TWI293855B - Plasma reactor coil magnet system - Google Patents

Description

1293855 五、發明說明（1 ) 本發明概有關於電漿處理系統，尤有關於一種可施加 一磁場於電漿上而來控制電漿特性以改善一工件之電漿處 理的方法及裝置。 電漿係為帶電粒子的集合體，其可被用來由一工件上 除掉材料或沈積材料於一工件上。電漿乃可被例如用來在 製造積體電路（1C)時，由一半導體基材上蝕刻（即除掉）材 料，或濺射（即沈積）材料於一半導體基材上。一電漿乃可 藉對被容納於一電漿腔室内的處理氣體施以一射頻（rf)電 源信號，俾離子化該等氣體微粒而來製成。該以？電源乃可 經由一電容或一電感，或同時透過一電容及一電感，而來 耦接於該電漿。當一工件在作電漿處理時，磁場可被施加 於電漿上來改善電漿特性，而在該工件的電漿處理過程中 來加強控制。 磁場有時會在一工件的電漿處理時被用來將電漿收納 於腔室中，或用來改變電漿的性質。磁場亦可被用來例如 將電漿囿限於腔室内，以減少電漿對腔室壁的損耗，及提 高電漿密度。提高電漿密度會增加撞擊該工件之電聚粒子 的數目，故可例如因減少蝕刻一工件所需的處理時間，而 得改善該工件的處理效率。使用磁場來收納電漿亦可防止 電漿粒子沈積在該腔室内的表面上，例如腔室壁面及電極 表面上。 磁場亦可被用來提升該腔室内之電漿分佈的均一性。 在一電漿腔室中之電漿的不均勻分佈乃是不佳的，因為其 會造成工件的不均句處理。不均句分佈的電漿在某些情況

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五、發明說明（2 ) 下可胃b會使在該腔室内被處理的工件遭受電漿的損害。 水久殚鐵或電磁鐵等之陣列有時會被用來施加一磁場 於電漿上。一永久磁鐵陣列乃可被設置成，例如使它們會 施一磁場於該腔室内部的電漿上，或者，它們可被列設及 移動（例如相對該腔室來旋轉），而來施加一旋轉磁場於電 漿上’此將可改善電漿的均一性。 本免明係包含可利用磁場來控制一工件之電漿處理的 方法及裝置。 圖式之簡單說明： 第1阌為供說明本發明之一電漿處理系統的示意圖，該 系統不出一工件及電漿在一處理裝置的電漿腔室中，並示 出一外部導磁結構及一電磁鐵陣列包圍該處理腔室； 第2圖為第1圖之裝置的部份頂面示意圖，第2圖乃示出 该處理腔室，一底部電極，該外部導磁結構及電磁鐵陣列 包圍该處理腔室，並示出施加於該腔室内部之一穿越磁場 廓面； 第3圖係類似於第2圖，惟示出施加於該腔室内部之一 桶式磁場廓面； 第4圖為一電源供應電路之例的示意圖，其能以電力來 供應一磁鐵陣列； 第5圖為一可供應電力於磁鐵陣列之電源供應電路的 第二例之示意圖； 第ό圖為一類似於第3圖的示意圖，惟示出藉二電磁鐵 系統來施加於該處理腔室之桶形磁場廓面；及 1293855 五、發明說明（3 ) 第7圖為一圖表示出在第6圖的裝置中之四個相鄰電磁 鐵内的電流。 第1圖示出一電漿處理系統12的電漿處理裝置（或反應 器）10之一例的示意圖。該電漿處理裝置10包含一電漿腔室 W，其會提供一内部區域16可容納及撐持一電漿。有許多 的電極可k設在該腔室14内而互相對應，並對該腔室14内 之一處理氣體形成可產生電漿的關係。該等電極會被充電 而由該腔室14内的處理氣體來產生一電漿。為便於本發明 的描述，故僅有二電極總成被包含於該裝置10中。具言之， 有一第一電極總成18被裝設在該腔室14的第一侧上（於該 裝置10之例中，係在該腔室14之内部16的頂部）。有一第二 電極總成係呈吸盤電極總成20的形式，而被裝設在該腔室 14中相反於前述第一侧的第二側上（即在該裝置1〇之腔室 内部16的点部），與該第一電極總成18對應間隔之處。 該第一電極總成1 8乃包含多數的電極部段，各部段皆 與其它的部段電隔離，且每一部段係各自獨立地由一附設 的RF電源來供電，並獨立地饋入所擇的處理氣體而以一預 定速率來供入該電漿腔室的内部。但為便於本發明的描 述’該第一電極總成18係呈一單蓮蓬頭式電極的形式。該 第一電極總成18包含一内腔室22(在第1圖中係以虛線來示 出），其係經由一氣體供應管線來導通一氣體供應系統24。 一所擇的氣體（或多種氣體）會被供入該電極總成18來淨化 該腔至14’或當作處理氣體（或源氣體）俾在該腔室内部16 生成電聚。該處理氣體會穿過多數的氣體孔口（未示出）而 五、發明說明（4 ) 由該腔室22供人該„腔室14的内部。穿過第一電極總成 之孔口的氣流係以一系列的箭號0來表示。 該第-與第二電極18、20係分別經由各附設的匹配網 路30、32來電連接於對應的RF電源34、刊，其會分別提供 電壓信號vB1、vB2於各電極18與2()。該匹配網路％、32等 係被介設於各RF電源34、36之間，而可藉各電極總成18、 20來儘量加大傳送至電漿的功率。或者，該等匹西己網路3〇、 32亦可被連接於控制系統6〇。 各電極總成18、20乃可獨立地以一流體來冷卻，該流 體會由一冷卻系統38分別經由各電極總成18、2〇内之一流 體腔室39、41(以虛線示出）來循環，然後回到該冷卻系統。 該電漿處理裝置10粟包含一真空系統4〇，乃經由一真空管 線導通於該電漿腔室14。該電漿處理裝置1〇可選擇性地包 含一對電壓探針44、46,乃呈一對電極的形式，而分別電 容性地連接於該二RF電源34、36與各所屬電極總成18、2〇 之間的傳輸線路上。（一電壓探針之例乃被詳揭於共同讓渡 申清的第60/259862號美國專利申請案中，其係申請於2〇〇1 年1月8日，整體内容併此附送）。該電漿處理裝置1〇亦選擇 性地包含一光學探針48，而可依據電漿的光譜及光學性質 等來決定電漿的特性和狀況。 一電磁鐵51的系統或陣列會被環設在該電漿腔室14的 周圍。該等電磁鐵51係可在一工件的電漿處理操作時，施 加一或多種磁場於一電漿上。一磁場的施加將會改善該電 製的狀況’而得改善該工件的處理。 五、發明說明（5 ) 第2圖係示出多個電磁鐵51相對於電漿腔室“的排列 方式之例。該舉例的裝置10乃含有12個電磁鐵，分別標示 為51A-L。各所示之電磁鐵51係呈一線圈磁鐵的形式，而 包含有-導電性材料的線圈。各線圈皆導接於電㈣（於 第1圖中不意地示出 特疋陣列中之各線圈磁鐵5丨乃可藉捲繞在一空氣蕊 〜（未示出）上之導電材料線圈而來形成，或者，亦可藉一 導電材料線圈捲繞在-例如導磁性材料的蕊心55(部份可 見於第1圖中）上而來形成。各蕊心55乃具有筒狀截面（未 示出），或具有一任意的伸長截面（而以較長的尺寸沿該裝 置10的垂向延伸）。各線圈磁鐵51的軸心係呈徑向地對準 該電漿腔室14。即，該各磁鐵51的軸心會由一（垂直該反 應器10)延伸於該二電極總成18、20之間的想假轴心來徑 向地延伸穿過該電漿腔室14的中心。有_外部導磁構件57 乃可被裝設圍繞該磁鐵51的陣列，如第2圖所示。每一磁 鐵51和各蕊⑽皆與該導磁構件57形成磁導通。該導磁構 件5+7之-例係為—環狀壁結構。該外環構件57及各磁鐵^ 的蕊心55皆可由導磁性材料例如鐵來構成。各蕊心”係可 了體地形成於該外環構件57上，或亦可與該構件57分開地 製成，然後再固設於該外環構件57上。 "由第2圖中乃可瞭解，該各線圈磁鐵51及其蕊心55會沿 控向延伸於該外環構件5 7與電漿腔室14的壁構件5 9之間。 在"亥裝置10中’壁構件59係呈圓筒狀而包含該腔室μ的側 壁。該腔室14的壁構件59乃可由一適當的介電材料或金屬 1293855 五、發明說明（6 ) 材料來構成。若該壁構件59係由金屬材料製成，則會以一 非磁法金屬材料來構建，俾使該壁構件59不會干擾該等線 圈磁鐵51施加於腔室14内之電褒的磁場。 於第1圖中，在該裝置1〇内的磁鐵陣列係與電漿垂直地 置設，但此垂直設置僅為舉例。該磁鐵陣列係可相對於該 處理腔室及其内之各構件（如各電極等）和材料（如工件或 電聚）等呈任何垂向設置。舉例而言，該裝置1〇可被構建成 使磁鐵陣列垂直對準工件的頂部、對準工件的中心、稍高 於該工件上方、或對準電漿的垂直中心，或猶高於或低於 該等電漿。 該裝置10之一控制系統60係電導接於該裝置1〇之各構 件俾對之監視及/或控制。該控制系統6〇會電導接並可程式 化地來控制該氣體供應系統24、真空系統4〇、冷卻系統38、 電Μ探針44、46、光學探針48、各RF電源34、36，及該電 源53等之操作。該控制系統60可送出控制信號至該等探針 44、46、48及系統構件24、34、36、38、40、53等，並由 它們接收輸入信號（如反饋信號）。該控制系統6〇可監視及 控制一工件的電漿處理。藉著控制該電源53，該控制系統 60將能夠控制各被傳輸至構成該磁鐵51陣列之每一線圈磁 鐵的電力，而來控制施加於電漿上的磁場特性。 該控制系統60乃能以一電腦系統來構成，其包含有一 處理器和可由該處理器來運作之記憶體（該記憶體係可儲 存指令及資料’而可例如包括主記憶體如隨機存取記情、 體，和次I·己憶體如一磁碟驅動器等），及導通於該處理器之 1293855 五、發明說明（7 ) 資料輸入與輸出能力。 本發明的方法係以例示的電漿處理系統12來說明。該 系統12的操作將可參閱第1圖來瞭解。一將要被處理的工件 (或基板）62會被置放在該吸盤總成2〇所形成的頂面上。控 制系統60會啟動真空系統4〇，而開始將電漿腔室14内部16 的壓力降低至一基準壓力（典型為1〇-7至1〇-4 Torr)，來確保 該腔室14内的真空整體性及清淨度。該控制系統6〇嗣會將 該腔室壓力提高至一適合用來形成一電漿，及以該電漿來 處理工件62的程度（一適當的内部壓力乃可例如在約1 mTorr至1〇〇〇 mT〇rl^範圍内為在該腔室内部16形成一 適當的壓力，該控制系統60會啟動氣體供應系統24，而經 由氣體進入管線以一預定的流量率來將一處理氣體供入該 腔室内部16中，且若有必要該真空系統4〇會被使用一閘閥 (未示出）來節流。該處理氣體會流過第一電極總成中的孔 口 ’如第1圖中的箭號G所示。 包含於該氣體供應系統24中的特定氣體乃係依特定的 電漿處理途而定。例如，在電漿蝕刻用途時，該系統24 乃可供應氣、溴化氫、八氟環丁烷，或各種其它的氣態碳 氟化合物等；若供化學蒸汽沈積之用，則該系統24可供應 石夕烧、氨、四氯化鎢、四氣化鈦，或類似的氣體等。一電 漿亦可被使用於化學蒸汽沈積（CVD)來製成一半導體晶圓 上之材料、半導體、或絕緣體上的薄膜（即導體、半導體或 絕緣材料等）。電漿加強的CVD法可使用電漿來供應沈積該 等材料所需的反應能量。 10 1293855 五、發明說明（8 ) 該控制系統60嗣會啟動對應於該第一與第二電極總成 18、20的RF電源34、36。該等RF電源34、36會以所擇的頻 率來提供電壓於各電極18、20等。在一電漿處理操作中， 該控制系統60乃可個別獨立地控制該等rf電源34、36來調 整例如各電源34、36驅動其電極總成18、20的電壓之頻率 及/或大小。 該等R F電源3 4、3 6可被操作來將低壓處理氣體轉變成 一電漿。該等電源34、36乃可被操作，而來例如促成一交 變電場產生於第一與第二電極18、20之間，此將會在該等 電極18與20之間產生一電子流。電子將會在該電場中加 速’且在該電場内的熱電子流將會由於各電子與氣體原子 和分子之間的多次碰撞，藉著動能移轉而來離子化該處理 氣體的個別原子和分子。此過程將會造成一電漿54，其會 被囿限及撐持於該腔室14中。 因為各RF電源34、36係可被控制系統60獨立地來控 制’故各電源皆可被操作而具有一較低的頻率（即55〇 kHz 以下）’或一中等頻率（即大約Π.56 MHz)，或者一較高頻 率，大約60至150 MHz。在一蝕刻反應器之例中，第一電 極總成18的RF電源34可被以60 MHz的頻率來驅動，而第二 電極總成20的RF電源36可被以2 MHz的頻率來驅動。為了 改進上述反應器，或更概括地指一具有一或多個電極而被 以一或多種頻率來驅動的電漿處理裝置之性能，該控制系 統60乃可被程式化並操作而當該工件被處理時，施加一或 多個磁場於電漿上，來控制該等磁場的特性（例如磁場廓線 11 1293855 五、發明說明（9 ) 及疋向磁场強度、磁場持續時間等等）。 本發明係可使用一未具有移動構件的單 一磁鐵陣列5 1 而來產生大$可能的磁場廓形。第2及3圖乃示出兩種可使 用該磁鐵系統而來施加於電漿54上（該電漿54僅在第1圖中 不意地不出）的磁場廓形。第2圖示出一穿越磁場廓形，而 第3圖示出一桶式磁場廓形。 所不出的穿越式磁場具有非直線的（弧曲狀）磁場廓 線。该穿越式磁場可被用來改善電漿的均一性。提高電漿 的均一性將可提高單一基板62及多數接續被該裝置1〇來處 理之基板等的處理均一性。該電磁鐵陣列51可被操作而以 一如後所述的方式來旋轉該穿越磁場。一桶形磁場（第3圖） 則可被施加於電漿上來減少電漿的壁損耗及增加電漿密 度。 一用來形成電源53的電路68之例乃概示於第4圖中，其 可供電於各線圈磁鐵51A-L來造成一所需的磁場廓形。具 言之，一系列任意波形產生器70A-L中之每一者皆經由一 併設的放大器71A-L來電導接於該磁鐵系統中之一對應線 圈磁鐵51 A_L(未示於第4圖中）。 該各波形產生器70 A-L可（經由未示出於第4圖中的電 接線等）連接於該控制系統60。該控制系統60可被程式化而 個別獨立地來控制每一波形產生器70A-L，使其各產生一 任意形狀、大小及相位的電流波形來傳送至對應的線圈磁 鐵51A-L上以使之極化，並造成施加於電漿上的磁場。所 有的產生器70之相位乃可被鎖定於單一的低功率基準信號 12 1293855 五、發明說明（10 ) 源72。且每一產生器70能相對於該基準信號源72來改變其 輸出的相位。 第4圖中的電源設置可使該控制系統6〇(透過一系列的 波形產生器70A-L)來以一電流波形供入每一磁鐵51中，而 該電流波形的形狀、大小、相位、週期等係與其它產生器 所產生的電流波形為互相獨立無關的。故，由該基準信號 源72所發出的參考信號可被用來，將由該任意波形產生器 系統傳送至該等線圈磁鐵51的電流波形同步化。該控制系 統60亦可各自獨立地規劃使每一產生器7〇產生一不同的波 形，而令其初始之相位鎖定於該基準信號源72。如此設定 乃可例如提供更大的調變性來施加二或更多的磁塲於該電 漿上。如此設定可供該控制系統6〇在一特定基板上進行電 漿處理操作時，來施加例如二互相接續的磁場。而該二磁 場的廓形係可相同或互相不同。且一磁場廓形係可為固定 或可旋轉的。 舉例而言’該設置方式（即每一線圈磁鐵使用一個別的 波形產生器）乃可容一操作人員將該控制系統設定成當在 一處理操作時，以一固定的磁場廓形（例呈固定方位）及一 旋轉磁場廓形來施加於該電漿上。各被施加的磁場皆可被 選用以使該電漿達到一特定的變化。例如，該旋轉的穿越 磁場乃可被用來改善電漿的均一性。又在另外的例子中， 該設置方式亦可容即使在所施磁場係為旋轉式，而有一局 4的磁每（例如一低或咼磁場區域）施加於該處理腔室内之 一特定部位時，該等波形亦能被產生。此局部化的磁場可

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14 1293855 五、發明說明（12 ) 施加於各磁鐵51A-L的電流波形，將會呈徑向地來極 化各線圈。當徑向地極化時，各線圈磁鐵的相反端會各對 應形成N及S磁極。通常，磁力線會延伸於該等磁鐵51的相 反兩極之間。在各線圈内的電流方向將會決定各磁鐵的極 性。而流經該磁鐵的電流大小將會決定各磁鐵所產生的磁 場強度’以及施加於電梁上的磁場強度。 其它磁鐵陣列之設置方式亦有可能。例如，雖在例示 的反應器10中，各線圈磁鐵51的軸心係由延伸於電極總成 18、20之間的一想像軸心來徑向地伸出，但其它的設置方 式亦為可能。例如，各磁鐵51亦可被定向成使其軸心“正切，， 於δ亥反應器1〇。各正切定向的線圈乃可為一空氣線圈，或 亦可被捲繞在一蕊心材料上。當各線圈係捲繞一蕊心材料 時，該各蕊心係可為一分開的構件，或形成一連續結構例 如一環或軛的一部份。 此正切的設置方式會具有一些缺點（相對於該實施例 之反應器10的徑向設置）。例如，當一徑向延伸的磁鐵陣列 被用來產生磁場時’大部份的磁通線皆會進入該腔室中。 但是，當使用正切的設置時，大部份的磁通線則會傾向於 繞该腔室14的外部來流動，尤其是當各線圈被捲繞在一包 圍該腔室之一軛上時，而僅會有較小量的“洩漏，，或“邊緣通 量”會由該各正切列設的線圈側邊逸出進入該電漿腔室i 4 中。故，該正切設置方式係全靠各正切線圈側邊的邊緣通 量來施加一磁場於該腔室内的電漿上。因為一使用正切線 圈排列方式的磁鐵系統僅靠邊緣磁場來作用於電聚上，故 15 1293855 五、發明說明（l3 ) 相較於使用徑向設置方式者’乃需要更大的功率才能造成 -具有相_場強度的特定_。—徑向設置的磁鐵系統 將會比一同等的正切設置磁鐵系統需要較少的電流。因為 一正切的裝置係依賴由各線圈側邊出現的磁力線，雖各線 圈會朝向該腔室發射磁力、線，但磁力線會朝相反侧離開， 例如，遠雜該腔室。亦須要有一外部包圍構件來屏蔽包圍 該電漿處理裝置的區域以隔絕磁場。當該等正切定向的電 磁鐵捲繞一軛時，若包圍該裝置的區域要與磁場隔絕，則 須要另有一第二導磁的屏罩。在第圖中所舉例的裝置 並不需要-第二導磁屏罩或其它的蔽磁結構，因為該構件 57已兼具導磁功能及屏蔽功能。 第2、3、6圖乃各示出使用線圈磁鐵51A_L來形成之可 施加於電漿上的各種磁場廓形之例。通過各線圈磁鐵 51A-L的電流方向係於第2、3、6圖中各以箭號來示出。在 各線圈磁鐵中的電流之相對大小係粗略以該各圖中所示箭 號的相對大小來表示。沒有箭號即表示該線圈磁鐵中的瞬 時電流為0。在各廓形中該鐵環構件57會包圍該等磁力線。 使用前述之電源供應電路68或76，將可產生一旋轉穿 越磁場來施加於電漿上。例如，一複合的電流波形可被饋 至各磁鐵51中，該波形會相對於沿一旋轉方向之前一線圈 來移轉相位，而該旋轉方向係相反於磁場廓形旋轉的方 向。此方沬將可使該穿越磁場被旋轉，而不必機械式地移 動任何線圈磁鐵。 第2圖係示出在一特定瞬間的旋轉穿越磁場廓形。在此 16 1293855 五、發明說明（l4 ) 瞬間，該等線圈磁鐵51A與51B會具有互相反向而且較大的 電流；磁鐵51L與51C則具有互相反向而小於前述磁鐵51A 與51B的電流，又各對磁鐵5ΐκ與51D、51J與51E、511與51F 等亦皆具有反向的電流，且其各電流量值會逐漸減小（如箭 號之相對尺寸所示）。非直線的磁力線大致會延伸於每一對 磁鐵的線圈之間，如該處理腔室14中的弧曲箭號所示。其 中磁鐵51H及51G瞬時電流為〇(乃視那一磁場正要施加而 定）。 由第2圖中亦可暸解，該等磁力線係大致由該腔室14 一側的線圈磁鐵51A、51L、51K、51J、511來延伸至該腔 室相反側的對應磁鐵51B、51C、51D、51E、51E上。事實 上，電流量的逐減（於該腔室的相反侧），將會由大約十一 點鐘方向位置朝向五點鐘方向位置來造成強度逐增的磁場 梯度。此梯度將有助於ExB漂移的補償。若一均勻磁場平 行於工件來穿越一電漿腔室14，而有一垂直於該工件的場 出現於該腔室中，則將會發生ExB漂移。該等電磁場的向 量積係平行於該工件，並垂直於該二組場廓線。此將會產 生沿該向量積之方向（即“較喜歡，，方向）來被引導的電子， 其會使該電漿較密集於該腔室之一區域中（或“角隅，，處）。 此將會令該工件造成不均一的處理狀況，自是不佳的。為 修正此ExB漂移，該磁場廓形會被旋轉。但，若該磁場廊 形係為均勻的，旋轉該磁場僅會造成“熱點，，(較高電子密度 的區域）來繞著該電漿的周緣旋轉。為修正此作用，故該磁 場的廓線須呈弧曲狀，此將會使電子被充分地“掮出，，以;咸 17 1293855 五、發明說明（1 5 ) 少該熱點效應。 第3圖係示出一桶式電場廂形，其會形成一磁力‘‘桶” 環繞該腔室14的壁。此廓形會造成弧棋的磁力線凸瓣朝該 腔室的中心凸伸。該等凸瓣會傾向於將電襞集中在該腔室 的中心。此會具有一些效益，包括例如可減少撞擊該腔室 側壁和腔室内其它表面之電漿粒子的數目，並提高電襞的 密度（因將之侷限於一較小體積的空間内）。該電漿的密度 愈大’則其姓刻或沈積的速率愈快，在半導體的製程中， 較快的工件處理速度，將會增加其生產率。 如弟3圖所示’該桶式磁場廓形乃可藉導入相反極性 的相等電流（即反向電流）於該磁鐵陣列之各對相鄰的線圈 而來形成。該反應器10亦可被設成能提供具有會旋轉或擺 盈之桶狀廓形的磁力線。 一裝置80之示意圖乃被示於第6圖中，其可施加一旋 轉的桶形磁場於電漿上。該裝置8〇係相同於前述裝置1〇， 疋環设在該腔室14周圍的線圈磁鐵的數目不同。在該二 實施例裝·置10與80中，相同的構件係以相同的標號來示 出，而不再冗複說明。繞設該腔室14的線圈磁鐵數目將會 決定該磁鐵系統所形成之磁場的解析度。即，繞設於該腔 至周緣的線圈磁鐵愈多，則該桶形磁場會愈“精細地，，覆蓋 該腔室壁的内部。為更佳地控制該“周緣，，磁場（即鄰接該壁 的磁場部份），有一較大數目之較小尺寸的線圈會被繞設於 該裝置80的腔室14周圍。當需要一較精細解析的磁場時， 相鄰之各磁鐵51蕊心的内端幾乎會互相接觸，如第6圖所 18 1293855

五、發明說明（l6 ) 示。因為該裝置80相較於前述裝置10具有二倍數目的線圈 磁鐵51環繞著該腔室14，故該裝置1〇能被操作來形成—桶 形磁場，其會比使用前述裝置1〇所形成的桶形磁場具有更 精細的解析度。而所使用的線圈數目可依所需的磁場解析 度而定。一般而言，該等磁鐵的數目愈大，則該磁場的解 析度愈高。 該凸瓣的長度係可藉成對地，或三個一多個一組地操 作該等磁鐵，而來增加。即是，當該等電磁鐵5丨係被“成對，， 操作來造成一桶形磁場時，於每一瞬間在線圈51八與51B 内的電流大小和方向皆是相同的。同樣地，在線圈5丨C與 51D内的電流大小和方向亦為相同。故，線圈51A與51B(及 51C和51D等各對）事實上會形如單一線圈。該桶形磁場的 凸瓣伸入該腔室愈長，則會有愈多的電漿被“擠入”該腔室 14的中心，故可提高電漿的密度以及反應速率。 該裝置80亦可被操作（例如使用第5圖的電路76)來造 成一“旋轉”或擺盪的桶形磁場，其會具有與第3圖之非旋轉 桶形磁場相同的解析度，但將會產生一系列重疊的凸瓣圖 案，而來更均勻地“擠壓，，電漿（相較於第3圖的磁場廓形 依據以下舉例之方法來造成的橋形磁場亦是較有利的，因 為在所有的時間内，至少會有某些位置具有非〇的瞬間磁場 強度。即是，在該處理腔室内的某些位置於每一時點怪具 有非0的磁場。擺盪或旋轉該桶形磁場會較有利，因為其可 避免磁力線在某些位置處持續地指向該處理腔室的壁面。 若該桶形磁場廓線不旋轉而一直在某些位置指向一壁，此

1293855 五、發明說明（17) 將會使電聚粒子沿著該等廓線被導入該壁的這些位置中， 故會造成該等位置之壁材料的劣化。此等由於一固定桶形 磁場所造成之壁材料的局部劣化，將會在例如各凸瓣之 間，即磁力線由相鄰凸瓣間一起進入腔室14之壁的位置處 來發生。故’應可瞭解所施加的桶形磁場雖可被形成靜態 的，或擺動的’或旋轉的，但最好不要將一靜態的桶形（或 其它形式）磁場施加於電漿上太長的時間，因為此將會使處 理腔室之壁造成局部的損壞。第6圖係示出當該裝置80被操 作來產生一旋轉桶形磁場時，其内之電流及磁場的瞬間狀 態。第7圖係示出當該旋轉桶形磁場被形成時，流經四個線 圈磁鐵51^：電流大小”時間的曲線圖。在該裝置8〇中的旋 轉桶形磁場基本上與前述裝置1〇所形成者具有相同的解析 度0 該等線圈磁鐵5 1A-X基本上會形成兩個分開的磁鐵系 統來操作，其各會獨立地形成一桶形磁場。該第一磁鐵系 統包括51八、51(：、51£、51〇、511、511(：、51]^、510、51(5、 5IS、5 1U、51W等；而第二磁鐵系統則包括其餘之各線圈 磁鐵51。第7圖的圖表係示出穿過線圈磁鐵51八-£)的電流。 應可瞭解在相鄰磁鐵（例如51A與5 1B)中的電流波形之相 位係相差90度。而與另一其它線圈磁鐵（例如51A與5 lc)中 之電流相位則相差180度。 第6圖係示出在時間=：tx時所發生的磁場廓線。該時點 tx亦被示於第7圖的圖表中。在該時點\會有一組線圈磁鐵 (包含51B與51D的一組）各具有取大電流，及另一組線圈磁

-20 - 1293855 五、發明說明（l8 ) 鐵（包含51A與51B的一組）各具有〇值的電流。在各組中之 相鄰的線圈（例如51B與51D)會具有相反方向的電流，如第 6圖中之反向電流箭號所示，及第7圖中的曲線圈所示。由 第7圖中可知，每一電流波形皆呈正弦曲線。由第7圖中亦 可暸解，藉旋轉（或擺動）桶形磁場所造成的磁場，並不會 在該電漿参理操作中之任何時點消失，因為在任何瞬間， 於所有線圈磁場51A-X中的電流絕不會全變為〇。 該裝置80的結構和操作僅為一實施例。亦可構建一震 置包含有三個或更多個獨立的磁鐵系統，而來造成例如三 個或更多的旋轉磁場。 一或多個磁場可在處理一特定工作（例如半導體）時施 加於該電漿，而來提升其品質和產能。舉例而言，當一蝕 刻操作（或一沈積操作）時，所擇的磁場可被施加於該電漿 上，該蝕声操作會將一圖案蝕刻於一半導體晶圓的表面 上。由於一任意波形產生器與線圈磁鐵51的系統可被用來 造成該等磁場，且等波形產生器可藉該控制系統6〇來控 制，故製造者乃可選擇一適當的磁場廓形（或多種類型）， 以供特定的半導體材料和特定的蝕刻（或沈積）處理之用。 針對一特定用途之磁場廓形的最佳組合形式，乃可藉實驗 來決定。即是，當在處理特定種類的晶圓時，某些特定的 電教波形可被饋入一或多個磁鐵系統的所擇線圈磁鐵中， 而來檢測养結果。該蝕刻/沈積結果的品質會與在其製程中 所使用的磁場廓形有關，亦能以之來查驗。假使有損於工 件，或者處理結果並不均一，則饋入線圈磁鐵51的電流波

-21 - 1293855

五、發明說明（l9 ) 形配佈將可被改變（即重新規劃該控制系統60)，而來改變 施加於電笨上之磁場的廓形、強度、梯度、週期......等 等。 當一半導體在一電漿腔室内被處理時，該半導體會容 易因為電漿中之電子的不均一濃度（高濃度或低濃度區域） 而造成損壞。大部份由於電漿濃度不均一所造成的損害會 朝著該處理操作的終結時來發生。當處理一工件（如半導體） 時’二個或更多的磁場廓形可被用來消減由於電漿不均勻 所可能發生的損害。當該工作較不容易受電漿密度不均勻 所損害時·，在一處理操作的第一部段中，一或多個桶形磁 場可被施加於電漿上來增加其密度，而得提高其處理速 率。因此，藉著在一處理操作的早期來增加電漿密度，材 料將會被較快地由該工件上餘掉，然後，朝向該處理操作 的末期’當其以如此高速率來處理會有危險時，則可用另 種的磁場來施加於該處理腔室，而在該處理操作最後的關 鍵階段來增進電漿的均一性。又如另一實施例，一具有較 大凸瓣的桶形磁場廓形可在處理的初始階段來施加於電聚 上，嗣一吾有中等大小之凸瓣的桶形磁場會被施加於電漿 上，然後再以一具有較小凸瓣的桶形磁場來施加於該電漿 上。藉著在一處理操作中逐減該桶形磁場之凸瓣的大小（於 各步驟中或隨著時間來持續減小），則在進行處理時，電漿 的迸度將會被逐漸地減小。在該電漿處理的最後關鍵階段 時，一具有彎曲磁力線的旋轉穿越磁場可被施於電漿上， 而來增加電漿的均一性。 22 1293855 五、發明說明（20 )

局部不均勻會由於許多已知的原因而發生在電漿中， 包括例如不均勻的氣體注入，不均一的RF勵磁場被施於電 聚上，不均勻地泵抽該電漿腔室等等。因為每一線圈磁鐵 各可被一獨立的任意波形產生器來驅動，且控制器可被程 式化地控制送入磁陣列中的電流配佈，而來彌補該電漿中 的局部不均勻。故，該控制器可被程式化來造成一旋轉磁 場，其會在該所施的磁場中形成局部的不均一性，而來補 償該電漿中的密度不均一性。 應可瞭解雖上述之電漿腔室中的各電極係被以一附設 的電壓源來驅動，但此並非意指該每一電極皆必須一定要 以忒附没的電壓源來驅動。故，其在操作時例如可將該系 統10中之該對電極18、20中的一者固定於接地電平，或任 意其它靜態（即不改變的）電壓電平。

本發明的許多特徵和優點乃可由以上詳細說明來呈 顯，故乃期以附申請專利範圍來涵蓋所述方法的所有該等 特徵和優點，其係包含於本發明的實f精神和範圍内。又， 由於各種修正變化將為專業人員所易實施，故並不能將本 發明完全限制於所示出及描述的結構和操作中。且，本發 明的方法和裝置亦如同使用於半導體領域中自然複合的相 關裝置及方法，通常係以經驗來決定操作參數的最適當值 以作最佳的實施，或導人電腦摹擬而來達到特定用途的最 佳設計。因此，所有適㈣修正變化及等效結構等皆應視 為含括於本發明的精神與範疇内。 23 1293855 五、發明說明（21 ) 元件標號對照 10、80...電漿處理裝置 48...光學探針 12...電漿處理系統 51... .電磁鐵 14…電漿腔室 53... .電源 16…内部區域 54... .電漿 18...第一電極總成 55... .蕊心 2〇_··第二霄極總成 57... ,外部導磁構件 22...内腔室 59...壁構件 24...氣體供應系統 60… .控制系統 30、32...匹西己矣罔] 62… .工件 3 4、3 6…RF電源 68 > 76…電路 38…冷名p系統 70 ' 77...任意波形產生器 39、41…流體腔室 71·· .放大器 40…真空系統 72...基準信號源 44、46...電壓探針 78.. .相位延遲電路 24

Claims (1)

1. 附件-··第9112_3號專利申請案中文申請專利範圍修玉本(無劃線） 六、申請專利範圍 /. 一種可在一電漿處理操作中以電漿來處理一工件的方 :’該電漿係、由一電漿處理裝置的電漿腔室中之處理氣 版所生成’該裊置含有一電磁鐵陣列環繞該電漿腔室的 周緣來置設；而該方法包含·· 由該腔至内之處理氣體產生一電漿，並使該電漿粒 子撞擊該工件； 選擇該等電磁鐵之電流信號的配佈；及 冑各該選擇的配佈電流施加於該等電磁鐵，而在該 電水處理#作中將兩種以上的磁場靡形施加於該電漿 上。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中至少有-磁場靡形 係為非旋轉磁場廓形。 3.如申請專利範圍第1 甘士 s + ^ 嗖夂方法，其中至少有一磁場廓形 係為旋轉磁場廓形。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中該至少一旋轉磁場 庵形會在被施加於該電漿上時來修正該電聚密度的不 均一性。 其中該至少一旋轉磁場 其中该穿越磁場庵形的 其中該至少一非旋轉磁 5·如申請專利範圍第4項之方法 廓形係為一穿越磁場廓形。 6·如申請專利範圍第5項之方法 磁場廓線係為非直線的。 7·如申請專利範圍第2項之方法 場廓形係為一桶式磁場廓形。 其中該兩種以上的磁場 8.如申請專利範圍第丨項之方法 25 1293855 六 '申請專利範圍 摩形係包括-穿越磁場廓形及一桶式磁場廊形。 9·如申請專利範圍第旧之方法，其中該施加電流的_ =包含施加該等電流信號，而在該電聚處理操作的第一 日^施加-桶形磁場於該電漿上，並在該電漿處理操 的第二時段施加一穿越磁場於該電漿上。 10·如申請專利範圍第9頊$ t、土 ^ ^ *關弟9項之方法’其中在該電襞處理操作 、弟$ #又會有多數的桶形磁場被施加於該電漿上，而 以預定的速率來減少電漿密度。 11·如申請專利範圍第10 乐M之方法，其中該穿越磁場的廓線 為非直線狀。 12.如申請專利範圍第u 、之方法，其中該牙越磁場會修正 該電漿的非均一性。 / 13·如申請專利範圍第 人一 乐員之方法，其中至少有一磁場廓形 έ在處理時改變角方向。 14.如申請專利範圍第13項之方法，其巾在處理時會改變角 方向的至少—磁場廓形係以旋轉來改變角方向。 26