TWI327740B - Internal antennae for plasma processing with metal plasma - Google Patents

Description

1327740 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，發明是錢於激發位在·處理裝置之真空處 古 用天線來將射頻能量連結至含ί 【先前技術】 在半導體製造中，除了—主雜賴源外 =會使用繼’以改善處理工具的效能。、4 上助電漿源來增加賴密度，以使沈積 狀特徵部覆蓋率，並減少這類特徵部之頸 置在以-可垃、n ) &期間’會使用—辅助電滎源來設 it 來維持均勻蝴之晶圓水平及足_以秋

製程;===損=望電漿密一 執行軟侧處理=ΐί優也有缺點。在湖模組中，於 =合:;(：：=電激。在. 亦會顯著地降低蝕刻生。通常」這樣的電漿 在獨立處理模組内執行二理時，預清理製輕通常 外部ICP線圈，該外邱ICP^= ’用於預清理的電漿源包含- 空室内。為避免_==;=會電::=真=内真 (s) 1^27740 ^射頻’通常以具有某種程度複雜性之沈積擋板或遮屏來保護窗 lPVD所用的射頻電漿源可使用其中線圈係浸沒於電漿 圈設計。由於在這樣線圈上所逐漸產生的高電壓，電漿會濺 =到’故必須更換線圈；為了降低線圈電壓與減少線圈' 以二4，z下操作。此外’由於大電漿熱負载广所 而要讓線水冷卻’ _使線關造複雜化。 接乂™，!7之内部線圈的替代方案係採用外部天線料，其中- 在箱=^rewery等人在美國專利帛6,287,435號中所採用。 == 所^係設計成一金屬:===板 導體片斷方向之^藉由導入具有通常垂直於射頻天線 某些來達成。這種方法排除了 沈積遮屏必須達成兩相沒日;部要承文沈積遮屏複雜性的缺點。 若預期介電窗口的射會=-項。 係由具有複雜溝槽形(例如來董，其中該遮屏 射頻源效率降低。效率降低及其在ί.個二失，並導致 因線圈電流增加而抵鎖，接著 j之輪出上的效應可 得射頻電路之其他部份之複雜性=線圈叫的電I。此依序使 調諧網路。 ” s σ，例如調諧網路與自線圈至

當iPVD壓力處在30至1nn mT 源附近會產生密度為1()12αίΓ3? 時’在射頻 及次更大的_電漿與4至5電子 1327740 伏特的電子溫度。因此 < 二十或甚至更高的射頻功率以；將的熱負載：高達百分之 尤其在例如離子化物；、負載形式向後沈積至遮屏， :。這些問題亦適施=積的情況 頻功率源；==點。 ㈣之用於 前技單-裝置中之先 本發明的原理係描述在以下實效率且有效地進行。 pIZVsuJs T ^t719： 886 ^ PCT ， 2003 ^ 11 根據本發明確切實施例，所設 線圈心線 的介電材料所製成，線圈加強件係在面對魏牛圈 1327740 • · 廓，以避免沈積材料自線圈之— 、 與托板組件，其中托板在對應於 二圈形成導電路徑；線圈 槽，以維持托板的設計_圭夕/強構件的位置處製作有溝 毫米；線圈與電漿遮屏，盆中进兄為距離、線圈小於或等於2 載，並容許將-柯忽略的配來吸收大部份電聚熱負 簡化遮屏的輪廓並增加其射=輸=巧沈積在線圈上，這會 的輻射狀溝槽；線圈射頻進料哭所=具有射頻傳送所用 組件封住托板之真空密^射親.，以及_兩部分密封 實質上較多之金屬沈積量。====== 優於其他测源之處包含大氧屋力。本發明 遮屏保護線圈免受電漿敎負載之与塑限制要求較少。 *藉太_ 負載衫響。某些金屬容許穿過遮屏並 明度之薄#絲。；了具有較不複雜之溝槽及良好的射頻透 非二二ΐ要主動冷卻之線圈並未加以減鐘’因此其 #二ίΛ可經雨進行清理以避免沈積金屬。由於線圈係封 約·、、ΧΓτ間内’故其_(inductance)較典型源低 :?!i，,線圈電壓降低，此現象可採兩種方式加以利用：1) 猎化凋諧網路與射頻連接器之設計與構造上的某些限制，或 2)藉^至少局部地在降低線圈電流或降低線圈電壓間進行取捨， 例如藉由增加線圈圈數以藉此降低通過線圈的電流。這類的電漿 源線圈的輪廓遠低於三維Icp線圈。 、 根據本發明的其他實施例，有一種處理裝置裝配著具有一或 更多下列特徵的晶圓級電漿源。本發明更有用的實施例係應用於 iPVD與感應_合電漿钱刻機器中。在晶圓級電漿源中，若與在其 中電漿源係面對著晶圓之實施例中的jCp源之情況相較，這類電 ⑧ 徑;在電襞源係處於完全真空之狀態下，直空 料哭^成為問題。為了避免射頻進料115丨燃魏，可將逸 ^封專用導管内。因為施加射頻偏屢，故晶圓支架之草此 =-般為射頻加熱性（RFhQt)，且—般所設置之晶圓支= -CRF h〇t) floating) ί

為曰圓桌台組件進行接地。此外，晶圓支架^屏ΐ 马射頻接地、或射頻加熱性或漂浮狀態。 L件J 對來2些多少具有重要性。在僅為低愿應用中， 列如對於在數百瓦特範圍中的操作而言: 接ίί聚遮屏。此外’根據應用’可能無法 在那稽積ΐ接料(gr⑽dpiane)與加強件上之程度。 導體太線圈的橫剖面可自矩形改變成鋸齒形，俾使線圈 此類構造將實質上降低金屬沈積於線圈後方之程i 雜仁 刻率在發明會在一較低電壓下獲致一均勻的高钱 ^本發明之其他應用可容許在测模組中原地執行預清理步 此产可與"Γ主1cp源一同使用，或可完全取代它。除了 離ί之久j到者以外，本電裝源可使用在包含麵金屬原子或 雕于之各種處理應用中。 理解本^日月如些與其他目的與優點，從以下詳細描述將更容易 【實施方式】 -類^是pt0i在美國專利第6,287,435與6,719,886中所述之 的直★卢二—裝置10。該裝置10包含由接地金屬室壁11所包圍 supporOn^# 向上面晶圓支架（UpWardly facing wafer a支撐住處理室内12的半導體晶圓丨4，以便進;I亍處 (§) IDL / 理；位在室壁U之上# 其中該塗佈材料來源包I並型上口16中係塗佈材料來源， 該材料；—永久磁鐵包==材其2=14的表面上將塗佈 锻表面27上方提供一電繁 ' 乾材24後方，並在乾材24之機 源25係連接於乾材24與系統接^n=g)=態=;直流^ 位施加至靶材24 ;而射頻 ，^以將一負直流濺鍍電 統接地15之間。糊偏29健接於基板支架13與系 感應輕合賴（ICP)源20係受血 _，其會產生射頻能量，以將具有處24 $處的開口 28 在處理室12内的乾材24與晶圓η間。^，及榮維持 22,其中該射_源22係透過匹配網路電源 與内部射頻線圈或天線4〇之引線 連 24 ’ @材24再依序密封至室壁n HP封至Μ 之真空密封器。而電絕緣體中形成開口 16 1卜ICP源20隔開 與33則會將_4分別與室壁 圖2是根據本發明實施例的電漿源2〇之— Γ〇 ： ί42 ^ ^ 隙足貌姑*、Γ斑1屏依規疋尺寸切割，俾使線圈40附近的間 ==了 ㈣、賴御则鱗纽電。電衆遮屏 大夏之兩熱傳導性材料之遮屏，以分散並導離熱量，同時提供盘 ^壁11之散熱片接觸的足夠區域，以將熱量自遮屏42處有效地 移除。 ㈣圖二著圖1之線1Α—1Α操取所得的電衆源20之底部概 略圖，圖1Α並顯示具有-般螺旋形狀的線圈4〇，以及在其周圍 近以-f射方向排列、通常垂直於線圈4〇之導體繞組(winding) 之具有溝槽43的遮屏42。如圖2所示，位在線圈4()後方者為托 1327740 麵綱秦進入處理室 塗佈材料由姆24通過(雖然並非完全消除）金屬 上的面對托㈣之板4上。安裝在、_叙側邊 助容忽略大部份電装熱負載以外，僅容許金屬 遮屏42簡化了遮屏J 圈4〇上。容許某些塗佈材料通過 杯杯4442的輪廓並增加遮屏42的射頻透明度。 壁11所支浐的槿、地至系統接地15並將熱能量接地至由室 外部時Λ署的Λ造(未圖示）兩者。與當線圈係安裝於處理室12 以該類型的介電窗口相較，副 4444間維持小於等於2毫米的設計間隔，托板 了 -有製作於對應於加強件45之位置中之溝槽。 佈，ΪίΪΐϊ加強件45之表面可以金屬或其他沈積材料來塗 溝沈積材料係自處理體積3〇而行經遮屏42内的 線圈4〇之導體間的間隙39。因而，所形成之加強件45 員避免自線圈之某一圈至下一圈形成導電路徑。形成二5 γ在加強件45内設置較線圏4G之導體間之間隙如為寬的‘ 以便形成未曝露至沈積材料的底切（undercut) 49，且如此 無導電沈積碱的狀況。因此，可稍線81 4G電接觸而形 取堂佈積物50。 為了更進一步減少穿過間隙39並沈積在加強件45上的材 Ϊ願藉由設置如圖3之線圈偷内的鑛齒形間隙39a，而將 綠圈40裝配成可封鎖通過間隙39的視覺線（line_〇f_sigh〇路 11 1327740 徑。 線圈40的射頻進料器41通過托板44内的;^、、π C1 板44的電接觸。如圖2所示，設置一非導電的直二…，脫離與托 封組件52，以便密封並支撐在孔洞51處的進料器^、閉進料器密 令心係熱與電接地至托板44處；而射頻進料器^連 40的外端。 矛、連接至線圈 密封組件52為包含一基座53及一罩蓋55之兩部八 (two-part)密封組件，其中該基座53係利用位於^二 間之0形環密封墊54以拴至托板44,而該罩蓋55 ‘'空) ，且0形環56係塑形成可獻罩蓋55與射頻進座53 形壞56。是藉由帶螺紋之罩蓋55而緊壓在基座53頂端愈哭 之間。最好基座53與罩蓋55兩者均由例如DELRIN 的介電物質所製^ ^射頻強度 由於所有表面均將經歷一些金屬沈積，故應 的附著，此係藉㈣習知方式使所有表面粗以^進 + π ώ：二了避免引燃線圈40之各圈間、線圈40後方及線圈40斑 44 _寄生放電，故所有的_均應小於某—^尺、 τ*夕^上其係由操作壓力來支配，並與處理氣體原子在該壓力 均自由徑（meanfreepath)有關；典型值為小於或等於2 f圈40導體亦應具有足夠大的橫剖面積，以帶離因線圈 tint所產生之熱量；此—面積通常約為—平方公分關 m = Γ中線圈導體為純銅。線圈40典型上為2至4圈，其最佳 變。可透過模型化來決定’而該數目可根據系統構造及參數而改 導性同0邊界與中心處熱接地，其應具有良好熱傳 毫米舉例來說，遮屏42可由紹所製成、厚度為數 板44 i的金屬厚度亦為數毫米。線圈40減少了在托 ’積且亦用以避免引燃線圈40之各圈間、線圈 12 ⑧ 1327740 40與托板44間、及線圈4〇盘電喈骑屋的 橫剖面最好為矩形。 /…輕42間的電聚。線圈40的 如圖1A所示，電漿遮屏42上的溝 處，溝槽43係延伸超過線圈4() ^ ^不專長的。在外徑 達線圈之下絲與電縣遮屏表面^超出距離至少 距處離^槽㈣再度延伸纏線_=層==在=出 以承受壓力，而不致不當變形。 使八具有足夠強度 與金屬沈積應用中的外部線圈JCP 含對在遮屏保護介電窗口時所需要屬、二^月的優點包 件限制較少。在本實施例中，遮的色蔽的必要條 ，聚熱負叙影響。某些金靠二4角過mm免受 造中之遮屏的溝槽）之薄4 目較於在外部線圈構 並未經過濺鑛，因此其非為=品==主ί外，其 免沈積金屬。由於線圈40係封在一小型導電避 $大部份外部線圈設計者降低約M，如此 人可彻此縣來触某些麵網雜射 漿源t 別是三維1cp線圈）之電激源相較t 瓷窗π/ Λ廓。線圈4G佔有的空間相當於沈積擋板ί2 麵遮屏間、及線圏與托板二？ 了考慮面達約1MHz的較高頻率。 13 ⑽目賺Ma_»級槪 高密度電漿。-種晶圓級電將1置10&内的晶圓14周圍設置一 10·，汹號中。雖電=Rn係揭露於美國專辦請案第 20者相似，電衆源 裝源6。包含圍繞位在曰圓*加土述1(:?/原20的情況中魔大。電 射頻線圈或天線H曰曰同产或夹頭l3a周圍附近之晶圓14之 進料器61—，其中該射頻^^更詳細說明，線圈62具有一麵 射頻細(未=於連接域理錢外側之 理室12之直^導官63内。設置導管係為避免沿著處 性不月二真^ 頻進料器而引燃電聚。真空密封考量之重要 食電容哭由於自射頻偏壓產生器18透過匹配網路17 i = e! 13a 射頻加敎性戍射傾土 ^又^_幸虽射狀溝槽65，而遮屏Μ亦可為 進行接^。 因此電毁源60係獨立地自夾頭版處 體距於上述的線圈4G，其設置有與線圈62之導 =相近的托板66，以避免電漿寄生於此空間β ; 加強件45般之線圈加強件67 ;線圈62的繞組間唯持箬竑 乍68，根據所應用的電力參數，賴可使用其 以，但在所例不之實施例中，線圈62通常為螺旋形。 之庫，:可考慮其他麵之賴源6()。例如在僅為低麗力 線i師η線圈62與遮屏64之間、線圈62與托板66之間、及 免68内的間距可大於2絲，其中該間距係為避 ，，電水在線圈62後方及周圍之必要條件。同時，若 ΐίΐ !2的濺鍍並未過量，如對數百瓦特的操作而言：則可省 勤ίϊίΞ 64 ;在極端相反之情況下，對極高密度電漿而言，主 動7部，圈62與電漿遮屏64可能較為理想。 α同4，根據應用，金屬沈積於托板66與加強件π上之妒挣 可能未如期望地過高；在該情对，可將線騎剖面自矩形^ 成鑛齒形’如圖6的線圈62a所述。儘管變得較為複雜，但此類 的鑛齒形構造可降低金屬沈積於線圈62後方的程度。 本發明已說明於示範性實施例的上下文中。熟知此項技術者 f理解到：在不脫離本發明之原理的情況下，可對此處所述之特 徵作出增補、刪除及修正。因此，茲主張下列申請專利範 、 【圖式簡單說明】

圖1是根據本發明一實施例的斤仙裝置之橫剖面圖，复 侧裝置具有與晶_對向且面對晶圓高密度電漿源。"W 圖1A是說明與圖1之電漿源有關的遮屏溝槽與線圈導體 剖面圖。 、子只 圖2是圖1的圈圍部分之放大圖。 圖2A是圖2的圈圍部份之一再放大圖。 裝置之橫剖面圖 圖3是圖2A之裝置之部分的替代實施例。 圖4類似於圖1，為本發明一實施例的 其中該iPVD裝置具有晶圓級高密度電漿源。 圖5是圖4的圈圍部分之放大圖。 圖6是圖5之裝置之部分的替代實施例。 【主要元件符號說明】

10、10a〜iPVD 裝置 11〜室壁 12〜真空處理室 13〜晶圓支架 13a〜夹頭 14〜半導體晶圓 15〜系統接地 16〜環形開口 17〜匹配網路 18〜射頻偏壓產生器 20、60〜感應耦合電漿（icp)源 (S) 15 T327T40 22〜射頻電源 22a〜匹配網路 24~濺鍍靶材 25〜直流電源 26〜永久磁鐵包 27〜濺鍍表面 28〜開口 29〜射頻偏壓電源 30〜處理體積 39〜間隙 39a〜鋸齒形間隙 40、62〜射頻線圈或天線 4卜引線 42〜電絕緣體 43、 65〜溝槽 44、 66〜托板 45、 67〜加強板 46〜螺絲 48〜刻痕 49~底切 50〜塗佈沈積物 51〜孔洞 52〜真空密閉進料器組件 53〜基座 54〜0形環密封墊 55〜罩蓋 56〜0形環 61〜進料器 63〜專用導管 1327740 64〜遮屏 68〜間隙

Claims (1)

1. 文申請專繼U修iL本(無畫線) 97年8 日修訂 扔.U ‘旦杀 十、申請專利範圍： h 一種用之射頻沈積源，該射頻源包含：L:」 構造； /、中Μ側具有自此處突出之射頻進料器 屏係用以承ϋ平該前侧，該電漿遮 主動冷卻該射頻線圈的漿熱負载，俾使排除 切割’以避免引燃該射頻線圈周圍放^漿遮屏係依尺寸 於綱=圓錐軸輸材，具有—開口，該射頻賴係受支標 其中;室 處理室以外之-大氣壓力環境，其^真工地與位制真空 上，少金屬沈積於該射頻線圈後方之托板 =;:s:5S:== 頻線圈構，包含複數個由貼附至該射 該射頻線圈之某-圈至另-圈形成沈 背側上，並用以Ϊ持該係安裝於該射頻線圈之該 頻線頻進料器的—真空密封，該射頻進料11雜合至該射 封住該射頻進料器的一專用導管’ 旋形係由—導體所製成的’該導體具有一通常螺 各“开心二„在繞組（__)間之間隔不超過2毫米， m y近於邊導體且與該真空處理室中之該真空環境相 18 132.7740 2. —種電漿處理裝置，其包含有： ' 一真空處理室，其由一密封室壁所圍繞以分p兮會“ .内之—真空壓力環境與位於該真空處理處理室 • -射頻產生器，其位在該1空處亥：^ 一射頻天線，其係由設置於該真 肉 數繞組（windlng)所形成，該天線t處理^内的一電導體之複 •=真; 電導體=該射頻產生器的真空空間、及將該 有_接地導電托板，其與該射頻天線之該背側平行、相鄰並留 -頻空：繞該射頻結構’並在該射 ，在S亥射頻天線之相鄰 目i 鄰元件，依規定尺寸切割兮:Μ於该處理室内之該裝置之相 以及在該射頻天線繞組二3在該射頻天線之該背側 或放電； 一周圍工間中的真空環境中引燃電漿 開口’該射頻天線係受支撐 於該開=圓:，材’具有- 。贫射頻天線與—導電電 至該托板上之金屬最少化電发2，用以將自該真空處理室沈積 天線之該前側平行且相鄰，冷電電漿遮屏設置為與該射頻 該溝槽設為通常與 漿遮屏之+具有溝槽，其令 貝天線奸，域該_天線在該真空 19 1327740 處理室之絲錢力環境巾操作，且該溝槽係絲定尺寸切割， 以容許自該射頻天線穿過該導電電聚遮屏而至該直空處理室内之 實質射頻耦合。 ~ 3上申，，第2項的電襞處理裝置，其中該天線係依規定 使其相鄰元件間且關於該處理室内之該裝置的相鄰 it或^ 2毫米’以避免引燃該射頻天線周圍的 4. 如申請，利範圍第2項的電漿處理裝置， 載，碌受高溫並充份地吸收電綱 5. 如申請專利範圍第2項的賴處理裝置，更包含： 至乂非導電加強件，其係貼附至該射頻天線之該背側。 6. 如=專利制第2韻賴處理裝置，更 稷數個介電加強件， 每-該繞組。 ‘射延伸且_至該_天線的 至少一介電加強件，其與ίί板相'隔不 7‘如!ΐ專”第2項的電漿處理裝置，更包含： 2毫米 隔不 8·如範圍第2項的電漿處理裝置，更包含. 形成於介之職間，且具有 繞組至另—繞師成導電路徑„賴以避免自剑_天線之- 十一、圓式·· 20