TWI361449B - Microwave- excited plasma processing apparatus - Google Patents

Description

1361449 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關係於用以製造半導體裝置之電漿處理設備 【先前技術】 傳統用以由一微波天線輻射微波及輻射處理氣體，以 產生電漿並使得所產生之電漿作用於矽基材上，以製造半 導體裝置的預定處理操作之技術包含利用被設有一或多 數狹縫的微波波導及將微波饋送至設有同軸配置狹縫的 碟片（見專利文件1:日本特開平9- 1 2961 3及專利文件2: 日本特開平1 1 - 1 1】6 2 0)。 附圖之第1圖顯示傳統所述於專利文件1中之微波 天線。微波天線包含一波導A，其具有一底B及一反射面 C。一對狹縫D係被切割經波導A的底B，以顯示一剖面， 其寬度係爲步階狀朝波導A的反射面C窄化，以允許爲反 射面C所反射的反射波及入射波產生均勻同步波。 附圖之第2圖顯示另一描述於專利文件2之傳統微 波天線。其係爲一徑向線槽天線。徑向線槽天線設置有 若干徑向配置槽E並且由槽E所產生之圓形極化微波係 被引入真空室，以由微波的電場產生及激勵電漿。 本發明之發明人實際依據專利文件I及2的說明準 備天線並看它們於實驗中如何動作。實驗結果，發現對於 一般放電，兩個天線只可以被操作在很窄壓力範圍及很窄 -5- (2) (2)1361449 之可應用電力範圍，如以下之表I及2所示。表]及2總 和顯示分別使用依據專利文件1之微波天線及使用專利 文件2之微波天線所取得之實驗結果。 [表1]

所施加電力/ 壓力 20Pa 50Pa 90Pa 1 . Ok W X X 0 1 . 5kW 0 0 X 1 . 8k W 0 X X 2 . OkW X X X 注意：〇表示正常放電 X表示因爲大反射波，所以沒有正常放電。

所施加電力/ 壓力 20Pa 5 OPa 90Pa 1 . Ok W X X 0 1 . 5 k W X X 0 ].8K w X X 0 2 . Ok W X X 0 (3) (3)1361449 注意__ 〇表示正常放電 X表示因爲大反射波，沒有正常放電。 窄壓力範圍及窄可用電力範圍的理由可能是反射波 的大電壓駐波比（VSWR)/由於微波不平衡電場造成之在微 波引入窄下所找到的前進波。因此，在專利文件1及2所 述之微波天線下之微波引入窗下所找到之電磁場係由模 @力卩以決定。結果，電磁場之局部集中及非對稱係見於第 - 3八、36、3(：及30圖與第4八、46、4(：及40圖。 _ 【發明內容】 » #對上述情形，本發明之目的爲提供一微波激勵型電 @ ® €設:備，其藉由使用經由矩形波導切割所形成之狹縫 Μ Λ $電場及磁場予以均勻地分佈在微波天線下之微波 弓丨入窗的分佈而顯示用於一般放電之寬力範圍及可應用 寬電力範圍。 依據本發明，本發明之目的係藉由設置—微波激勵型 · 電紫處£里設備加以完成，該設備包含： 〜真空室，具有一孔徑形成穿過真空室頂壁；一處理桌 · ，安排在孔徑，以固持住予以處理之基材；及微波引入窗，安 排在頂襞的孔徑上，以在真空室內維持住真空； - 〜氣體供給管，用以供給處理氣體至真空室； 排氣系統，用以將真空室內排氣，以維持其真空；及 矩形波導，安排在微波引入窗上並與之接觸，該矩形 波導具有—終端面，相對於矩形波導中之微波行進方向垂 (4) (4)1361449 直排列，其特徵在於四狹縫被設置在波導壁上，該波導係與 微波引入窗接觸，該四狹縫係分別沿著四角形的四邊排列， 並且，每一狹縫係延伸於平行或垂直於微波行進方向。 於依據本發明之微波激勵型電漿處理設備中，每一狹 縫可以爲橢圓形。 於依據本發明之微波激勵型電漿處理設備中，位在最 _ 靠近矩形波導終端面之狹縫中心可以被安排在定位於離 · 開矩形波導中之終端面的n/2(n爲整數）微波波長（λ g)處 | 及背向位於最接近終端面波導的狹縫的位置的狹縫中心 可以安排在一位置，該位置被定位以離開最接近矩形波導 的終端面m / 2 (m爲整數）微波波長（λ g)的位置。 於依據本發明之微波型電漿處理設備中，每一狹縫的 ^ 長軸可以定義爲等於真空中之微波的波長的k/2(k等於一 整數）。 於依據本發明之微波激勵電漿處理設備，該矩形波導 被設置有安排在矩形波導中之一終端面，該波導係垂直於 φ 微波的進行方向，以反射一微波及一微波天線係藉由形成 四個穿過波導壁面之狹縫加以形成，該波導係被保持與微 · 波引入窗接觸，四個狹縫分別沿著四方形的四邊排列，每一 ‘' 狹縫行進於平行微波前進方向或垂直微波前進方向前述 - 。以此配置，有可能降低v S W R並取得一大處理邊緣。 【實施方式】 現在，本發明將參考例示本發明較佳實施例的附圖加 -8- (5) 1361449 以說明。 第5圖例示依據本發明賣 理設備。 參考第5圖，參考號1表示 徑2,形成穿過其頂壁。一處理: 在孔徑2下，與孔徑2相對的位 的物件3。予以處理的物件3 以製造半導體裝置。處理桌4 及一靜電吸附機制（兩者均未示 被加熱至一預定溫度。 於第5圖中，參考號5表示 空室1的內部排氣，以在其中捐 至一適用以處理予以處理物件 表示一氣體供給管6,用以供給 真空排氣系統5係藉由將一渦 成，及一可變電導値被配入其上 率將真空室1排氣。於處理操 率及由氣體供給管6流入處理 力位準維持在20與90Pa之間 一微波引入窗7被安排在 上，其間安排有一環型密封件8, 空。於所示實施例中，微波引入 5圖中，參考數9表示具有一閉 波導。一用以連接波導至其他述 施例之微波激勵型電漿處 真空室，真空室1具有一孔 桌4被安排在真空室]中， 置，以承受予以於其上處理 爲矽晶圓，於此實施例爲用 在其側邊具有一加熱機制 出），使得處理物件3可以 —真空排氣系統，用以將真 ΐ供真空並維持其內部壓力 3的壓力位準，及參考號6 處理氣體進入真空室1。 輪分子泵及一乾泵組合而 ，使得其可以以可變排氣速 作時，可以藉由控制排氣速 氣體的流率，將想要氣體壓 〇 真空室1的頂壁的孔徑2 以維持在真空室]內之真 窗7係由石英作成。於第 合端操作爲反射端的矩形 導的凸緣1 1係·被安排在 -9 - (6) (6)1361449 矩形波導9的反射端的相對端，使得一波導可以連接至其 上，以由微波電源（未示出）發射微波。矩形波導9係被設 有圓形凸緣]2,圓形凸緣1 2係藉由一絕緣裝配件1 3裝配 至真空室1。 與微波引入窗7固持接觸的矩形波導9的底部剖件 係設有四個橢圓狹縫14。換言之，狹縫]4係曝露至安排 在真空室]上之微波引入窗7。如第6圖所示，四個狹縫 1 4係被沿著矩形的個別側邊排列，以在真空室1的微波引 入室7的表面上，產生一均勻電磁場。因此，一微波天線係 以此方式加以形成。 每一狹縫14的長軸係被定義爲等於真空中之微波波 長（λ 〇)的1 /2。以此配置，發射自微波天線的微波進行至 矩形波導的外側沒有損失。每一狹縫1 4的短軸以其定義 係短於其長軸，並作成等於15mm，以最大化微波天線的輻 射效率。 每一狹縫〗4具有一橢圓輪廓並沒有任何角，以免除 任何傳遞損失並在製造微波天線中完成高加工效率。於 四狹縫1 4中，排列於最接近終端面或矩形波導9的反射 面1 0的狹縫]4係被安排於一位置，其中3其中心軸線係在 該矩形波導9中，與該反射面1 0分開等於微波波長（A g) 的n/2(n爲整數）的距離。以此配置，狹縫的位置配合在矩 形波導9中之T E 1 0模式的微波磁場的駐波的峰値位置、 使得微波被有效地輻射。 成對之狹縫]4係彼此分開等於矩形波導9的微波波 -10- (7) (7)1361449 長（λ g)的m/2(m爲整數），狹縫長軸係垂直於微波行進方 向。成對的狹縫1 4之長軸係被安排爲平行於微波的行進 方向，並被安排爲矩形波導9的尺寸的函數。 於第6圖所示之實施例中，微波天線的矩形波導9係 被作成爲96 mm的寬度。因此，狹縫]4的長軸係被作成等 於61mm，或等於真空中微波波長（Λ。）的1/2。由反射面 】〇到最接近反射面之狹縫]4的距離係被作成爲7 9 m m，或 等於矩形波導中之微波的波長（]5 8 m m )之1 /2。狹縫係與 相對排列之狹縫也分隔開7 9 m m。相對於狹縫1 4平行排 列之成對狹縫或長軸與微波行進方向平行的成對狹縫14 係彼此分開，使得狹縫中心間之距離係接近波長的1 / 2，及 狹縫的外緣係分別與相關矩形波導9之相關內壁面呈一 直線。 第7A、7B、7C與7D圖顯示由模擬所取得的實施例 的微波天線所產生之電磁場，其主要部份係顯示在第6圖 中。由這些圖看出，電場及磁場係最小非對稱並顯示一均 勻分佈。以下表3顯示使用本實施例之微波天線所實際 量測之VSWR値，其係與在專利文件1及2所述之先前技 藝微波天線所看到的對應値》 (8) (8)1361449 [表3] 微波天線類型 — 實際量得之VSWR 專利文件〗的前技微波天線 3.9 專利文件2的前技微波天線 8.9 本發明的微波天線 1.5 由表3看出，本發明之微波天線的VSWR最小，因此， 微波天線有效發射微波能° 於一實驗中，用以製造半導體裝置的矽晶圓，或予以處 理的物件3係被加熱室25〇°C及ΙΟ氣體以3〇〇Sccm的 流率爲藉由氣體流控制系統（未示出）之氣體供給管6所通 入。 於實驗之實際處理操作中，其上施加有一預定厚度阻 劑之矽晶圓或予以處理之物件3係被帶入真空室1內並 放置在處理桌4上。然後，處理氣體被由氣體供給管6引 入真空室]中，同時，真空室1的內部壓力係藉由調整排氣 系統之排氣率而維持在20Pa。 隨後51.5kW由微波電源供給至微波天線，持續約20 秒。 晶圓被取出及阻劑膜厚的減少係被量出，以計算在矽 晶圓上之去灰速率及去灰率分佈。在相同條件下，使用專 利文件1及2所述之先前技藝微波天線加以進行類似實 驗。表4總結結果。 -12- (9) [表4] 微波天線類型 〜-一 —^^_率（n m / 分） I~tiZ / Λ~ η〆、 專利文件1的前技 微波天線 93 6 一'---^ 7Τ Ifp ( X % ) 1 3 專利文件2的前技 微波天線 1782 17 本發明的微波天線 2628 9 1361449 由表4看來，明顯地本發明之微波天線提供高去灰率 及去灰率的均勻分佈。 處理邊際係藉由上述微波天線藉由使用Ar作爲處理 氣體、改變壓力及所施加之微波功率加以觀察。表5總 結所得結果。 -13- (10)

施加電源/壓力 20Pa 50Pa 90Pa 1 . OkW 0 0 0 1 . 5 k W 0 0 0 1 . 8kW 0 0 X 2 . Ok W X 0 X 注意：0表示允許正常放電。 1361449 X表示因爲大反射波，不允許正常放電。 可以由表5看出，允許正常放電的參數値範圍係被加 寬以後續藉由使用依據本發明的微波天線加寬處理邊際 〇 雖然所示實施例的微波引入窗係由石英作成，但依據 本發明之微波激勵型電漿處理設備的微波引入窗可以由 任意材料作成，只要其可以發射微波並在真空室內維持真 空即可。 雖然Η20氣體及Ar氣體在上述實驗中係被使用，但 依據本發明氣體類型也可以使用作爲微波激勵電漿處埋 設備的處理氣體。 雖然狹縫係由所示實施例的矩形波導切出，以產生一 微波天線，但其也可能切割經圓形凸緣並將之設以一 U形 蓋，以顯示與矩形波導相同的尺寸。 當使用一膜形成原料時，本發明可以找到電漿c V D系 -14- (11) (11)1361449 統的應用例。當使用反應氣體時，本發明也可以在蝕刻機 或表面重整機制中找到應用。簡言之，當以切割經矩形波 導的狹縫輪廓及其位置表現，依據本發明之微波激勵型電 漿處理設備具有寬應用範圍並提供寬的處理邊際。 【圖式簡單說明】 第1圖爲一傳統微波天線的主要部件的剖面圖·， 第2圖爲另一傳統微波天線的平面圖； 第3A圖爲微波天線之電磁場模擬所取得之第1圖之 已知微波天線的磁場的剖面圖； 第3B圖爲第1圖之傳統微波天線的電磁場模擬所取 得之微波引入窗下的磁場的示意圖； 第3C圖爲微波天線的電磁場模擬所取得之第1圖之 已知微波天線電場的剖面圖； 第3D圖爲第1圖之傳統微波天線之電磁場模擬所取 得之微波引入窗下之電場示意圖； 第4A圖爲第2圖微波天線的電磁場模擬所取得之磁 場的剖面圖； 第4B圖爲第2圖之傳統微波天線的電磁場模擬所得 之微波引入窗下之磁場示意圖； 第4C圖爲微波天線的電磁場模擬所取得之第2圖之 傳統微波天線的電場的剖面圖； 第4D圖爲第2圖之傳統微波天線的電磁場模擬所得 之微波引入窗下之電場的示意圖； -15- (12) (12)1361449 第5圖爲顯示本發明實施例之剖面圖； 第6圖爲第5圖之電漿處理設備實施例之主要部份 之微波天線的平面圖； 第7A圖爲微波天線的電磁場模擬所取得之第6圖的 微波天線的磁場的剖面圖； 第7B圖爲第6圖之微波天線之電磁場模擬所取得之 微波引入窗下之磁場示意圖； 第7C圖爲微波天線的電磁場模擬所取得之第6圖的 微波天線之電場的剖面圖；及 第7D圖爲第6圖之微波天線的電磁場模擬所取得之 微波引入窗下之電場的示意圖》 【主要元件符號說明】 1 真 空 室 2 孔 徑 3 物 件 4 處 理 桌 5 真 空 排 氣 室 6 氣 體 供 給 管 7 微 波 引 入 窗 8 環 形 密 封 件 9 波 導 10 反 射 端 II 凸 緣 -16 - (13)1361449 12 圓形凸緣 13 絕緣裝配件 14 狹縫 -17

Claims (1)

1361449 月>> 日修11 第〇93Π45〇2號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年8月23日修正 十、申請專利範圍 種微波激勵型電漿處理設備，其特徵在於： 具備處理台’該處理台在上壁部具備有開口，且位 置於上述開口的下方，載置被處理構件； 具有： 真空室’該真空室具備有在上壁部的開口保有真空 而設的微波引入窗，以及 氣體供給管，該氣體供給管供給處理氣體到真空室 內，以及 排氣系統，該排氣系統對真空室進行真空排氣，讓 真空室內保持在適合處理的壓力內，以及 矩形波導，該矩形波導位置於微波引入窗的上部， 設成接到微波引入窗； 矩形波導具備有相對於矩形波導內的微波行進方向 而垂直設置之反射微波的終端面： 在接到微波引入窗的面上相對於微波行進方向呈平 行或垂直，四角形的各個邊的位置上’一個邊一個設有 四個橢圓形的狹縫’構成微波天線； 前述各個狹縫的長軸被定義爲等於在真空中之微波 波長（λ 〇)的k/2(k爲整數）。 2.如申請專利範圍第1項所述之微波激勵型電漿處 理設備，其中四個狹縫之中最接近矩形波導之終端面之 1361449 狹縫的中心係位置在從終端面算起矩形波導內的微波波 長（Ag)的n/2(n爲整數）的位置上；與最接近終端面之狹 縫相對的位置的狹縫的中心係位置在從最接近終端面的 狹縫算起矩形波導內的微波波長U g)的m/2(m爲整數）的 位置上。