TWI222097B - Plasma processing apparatus - Google Patents

Description

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本申請案主張2 0 0 0年6月1 第200 0-300 50號之權益，在

曰提出申請的韓國專利申請 此以參考方式併入本文中。 【發明背景】 本發明係關種電漿處理。特別是關於—種電浆處 ::備，其具有一個非常高頻平行天線，產生處理大型基 板用的電感耦合電漿。 I趾技術討論 在製造半導體晶圓與平面顯示器範圍中，表面處理方 =如乾式蝕刻、化學氣相沈積與濺鍍作用係使用電 圓盥巫年來：？了達到更低成本與更高產出，該半導體晶 於言、二Γ顯不器古傾向於更大尺寸。該半導體晶圓特別傾向 ',^於3 0 〇笔米者。因此，電漿處理設備隨之改變， 便適用於新穎與不同晶圓與顯示器面板。 此裳ί ί漿的ί法分成二極體型、微波型與射頻波型， 制。、=使用南頻功率。不過，其具有某些問題與限 根據該二極贈刑，m 1 k t 愿 二 ^ ^ 因為該二極體型設備難以控制南電 小圖型且而要南壓氣體’所以製圖處理期間’無法製成微 :波型丨中一種的電子迴旋加速器共振（ECR) t ’即使在較低翕辦厭 過，评雜痛尸r力之下，該電漿密度仍會增加。不 t&理室内的電漿密度的均勻度，當電漿數量 1222097 五、發明說明（2) 增加時，這種現象更明顯。 根據相當於射頻（RF)波型其中一種的螺旋 常稱為電感耦合電漿型，產生少量電漿時，，^，其通 與電磁場的相互反應、，以及藉由*處理室内激二=電場 質，獲得具有高密度的電漿均勻度。不過，介 時，此種螺旋波型設備亦具有密度分佈不二電漿 外，因為習用電漿處理設備使用射頻（RF)功的，此 具有降低該電漿之電子溫度的限制。 乂種没偫 理設Γ中’詳細參考顯示於附圖之習用電感轉合電聚處 圖1係顯示習用電感耦合電漿處理設備的略 所示’該電漿處理設備10廣泛地包括真空 分如圖 電源部分。該真空器皿部分包括產生電漿1::^頻 供應處理氣體的氣體管路8、排出真空室 ， 真空杲20，以及廢氣管路18。氣體管路8位於^ =體的 半部分，而廢氣管路18位置真空室u下半部分广？上 與廢氣管路18經由真空室丨丨相通。 異二栗20 此外，夾盤14通常排列在真空室u内部底部， 固定晶圓或基板16用之構件。在真空室n 2為 盥直以Λ在其上…線4。因為該咖 至11中所形成電漿12之間的電容耦合，所以絕 緣板6有助於藉/電感轉合將該高頻功率轉變成電=絕 在外，該咼頻電源部分包括與天線4連接之古 電源2，以及與夾盤14連接之第二高頻電源22。該第：= 1222097

將頻率低於2"Hz的射頻⑽功 下文將說明該電製處理設備i 〇如何產生電裝 首先，，真空果20將真空⑼抽真空。其；，通過氣 體管路8，將s亥電漿用的處理氣體供應到真空室丨丨内，並 保持預定壓力。然後，該第一高頻電源2將頻率為丨3 56 MHz的射頻（RF)功率供應到天線4。此時，視所供應之心功 率而定，產生一種改變電磁場，其與天線4垂直方向可 著時間改變。該改變電磁場在天線4之下感應一電場。該 感應之電場實質上呈同心，而且以周圍方向運轉。必須注 意的是，由該電場以及該處理氣體内之中性粒子碰撞，以 周圍方向加速電子，使該氣態粒子離子化，因此形成一種 電衆，諸如離子或基團。同時，以第二高頻電源22施加於 夾盤14的高頻功率控制投射到晶圓或基板16的入射離子能 量。 圖2 A係顯示習用技術之電感耦合電漿處理設備中所使 用的RF功率施加設備的結構略圖。如圖所示，線圈天線4a 與阻抗匹配箱（I,MB)3a串聯，然後阻抗匹配箱（IMB)3a 連接於該高頻電源2a。在該結構中，因為串聯線圈天線4a 的各個繞組（例如，a_b、b-c、c-d或c-e)與天線4a的其他 繞組串聯，所以電流強度均勻流經該串聯線圈天線4a。不 過，在此種習用結構情況之下，很難控制該電感電場分 佈。該真空室中心的電漿密度變高，而接近該真空室内壁 的電漿密度下降。這是因為真空室内壁離子或電子損失之

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因為繞組(’Λ難使圖=内的電漿密度保持均句。此外， 所以相關問題係 c c d或d-e)彼此串聯， 對該電漿之電感柄合效應。因此’因 而且難以保持電漿均勻度。 電力扁耗增加， 圖2Β係顯示圖以相同電 頻電源2a之高頻功率徂庙$丨々圃如U所不，將來自高 線圈天線4a的繞組（卽，^ 抗1 Z2、Z3或4。因為 沉、且、即，a一b、b-c、c-d血d-Μ虫甘絲a上/ 串聯的阻抗大於祐 m L ϋ αe)串聯之故， ® 1 、並聯。因此，排列在天線4盥真办宮1 ! + 圖1絕緣板6會受到電㈣壞β 〃真工ill之 ^ ^ κι f ^ ^ ^ ^ ^ t t 4 ^ 一 览 備的略圖。如同所示，該設備包括第 :目=與第三高頻電源2b、2c與2d。膽功率供應設備 '、具有第一、第二與第三分隔之天線4b、4c與4d，其形成 環形。该第一高頻電源2b經由第一阻抗匹配箱3b與第一天 線4为4b連接；第二高頻電源2c經由第二阻抗匹配箱3c與 第二天線部分4c連接；而第三高頻電源2d經由第二阻抗匹 配箱3 d與第二天線部分4 d連接。 圖3所示之該天線部分型電漿處理設備具有一個技術 性問題’即’很難均勻產生電漿。換言之，接近每個天線 部分4b、4c與4d之電漿密度高，但是圖1之真空室11核心 部分的電漿密度低。因此，很難達到電漿均勻度。肇因於 這個問題，所以幾乎無法用於大型基板。此外，因為這種

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第10頁 1222097 五、發明說明C5) 設備的各個天線部分需要個別電源，所以成本變得軚高， 而立需要個別阻抗匹配箱，用以有效率使用該功率以及用 以匹配阻抗。 如上述’因為習用電感耦合電漿處理設備具有高阻抗 值之串聯線圈天線，所以無法使用頻率大於2〇 MHz的高頻 電源。 【發明概述】 因此，本發明有關一種電感耦合電漿處理設備，其實 質f免才目關技術之限制與缺點所導致的一或多個問題。 其使用：種題，本發明提出-種電衆處理設備， 其使用種句句雄、度電聚處理大型基板。 本發明其他目的筏担山_ A圃宏暑，、，收的係k出一種電聚處理設備，其可調整 土本發明#低該電漿溫度，以及提高該處理選擇比。 於美板上之層的^的係提出一種電漿處理設備，藉由其對 Ϊί板上之層的兩度韻刻選擇性，可用於電漿乾式㈣處 本發明另外特性與優點什认

暸解一部分，或者可囍述於下列說明中，由該說明可 書、其申請專利範^藉由進行本發明而得知。藉由該說明 並達到本發明目‘盥：：：圖特別指出的結構，將可體認 j /、丹他優點。 為了達到此等與其# θ μ 體並且廣義地發明一種，以及根據本發明目的，具 室，於其中產生大量理設備，其具有-個真空 $感輕合電漿，該電漿處理設備包

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括丄第一非常高頻 常高頻功率；以及 一非常高頻電源對 一天線；其中該真 線部件產生電感耦 電源，其提供頻率 數個彼此並聯的天 彼施加非常高頻功 空至具有一個反應 合電漿。 為20至300 MHz的非 線部件，並且由該第 率，該天線部件包括 空間，在該處由該天 該天線部件之一具有至 f少一個可變負載的天線部 可變負面係一種可變電容器 少一個串聯的可變負載。具有 件係位於該天線外部部分。該 -種電漿處理設備另外包括一個阻抗匹配箱，其分別

=非常高頻電源及該天線連接。該並聯天線部件保持彼 ，、振狀態。一種電漿處理設備另外包括一個在該真空室 :土盤用以將固疋晶圓於其上。一種電漿處理設備另 it第二非常高頻電源，其將頻率為2〇至30 0 MHz的非 常南頻功率供應到該夾盤。

本發明較佳實施例另外提出一種射頻（RF)功率供應設 備，包括：一個非常高頻電源，其供應頻率為2〇至3〇〇 MHz的》非常高頻功率；一個與該非常高頻電源連接之阻抗 匹配箱；以及數個彼此並聯的天線部件；其中此等天線部 件包括天線；而且其中各個天線部件具有至少一個可變^ 容器與線圈天線。 須明白，前文概述與下列詳細說明係用以示範及說 明’而且希望提供如主張之本發明的更進一步說明。 【較佳實施例之詳細說明】

第12頁 1222097 五、發明說明（7) 茲將詳細説明附隨的圖式所示之本發明實施例。不論 何處，所使用的相同參考數字指示相同或類似的元件。 圖4係說明本發明電感耦合電漿處理設備的略圖。雖 然圖4與圖1相似，但是該RF功率供應設備與圖1所述之習 用技術結構不同。

如圖4所示，該電漿處理設備100大致包括一個真空器 皿部分與一個非常高頻電源部分。該真空器皿部分包括一 個產生電漿112的真空室110、供應處理氣體的氣體管路 108、排放真空室110内殘留氣體的真空泵12〇，以及廢氣 管路118。氣體管路108位於真空室11〇上半部分，而廢氣 管路118位置真空室110下半部分。真空泵12〇與廢氣管路 11 8經由真空室11 〇相通。 此外，夾盤114通常排列在真空室110内部底部，並作 為固定晶圓或基板11 6用之構件。在真空室丨〗〇頂部，安裝 絕緣板106，以便在其上放置天線1〇4。因為該絕緣板1〇6 減少介於天線104與真空室110中所形成電漿112之間的電 容耦合，所以絕緣板1 〇 6有助於藉由電感耦合將該非言 頻功率轉變成電漿112。 同

此1，該非常高頻電源部分包括與天線丨〇4連接之 一非常高頻電源102，以及與夾盤丨14連接之第二 率為20至300 MHz的射頻（RF)功率供應到天線丨〇4與 114。猶後將說明該非常高頻功率的優點，但是因為產生 該電漿的系統與前述習用技術相同，所以省略其說明產 五、發明說明（8) 圖5A係顯示圖4之本發明第—會 示，天線11 4包括並聯之第一、第-構的j略圖。如圖所 件。該第一天線部件包括一個具一、第二與第四天線部 線A-B ;第二天線部件包括一個、具串聯可變負載的線圈天 天線C-D ;第三天線部件包括一個聯可變負載的線圈 圈天線E-F ;第四天線部件包括一個有串聯可變負載的線 載的線圈天線G-Η。圖5當中，以开有一個串聯可變負 變負載。阻抗匹配箱1 03位於第—β ‘ f古容器1 05表示該可 天線部件之間。各個天線部件的 南頻電源1〇2與每個 電容器105，其在天線部件之間變負載係例如一個可變 件的數量可視該電漿處理設備所需、生蜇x狀態。該天線部 圖5_示圖5A相心：：圖需性=變。^ 部件的線圈天線繞組可包括 圖所不，各個天線 由包括相同電阻與相；；-或7雙重7繞組’而且可 圈天線的繞組。假如』=Zl I I或W示該線 部件的相η阳調整變電容器105 ’使各個天線 成為零，會保持該共振狀態。因 天綠部件的雷：變電谷器1 〇5，肖共振狀態使得流過每個 該天電；度相同。因此，可由上述方法增加流過 傳送Ϊ句話說，先測定可變電容器105的電容，以便控制 線圈天=線104之能量。其次，調整電容器105的電容，使 抗與嗲保持共振狀態。然後，藉由匹配天線1 〇4阻 、”非常兩頻電源1〇2，自該非常高頻電源1〇2所施加之 1222097

五、發明說明（9) 射頻能量很容易傳送到該真空室的電漿。此外，鑒於匹配 該阻抗，提高該電漿均勻度。根據本發明原則，即使天線 1 04保持共振狀態，仍可改變該天線部件的數量。因為每 個天線部件包括該可變負載，所以可藉由控制罝安裝在兩個 天線部件内的可變負載，控制流到這兩個天線部件之電流 比。此外，可使用其他天線以誘發該電路中之共振狀態: 根據本發明，安裝該具有共振狀態的天線部件了 ^作^天 線1 04的外部部分，而且安裝其他天線部件，並作為天線 1 04的内部部分。因此，在整個天線丨〇4中很容易達到能量 泊匀磨。 圖6A係顯示圖4之本發明第二實施例電感耦合電漿處 理設備中所使用之RF功率施加設備結構的略圖。而圖’6b係 顯示圖6A相同電路的圖。如圖所示，雖然圖6人與讣分別與 圖5A與5B相似，但是第二實施例中可省略該可^負&，諸 如該可變電容器。 、 根據上述之本發明較佳實施例，因為該電漿處理設備 使用非常高頻並聯天線產生電感耦合電漿，雖然加強施加 於該天線的功率頻率，但是不會發生阻抗匹配問題。因 此，可以將頻率為20 MHz至300 MHz的非常高頰功率施加 於該天線，因此產生電子溫度低之高密度電漿。換古之' 該電子溫度可控制在1· 5 ev至2· 5 eV，因此，可以&最 條件下離子化該處理氣體。 圖7係一顯示頻率與電子溫度之間關係的線圖。如圖 所示，雖然施加於該電漿的功率頻率變高，但是該電°敷的

第15頁 1222097 五、發明說明（ίο) 低2言之’該電子溫度(eV)與頻率⑽z)位 於相反邻为。因此，因為本發明之電漿處理設備採用該 常高頻$聯天線產生電感麵合電漿’所以雖然對該電漿施 加的功率頻率為20 MHz至300 MHz，但是报容易匹配阻 抗。此外，很容易將該非常高頻功率傳 降低該電子溫度。 电水U ^ 圖8A係一顯示將頻率為13·56 〇2而且功率 η 射頻功率施加於習用電感麵合電裝處理 / ;8究顯示之;V電?之 Π:顯示將頻率為1〇〇 MHz而且功率為2 Μ的非 心==於ί發明電感麵合電漿處理設備天線時之 ^2者特:if 與圖U之線圖相較，當真空室之壓力保 持2毫托耳時，該電漿之電子溫度為2 “。 ” 參考圖8A與8B，將頻率為1〇〇 MH^ ^ ^ ^ ^ 加於該天線時，因為該電喂之電子、”之/吊：頻功率施 外’根據此等實施例，因為因 = ί:ί:: = ί】漿之非常高頻並聯天線，所：施：Ϊ 漿之非常高頻功率之;％此整：F亦二3施加產生該電 密度低。 傻調整忒CFx/F比率，使氟基團之 此外，根據具有產生電感麵合電衆用之非常高頻功率

第16頁 1222097 五、發明說明（11) -- 的電漿處理設備，該並聯天線用於該天線部件時，裝置在 該天線外部部分的共振電容器控制流過該天線的電流強 度。因此，可以達到均勻電漿密度。 換言之，當該電感耦合電漿處理設備使用並聯天線 十，相較於習用串聯天線，可以得到下列優點。 首先’因為该天線阻抗低’所以容易匹配該阻抗。 其次，因為高密度電流流過該天線，所以容易得到高 密度電漿。 m

第三，因為施加於該天線的電壓較低，所 化電容電場所致m損壞。 Tu&] 第四，因為對該並聯天線施加低阻抗，以及阻抗匹配 容易，所以雖然導入非常高頻功率，但是仍產生大 團。 土 圖9係顯示圖4之本發明第三實施例電感耦合電漿處理 設備中所使用之RF功率施加設備結構的略圖。如圖所示， 天線104包括並聯之第一、第二、第三與第四天線部件。 換，話說，天線104包括此等天線部件。圖9與圖5A相似， 但是各個天線部件不包括該可變電容器。阻抗匹配箱丨〇 3 位=第了非常高頻電源1〇2與天線1〇4之間。該天線部件之 數量可視該電漿處理設備所需性質而改變。此實施例中， 將4第#常南頻電源的非常高頻功率施力口於該並聯天線 此外，可以將頻率為20 MHz至3〇〇 MHz之非常高頻功 率施加於該夾盤（詳見圖4之元件114)。當該非常高頻功率

第17頁 1222097 五、發明說明（12) 施加於該夾盤時，很容易控制該離子能量，然後大量離子 該處理氣體。因此，產生大量基團。 當該電漿處理設備用於電漿乾式蝕刻處理時，上逃幸交 佳實施例特別適用。這是因為可以將CFX/F比率調整到良 基團在、度低之故。此外’使用C Fx進行該乾式蚀刻處理 時，可使CJ?2、CFa等之基團密度高。因此，適當之美 相對於提高選擇性比）可以卓越地加強該乾 下，在不脫離本發明精神或範圍之 錄申請專利範圍*此，希望本發明涵括附 與變化。、其相等物之範圍内所提供之本發明修正 1222097 圖式簡單說明 圖1係一個說明習用電感耦合電漿處理設備的略圖； 圖2A係顯示習用技術之電感耦合電衆處理設備中所使 用的RF功率施加設備的結構略圖； 圖2B係顯示圖2A相同電路的圖； 圖3係顯示其他習用技術之電感耦合電漿處理設備中 所使用的RF功率施加設備的結構略圖； 圖4係顯示本發明一種電感耦合電漿處理設備的略 圖； 圖5 A係顯示圖4之本發明第一實施例電感耦合電漿處 理設備中所使用之RF功率施加設備結構的略圖； 圖5B係顯示圖5A相同電路的圖； 圖6 A係顯示圖4之本發明第二實施例電感耦合電漿處 理設備中所使用之RF功率施加設備結構的略圖； 圖6B係顯示圖6A相同電路的圖； 圖7係一顯示頻率與電子溫度之間關係的線圖； 圖8A係一顯示將頻率為13.56 MHz而且功率為2 kW的 射頻功率施加於習用電感耦合電漿處理設備天線時之基團 特徵的線圖； 圖8B係一顯示將頻率為丨00 mHz而且功率為2 kW的非 常高頻功率施加於本發明電感耦合電漿處理設備天線時之 基團特徵的線圖；以及 圖9係顯示圖4之本發明第三實施例電感耦合電漿處理 設備中所使用之RF功率施加設備結構的略圖。

第19頁 1222097 圖式簡單說明 【符號說明】 10 電漿處理設備 11 真空室 12 電漿 14 炎盤 16 板 18 廢氣管路 2 第一高頻電源 20 真空泵 22 第二高頻電源 2a - 2d 高頻電源 3a - 3d 阻抗匹配箱（I. Μ· B) 4 天線 4 a 線圈天線 4d 天線部分 4b 6 絕緣板 8 氣體管路 Zi - Z4阻抗

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Claims (1)

1. 修正 曰 --龍 9〇mfm ’、、申請專利範圍 載係一種可變電容器 如申咐專利範圍第1項之電漿處理設備，更包含一個阻 几匹配相，其與該非常高頻電源以及該天線連接。 J I /申明專利範圍第6項之電漿處理設備’其中該並聯的 天線部件之間保持共振狀態。 t如申請專利範圍第7項之電漿處理設備，更包含一個在 該真空室内的夾盤，用以將基板固定於其上。 二21申^明專利範圍第8項之電漿處理設備，更包含一個第 南頻電源，其將頻率為2〇 MHz至3〇〇 MHz之非常高 頻功率供應至該夾盤。 10· 一種RF功率供應設備，包含： 之非f 3 2 1 ΐ頻電源，其供應頻率為20 MHz至300 MHz 〈非常咼頻功率； :::抗匹配箱’其與該非常高頻電源連接； 數個彼此並聯的線圈天線部件；以及 天線係連接至該阻抗匹配箱；而| ^件組成，4 其中每一天線部件具有至少一 天線。 Μ j雙員载與一個線圈 1222097 案號90114024_年月日 修正 六、申請專利範圍 11.如申請專利範圍第1 0項之RF功率供應設備，其中該可 變負載係一種可變電容器。 I 11 i 第23頁