TWI353392B - Thermal management of inductively copuled plasma r - Google Patents

Description

1353392 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體設備，更明確而言，係關於一種 用於在製程室中提供來源以感應地產生電漿的RF線圈組 合0 【先前技術】 化學氣相沉積（「CVDj )係一種用於半導體產業中以 在基材上形成所需材料之薄層或膜的氣體反應製程。高密 度電毁CVD(「HDP-CVD」）製程使用反應性化學氣體，連 同透過使用RF產生電漿所產生之物理離子以增強膜沉 積。尤其HDP-CVD系統係藉由使用感應耦合技術形成一大 小上大於標準、電容耦合電漿CVD系統之密度至少將近2 量級之電漿。此外’ HDP-CVD系統大體上在低於低密度電 漿系統之壓力範圍處操作。使用在HDP-CVD系統中之低室 壓力可提供具有長平均自由徑及較低角分布的活性物種。 此等因子結合較高之電漿密度，提供具有用於一些半導體 處理型式之優點的處理環境。 例如’業經發現HDP-CVD技術可提供改進之間隙填充 能力’其中分離基材上電路元件和互連件之間隙係用電絕 緣材料填充，以避免在元件間引起寄生交互作用（spurious i n t e r a c t i ο n s)。改進H D P - C V D技術的此間隙填充能力之原 因在於電漿之高密度促進濺射與膜沉積同步、在一些特徵 上（諸如升咼表面之隅角）緩慢沉積。一些HDP-CVD系統將 5 1353392 非反應性氣體引入電漿中以更促進濺射效應，且一些製程 在基材支撐基座内使用電極，以產生將電漿偏向基材之電 場。

近來，已開發出一些使用氫氣作為非反應性氣源之製 程，其中該等製程大體上使用高RF功率以產生電漿及相對 較長之沉積時間。雖然此等製程在填充間隙方面已非常成 功，惟其將處理室之部分曝露於來自高功率電漿的更長週 期之離子轟擊及輻射。此曝露之影響在於多晶圓製程期間 大量熱被諸如室頂、檔板、氣體喷嘴及製程套件之陶瓷組 件吸收。此高溫不僅導致增加此等組件之破裂速率，且亦 不利地影響均勻性範圍偏移，且透過在此等位置處形成之 反應增加喷嘴堵塞之事例。 因此在此項技術中有需要改進感應耦合電漿反應器之 熱管理。 【發明内容】

本發明之具體實施例揭示一種用於在製程室中提供來 源以感應地產生電漿的RF線圈組合。該RF線圈組合包含一 置於處理室周邊附近的RF線圈，及一置於該處理室周邊附 近的框架。該框架適於將RF線圈支撐在定位。一介面材料 係置於該框架及一處理室之側壁間且與其熱接觸。該介面 材料具有3.0W/mK或更多之熱導率。 在不同具體實施例中，該介面材料之熱導率可為 4.0W/mK或更多、5.0W/mK或更多、可為6.0W/mK更多或可 6 1353392 為實質上介於3·〇和6 〇w/mK之間。在—些事例巾一冷媒 管係置於與RF線圈熱接觸以承載液體冷^流。 該處理室可包含一室頂，其在處理室中界定一電漿處 理區之上邊界。RF線圈及框架係置於該室頂附近。在一些 此等具體實施例中，RF線圈具有一界定圍繞該室頂之環形 的平面斷面，其中該框架具有複數個自該室頂朝外之方向 延伸的指狀件。指狀件覆蓋環形之一部分，使得藉由複數

指狀件之環形覆蓋的相對區域係在丨5%及4〇%間。在一具體 實施例中，由複數指狀件之環形覆蓋的相對區域係在20% 及3 0%間〃複數指狀件可包含複數對指狀件，其中各對指 狀件係置於RF線圈之實質相對側上，且實質上覆蓋環形之 相同部分》該環形可為一實質上圓環形。在一些具體實施 例中，該框架具有一界定與介面材料熱接觸之區域的高 度，該高度大於正交於平面斷面之一平面的該111?線圈及指 狀件之一全部寬度。在一些此等具體實施例中，該高度係 比該RF線圈及指狀件之該全部寬度大至少1〇 %，间性+ 』時在此

等其他具體實施例中’該高度係比該RF線圈及指狀件= RF線圈組合可形成一基材處理系統之部分， 兵包括_ 外罩、一高密度電漿產生系統、一基材架、一氣 《a得遞系 統、一壓力控制系統、及一控制器。該外罩界定處 & 里至。 高密度電漿產生系統係可操作以耦合至處理室且白人

^ "y RF 線圈組合。基材架係配置以在基材處理期間固定_甘 ^ 暴材。 。壓力控制 系 氣體傳遞系統係配置以將氣體引入處理室中 7 1353392 統維持處理室内之選定壓力。控制器控制高密度電聚產生 系統、氣體傳遞系統、及壓力控制系統。 本發明之本質和優點的進一步瞭解可藉由參考規格書 之其餘部分及圖式實現。 【實施方式】

本發明之具體實施例提供感應鵜合電聚反應器之改進 熱管理，尤其是藉由控制用於該等反應器中之側線圈的熱 特徵。第1A和1B圖分别顯示習知RF線圈及加熱器組合1〇〇 之展開和組合圖。該組合具有中心對準且藉由—框架1〇6 搞合之一加熱器102及一 RF線圈104。加熱器1〇2、RJ?線圈 104及框架106亦可藉由一互連件120及一組合13〇輕合。

第1C圖顯示習知RF線圈及加熱器組合1〇〇之平面圖， 其顯不加熱益102及RF線圈104之同心及共面對準線圈 104可藉由框架1 06保持在相對於加熱器1〇2之位置中，框架 1 0 6具有延伸出且支撑R F線圈1 〇 4之繞組的指狀件1 〇 8。組 合1 0 0可圍繞室頂側壁之外側定位，參考以下有關範例性感 應耦合電漿系統之說明的進一步描述《室頂側壁協助界定 一電漿室之電漿產生空間。在此組態中，加熱器1 〇 2位置係 比RF線圈1 04更靠近室頂側壁。當rf線圈1 04循環冷卻液體 以冷卻電衆室時，加熱器102亦用室頂側壁來冷卻。 組合130之詳圖顯示於第1D圖中，其導管122A及122B 係提供用於連接至一 AC電源（未顯示）。在所示之具體實施 例中’加熱器1 0 2包含二對導線，其中第一對1 〇 2位於靠近 8 1353392 導管122A且第二對102B自導管122B露出。一電源供應輸入 (未顯示）係透過一封閉迴路溫度控制器連接至第一和第二 對102A和102B，以調節陶瓷室頂側壁上之温度。導管122A 和122B係藉由電支架124保持定位，其可藉由一容納於開 口 126處之固定件固定至組合100的其餘部分。

習知線圈組合之結構係用第1E圖所示之斷面圖進一 步顯示。各個此等斷面圖顯示室頂側壁110相對於加熱器 102及RF線圈104之位置。圖式頂部處之斷面A-A顯示在第 1C圖中線A處的一圈組合100的斷面圖。斷面B-B顯示在第 1C圖中線B處之組合100的斷面圖，其中一指狀件108自框 架延伸且接觸RF線圈104。斷面C-C顯示在第1C圖中線C處 之組合100的另一斷面圖。在各斷面圖中可見到一介面材料 11 5可置於室頂側壁11 0及框架1 0 6間，以提供一些熱損耗。 一冷媒管係設置通過線圈1 〇4，使加熱器1 02和冷媒管與RF 線圈成為一體。依此方式，室頂可藉由加熱器102加熱，且 藉由使冷媒流過冷媒管來冷卻。

雖然第1 A至1 E圖之習知側RF線圈大體上係充分設計 用於在一室内於某些處理條件下施行電漿處理，該設計之 處理條件的限制很明顯，即，使用高RF功率且相當長之處 理時間。尤其是，在其中側RF功率超過7.5kW之處理條件 下，藉由習知設計之熱管理可能不適當。此在其中側RF功 率係9.0k W或更高之處理條件下甚至更不適當。可預期需 要大於1 2 . Ok W之側RF功率的製程可能即將需要適應一些 挑戰性沉積情況。同時，一些製程係在開發中，其中此量 9 級之功率 秒或更大 計之熱特 當本 增加時間 管理之修 倩J RF線圈 該結構周 特徵之複 以熱耦合 計間的折 作為一種 何類型式 此模 度。在電 模型之另 位準係待維待達大於200秒、大於300秒、大於400 於5 00秒之時間週期，其中因為習知側RF線圈設 徵，沉積可气t * 能至少部分會過早地故障。 發月者開始面對修正側RF線圈設計以適應用於 週期之增加Rf功率的任務時，對於可達到所需熱 正型式並不明_。如自第1A至1E圖可顯見，習知 和加熱器之結構包括若干不同組件，其具有圍繞 圍變化之結構。結構之熱特性呈現個別組件之熱 雜父互作用。例如，在習知設計中，使用指狀件 線圈及水管反映了加熱、冷卻及線圈剛性競合設 衷設計。本發明者已研發一種熱特性之電模型， 用於將各種參數之相依解耦合且因而系統化評估 之修·正可用以改變所需方式中之熱特徵的方法。 型係概要地顯示於第2 A圖中，其中電壓類比於溫 模型一端點處，電壓6對應於室頂溫度，而在電 _端·點處^ ’電壓6對應於線圈外側之7 5 °C的溫度 限制。在此一電模型中之電流對應於熱通量且可近似常 數。藉由該配置之各若干組件的熱損耗對應於電模型中之 一電阻元件’其中第2A圖中之模型明示用於改變熱模型之 可能來源，即依據在室處之熱損耗凡hamber、透過一置於室頂 側壁及框架間之介面材料的熱損耗/?interface、透過框架之熱損 耗及frame、透過自框架延伸出且置於線圈周圍之指狀件的熱 損耗/?flnger、反透過線圈本身之熱損耗/?c〇il。在解除此等不同 組件之耦合時’由本發明者使用之模型研究當修正個別組 10 1353392 件中之一的熱特徵時，在側線圏配置之熱特徵方面的總體 影響。此允許能更佳瞭解總體結構内之組件的效應，且因 而允許瞭解效應之組合。基本上，模擬之目的係要辨識減 少電阻λ以減少溫度之有效方式。

本發明之具體實施例藉由改變結構之熱與其他物理特 性及其使用方式，來提供習知設計之修正。因此第2Β圖提 供該側線圈配置之一部分結構的概要顯示，辨識用於討論 本發明具體實施例之某些元件及尺寸。框架2 1 6係設置以在 室頂204之一側壁208處熱接觸該室頂，其具有一插入之介 面材料212。該框架具有一高度/iframe且接觸側壁周圍。加熱 器元件係如2 2 0所指，且該線圈如2 2 8所指。線圈2 2 8具有一 外徑〇DC()i^ —内徑IDCC)il，且係配置有一内部冷媒管，冷媒可 如箭頭232所示通過其流動。框架216包含複數指狀件224， 其係圍繞室頂204周圍隔開，且與線圈228熱接觸。一特定 指狀件具有寬度wfmgCT及厚度ifingCT，其如以下進一步說明，對 於所有指狀件可實質上一致或隨著不同指狀件變化。

在評估熱特徵之個別修正的效應時，本發明者亦利用 一基於標準 Tubular Excnahge Manufacturers Association(「TEMA」）方法 之熱模型，用於計算熱轉移係數。因為RF線圈之二迴路係 將近對稱，且因為各迴路之構造具有可重覆之模式，故只 模擬單一線圈結構之一區段。該等模型考慮不同型式之冷 媒，其一係1 0 0 %水且另一者係5 0 %水/ 5 0 %乙二醇混合物。 此外，該等模型考慮水/乙二醇混合物之不同流量。此等不 同冷媒及流量影響待應用於模擬通過線圈之冷媒流的熱轉 11 1353392 移係數。熱轉移係數係藉由測試溫度資料及積垢（fouling)因數 精細調整，其中用於一些模型中之值已綜整在表I中： 表I :冷媒熱轉移係數 參數 100% 水 乙二醇 (向流量） 水/乙二醇 (低流量） 管内徑(公分） 0.64516 0.64516 0.64516 管斷面(平方米） 3.269x10'5 3.269XHT5 3.269X10'5 流量(gpm) 1.8 1.8 0.5 流速(m/s) 3.474 3.474 0.965 密度(kg/m3) 999 1035 1035 黏度(Pas) 3.70X10·4 7.10X10·4 7.10X10-4 熱導率(W/mK) 0.668 0.3674 0.3674 比熱(J/kgK) 4190 3771 3771 Prandtl 數 Pr 2.32 7.29 7.29 Reynolds 數 Re 6.05xl04 3.27xl04 9.08xl04 Nusselt 數 Nu 224 193 69.2 熱轉移係數(W/m2K) 2.32xl04 Ι.ΙΟχΙΟ4 3.94χ104 積垢因敫(W/m2K) 2840 2840 2840 總熱轉移係數(W/m2K) 2.53xl03 2.26xl03 1.65χ103

第3圖顯示使用有關第1A至1E圖描述之習知側RF線圈 組合的一部分之幾何形狀執行此一模擬的結果。該模擬係 針對一配合如以下有關第5 A和5 B圖說明之感應電漿室，在 自一藉由提供9kW射頻功率至側線圈（另提供9kW功率至頂 部線圈及一 6kW偏壓功率）形成之電漿所產生熱的處理條 件下操作之側RF線圈組合所施行。冷媒管係模擬為在5 0 °C 下具有1 . 8 gp m流量之5 0 %水/ 5 0 %乙二醇。置於側壁及框架 間之介面材料具有約K=1.5W/mK之熱導率係數，其使用 HeatPathTN4i冊商標且可自Dow Coming©市購獲得之熱塾材料進 12 1353392 行模擬。第3圖之部分（a)顯示由模擬決定之等溫表面’而 第3圖之部分（b)提供所產生溫度決定之輪廓顯示。 此等結果係用作當進行某些修正時比較線圈之平均頂 部溫度改變的基線。此等比較係參考第4圖進行，其中該圖 之圖畫（a)對應於第3圖之圖畫（a)作為基線結果。

第4圖之部分（b)顯示將置於側壁2〇8和框架216間之介 面材料212的熱導率係數增加至κ = 4 〇w/Mk〇熱導率之此一 增加造成室頂側壁和框架間之熱介面的改進，且導致平均 室頂溫度降低達約22°C。本發明之不同具體實施例因此提 供一具有3.0W/mK或更大、4 〇w/mK或更大、5 〇w/mK或更 大或6_0W/mK或更大之熱導率的介面材料，此等值有時係 藉由使用具有在3.0至6.〇w/mK範圍内，或5.0至8.0W/mK之 範圍内的熱導率之材料達到。在一特定具體實施例中可用 以提供具有需求特徵之介面材料的適合材料係可由 Themag〇n公司獲得之可撓性石墨材料T-g〇n™。此一材料具有

5W/mK之標稱熱導率， 2.20g/cm3、硬度 85Shore 度 650psi 。 其特徵之其他物理參數包括密度 容積電阻率llXl〇-4Qcm及抗拉強 ' 丨'咋加榧架216和室頂側壁2〇8 熱接…果，在此事例中藉由增加框架2 Μ間，φ及介面材料212和室頂側壁⑽間之接觸面積。以 知設計中，接觸面積等於以 在％ 於線圈外徑。D—狀件厚度W二; 13 1353392 施例藉由使框架高度大於〇Dc。,什％_而增加接觸面積，且 因此增加熱導率。在一些具體實施例中，框架高度超過 〇D«>i丨+ 2(/i»ger達1 0 %以上或2 0 %以上，諸如在1 〇至2 5 %以上之範 圍内，或在20至30 %以上之範圍内。 在用於處理300毫米直徑晶圓之室的側線圈組合之習 知片中’框架南度/2户flme係將近〇·5英叶’該室頂在該點處

具有約18.5英吋之圓周。顯示於第4圖部分（c)之結果係增 加框架尚度A/rfl；ne約〇.〇7英吋的結果，即，使得框架高度&_ 超過ODcoil+2^er達約1 4%。在此示範中，平均室頂溫度降低 約ire。由本發明者施行之模擬指示可藉由增加框架216 和側壁2 0 8間之熱接觸而再進一步實現減少溫度。 第4圖之部分（d)顯示增加框架216和室頂側壁2〇8間之 熱接觸的結果，其係藉由增加框架216之指狀件224和線圈 228間之接觸面積。在此事例中，部分（3)之基線計算係針 對具有〇·3叶之指狀件寬度，讲及0.65吋之線圈外徑0Dcp(7的 側線圈組合之一部分施行，其尺寸係與一具有约η」吋之

室頂圓周的習知設計一致。對應於部分（d)之模擬係以一具 有2倍寬度（即M^ger=〇. 6吋）但具有相同線圈外徑之指狀件施 行。依此方式增加框架216和側線228間之熱接觸導致降低 約1 2 °c之室頂溫度。 更一般而言，框架216和側線228間之熱接觸，可藉由 如部分（d)所示增加指狀件之寬度、增加指狀件的數目、或 二者來增加；在一些具體實施例中，指狀件之寬度可隨著 全部接觸之增加而增加。垃傾夕/☆進· 曰加。接觸之位準可依據相對面積來定 14 1353392

義，該相對面積係藉由線圈被側線圈組合之指； 蓋的斷面所定義。藉由此一定義，由指狀件覆 積係： f 一_^fingers ^^coil ^finger_ ^[(Rdome+ODcoilf-R2domef 其中分子係個指狀件之全部面積，而 繞半徑之室頂：的線圈所界定之環形的面積 3 0 0毫米晶圓之室的側線圈組合的一室頂具 件，其中半徑=18.5英吋，其提供約10%之 蓋/。本發明之具體實施例提供1 5 %至40%之覆 體實施例更嚴謹地提供2 0%至3 0%之覆蓋/，以J 和線圈2 2 8間的熱接觸。 雖然用於指狀件之相對覆蓋的此定量測量 討論具有圓環形的平面線圈斷面，此一組態 制。更一般而言，平面線圈斷面可具有圍繞室 任何環形，諸如一橢圓環形、多邊形環形或甚 形。如本文中所用，一「環形」係幾何類似形 寸且具有共同中心之二封閉平面圖的區域。 第4圖之部分（e)顯示增加冷媒流量的結果 行2gpm基線冷媒通量及4gpm之增加冷媒通量F 然結果在室頂處係有一些溫度減少，相較於 計，較適度係約5 °C。由本發明者施行之模擬已 決定冷媒通量增加超過2gpm可提供室頂溫度 i件224所覆 蓋之相對面 分母係由圍 。習知用於 有約20指狀 相對面積覆 蓋/，一些具 曾加框架2 1 6 之上述示範 並非意欲限 頂之周邊的 至不規則環 狀但不同尺 ，其中係進 Θ的比較。雖 一些其他設 因此大體上 之一些而適 15 1353392 度的減少。但同時， 度惡化。 通量減少至2gpm以下明顯地使室頂溫 示包括冷凍器以減少冷媒溫度之結

頂溫度約2 1 °C

第4圖之部分（f)顯 果，其係達到減少室 之各種模擬（已呈現其中一些結果且 ^供有關此等不同設計之相對有效性 电使用一具有增加導熱率係數，或藉 師間及介面材料和室頂側壁間之接觸 轉框架間之熱接觸的改進，及藉由使 寸達到框架和線圈間之熱接觸的改 進’提供最明顯之室頂溫度減少。雖然增加冷媒流量提供 更調度效應’但在最小流量下可能導致不利的熱性能。 範例性基材處理系絲_ 本發明者已用由美國加州Santa Clara之APPLIED MATERIAL公 司所製造之ULTIMAtm系統施行本發明之具體實施例，其一 般性說明係在由 Fred C. Redeker，Farhad Moghadam，Hirogi Hanawa，Tetsuya Ishikawa, Dan Maydan, Shijian, Brian Lue, Robert Steger, Yaxin Wang, Manus Wong 及Ashok Sinha於1996年7月15日申請且共同受讓予本案受讓人 之美國專利第6，179,428號「對稱可調式感應耦合HDP-CVD反 應器」中提供，其全部揭露書係以引用方式併入本文。該 系統之綜述係提供於相關第5 A及5 B圖之下文中。第5 A圖在 一具體實施例中概要顯示此一 HDP-CVD系統510之結構。 系統5 1 0包括一室5 1 3、一真空系統5 7 0、一來源電漿系統 16 1353392 580A、一偏壓電漿系統580B、一氣體傳遞系統533、及_ 遠端電漿清潔系統550。 至513之上部包括一室頂5丨4，其係由陶瓷介電材料製 成’諸如氧化鋁或氮化鋁。室頂514界定一電漿處理區516 之上邊界°電漿處理區516之底部係由基材517之上表面及 一基材支撐部件5 1 8限制。 加熱器板523及一冷板514覆蓋室頂514上且與之熱 耗& 加熱器板523及冷板514允許在約1〇〇乞至200。(：之範 圍中控制至頂溫度至約±丨〇 〇c内。此允許使室頂溫度針對 各種製程最佳&。例如，可能需求維持在清潔或蝕刻製程 之至頂/皿度’ t匕沉積製程的溫度高。室頂溫度之精確控制 亦減少室内之片或粒子數，且改進沉積層與基材間之黏著。 :513之下部包括一本體部件522,其將該室與真空系 統接〆基材支撑部件518之-底部521係安裝 5 2 2上且與其裕劣^ ^ ® 1 A顯-“ 面。基材儀藉由-機器人片件 ()通過室513之側面中的-插入/移除開口 (来顯干) 轉移進入及離開室513。提升銷（未顯示 ' 顯示）之控制下升古而播 ·’ ’、 馬達（亦未 卜升同而後降低，以自一 機器…’移動至一其中基材係 心557處之 之基材接收部分519上的下處“置556。基：：揮=518 包括一在基材處理期間固定基 收部分5 1 9 電夾頭520。在一較 材支撑部件518之靜 牧佳具體實施例中，美姑 由氧化鋁或陶瓷鋁材料製成。 土 W乏撐部件518係 真空系統5 7 〇包括節产 闕本體…，其容納雙重片節流 17 1353392 閥5 26且係附接至閘閥527和加速分子泵528。應注意的是’ 節他閱本體5 2 5提供對於氣流的最小阻礙，且允許對稱排 吸。閉間52 7隔離栗528與節流閥本體525，且亦可在節流閥 5 2 6全開時藉由限制排出流量來控制室壓力。節流閥、閘閥 及加速·分子泵之配置允許精確及穩定控制室壓力達約1毫 托耳（millitorr)至約2托耳》 來源電聚系統580A包括一安裝在室頂514上之頂部線 圈5 2 9及側線圈5 3 〇。一對稱接地屏蔽（未顯示）減少線圈間 之電輕合。頂部線圈529係由頂部來源RF(SRF)產生器531a 提供能量’而側線圈53〇係由側SRF產生器531B提供能量， 其允許針對各線圈操作之獨立電力位準及頻率。此雙重線 圈系統允許控制室513中之徑向離子密度，因而改進電漿均 勾性。側線圈530及頂部線圈529通常係感應驅動，其無需 輔助電極。在本發明之具體實施例中，側線圈係包括在一 具有上述特徵之側線圈組合中。頂部及側RF產生器之操作 頻率可自該標稱操作頻率偏移（如分别至及 1-9-2，1ΜΗζ)，以改進電漿產生效率。 一偏歷電漿系統5S0B包括一偏壓RF(「BRF」）產生器 53 1C及一偏壓匹配網路532〇偏壓電漿系統58〇B電容式耦 合基材部分517至本體部件522,其用作為輔助電極。偏壓 電衆系統580B作用為增強將由來源電漿系統58〇A產生之 電漿種類（如離子）傳送至基材表面。 RF電漿產生器531A及531B包括數位控制之合成器，且 在橫跨約1_8至約2,1 MHz間之頻率範圍操作。各產生器包 18 1353392

括一 RF控制電路（未顯示），如熟習此項技術人士瞭解，其 測量自室和線圈反射回產生器之功率，且調整操作頻率以 獲得最低反射功率。RF產生器通常係設計以操作成為一具 有50歐姆之特徵阻抗的負載。RF功率可自具有不同於產生 器之特徵阻抗的負載反射。此可減少轉移至該負載之功 率。此外，自該負載反射回產生器之功率可能超載且損害 產生器。因為電漿之阻抗範圍可自少於5歐姆至超過900歐 姆（尤其取決於電漿離子密度），且因為反射功率可為頻率 之函數，依據反射功率調整產生器頻率可增加自RF產生器 轉移至電漿的功率且保護該產生器。減少反射功率且改進 效率之另一方式係用一匹配網路。

匹配網路532A及532B將產生器531A和531B之輸出阻 抗與其個別線圈5 2 9與5 3 0相匹配。RF控制電路可藉由改變 匹配網路中之電容器的值來調諧二匹配網路，以當負載改 變時將產生器與負載相匹配。RF控制電路可在當自負載反 射回產生器之功率超過某一限制時調諧一匹配網路。提供 一固定匹配且有效地使RF控制電路停止調諧匹配網路之 一方式，係設定該反射功率限制在反射功率的任何預期值 上。此可協助在一些情況下藉由保持匹配網路固定在其最 近情況下而穩定一電漿。 其他方式亦可協助穩定電漿。例如，RF控制電路可用 以決定傳遞至該負載（電漿）之功率，且可增加或減少產生 器輸出功率，以在沉積一層期間保持傳遞功率實質上固定。 一氣體傳遞系統533自若干來源534A-5 34E經由氣體 19 丄353392 傳遞管線538(僅顯示其中一些）提供氣體至該室，用於處理 基材。如熟習此項技術人士應瞭解，用於來源534A-534E 之實際來源及傳遞管線538至室513之實際連接，會隨著於 室513内執行之沉積與清潔製程而定。氣體係透過一氣體環 53 7及/或—頂部喷嘴545引入室513内。第5B圖係一顯示氣 體環537之額外細節的室513之簡化、部分斷面圖。

在一具體實施例中’第一及第二氣源534八與534B，及 第一及第二氣流控制器5 3 5 A，與5 3 5 B ’，係經由氣體傳遞.管 線538(僅顯示其中一些）將氣體提供至氣體環537中之環充 氣增壓件536。氣體環537具有在基材上提供氣體均勻流動 之複數來源氣體噴嘴539(僅顯示其一用於示範目的）。可改 變喷嘴長度及噴嘴角度，以允許針對一個別室内之特定製 程修整均勻性輪廓及氣體使用效率。在一較佳具體實施例 中’氣體環537具有由陶瓷氧化鋁製成之12個來源氣體喷 嘴。

閘環5 3 7 #具有複數氧化器氣體喷嘴540(僅顯示其中 之一），其在〆較佳具體實施例中係與來源氣體5 3 9共面且 較其短，且在/具體實施例中接受來自本體充氣增壓件541 之氣體。在一呰具體實施例中，在氣體注入室513之前不希 望混合來源氣體及氧化器氣體。在其他具體實施例中，可 藉由於本體充氣增壓件541及氣體環充氣增壓件536間設置 孔徑（未顯示），在氣體注入室5 1 3前混合氧化器氣體及來源 氣體。在一具體實施例中，第三、第四及第五氣源534C、 534D和534D，及第三與第四氣流控制器535C和535D，，將氣 20 1353392 體經由氣體傳遞管線53 8提供至本體充氣增壓件。諸如 543B<額外閥（其他閥未顯示）可關閉自流量控制器至室之 氣體。在實施本發明之具體實施例中，來源534A包含一矽 烷Sit來源，來源534B包含一氧分子I來源來源”“包 含一矽烷Sih來源，來源534D包含一氦氣以來源，且來源 534D’包含一氫分子fj2來源。 在其中使用可燃、毒性或腐蝕性氣體之具體實施例 中，可能需求在沉積後消除殘留在氣.體傳遞管線中之氣 體。此可使用一三向閥（諸如閥543B)以隔離例如室513與傳 遞管線538A’及隔離通氣傳遞管線538a與真空前管線544 來達成。如第5A圖中所示，其他類似閥（諸如543A及543C) 可併入其他氣體傳遞管線上。此三向閥可視實際情形盡可 能靠近室513置放’以使未排氣之氣體傳遞管線的體積（三 向閥與該室間）最小。此外，二向（開-關）閥（未顯示）可置於 一質量流控制器（「MFC」）和室間，或在氣源和MFC間。 再參考第5A圖’室513亦具有頂部喷嘴545和頂部排氣 口 5 4 6。頂部喷嘴5 4 5和頂部排氣口 5 4 6允許獨立控制氣體之 頂部及側面流動’其改進膜均勻性且允許精細調整膜之沉 積與摻雜參數。頂部排氣口 546係圍繞頂部喷嘴545之環形 開口。在一具體實施例中，第一氣源5 3 5 A供應來源氣體噴 嘴53 9及頂部噴嘴5M。來源喷嘴MFC 535A，控制傳遞至來 源氣體喷嘴53 9之氣體量，而頂部喷嘴MFC 535 A控制傳遞 至頂部氣體喷嘴545之氣體量。同樣地，二MFC 535B及 535B’可用以控制氧氣自一單一氧氣源（諸如來源5 34B)至 21 1353392 頂部排氣口 546及氧化器氣體喷嘴540二者之流動。在一些 具體實施例中，氧氣係未自任何側喷嘴供應至該室。供應 至頂部喷嘴545和頂部排氣口 546之氣體可在將氣體流入室 513前保持分離，或該氣體可在流入室513前在頂部充氣增 壓件5 4 8中混合。可使用相同氣體之分離來源以供應該室的 各種部分。

一遠端微波產生電漿清潔系統5 5 0係設置以週期性地 清潔來自室組件之沉積殘餘物。清潔系統包括一遠端微波 產生器551，其自一清潔氣源534B(如氟分子、三氟化氮、 其他氟碳化合物或等同物）在反應器空腔533中產生電漿。 自此電漿產生之反應物係經由施加器管5 5 5透過清潔氣體 饋送接口 5 54傳送至室513。用以包含清潔電漿之材料（如空 腔553及施加器管555)必須抵抗電漿之侵襲。反應器空腔 5 5 3及饋送接口 5 5 4間之距離應視實際情形盡可能保持較 短，因為需求電漿種類之濃度可能隨著離反應器空腔553 之距離減少。在遠端空腔中產生清潔電漿允許使用一有效 微波產生器，且不會使室組件置於溫度、輻射或可能在原 地形成之電漿中出現的成長放電之轟擊。結果，相當敏感 之組件（諸如靜電夾520)無須覆蓋一仿真晶圓或受保護，如 使用一原地電漿清潔製程時所需。在第5 A圖中，電漿清潔 系統5 5 0係顯示置於室5 1 3上，雖然亦可另外使用其他位置。 可接近頂部喷嘴提供一檔板561以導引通過頂部喷嘴 供應之來源氣體流進入該室，且導引遠端產生電漿之流 動。透過頂部喷嘴545提供之來源氣體係透過中央通道562 22 1353392 導入該室，而透過清潔氣體饋送接口 554提供之遠端產生 漿物係藉由檔板5 6 1導引至室5 1 3之側面。 熟習此項技術人士將會瞭解特定參數可針對不同處 室及不同處理條件變化，而不脫離本發明之精神。熟習 項技術人士亦時將會瞭解其他變化。本發明的範疇意於 括此等等同及替代。因此本發明之範疇應不受限於所述 具體實施例，而係應由以下申請專利範圍來界定。

【圖式簡單說明】 第1 A圖提供習知RF側線圈及加熱器組合之展開圖； 第1 B圖提供顯示於第1 A圖中之習知RF側線圈及加熱 器組合的組合圖； 第1 C圖提供顯示於第1 A圖中之習知RF側線圈及加熱 器組合之平面圖； 第1 D圖提供顯示於第1 A圖之習知RF側線圈及加熱器 組合中的加熱器之電連接詳圖；

電 理 此 包 之 第1 E圖提供在第1 C圖所示斷面處之習知RF側線圈及 加熱器組合之斷面圖； 第2 A圖係用於討論本發明之具體實施例的電熱轉移 模型的概要表示法； 第2B圖係用於討論本發明之具體實施例的側線圈組 合之部分的概要表示法； 第3圖提供習知RF側線圈（COLOR)之部分的熱模型的 模擬結果； 23 1353392 第4圖提供顯示本發明（COLOR)之一些特點的效應之 一熱模型的模擬結果； 第5 A圖係一高密度電漿化學氣相沉積系統之具體實 施例的簡化圖，在該系統上可使用依據本發明之具體實施 例的R F側線圈；及 第5 B圖係一可結合第5 A圖之範例性處理系統使用的 氣體環的簡化斷面圖。

【主要元件符號說明】 100 加 熱 器 組 合 102 加 熱 器 102A 線 對 102B 線 對 104 RF線圈 106 框 架 108 指 狀 件 110 室 頂 側 壁 115 介 面 材 料 120 互 連 件 122A 導 管 122B 導 管 124 電 支 架 126 開 σ 130 組 合 204 室 頂 208 側 壁 212 介 面 材 料 2 16 框 架 220 加 熱 器 元件 224 指 狀 件 228 線 圈 232 箭 頭 5 10 系 統 5 13 室 5 14 室 頂 5 16 電 漿 處 理 區 517 基 材 部 分 5 18 基 材 支 撐 部件 520 靜 電 夾 頭

24 1353392

522 本 體 部 件 523 加 ”*、 器 板 524 冷 板 525 /rfT 即 流 閥 本 526 即 流 閥 527 閘 閥 528 泵 529 頂 部 線 圈 530 側 線 圈 53 1 A 頂 部 來 源 53 1B 側 SRF 產 生 器 531C 偏 壓 RF ; 532A 匹 配 網 路 532B 匹 配 網 路 532C 偏 壓 匹 配 網 路 533 氣 體 傳 遞 534A- 534E 氣源 5 3 5A 第 一 氣 源 53 5 A’ -535B' 來源噴' 當MFC 536 氣 體 環 充 537 氣 體 環 538 氣 體 傳 遞 53 8A 傳 遞 管 線 539 來 源 氣 體 540 氧 化 器 氣‘ 體 喷 嘴 541 本 體 充 氣 543A-543C :閥 544 閥 前 管 線 545 頂 部 喷 嘴 546 頂 部 排 氣 548 頂 部 充 氣 增 壓 件 550 遠 端 電 漿 55 1 遠 端 微 波 產 生 器· 553 反 應 器 空 554 清 潔 氣 體 饋 送 接口 555 施 加 器 管 556 上 載 入 位 置 557 下 載 入 位 561 檔 板 562 中 央 通 道 570 真 空 系 統 5 80A 來 源 電 漿 580B 偏 壓 電 漿 系 統 580 體 清潔系統 腔 置 系統 RF產生器 数生器 系統 氣增壓件 管線 喷嘴 增壓件 25

Claims (1)

1353392 ，> 日修正替換頁 第和叫號專利案π年月修正_____ ' 十、申請專利範圍： ' 1. 一種用於感應耦合電漿反應器之RF線圈組合，其係用 • 於在一處理室中提供一來源以感應地產生一電漿，該 R F線圈組合包含： 一 RF線圈，其係置於該處理室之一側周邊附近； 一框架，其係置於該處理室之一側周邊附近，且適 於將該RF線圈支撐在定位，該框架包括複數個自該處 理室朝外延伸於一第一方向且置於該RF線圈之各個側 邊上之指狀件，其中該複數個指狀件之數個第一指狀件 係置於該RF線圈之一第一側邊上而該複數個指狀件之 數個第二指狀件係置於該RF線圈之一第二側邊上，該 框架亦包括一基部與一第一部分，該基部延伸於該複數 個指狀件之間，而該第一部分在該些第一指狀件外延伸 於一垂直於該第一方向之第二方向中，該框架的平面斷 面之特徵在於該基部在該第二方向中延伸於一第一指 狀件與一第二指狀件之間，該第一指狀件與該第二指狀 件係置於該RF線圈之相對側上，且該第一部分在該第 一指狀件外延伸於該第二方向中；及 一介面材料，其係置於該框架及該處理室之一側壁 間且與該框架及該處理室之一側壁熱接觸，該介面材料 具有3.0 W/mK或更多之熱導率，其中該框架之高度包括 該基部之高度與該第一部分之高度，並界定一熱接觸該 介面材料之區域，在沿著該框架之平面斷面之第二方向 測量下，該框架之高度係大於該RF線圈、該第一指狀 26 1353392 yi 件與該第二指狀件的全部寬度。 2. 如申請專利範圍第1項所述之RF線圈組合，其中該介 面材料之熱導率可為4.0 W/mK或更多。 3. 如申請專利範圍第1項所述之RF線圈組合，更包含一 冷媒管，其係置於與該RF線圈熱接觸以承載一液體冷 媒流。 4. 如申請專利範圍第1項所述之RF線圈組合，其中： 該處理室包含一室頂，其在該處理室中界定一電漿 處理區之一上邊界；及 該RF線圈及該框架係置於該室頂附近。 5. 如申請專利範圍第4項所述之RF線圈組合，其中： 該RF線圈具有一界定圍繞該室頂之環形的平面斷 面；及 該複數個指狀件自該室頂朝外延伸於該第一方向 中以覆蓋該環形的一部分，使得藉由該複數指狀件之該 環形的相對覆蓋區域係在1 5%及40%間。 6. 如申請專利範圍第5項所述之RF線圈組合，其中藉由 該複數指狀件之該環形的相對覆蓋區域係在 2 0 %及 3 0% 間。 27 1353392

J 7. 如申請專利範圍第5項所述之RF線圈組合，其中該複 數指狀件包含複數對指狀件，各該等對指狀件係置於該 RF線圈之相對側上，且覆蓋該環形之相同部分。 8. 如申請專利範圍第5項所述之RF線圈組合，其中該環 形係一圓環形。 9. 如申請專利範圍第1項所述之RF線圈組合，其中該框 架之高度係比該RF線圈、該第一指狀件及該第二指狀 件之全部寬度大至少10%。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之RF線圈組合，其中該框 架之高度係比該RF線圈、該第一指狀件及該第二指狀 件之全部寬度大至少20%。 11. 一種用於感應耦合電漿反應器之RF線圈組合，其係用 於在一處理室中提供一來源以感應地產生一電漿，該處 理室包含一在該處理室令界定一電漿處理區之上邊界 的室頂，該RF線圈組合包含： 一 RF線圈，其係置於該室頂之一側周邊附近，且 在一平面中具有一界定圍繞該室頂之環形的平面斷面； 一框架，其係置於該室頂之該側周邊附近，且適於 將該RF線圈支撐在定位，該框架具有複數個自該室頂 28 1353392 令1 } 朝外延伸於一第一方向中的指狀件，以覆蓋該環形之一 部分，使得藉由該複數指狀件之該環形的相對覆蓋區域 係在1 5 %及4 0 %間，該框架包括一基部與一第一部分， 該基部延伸於該複數個指狀件之間，而該第一部分在該 複數個指狀件外延伸於一垂直於該第一方向之第二方 向中，該框架的平面斷面之特徵在於該基部在該第二方 向中延伸於一第一指狀件與一第二指狀件之間，該第一 指狀件與該第二指狀件係置於該RF線圈之相對側上， 且該第一部分在該第一指狀件外延伸於該第二方向中； 一介面材料，其係置於該框架及該室頂之一側壁間 且與該框架及該處理室之一側壁熱接觸，該介面材料具 有3.0 W/mK或更多之熱導率，且具有一界定與該框架熱 接觸之一區域之高度，其中在沿著該框架之平面斷面之 第二方向測量下，該介面材料之高度係大於該RF線 圈、該第一指狀件與該第二指狀件的全部寬度；及 一冷媒管，其係置於與該RF線圈熱接觸以承載一 液體冷媒流。 12·如申請專利範圍第11項所述之RF線圈組合，其中該 複數指狀件包含複數對指狀件，各該等對指狀件係置於 該RF線圈之相對側上，且覆蓋該環形之相同部分。 13.—種感應耦合電漿反應設備之基材處理系統，其包含： 一外罩，其界定一處理室； 29 1353392 ?年各月夕日修正替換頁 一高密度電漿產生系統，其係可操作以耦合至該處 理室，該高密度電漿產生系統包含： 一 RF線圈，其係置於該處理室之一側周邊附 近； 一框架，其係置於該處理室之該側周邊附近， 且適於將該RF線圈支撐在定位，該框架包括複數 個自該處理室朝外延伸於一第一方向且置於該RF 線圈之各個側邊上之指狀件，其中該複數個指狀件 之數個第一指狀件係置於該RF線圈之一第一側邊 上而該複數個指狀件之數個第二指狀件係置於該 RF線圈之一第二側邊上，該框架亦包括一基部與 一第一部分，該基部延伸於該複數個指狀件之間， 而該第一部分在該些第一指狀件外延伸於一垂直 於該第一方向之第二方向中，該框架的平面斷面之 特徵在於該基部在該第二方向中延伸於一第一指 狀件與一第二指狀件之間，該第一指狀件與該第二 指狀件係置於該RF線圈之相對側上，且該第一部 分在該第一指狀件外延伸於該第二方向中；及 一介面材料，其係置於該框架及該處理室之一 側壁間且與該框架及該處理室之一側壁熱接觸，該 介面材料具有3.0 W/mK或更多之熱導率，其中該框 架之高度包括該基部之高度與該第一部分之高 度，並界定一熱接觸該介面材料之區域，在沿著該 框架之平面斷面之第二方向測量下，該框架之高度 30 1353392 3槐月X_l正替顯 _ 係比該RF線圈、該第一指狀件與該第二指狀件的 全部寬度大至少1 0% ; 一基材架，其係配置以在基材處理期間保持一基 材； 一氣體傳遞系統，其係配置以將氣體引入該處理 室； 一壓力控制系統，其係用於維持該處理室内之一選 定壓力；及 一控制器，其係用於控制該高密度電漿產生系統、 該氣體傳遞系統及該壓力控制系統。 14.如申請專利範圍第13項所述之基材處理系統，其中： 該處理室包含一室頂，其在該處理室中界定一電漿 處理區之上邊界； 該RF線圈及該框架係置於該室頂附近； 該RF線圈具有一界定一圍繞該室頂之環形的平面 斷面；及 該複數個指狀件自該室頂朝外延伸於該第一方向 中以覆蓋該環形之一部分，使得藉由該複數指狀件之該 環形的相對覆蓋區域係在1 5 %及4 0 %間。 1 5.如申請專利範圍第1 4項所述之基材處理系統，其中該 複數指狀件包含複數對指狀件，各該等對指狀件係置於該 RF線圈之相對側上，且覆蓋該環形之相同部分。 31