TWI286810B - Plasma chamber insert ring - Google Patents

Description

1286810 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體晶圓處理系統的電槳處理室， 特別是有關於一種降低電漿處理室中之電弧或電子散射的 改良元件與方法。 【先前技術】

半導體處理系統所使用之電漿處理室一般包括在處理室 中承載半導體晶圓的晶圓支擇架。有些晶圓支撐架是具有可 直接放置於晶圓之上平坦表面的基座（通常係由鋁或不鏽鋼 所製成）。其他晶圓支撐架則包括基座與用以固定晶圓於定位 的靜電卡盤（EleCtrostatlc chuck，Esc)。靜電卡盤通常支撐於 基座之上，且包括具有一或數個嵌入電極的介電層。為了在 晶圓與靜電卡盤支撐表面之間產生夾緊力，電極係連接於通 常是高電壓的直流電源供應器。此晶圓支撐架組通常是置於 製程處理室的中間，藉以完成化學氣相沉冑、物理氣相沉 積、或姓刻製程。

〜為了提高這些製程的使用效率，電漿係形成於製程處 室中接近晶圓的表面的位置。為了產生此種電漿，製程氣 二，二人處理室中，且施加能量於製程氣體以形成電衆二 月1常係由耦合至射頻電源的天線或電極所提供。 · 電容搞合雙電極的電j處理室中’射頻電源可施加：二 處理室壁和支撐靜電卡盤的基座之間。 在某一操作中，晶圓係被置於靜電卡盤的支撐表面， 5 l2868l〇 %氣體被引入處理室中，— 程氣辨μ — 至中，精由將可產生電漿的能量施加於製 ”體上精以引燃電漿， 典 …、後在祥電卡盤上施加卡盤電壓。 也木說，+般雪厭 間。★ 之係施加於電極與接地的處理室壁之 小電屦 有‘電14的電漿在晶圓和處理室壁之間形成有 1降，此小電壓降跨越 理室 ^越形成於阳s和電漿，與電漿和處 王土之間的里暗* Ρ弓 表面，和” 此，電荷累積在介電層的支揮 荷# 的日日囫表面。母一個前述之表面的電 仃係極性相反的。釺 电 附在靜電卡以 偏力會吸引電荷，並使晶圓被吸

疗冤卡盤的支撐表面。 靜電卡盤可包 衽右锋$ + 軟線板（Flex Circuit)，此軟線板依序包 枯有缚導電層（例如仏# 並 / ;上下介電層之間的銅）。這些介電層 /、i上係由聚醯亞 ^ L 、 妝（P〇1yimide)或其他易撓曲的介電材料 所組成。在某歧眚 也列中’軟線板的厚度介於6到9密爾 (mils)(即 0.15 到 〇 ·23公釐）之間。美國專利案第5,822，171 號（Shamouilian 箄人、士芬 Α 丨，， )砰、、、田地揭露一種疊片式的靜電卡盤，此 美國專利案與本發明之專利權人（Awe·)為同一人。

卓人線板通吊以例如酚縮丁醛butyral)作為黏著 劑黏者於基座白勺上4面。基座通常係以鋁來製作 '，但也可以 其他的材料如不銹鋼來製作。在某些實施例中，軟線板具有 小於製程晶圓之直徑4到1〇密爾的直徑，以使此晶圓完全 的覆蓋靜電卡盤的表面。因而，晶圓可保護靜電卡盤免於曝 露在電漿下。 與晶圓支撐架配合一起動作之反應室中其他習知元件 可包括有隔離環和聚焦（或上部）環。在某些例子中，隔離環 6 1286810 和上部環是製作成單一組件。隔離環典型上為環狀並安置於 基座上，且界定出靜電卡盤的周圍。上部環典型上也具有環 狀，並安置在隔離環上，且界定出間隔靜電卡盤與晶圓的周 圍0 在某些實施例中，晶圓突出於靜電卡盤邊緣的部份通常 遠離聚焦環和隔離環，以方便晶圓安座於靜電卡盤之上。然 而，由於組成元件之間的間隙，靜電卡盤或基座到晶圓的邊 緣部份之間可能發生非預期的電流電弧效應。這類的電弧會 造成晶圓邊緣有凹洞傷害，而導致晶圓的良率下降。 在描述本發明之前，先解釋一種習知之磁力加強電漿處 理室的整體操作。然而，本發明可適用於各種不同的電漿處 理室。第1圖係繪示磁力加強、雙電極、電容耦合的真空（電 漿）處理室100，此真空（處理）室可適用於蝕刻或化學沉積。 電漿也可由感應柄合線圈、電子槍、微波產生器和其他的電 漿源所產生。 真空處理室100係被圓柱狀的側壁102、圓形底部側壁 104、與圓形上側壁或上蓋1〇6所包圍。上蓋1〇6和圓形底 部側壁104可以是介電材料或金屬。電性接地的陽極電極 係裝置於上蓋！06的底部。陽極電極1〇8可被穿洞來作為氣 體進入電漿處理室的入口。側壁1〇2可由介電材料或金屬所 製成1由金屬所製成’則金屬材料較佳是非磁性的物質， ^如陽極化的銘，#此才不會干擾到處理室外電磁線圈產生 、磁場。假如側壁是金屬的，則可作為陽極的一部份。 半導體晶圓或半成品110係裝置於陰極電極112或基座 1286810 上’而陰極電極11 2或基座係依序裝置於處理室的下端。真 空幫浦（沒有標示出來）將氣體經由抽氣岐管i i 4抽出處理 至’且維持處理室的整體壓力於一足夠低的水平（通常在i 〇 到20宅托的範圍内），以方便電漿的產生，其中壓力範圍之 幸父低端和較高端的壓力分別對應於蝕刻和化學氣相沉積製 程。 射頻電源供應器116係經由射頻饋入器117與串聯耦合 電谷11 8而連接至陰極電極丨丨2或基座。射頻電源供應器1丄6 於陰極電極11 2與接地的陽極電極1 08之間提供射頻電壓， 藉以激發在處理室内的氣體至電漿狀態。電漿本身具有相對 於陽極或陰極電極的時間平均正電位或電壓，因此會加速離 子化製程氣體組成以轟擊陽極和陰極其中之一或二者皆是。 電水的磁力加強經常是利用陰極電極與陽極電極之間 區域的直流磁場來完成。磁場方向是橫向於處理室的縱軸， 亦即検向於陽極電極和陰極電極之間延伸的軸。傳統上，永 ^磁鐵或電磁鐵的各種安排係用來提供橫向磁場。其中一種 —一係如第1圖所不之分別設置於圓柱狀的側壁102之相對 /邊的對線圈組120。此線圈組120是以串聯的方式連接， 並且與直流電源供應器(未繪示)同相，目而產生附加於兩線 圈之間的區域的橫向磁場。&磁場可以機械式或電子式旋 轉以利於均勻度。磁場的強度也可改變。 、為了在電槳處理室中獲得電装增強之半導體製程的最 大? T，一般均認為需要最小化基座或陰極電極112區域（而 疋日日圓1 1 0背後（覆蓋）區域）之射頻電源與電漿的耦合。換 1286810 言之般均認為需要減少陰極電極側壁之射頻電源的麵 合’或者假如陰極電極直徑大於晶圓直徑，則可從環繞晶圓 周圍的陰極電極上表面部份來減少輕合。這會使得由電裝護 套（Sheath)流向陰極電極112的離子會侷限在連接晶圓110 的陰極表面區域。 例如：第1圖係繪示圍繞在圓柱狀陰極電極112之側邊 的圓柱狀介電層或絕緣保護層122，以及覆蓋住包圍晶圓HO 之陰極電極之部份上表面的介電或絕緣環124。在處理矽晶 圓的處理室中，高純度的石英是經常使用的介電材料，因為 石夬一般不會釋放出重大的污染物至處理室中。射頻電源的 耦合效應可藉由增加介電層的厚度與選擇低介電係數的介 電材料來減少。在此設計中，電漿護套面對陰極的區域可更 緊密對應於晶圓的區域。 離子流經晶圓110的空間均勻度可藉由使用特殊調整的 絕緣環來取代絕緣環124(第1圖），而進一步的改善。請參 照第2圖，其繪示出絕緣環2〇2適用於環繞靜電卡盤206。 絕緣環202具有鄰近於靜電卡盤2〇6邊緣的較薄環狀部份 204，此靜電卡盤206係緊位於晶圓11〇周圍的外面。這環 狀部份204通常足夠薄，因此它的電性阻抗在射頻電源供應 為11 6(第一圖）的頻率（通常是13.56百萬赫玆）下是足夠低 的’因此足夠低的射頻電源可自射頻電源供應器i i 6經由環 狀部份204耦合至電漿，以使得在晶圓表面之電漿護套以輻 大向外延伸超越環狀部份204。 由矽組成之嵌入環208覆蓋住絕緣環202之薄的環狀部 1286810 份204，且設於 2〇8可以用純矽 材料可以像晶圓 100埃之相當薄 的表面，這是因 故）。此類結構的 分佈形狀。換言 寸。 嵌入環208 226 ’避免靜電一 環208的又一目 避免一氣化碎爸 環）202的化性上 姓刻製程，石夕可 餘刻反應。當嵌 表面時，此環可 的上表面變成凹 壽命加倍。 嵌入環208 處理室中的污染 計係採用具有矽 入環的設計可能 請參照第2 112上。基座一 鄰近絕緣環202的垂直伽槪 、 玉且側壁217。這嵌入環 、石夕或多晶石夕來製作。佶 木衣作值得注意的是，這些 一樣被蚀刻。（雖然是由矽 ’組成，但厚度小於 的二氧化矽據信可自然的 J啦成在嵌入環208 為曝露在氧氣或大氣下 〜止㊉氧化過程之 環是為了提供在晶圓110邊緣更均句的電聚 之，寂人環208能增加晶圓對電漿的有效尺 的再一目的為保護靜電卡盤2。6的周圍邊、缘 · f盤接觸電榮而產生蝕刻損壞。然巾，嵌入 的為保護絕緣m 2〇2之薄的環狀部份2〇4， 5刻製程所造成的腐蝕，因為絕緣環（石英 接近於晶圓110上蝕刻的氧化矽層。在某些 . 用比石英之触刻率至少低十倍的速率來進行 入環208因姓刻製程之故開始有顯著的凹陷 ，； 被迅速更換掉。進-步來說，在敌入環208 陷之後，可藉著翻轉嵌入環208來使其使用 經常係由高純度的材料所製成，以使釋出至 物達到最少。為了得到最高的純度，一種設 純度超過99%的單晶石夕。其他須要較大之後 必須採用多晶石夕材料。 圖，靜電卡盤206是安裝在基座或陰極電極 般是鋁所製成，但也可以由其他材料例如不 10 1286810 銹鋼所製成。一般來說，靜電卡盤206的周圍邊緣226具有 小於製程晶圓11 0之直徑4到1 0釐米的直徑，所以晶圓11 0 完全覆蓋住靜電卡盤 206的表面，並且延伸超出突出邊緣 2 24。因此，晶圓110可保護靜電卡盤206，以免曝露於電漿 下。

上部環2 10裝置於絕緣環202上，此上部環2 10具有朝 向電漿區域220的矽上表面218，並自電漿中移除氟基。上 部環2 1 0在高度上延伸至晶圓11 0的上方，且具有朝離開晶 圓11 0方向之斜度。此幾何結構可以加強垂直於於晶圓11 0 邊緣上之區域之磁場方向的電場分量。如此可以增加晶圓 110周圍的部份所產生的電漿量，因而使晶圓11 0的整個表 面有更均勻的姓刻速率或沉積速率。 當晶圓110置於靜電卡盤206上時，矽上表面218具有 與突出邊緣224分開並環繞的内徑邊緣222。嵌入環208係 用來放置在靜電卡盤周圍邊緣226與上部環的内徑邊緣222 之間，且座落在絕緣環202之薄的環狀部份204上。

晶圓110的突出邊緣224通常係與嵌入環208的上表面 平行分離。藉以在晶圓110的突出邊緣224與嵌入環208之 間形成垂直間隙2 1 2。垂直間隙2 1 2係用來確保晶圓可穩固 地座落在靜電卡盤206上而不在嵌入環208上。另外，由於 製造的容許誤差之故，可具有水平間隙2 1 4和水平間隙2 1 6 藉以分別地分開靜電卡盤的周圍邊緣226與嵌入環208，以 及絕緣環的垂直側壁2 1 7和嵌入環208。 本發明已經確認習知技術所引起的問題係與晶圓11 〇與 11 1286810 後入環208之間的電弧或電子散射有關。如第2圖所示之向 量7·表示，可從靜電卡盤2〇6通過嵌入環208，跨越垂直間 隙2 1 2至晶圓11 0的邊緣來建立電流路徑。此電流可於晶圓 110的邊緣造成凹洞傷害，因而降低晶圓的良率。更進一步 藉由第2圖的）向量所示，電弧或電子散射可發生在跨越水 平間隙214與水平間隙216，此水平間隙214與水平間隙216 係位在靜電卡盤206與嵌入環2〇8之間以及絕緣環2〇2與嵌 入環208之間。因為靜電卡盤2〇6相對於鄰近的元件係可以 偏正或偏負的充電，所以電子流可以發生在跨越間隙212、 214、與216的任-方向。然而，電子流會對絕緣環2〇2與 般入環208造成凹洞傷害。&此之外，&凹洞傷害可造成汙 染晶圓11 0的矽微粒。 第3圖係繪示一個靜電卡盤與嵌入方式的另一種習知設 计。肷入環208安置於靜電卡盤215之狹長突出部份219。 絕緣ί衣22 5之；4的部份227具有水平上表面223，且水平上 表面2 2 3刻意設計成低於靜電卡盤2丨5之狹長突出部份 219。因此於水平上表面223與嵌入環208之間產生垂直間 隙221。本發明已經確認：以向量尸所示之電弧或電子散射 可以跨越垂直間隙22 1 ’因而提供了對絕緣環225與嵌入環 208之凹洞傷害的進一步來源，以及可能污染晶圓之矽微粒 的進一步來源。 【内容】 本發明提供一種使用於具有晶圓支撐架之處理室的嵌 12 1286810 入 的 實 且 外 置 與 厚 的 平 水 % 件 狀 常 裝置。此嵌入裝置立少包括由第一材料和第二材料所組成 複合元件，此第二材料有比第一材料大的電性阻抗。在一 施例中，複合元件具有一表面設於接近晶圓支樓架之處， 由厚度超過100埃之第二材料所製成。 —方面，反應處理室進一步具有設於圍繞晶圓支撑架的 部元件。複合元件具有另一表面設於與外部元件相鄰之位 。在一實施例中，此另一表面也是由厚度超過i00埃之第 村料所製成。 叉一方面，靜電卡盤係設置來承載晶圓。複合元件具有 2圓相鄰的另一表面。在一實施例中，此另一表面亦是由 度超過100埃之第二材料所製成。 再一方面，在一實施例中，第二材料是二氧化矽，而第 種材料是矽化碳、三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少99% 石夕。 上在又一實施例中，外部元件至少包括具有垂直側壁與水 平表面的絕緣裱。複合元件的表面是設於與垂直側壁以及 上表面之一或兩者相鄰的位置。 出 方面’晶圓支撐架具有周圍邊緣，且用以承载具有 邊緣的晶圓，此突出邊緣超過支撐架周圍邊緣。複合元 4表面係設於與突出邊緣相鄰的位置。 σ I 7彳中，嵌入裝置至少包括一元件，此元件為環 、 /%所製成。此元件具有通常是平坦形狀的上表 土曰 是圓 · 肜狀的下表面、通常是圓柱狀的外表面與通 β 的内表面。此元件係置放在處理室中，藉以使得 13 1286810 内表面的至少一部份係如 刀係相鄰於晶圓支撐的周圍邊 更具有厚度超過100埃日f 4 β α 此兀件 埃且電性阻抗大於第一種材 料層。此層可設於下列> ^ ^ 心昂一材 卜歹J之-項或多項的上面 面、外表面或内表面。 &衣 本發明尚兩其他方而 m 面。因此應知前述的說明只是本發明 某些實施例與方面的押欢姑I x ^間略摘要。以下請參考本發明之其他 施例與方面。而必須推 丰7加，β 貝進一步了解的是，在不脫離本發明 神及範圍内，本發明揭霡每 询路之貝細例可衍生許多變化。因此

前述的摘*並不是用纟限制本S明的範圍。， 【實施方式】 在下面的描述中，★主夂昭 、丄 明簽照附圖，廷些圖示構成此說明的 Ρ刀且可用以°兒明本發明之幾個實施例。可以理解是， 即使使用其他實施例並做結構與操作上的改變，並 本發明的範圍。 难

第4圖和第5圖係繪示可降低或減少前述之不樂見的電 弧或電子射出效應之本發明的實施例。其中揭露新的嵌入環 228 ’在-實施例中’此喪入環228具有6公羞寬之上平坦 表面232。部份的上平坦表& 232係朝向晶目ιι〇的突出邊 緣224,且以垂直間隙212來隔離。上平坦表面232的其他 部份係曝露在電聚區域22"。嵌入環228更具有一圓柱狀 的内表面238 ’此内表面238係相鄰於靜電卡| 2〇6的周圍 邊緣226。嵌入環228之圓柱狀的外表面24〇定義有一直徑， 且此直徑小於絕緣環225之垂直側壁236所定義的直徑，且 14 1286810 係用 215 合元 施例 成。 在此 埃， 表面 化矽 流或 242 漿區 的被 份， 命可 盤或 沒有 命會 室的 圍邊 支撐 來使嵌入環？ 〇 28的下（平坦）表面242可安置於靜電+般 的狹長突出部份219。 卡盤 嵌入環2 2 8 $ ,丨、^ 夕匕括由第一材料和第二材料所組成的複 /、中第二材料有較第一材料高的電性阻抗。一 中，嵌入严 x 广 辰228的主體234係由純度至少99%的矽所組 _ 夕、'、邑緣膜係用來形成絕緣層2 3 0於主體2 3 4上。 實％例中，絕緣層230的厚度超過1〇〇埃，較佳是1〇〇〇 且可°又於所有表面，亦即上平坦表面232、圓柱狀的内 238外表面240以及嵌入環228的下表面242。二氧 具有電性絕緣的特性，因而絕緣層230可降低或減少電 電子流經過間隙212、214與216。同樣地，設於下表面 上的絕緣層230亦可降低電子流經過垂直間隙221。 因為肷入壞228的上平坦表面232的一部份係曝露於電 域220 ’在此部份之絕緣層23〇(二氧化矽層）可相當迅速 蝕刻掉或以其他方式移除。因為矽仍是主要被損耗的部 嵌入環228之剩餘曝露的部份係由矽所組成，所以其壽 預期為與習知之矽環相同。除此之外，與晶圓和靜電卡 間隙2 14、2 1 6、22 1相鄰之二氧化矽層的那些部份可能 直接曝露在電漿下，因此可預期剩餘之二氧化矽層的壽 增加。 第6 a圖以及第6 b圖係繪示應用在不同設計之電漿處理 本發明之又一實施例。晶圓支撐架2 8 8至少包括具有周 緣292的靜電卡盤290，以及有靜電卡盤設置於其上的 架或電極294。電極294具有突緣部份3〇〇與其上設置 15 1286810 有靜電卡盤290 半導體晶圓296 電卡盤29〇，藉 的周圍邊緣2 9 2 鄰近於晶圓 302通常是具有 係位於電極294 垂直表面316與 出部份322相互 表面3〇6與内部 ^ 3 1 0相互連接 緣297相分離； 緣298相分離； 务3 〇 2相分離。 面299形成一共 如第6b圖备 面3()6通常是圓 方向導轨3 14相 3Q4的外部上垂 平行於内方向導 讀再參照第 I有以水平突出 T部内垂直表面 來與嵌入環的外 的隆起部份302。具有晶圓周圍邊緣297 係座落於靜電卡盤290上，且其直庐| 二大於靜 以使晶圓296的突出邊緣298超出餺带』 奸€卡盤 〇 296之靜電卡盤290與電極294的隆起部^ 下表面305之環狀嵌入環3〇4，此下表面3 = 的凸緣部份300。此嵌入環304具有外部上 外部下垂直表面320，其中兩者係以水平突 連接。相似地，嵌入環304具有内部上垂直 下垂直表面308，其中兩者係以水平狹長部 。因此内部上垂直表面306係與晶圓周圍邊 喪入環的水平狹長部份3 10係與晶圓突出邊 内部下垂直表面3〇8係與電極294的隆起部 後入環304的上表面309和晶圓296的上表 平面。 b最佳所示’雖然嵌入環304的内部上垂直表 柱狀的’它仍然具有與晶圓周圍邊緣297之 配的内方向導執312。相似地，雖然嵌入環 直表面3 16通常是圓柱狀的，它仍然有通常 執3 1 2的外方向導軌3丨8。 6a圖’外部元件324環繞著嵌入環304，並 部份330相互連接的上部内垂直表面326與 3 28 °這些表面的設置係以平行間隔的方式 部上垂直表面316與外部下垂直表面320相 16 !28681〇 配合。 嵌入環304至少包括由第一 合元件，其中第二材料具 ：二材料組所成之複 環304的主體334係由純度至少9二：的電性阻抗。嵌入 絕緩暄/备Θ . 的石夕所組成。二氧化矽 邑緣膜係用以在主體334上形成 所示之實施例中，二氧化石夕層332 =石夕層如。如第6a圖 表面 山 係叹於嵌入環304的所有 表面，因此可防止或禁止電子流經 , 有外部元件324^ 、’ 、入裱3〇4與任一個或所 件324之間、以及靜電卡盤290 電極294和晶圓296之間。 心=圖和第6a圖所示之實施例包括位於嵌入環ns 有置於， 膜層，但值得注意得是其他的實施例且 L:::有表面或僅有一或多個表面之部分的膜層。除 材；外;"雖然主體234與-係”所製成，亦可使用其他 材枓。例如：主體可以用諸如碳切 二釔來製作。 乳化一銘或二巩化 的外Γ41上’在製造f知之料時，二氧切層會長在石夕環 夺卜^。然後W刻製程來移除此二氧切層，藉以使 化，並且得到由相當…所組成的環。因此，可 可Γ用=成改良式“環的製造。在錢刻製程完成後， 氧化”、乳化的方式來生長厚度比先前去除之膜層大的二 層。然而，習於此技藝之人士應知還有其他方法可使 2夕層生長於㈣上。然而，熱氧化法可形成厚度比較 ，:=品質優良的膜層。並不須要在製程上作大的改變來製 ^ &的歲入環；可預期的是在製程中增加_個氧化的步驟 17 1286810 (和在 化層# 第 成的福 332 ° . 述之膜 第二部 份246 於第一 嵌 面252 個内表 252，因 形，因 合橫截 的寬度 上較膜 二部份 45%。 第 嵌入環 組成， 所組成 下表面 不需每一面均被蓋住的 J步驟）便已足夠了。 情況下之移除其 面之表面氧 」合元件…具有較高阻抗 第-材料所形 其他實施例不須要包括膜層，’乂 、膜層23〇和 可此牽涉到不同於前 層的剖面幾何結構。第7a圖 门於引 八O/f0 π 不由弟一部份246和 伤248所組成之複合兀件的. "人入％ 244，其中第一部 係由第一材料所組成’第二部 切248係由電性阻抗高 材料的第二材料所組成。 入環244具有通常是矩形 、内表面254以及外表面 面254以及部分之上表面 的截面和上表面250、下表 256°第一部份248形成整 250和嵌入環244的下表面 而有倒L形之截面。第一部份246的戴面是互補的匕 此第-部❾246和第二部❾248具有通常是矩形的結 面。位於形成部份之下表面252位置之第二部份248 wl大約是下表面252整體寬度的約2〇%，因而實質 層厚。相似地，位於形成部份之上表面25〇位置之第 248的丸度W2至少包括上表面25〇之整體寬度的約 几圖係繪示由第一部份260和第二部份262所組成之 25 8 (複合元件），其中第一部份26〇係由第一材料所 第一部份262係由電性阻抗高於第一材料的第二材料 。嵌入環258具有通常是矩形的截面，和上表面264、 266、内表面268以及外表面27〇。第一部份26〇和

18 1286810 第二 截面 以及 份之 個表 之總 嵌入 組成 所組 276 形成 上表 除一 截面 配合 常是 274 · 具有 刻處 而， 射頻' 子電； 部份262的橫戴面通常是矩形的，因而這些部份的結合 通常也是矩形的。第二部份262形成整個内表面268， 部份之嵌入環258的上表面264和下表面266。形成部 上表面264和下表面266之第二部份262的寬度w為整 面寬度的45%。因此，第二部份262至少包括嵌入環258 體積的實質部份。 第7c圖為繪示由第一部份272和第二部份274所組成之 環271(複合元件）’其中第一部份272係由第一材料所 ’第二部份274係由電性阻抗高於第一材料的第二材料 成。喪入環271具有通常是矩形的截面，以及上表面 、下表面278、内表面280和外表面282。第二部份274 整個内表面280與下表面278，和部分之喪入環π〗的 面276與外表面282。第二部份274的截面通常是被移 角的矩形’以形成狹長突出部份284。第一部份272的 通常疋矩形，且與第二部份274的狹長突出部份284相 ’因而整體觀之，第一部份272與第二部份274具有通 矩形的截面。因此，相較於第一個部份2 7 2，第二部份 至少包括嵌入環27 1之總體積的較大部份。 w裡所揭露之新穎的嵌入環或組成元件可以使用於包括 動力下基座或電極的處理室之不同型的處理室，諸如餘 理至、物理氣相沉積以及化學氣相沉積的處理室。然 這些環可特別應用在蝕刻處理室中，其中施加至晶圓之 偏壓可為最大，所以此蝕刻處理室可能會發生較大之電 派和電子散射的問題。

19 1286810 值得注意的是’這些上部環、絕緣環與嵌入環的結構 和幾何形狀僅為說明而已。此改善的新穎嵌入環也可以用其 他合適的結構與幾何形狀來製作，其中與晶圓、曰曰曰圓支撐 製作，例如：阻抗高於後入環剩餘部份的材料。例如與其是 整合的元件，嵌入環的另一實施例可至少包括兩構件，其中 之-係與晶圓或靜電卡盤的周圍邊緣或二者相鄰，且由高阻 抗材料所製成。另一種元件可用導電性較佳的材料製成。

雖然以上的敘述提到許多關於本發明的特殊實施例，可 理解的是，可進行許多修正而不會違背其中精神。申請專利 範圍係為了涵蓋前述之修正，使其落於本發明之真實範圍與 精神。因此，目前所揭露的實施例應被視為說明性的而非限 制性的，本發明真實的範圍與精神係如同申請專利範圍，而 非則述之說明書，而且來自於申請專利範圍之等效意義與範 圍的所有變化都是本發明所欲涵蓋的。 已 【圖式簡單說明】

第1圖係繪示習知之電漿處理室的剖面圖。 第2圖係繪示部份之電漿處理室系統的習知 圖，苴士 文徘的剖面 “中電t處理室系統至少包括晶圓卡盤、嵌 關元件。 ％从及相 弟3圖係繪示不同設計之習知電漿處理室之曰 卡盤、七 φ 日日圓、青 甘入入壤以及相關元件的放大剖面圖。 第4圖係繪示包括根據本發明之實施 电漿肩 20 1286810 室，包括欲入環，的剖面圖。 第5圖係繪示根據本發明之實施例之嵌入環，且係沿著 選擇之其他處理室元件所得之放大剖面圖。 第6 a圖係繪示根據本發明的又一實施例之嵌入環，且 係沿著選擇之其他處理室元件所得之放大剖面圖。 第6b係繪示第6a圖之嵌入環、晶圓以及外部元件的上 視圖。

第7a圖至第7c圖係繪示根據本發明之其他實施例之嵌入 環的放大剖面圖。

【元件代表符號簡單說明】 100 真 空 處 理 室 102 側壁 104 圓 形 底 部 側 壁 106 上蓋 108 陽 極 電 極 110 晶圓 112 陰 極 電 極 114 抽氣歧 管 116 射 頻 電 源 供 應器 117 射頻饋 入器 118 串 聯 耦 合 電 容 120 線圈組 122 絕 緣 保 護 層 124 絕緣環 202 絕 緣 環 204 壤狀部 份 206 靜 電 卡 盤 208 嵌入環 210 上 部 環 212 垂直間 隙 214 水 平 間 隙 215 靜電卡 盤 216 水 平 間 隙 217 垂直側 壁 218 矽 上 表 面 219 狹長突 出部份 21 1286810 220 電 漿 域 221 垂 直 間 隙 222 内 徑 邊 緣 223 水平上表面 224 突 出 邊 緣 225 絕 緣 環 226 周 圍 邊 緣 227 部 分 228 入 環 230 絕 緣 層 232 上 平 坦 表面 234 主 體 236 垂 直 側 壁 238 内 表 面 240 外 表 面 242 下 表 面 244 欲 入 環 246 第 一 部 份 248 第 二 部 份 250 上 表 面 252 下 表 面 254 内 表 面 256 外 表 面 258 欲 入 環 260 第 一 部 份 262 第 二 部 份 264 上 表 面 2 6 6 下 表 面 268 内 表 面 270 外 表 面 271 嵌 入 環 272 第 一 部 份 274 第 二 部 份 276 上 表 面 278 下 表 面 280 内 表 面 282 外 表 面 284 狹 長 突 出部份 288 晶 圓 支 撐架 290 靜 電 卡 盤 292 周 圍 邊 緣 294 電 極 296 晶 圓 297 周 圍 邊 緣 298 突 出 邊 緣 299 上 表 面 300 突 緣 部 分 302 隆 起 部 份

22 1286810 304嵌入環 306内部上垂直表面 308内部下垂直表面 3 1 0水平狹長部分 316外部上垂直表面 3 20外部下垂直表面 3 24外部元件 328下部内垂直表面 3 3 2二氧化矽層 w寬度 305下表面 3 1 2内方向導軌 309上表面 3 1 4方向導執 3 1 8外方向導執 3 22水平突出部份 3 26上部内垂直表面 3 3 0水平突出部份 334主體

w 1寬度 w2寬度

23

Claims (1)

1286810 十、申請專利範圍 1 · 一種可用於處理室的嵌入裝置，該處理室具有一晶圓支 撐架用以支撐一晶圓，該嵌入裝置至少包括： 一複合元件，該複合元件至少包括一第一材料之主體及 一第二材料之膜層，該第二材料之膜層形成於該第一材料之 主體上；在使用該處理室的過程中，該第一材料適以暴露至 該電漿中並與該晶圓一同被處理；該第二材料的電性阻抗 大於該第一材料；

該複合元件膜層具有一第一表面，其介於該晶圓支撐架 與該複合元件之第一材料之間，以將該晶圓支撐架與該複合 元件之第一材料電性絕緣；以及 該第一表面係由厚度超過1 00埃的該第二材料所製成。 2. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中上述之處 理室具有環繞該晶圓支撐架的一外部元件，其中該複合元件 具有與該外部元件相鄰的一第二表面，該第二表面係由厚度 超過1 00埃的該第二材料所製成。

3. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中上述之晶 圓支撐架係用以承載一晶圓，而該複合元件具有與該晶圓相 鄰的一第二表面，該第二表面係由厚度超過100埃的該第二 材料所製成。 4.如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中上述之第 24 1286810 二材料為二氧化矽，而該第一材料為下列之一者：碳化矽、 三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少9 9 %的矽。 5.如申請專利範圍第2項所述之嵌入裝置，其中上述之第 二材料為二氧化矽，而該第一材料為下列之一者：碳化矽、 三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少9 9 %的矽。

6.如申請專利範圍第3項所述之嵌入裝置，其中上述之第 二材料為二氧化矽，而該第一材料是下列之一者：碳化矽、 三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少99%的矽。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中上述之第 二材料的厚度超過1,000埃。 8 ·如申請專利範圍第2項所述之嵌入裝置，其中上述之第 二材料的厚度超過1，〇〇〇埃。

9.如申請專利範圍第3項所述之嵌入裝置，其中上述之第 二材料的厚度超過1，〇〇〇埃。 10.如申請專利範圍第3項所述之嵌入裝置，其中上述之 複合元件通常是環狀的。 11.如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中該電 25 1286810 漿處理室係一姓刻室，該第一材料具有一第一表面，且在該 處理室中使用該元件之前，一部份的該第二材料位於該第一 材料之第一表面上；位於該第一材料之第一表面上的該第 二材料部份將於該處理是使用的過程中暴露至該電漿中； 其中於該處理室使用的過程中，該位於第一材料之第一表面 上的第二材料自該第一材料的第一表面上姓刻移除；其中 在該處理室使用的過程中，該第一材料之第一表面可能暴露 至該電漿中，且隨著該晶圓一同被處理。

1 2.如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中該第二 材料係該第一材料的氧化物，以及該第二材料之該膜層係藉 著氧化該主體之一部份的該第一材料而形成於該第一材料 的主體上，以於該主體上的該膜層中形成該第二材料。 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之嵌入裝置，其中該氧化 為熱氧化。

14.如申請專利範圍第2項所述之嵌入裝置，其中上述之 外部元件更至少包括具有一垂直側壁和一水平上表面的一 絕緣環，而且該第二表面係與該垂直側壁及該水平上表面中 之一者相鄰。 15.如申請專利範圍第14項所述之嵌入裝置，其中上述之 複合元件更包括具有一第三表面，該第三表面係相鄰於該垂 26 1286810 直側壁與該水平上表面中之另一者，而且該第三表面係由厚 度超過1 00埃的該第二材料所組成。 16.如申請專利範圍第3項所述之嵌入裝置，其中上述之 晶圓支撐架具有一周圍邊緣，且該晶圓具有超過該晶圓支撐 架之該周圍邊緣的一晶圓突出邊緣，該第二表面係相鄰於該 晶圓突出邊緣。

1 7.如申請專利範圍第1項所述之嵌入裝置，其中上述之 晶圓支撐架有一靜電卡盤（ESC)，而且該第一表面係相鄰於 該靜電卡盤（ESC)。 18.—種適用於一電漿處理室之嵌入裝置，該處理室具有 承載一晶圓的一晶圓支撐架，與環繞該晶圓支撐架的一外部 元件，該嵌入裝置至少包括：

一複合元件，該複合元件至少包括一第一材料之主體及 一第二材料之膜層，該第二材料之膜層形成於該第一材料之 主體上；在使用該處理室‘的過程中…該第一材料適以暴露至 該電漿中並與該晶圓一同被處理；該第二材料的電性阻抗 大於該第一材料； 該複合元件膜層具有一第一表面，該第一表面係介於該 晶圓支撐架、該外部元件與該晶圓之其中一者與該複合元件 之第一材料之間，以將該複合元件之第一材料與該晶圓支撐 架、該外部元件及該晶圓之其中一者電性絕緣；以及 27 1286810 該第一表面係由厚度超過1 00埃的該第二材料所組成。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之嵌入裝置，其中上述 之複合元件具有一第二表面，該第二表面係相鄰於該晶圓支 撐架、該外部元件和該晶圓中之另一者，且該第二表面係由 厚度超過1 00埃的該第二材料所製成。

20.如申請專利範圍第19項所述之嵌入裝置，其中上 述之複合元件具有一第三表面，該第三表面是相鄰於該晶圓 支撐架、該外部元件和該晶圓中之另一者，且該第三表面係 由厚度超過1 〇〇埃的該第二材料所製成。 2 1.如申請專利範圍第1 8項所述之嵌入裝置，其中 該第二材料為該第一材料的氧化物，以及該第二材料之膜層 係藉著氧化該主體之一部份的該第一材料而形成於該第一 材料的主體上，以於該主體上的該膜層中形成該第二材料。

22.如申請專利範圍第18項所述之嵌入裝置，其中上 述之第二材料係二氧化矽，而該第一材料為下列之一者：碳 化矽、三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少9 9 %的矽。 23.如申請專利範圍第19項所述之嵌入裝置，其中上 述之第二材料係二氧化矽，而該第一材料為下列之一者：碳 化矽、三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少9 9 %的矽。 28 1286810 24. 如申請專利範圍第1 8項所述之嵌入裝置，其中上 述之複合元件通常是環狀的。 25. 如申請專利範圍第1 9項所述之嵌入裝置，其中上 述之第二材料的厚度超過1，〇〇〇埃。

26.如申請專利範圍第1 9項所述之嵌入裝置，其中上述 之第二材料的厚度超過1，000埃。 27.如申請專利範圍第20項所述之嵌入裝置，其中上述 之第二材料的厚度超過1，〇〇〇埃。 28. —種適用於一電漿處理室的嵌入裝置，該處理室具 有一基座用以支撐一晶圓，該嵌入裝置至少包括：

一複合元件，該複合元件至少包括一第一材料之主體及 一第二材料之膜層，該第二材料之膜層形成於該第一材料之 主體上；在使用該處理室的過程中，該第一材料適以暴露至 該電漿中並與該晶圓一同被處理；該第二材料的電性阻抗 大於該第一材料； 該複合元件膜層具有一第一表面，且該第一表面介於該 基座與該複合元件之第一材料之間，適以將該基座與該複合 材料之第一材料電性絕緣；以及 由該第二材料所製成之該第一表面的厚度超過1 00埃。 29 1286810 29. —種適用於一電漿處理室的嵌入裝置，該處理室具 有一晶圓支撐架用以支撐一晶圓，該晶圓支撐架具有一周圍 邊緣，該嵌入裝置至少包括： 一元件，該元件通常是環狀，且由一第一材料所製成， 在使用該處理式的過程中，該第一材料適用以暴露至該電漿 並伴隨該晶圓* 同被處理，

該元件具有通常是平坦形狀的一上表面、通常是平坦形 狀的一下表面、通常是圓柱形狀的一外表面和通常是圓柱形 狀的一内表面； 該元件係設於該處理室中，藉以使得該内表面的至少一 部份介於該晶圓支撐架之周圍邊緣與該元件之第一材料之 間，以將該晶圓支撐架周圍邊緣與該元件之第一材料電性絕 緣；以及

該元件更具有一由第二材料所製成的一膜層，該第二材 料的厚度超過100埃，且具有大於該第一材料的電性阻抗， 該膜層係形成於該下表面、該外表面以及該内表面之至少其 中兩者上。 3 0.如申請專利範圍第29項所述之嵌入裝置，其中上 述之膜層係設於該下表面、該外表面以及該内表面中之另一 者上。 3 1 ·如申請專利範圍第30項所述之嵌入裝置，其中上 30 1286810 述之膜層係設置於該上表面上。 32.如申請專利範圍第29項所述之嵌入裝置，其中上 述之第一材料是下列之一者：碳化矽、三氧化二鋁、三氧化 二釔或純度至少99%的矽，該第二材料係純度至少99%的二 氧化碎。

3 3.如申請專利範圍第30項所述之嵌入裝置，其中上 述之第一材料是下列之一者：碳化矽、三氧化二鋁、三氧化 二釔或純度至少99%的矽，該第二材料是純度至少99%的二 氧化碎。 3 4.如申請專利範圍第29項所述之嵌入裝置，其中上 述之膜層的厚度超過1,000埃。 3 5.如申請專利範圍第30項所述之嵌入裝置，其中上 述之膜層的厚度超過1,000埃。

3 6.如申請專利範圍第29項所述之嵌入裝置，其中上 述之晶圓支撐架具有一靜電卡盤，該靜電卡盤具有一周圍邊 緣，而該元件設於置入該處理室中，藉以使該内表面的至少 一部份與該靜電卡盤的該周圍邊緣相鄰。 37. —種適用在具有一晶圓支撐架之一電漿處理室的嵌 31 1286810 入裝置，該晶圓支撐架具有一周圍邊緣，且該晶圓支撐架適 用於承載一晶圓，該晶圓具有一晶圓突出邊緣，該晶圓突出 邊緣亦超過該晶圓支撐架的該周圍邊緣，該嵌入裝置至少包 括： 一第一元件，該第一元件係由下列之一者所製成··包括 碳化矽、三氧化二鋁、三氧化二釔或純度至少99%之矽； 一由二氧化矽所製成之膜層，其位在該第一元件上； 該第一元件和該膜層設置在該處理室内，使得該第一元 件與該膜層之其中一者的至少一部份與該晶圓突出邊緣相 隔開； 在使用該處理室的過程中，該第一元件適於暴露至該電 漿並與該晶圓一同被處理；以及 該膜層設置在該處理室内，使得該膜層的至少一部份介 於該晶圓支撐架周圍邊緣與該晶圓突出邊緣之其中一者和 該第一元件之間，以將該晶圓支撐架周圍邊緣及該晶圓突出 邊緣之其中一者和該第一元件電性絕緣。 38. —種用於具有一含氟電漿和具有一周圍邊緣之一晶 圓支撐架之處理室的製程工具，該晶圓支撐架係用來承載一 晶圓，該晶圓具有一晶圓突出邊緣，該晶圓突出邊緣超過該 晶圓支撐架的該周圍邊緣，該製程工具至少包括： 一上部環，其具有一石夕上表面，該^夕上表面係朝向該含 氟電漿和由該含氟電漿中去除氟，當該晶圓置放在該晶圓支 撐架上時，具有一内部周圍邊緣的該矽上表面係間隔且環繞 32 1286810 該晶圓突出邊緣；以及 一嵌入環設置在該晶圓支撐架的該周圍邊緣與該上部環 的該内部周圍邊緣之間，該嵌入環包括一第一材料，該第一 材料適於使用該處理室的過程中暴露至該電漿並與該晶圓 一同被處理；且該嵌入環具有一二氧化矽上膜層形成於該 第一材料上，該二氧化矽上膜層具有一表面且厚度超過100 埃，其至少一部份設置在該晶圓突出邊緣的下方且與該晶圓 突出邊緣間隔開來，以使該晶圓突出邊緣與該晶圓支撐架電 性絕緣。 39.如申請專利範圍第38項所述之製程工具，其中上 述之嵌入環的該二氧化矽上膜層更包括一部份，該部份係鄰 近於該上部環之該矽上表面的該内部周圍邊緣，並且曝露於 該電漿中。 40.如申請專利範圍第3 8項所述之製程工具，其中上 述之嵌入環具有一内圓柱狀二氧化矽膜層，該膜層具有一厚 度超過1 00埃之表面且鄰近於該晶圓支撐架的該周圍邊緣， 以使該嵌入環電性絕緣於該晶圓支撐架。 4 1.如申請專利範圍第3 8項所述之製程工具，其中該嵌 入環之第一材料為矽，以及該二氧化矽膜層係藉著熱氧化該 嵌入環的矽而熱生長於該嵌入環之矽材料上。 33