。 2 5 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 僅在足以點燃處理室內之電漿之期間，磁場產生裝置方接· 通。 2 6 ·如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中， 當無需磁場來維持處理室內之電漿點燃時，磁場關掉。 2 7 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 磁場產生裝置置於電感線圈之相鄰環之間。 2 8 _如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 當磁場產生裝置接通，及處理室內有一磁場來促進處理室 內之電漿點燃時，R F電源設定於適合處理之程度。 2 9 .如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 當磁場產生裝置接通，及處理室內有磁場來促進處理室內 本紙張尺度適用中國國家梂率（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tT 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 -4- 480900 A8 B8 C8 六、申請專利範圍 之電漿點燃時，電漿處理反應器內之室壓力設定於適合處 理之程度。 3 0 .如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中， 磁場具有可有效促進電漿處理反應器內之電漿點燃之磁場 強度。 3 1 · —種磁場產生裝置，被設置以在一位於一處理 室中的電場附近產生一磁場，該磁場在該處理室中有效促 進電漿點燃，該磁場被致動以點燃該電漿，然後當該電漿 在該處理室中被點燃後被解除。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -'5 經濟部智慧財產局A工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） _ 5 -