TWI435664B - 使用多頻率射頻電力之混合射頻電容性及電感性耦合電漿源及其使用方法 - Google Patents

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Description

使用多頻率射頻電力之混合射頻電容性及電感性耦合電漿源及其使用方法
積體電路由於低成本、高可靠性及速度已成為大多數目前電子系統之一主要組件。積體電路之製造始於一基板，其中各基板經歷在基板上形成各種電路結構之步驟。一般而言，電漿(或離子化氣體)係用於執行包括將材料沈積在基板之表面上以及在表面上移除並選擇性蝕刻圖案之程序步驟。
一般而言，電漿係藉由在低壓下將能量添加至處理氣體來形成於基板之表面上方。所產生的電漿可包含高動能的離子、自由基及中性物種。在電漿蝕刻中，可引導電漿內的帶電粒子以撞擊基板之未遮罩區域並藉此從基板移除原子或分子。
電漿特性之任何不均勻性可能會沿基板之表面引起不均等的反應速率，從而可能降低製造良率。隨著基板直徑傾向於不斷增加，且形成於基板上的電晶體尺寸不斷減小，不均勻性已成為電漿處理系統中的主要複雜性之一。因而，需要一種在基板之整個表面上促進電漿均勻性之電漿處理系統。
現代電漿蝕刻工具使用多個旋鈕來控制程序參數，例如電漿密度及均勻性、電漿化學成分、基板表面附近的離子能量及離子能量分佈。新一代電漿處理系統要求更嚴密地控制該些參數，以便滿足技術挑戰之需求，例如不斷縮小的特徵尺寸及新型堆疊材料。如此，需要一種允許使用者增強控制該些參數之先進電漿處理設備。
依據本發明之一具體實施例，一種用於限制一電漿處理設備內所形成之一電容性耦合射頻電漿(CCP)之裝置包括一電感性耦合射頻電漿源，其具有一介電支撐環圍繞該上部電極，用於產生一電容性耦合射頻電漿，以及位於該介電支撐環上的線圈單元。該等線圈單元可連接至一射頻源並在該電容性耦合射頻電漿周圍產生磁場及電場，以便限制該電漿。該電感性耦合射頻電漿源還貢獻於點燃並維持電漿。
在一具體實施例中，該上部電極具有一圓形端表面，其與一支撐一基板之供電電極協作以在操作期間在該基板與該圓形端表面之間產生一電漿。該裝置可包括：一介電支撐環，其係調適成用以同心圍繞該圓形端表面；及複數個線圈單元，其係固定於該介電支撐環上，該等線圈單元之各單元包括一沿該介電支撐環之一半徑方向定位的鐵磁芯與一纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至一第一射頻(RF)電源的第一線圈。在從該第一射頻電源接收射頻電力時，該等線圈單元可產生電場及磁場。該等電場及磁場可沿該圓形端表面之周邊圍繞電漿並減小擴散離開之帶電粒子之數目，藉此限制電漿。
在另一具體實施例中，一種電漿處理設備可包括：一第一射頻(RF)源；一夾頭，其係定位於一底部電極上並調適成用以在一其上所固定之基板上產生一夾力；一上部電極，其係定位於該夾頭上並包括面向該基板的一表面，該下部電極與上部電極係調適成用以在將射頻電力從該第一射頻源供應至該上部或下部電極時，在該上部電極與該基板之間的一空間內產生電漿；一介電支撐環，其同心圍繞該上部電極；以及複數個線圈單元，其係固定於該介電支撐環上，該等線圈單元之各單元包括沿該介電支撐環之一半徑方向定位的一鐵磁芯與一第一線圈。該第一線圈可纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至一第二射頻(RF)電源。在從該第二射頻電源接收射頻電力時，該等線圈單元可產生電場及磁場，以減小擴散離開電漿之帶電粒子之數目並藉此限制電漿。
一混合電容性耦合電漿處理設備包括一圍繞該電容性耦合電漿源之電感性耦合射頻源。此外，特定具體實施例可提供在電漿周邊的半徑及方位電漿密度分佈之一額外控制，藉此提供一用於在一基板之邊緣處調諧電漿均勻性之機制。該電感性耦合電漿源可包括促進電漿限制的複數個鐵磁線圈。此外，該電感性耦合電漿源可促進電漿處理室之清潔能力並增加消耗性室組件之使用壽命。
在電容性耦合電漿系統中，電漿係藉由一對緊密間隔的電極板來產生。在一平行板電漿反應器內使用平面電極可能橫跨基板之表面造成一不均勻的電漿密度，尤其是在邊緣附近的區域內。此類型的不均勻性可係方位對稱或放射狀，例如在中心附近的蝕刻速率可能不同於邊緣附近的蝕刻速率。一邊緣環可固定於基板之邊緣周圍，以便促進邊緣附近的電漿均勻性。
圖1顯示依據一具體實施例之一平行板或電容性耦合電漿裝置(如100所示)之一部分斷面圖，並說明一圍繞一基板108之邊緣環110。如100所示之裝置可包括：一基板支撐單元102，其包含一電極104與一用於將基板108保持在適當位置之靜電夾頭106；及一上部噴頭電極116。邊緣環110可以係一在處理基板期間傾向於變熱之可替換組件且有時稱為一熱邊緣環(HER)。邊緣環110可由傳導電極材料(例如SiC與矽)製成或由介電材料(例如石英)製成。電漿118可形成於上部電極116與基板108之間。電漿鞘114a及114b可分別形成於基板108與上部電極116之該等表面上。在電漿蝕刻期間，在撞擊基板108之表面之前來自電漿118之離子物種在其穿過電漿鞘114a時獲得能量。
即便邊緣環110可減小電漿不均勻性，在基板108之邊緣附近的電漿鞘114a之厚度及輪廓仍可能會變形，如圖1所示。如結合圖3詳細所述，裝置100可串聯一在半徑方向上將電漿118進一步延伸於邊緣環110外之電感性耦合射頻電漿源而操作，藉此減小在基板108之邊緣附近該等電漿鞘114a至114b之變形。在操作期間，當裝置100在一不開啟該電感性耦合射頻源(如圖3所示)時，可產生圖1所示之電漿118。
該等電漿鞘114a至114b可能會在基板108之邊緣附近變形。因此，來自電漿118之離子物種可能會以從法線至基板108之表面的各種角度而衝擊基板108之表面。圖1內的箭頭112表示在鞘114a內的該等離子物種之行進方向。
圖2表示基板108在其邊緣附近之一放大部分斷面圖，其中該基板係在如圖1所示之傳統模式下加以處理。如圖2所示，一遠離邊緣之蝕刻部分116a可在一垂直於基板108之表面之方向上形成，而一在邊緣附近之蝕刻部分116b可在一相對於法線至表面成一角度之方向上形成。如此，基板108之一有缺陷邊緣部分可能會被放棄，從而轉變成一製造損失。
圖3依據一具體實施例顯示用於處理一基板310之一範例性電漿處理設備(如300所示)。基板310可以係一晶圓，其由各種材料製成，例如半導體、介電質及金屬。如所示，如300所示之設備可包括一實質上圓柱形室302，用於在其內提供低壓。如300所示之設備能夠透過一噴頭電極332將一處理氣體引入室302內並將該處理氣體點燃成為一電容性耦合射頻電漿。室壓力可能一般在0.1至1000 mtorr之範圍內，其中一真空幫浦333可從室302之底部排出氣體。
如300所示之設備可包括：一下部電極306；一基底304，其用於支撐下部電極306；一邊緣環314，其圍繞基板310與夾頭312；一射頻電源單元308(結合圖4提供詳細說明)，其用於將射頻電力提供至下部電極306；一介電環316，其係定位於邊緣環314下面並經組態用以傳導一電漿電流；一導體環318，例如一鋁環，其係連接至介電環316及接地並經組態用以釋放從介電環316發送之電漿電流。
該設備可進一步包括：一上部電極332，其具有一一般圓盤形狀；一電感性耦合射頻電漿源(或簡稱電感性射頻源)330；一溫度控制頂板334；及限制環裝配件320，其包括限制環324，其在操作期間圍繞電漿並限制其所圍繞之區域內的電漿並改良程序控制、以及一調整機制322，其用於調整該等限制環324之間的間隔。參考圖4提供電感性射頻源330之詳細說明。
如300所示之設備可進一步包括一開關338，其係耦合至上部電極332。在一操作模式下，開關338可將上部電極332連接至接地。在此模式下，下部電極306可以係供電電極並在上部電極332與基板310之間形成一電容性耦合電漿。在另一操作模式下，開關338可將上部電極332耦合至另一射頻電源單元336。結合圖4提供射頻電源單元336之詳細說明。
該等電漿限制環324係顯示圍繞上部電極332與基板310之間形成的電漿並相對於基板310之中心軸340同軸配置。該等限制環324可包括一結構，例如環狀遮板，其設計用以減小從電漿流走之帶電電荷之數目並允許帶電氣體分子在一一般水平方向上從限制區域流走。該等中性氣體分子可流過在該限制區域周邊附近在該等限制環324之間的一或多個間隙。從該等間隙起，該等未帶電氣體可在該限制區域與室壁之間的室302之一區域內流動至連接至真空幫浦333之一室之出口。較佳的係該等限制環324可包括三個接地遮板(未顯示)並由碳化矽製成，該碳化矽係摻雜以具有一在約2×103 歐姆－公分上的較高導電率並能夠承受嚴苛的電漿環境。該等限制環324可由具有較高導電率之其他材料製成，例如鋁或石墨。
為了輔助針對室302之電漿區域與其他部分之間的不同壓力與氣體流動條件提供所需電漿限制，在該等限制環324之間的間隔可藉由調整機制322來改變。調整機制322可以係一耦合於一馬達(未顯示)與遮板配置之間的傳統機械機制。可變間隔可有助於決定電漿之氣體壓力與從電漿區域至真空幫浦333之氣體流速，藉此輔助控制電漿壓力、電漿限制程度及氣體流速。調整機制322可由來自一控制器(未顯示)之一控制信號來驅動。一電漿限制環配置之進一步細節可見於共同擁有美國專利第5,998,932號，其全部內容以引用方式併入本文。
在圖3中，上部電極332係顯示具有一實質上圓板之形狀。上部電極332可具有其他替代性形狀。例如，上部電極332可具有在其周邊附近形成之一突出階梯。在另一配置中，上部電極332可包括一由單晶矽製成的內部電極部件與一由一單件材料(例如化學汽相沈積(CVD)碳化矽、單晶矽或其他適當材料)製成之外部電極部件。該外部電極可以係一連續部件或一分段部件(例如以一環組態配置的2至6個分離片段)。該階梯狀電極之進一步細節可見諸於共同擁有美國專利第6,824,627號，其全部內容以引用方式併入本文。
在如300所示之設備中可使用各種類型的氣體噴射系統。例如，一噴頭裝配件Exelan 2300TM (購自加州佛利蒙市受讓人Lam Research Corporation)可安裝於室302內。另一範例性氣體噴射系統可見於共同擁有美國專利第6,508,913號，其全部內容以引用方式併入本文。習知此項技術者應明白，可在設備300內使用其他適當類型的氣體噴射系統。
邊緣環或聚焦環314可以係一在處理基板期間變熱之可替換組件且有時稱為一熱邊緣環(HER)。邊緣環314可由傳導電極材料(例如SiC與矽)製成或由介電材料(例如石英)製成。邊緣環314之進一步細節可見於共同擁有美國專利第5,998,932號，其全部內容以引用方式併入本文。
夾頭312可以係一靜電夾頭。或者，下部電極306可配置為一連接至一直流夾持電壓源(未顯示)之靜電夾頭，在此情況下，下部電極306可包括一用於冷卻基板310之配置(未顯示)，而基板310係由室302內的電漿來處理。在此情況下，下部電極306與夾頭312可形成為一組件。需要時可使用除一靜電夾頭外的一夾頭。
如上所述，上部電極332與下部電極306可藉由激發注入室302內的處理氣體在上部電極332與基板310之間產生一電容性耦合電漿。該電漿之不帶電粒子之一部分(例如離子及電子)可穿過該等限制環324，從此藉助真空幫浦333從該室釋放。較佳的係該等限制環324減小擴散離開電漿之帶電粒子之數目，即穿過該等限制環324之間間隙逃逸之帶電粒子。為了幫助捕獲電漿區域內的該等帶電粒子並藉此減小擴散離開電漿之帶電粒子之數目，電感性射頻源330可位於該電漿周圍，如參考圖4至11詳細所述。
圖4顯示用於將處理氣體激發成一電漿狀態並限制電漿之設備(如400所示)之電路之一示意圖。如所示，可將下部電極306耦合至射頻電源單元308。射頻電源單元308可包括一多頻率射頻源406並視需要包括一電容器402及/或一匹配網路404。或者，一匹配網路可用於該等射頻源406之各射頻源。可回應電極306及332在一或多個頻率下耦合至激發區域之電場將處理氣體轉換成電漿408。射頻源406可以係在一單一頻率下操作之一單一射頻源或在各種頻率(例如2、27及60 MHz)下操作之多個射頻源(例如三個射頻源)。一般而言，在供應至下部電極306之高頻電力之數量可主要控制電漿408之密度，而供應至下部電極306之低頻電力之數量可主要控制電漿408內的離子能量。應明白，射頻源406可使用其他頻率來控制電漿408之電漿密度與離子能量以及其他參數。
開關338可將上部電極332連接至另一射頻電源單元336。射頻電源單元336可包括一射頻源424並視需要包括一電容器420及/或一匹配網路422。如在射頻電源單元308之情況下，射頻源424可分別具有在一或多個頻率下操作之一或多個來源。在此情況下，一匹配網路可安裝於上部電極332與該等射頻源之各射頻源之間。
如圖4所示，電感性射頻源330可在電漿408之周邊周圍產生電場442及磁場440。較佳的係該等電場442及磁場440減小透過該等限制環324之間的該等間隙擴散離開電漿408之帶電粒子之數目，並藉此進一步限制電漿408。電漿408之帶電電荷可能會被電場442捕獲，從而造成將電漿408延伸至電感性射頻源330下面的區域，藉此減小基板之邊緣附近電漿408之不均勻性。電感性射頻源330可包括：複數個線圈單元416，各線圈單元具有一線圈414，其係連接至一射頻源410並纏繞於一鐵磁芯412周圍；及一介電支撐環432，其用於支撐其上的該等線圈單元416。介電支撐環432可藉由任何適當配置固定至電極332及/或頂板334。視需要地，可將一導體環430(較佳的係由金屬形成)形成於介電環432上並接地以在開關338將上部電極332連接至接地時釋放電漿電流。參考圖6將提供導體環430之更多細節。用於該等線圈414之射頻源410之一較佳頻率範圍可從10 KHz至1 MHz。當供電時，該等線圈單元416可貢獻於點燃並維持電漿408以及限制電漿。
受電場442限制之帶電粒子可在室302內的低壓下在電漿點燃程序期間促進電漿放電。而且，該電漿限制可減小材料(例如聚合物副產品)沈積在該等限制環324上，因此增加該等限制環324之使用壽命以及用於清潔該等限制環324之時間間隔。電感性射頻源330可用作一用於清潔各種室組件(例如該等限制環324、該等邊緣環314、夾頭312等)之工具。藉由將清潔氣體注入室302內並將電漿擴展至該等限制環324附近的區域，可有效地移除該些組件之該等表面上所形成之該等化學沈積物。電感性射頻源330可貢獻於在電漿內維持帶電粒子以及其他化學物種之密度，藉此貢獻於維持電漿。電感性射頻源330還可貢獻於在電漿內產生帶電粒子及其他化學物種。
鐵磁芯412可由鐵磁材料(例如鐵氧體)來形成，並具有各種形狀。圖5顯示可用於電感性射頻源330之具有一半圓形狀之鐵磁芯502與纏繞於鐵磁芯502之線圈504之一替代性具體實施例。習知此項技術者應明白，還可使用具有其他適當形狀之鐵磁芯。
如上面結合圖4所述，一可選導體環430可形成於該等線圈單元416與介電支撐環432之間。當開關338接地上部電極332時，導體環430還可接地以增加上部電極或接地電極332之有效面積。在上部電極332與該下部電極或供電電極306之間的面積比Ag/Ap可能會影響電漿鞘區域內的電位能分佈。圖6顯示沿垂直於基板310之表面之方向在電漿608內電位能分佈之一圖表。在圖6中，Y軸表示離基板表面之距離而X軸表示在接地電極322與基板表面之間形成的電漿電位。二個電漿鞘D1及D2可分別形成於上部電極332與基板310之表面處。隨著撞擊基板表面之該等離子粒子可能主要在電漿鞘D2之區域內加速，橫跨鞘D2之電位分佈可能會影響電漿蝕刻之效能。該等曲線圖604及606分別表示用於兩種情況：Ag ＝Ap 及Ag >Ap 之電位能分佈。如圖6所示，橫跨電漿鞘D2之電位差在上部電極面積Ag 大於供電電極面積Ap 之情況下更大。一般而言，一更大的比率Ag /Ap 會增加蝕刻速率。當接地時，導體環430可能會影響增加上部電極面積Ag ，藉此增加如300所示設備之效率。導體環430可由非鐵磁金屬來形成，例如磁場可滲透之鋁。
圖7顯示圖3中電感性射頻源330之一俯視平面圖。如所示，該等線圈單元416之各線圈單元可位於介電支撐單元432上或視需要地位於導體環430(圖7中未顯示)上並沿介電支撐環432之一半徑方向而定向。該等線圈414可纏繞於該等鐵磁芯412周圍並串聯連接至射頻電源410。在圖7中，電感性射頻源330係顯示以具有八個線圈單元。然而，習知此項技術者應明白，可在電感性射頻源330中使用其他數目的線圈單元。
圖8顯示在操作期間圖7中電感性射頻源330之一部分剖視圖，其說明在上部電極332周圍電感性射頻源330所產生之電場及磁場。如所示，該等電場及磁場442、440可在上部電極332周圍及介電支撐環432下面形成於一環形區域802內。電場442可在環形區域802之圓周方向上引導。由於帶電粒子可沿電場442行進，故可將在環形區域802內的離子及電子限制於該環形區域內，而不是在介電支撐環432之半徑方向上擴散離開該環形區域。因此，電漿可由電感性射頻源330所產生之該等磁場及電場440、442來加以限制。
圖9顯示圖7中電感性電漿源之一替代性具體實施例900之一俯視平面圖。該電感性電漿源900可位於上部電極周圍並包括：一射頻電源916；複數個線圈單元906，各單元具有一鐵磁芯908與纏繞於芯908周圍的兩個線圈910a至910b；及一用於支撐該等線圈單元906之介電支撐環904。電感源900可視需要地包括一導體環(圖9中未顯示)，其係位於介電支撐環904上。射頻源916之較佳頻率範圍可從10KHz至1MHz。該等線圈910a至910b之各線圈可串聯連接一相鄰線圈單元之另一線圈，該線圈單元係以相同方向(外線圈910a)或以一相反方向(內線圈910b)纏繞並藉由一開關配置920而耦合至射頻電源916，該開關配置將射頻電力供應至該等內線圈910b或該等外線圈910a。如在圖7之情況下，電感性射頻源900可包括其他數目的線圈單元906。
圖10顯示圖3中電感性射頻源330之另一替代性具體實施例1000之一俯視平面圖。如所示，電感性射頻源1000可包括：一射頻源1016；複數個線圈單元1006，各線圈單元具有一鐵磁芯1008與一線圈1010，線圈1010纏繞於該芯周圍並連接至射頻源1016；以及一介電支撐環1004，其用於支撐該等線圈單元1006並位於上部電極1002周圍。電感性射頻源1000可視需要地包括一導體環(圖10中未顯示)，其係位於介電支撐環1004上。射頻源1016之較佳頻率可從10KHz至1MHz。電感性電漿源1000可類似於電感性電漿源330，差異在於兩個相鄰鐵磁芯1008內的線圈1010以相反方向相互纏繞，其產生具有交替方向之電場及磁場，如圖11所示。電感性射頻源1000可包括其他適當數目的線圈單元1006。
圖11顯示在操作期間圖10中電感性射頻源1000之一部分 剖視圖，其說明電感性射頻源1000所產生之電場及磁場。如所示，該等磁場1104可形成於圍繞上部電極1002並位於介電支撐環1004下面的一環形區域1102內。電感性射頻源1000可產生內部電場1106a與外部電場1106b。如圖11所示，兩個相鄰磁場1104之方向可以相反方向來定向。同樣地，該等兩個相鄰內部(或外部)電場1106a(1106b)可以相反方向來定向。該等內部電場1106a之組態可減小在區域1102外部擴散之帶電粒子之數目，而該等外部電場1106b可增加電子向區域1102外擴散，從而提供一額外旋鈕以獲得程序可調諧性。該等外部電場1106b之組態可應用於在基板之邊緣處具有較高蝕刻速率之電漿程序，其中電漿密度在邊緣處通常高於基板之中心。
如圖7、9及10所示，一纏繞於一鐵磁芯周圍之芯可串聯連接至相鄰芯。當電漿之電子數目密度在一環形區域(例如802)內的一位置處被擾動時，還可改變在該位置的電場強度。隨後，可擾動該位置附近的磁場強度，從而可引發流過對應於該擾動磁場之芯之電流之一變化。接著，電流變化可在一方向上改變流過該線圈之電流，以補償電子數目密度之擾動，藉此形成一即時回授機制以穩定電子數目密度波動。參見V.Godyak、V.Lee、C.Chung "在400kHz下使用鐵氧體芯驅動之電感性耦合電漿之特徵化"，2005年IEEE國際電漿科學研討會，6月20至23日，加州蒙特利市。
雖然已參考本發明之特定具體實施例而詳細地說明本發明，但是習知此項技術者應明白可以進行各種改變及修改並且採用等效實施方案，而不脫離所附申請專利範圍之範疇。
100．．．平行板或電容性耦合電漿裝置
102．．．基板支撐單元
104．．．電極
106．．．靜電夾頭
108．．．基板
110．．．邊緣環
112．．．箭頭
114a．．．電漿鞘
114b．．．電漿鞘
116．．．上部噴頭電極/上部電極
116a．．．蝕刻部分
116b．．．蝕刻部分
118．．．電漿
300．．．電漿處理設備
302．．．圓柱形室
304．．．基底
306．．．下部電極
308．．．射頻電源單元
310．．．基板
312．．．夾頭
314．．．邊緣環
316．．．介電環
318．．．導體環
320．．．限制環裝配件
322．．．調整機制
324．．．限制環
330．．．電感性耦合射頻電漿源/電感性射頻源
332．．．噴頭電極/上部電極
333．．．真空幫浦
334．．．溫度控制頂板
336．．．射頻電源單元
338．．．開關
340．．．基板310之中心軸
400．．．設備
402．．．電容器
404．．．匹配網路
406．．．射頻源
408．．．電漿
410．．．射頻源
412．．．鐵磁芯
414．．．線圈
416．．．線圈單元
420．．．電容器
422．．．匹配網路
424．．．射頻源
430．．．導體環
432．．．介電支撐環/介電支撐單元
440．．．磁場
442．．．電場
502．．．鐵磁芯
504．．．線圈
604．．．曲線圖
606．．．曲線圖
608．．．電漿
802．．．環形區域
900．．．電感性電漿源
904．．．介電支撐環
906．．．線圈單元
908．．．鐵磁芯
910a．．．線圈
910b．．．線圈
916．．．射頻電源
920．．．開關配置
1000．．．電感性射頻源
1002．．．上部電極
1004．．．介電支撐環
1006．．．線圈單元
1008．．．鐵磁芯
1010．．．線圈
1016．．．射頻源
1102．．．環形區域
1104．．．磁場
1106a．．．內部電場
1106b．．．外部電場
D1．．．電漿鞘
D2．．．電漿鞘
圖1顯示一傳統平行板電容性耦合電漿產生裝置之一部分斷面圖。
圖2顯示在圖1所示傳統模式下處理的一基板之一部分斷面圖。
圖3顯示依據一具體實施例之一範例性電漿處理設備之一斷面圖。
圖4顯示用於將處理氣體激發成電漿之圖3中設備之電路之一示意圖。
圖5顯示用於圖3中設備之鐵磁芯之一替代性具體實施例。
圖6顯示沿一垂直於基板表面之方向在電極間隙內時間平均電位分佈之一曲線圖。
圖7顯示圖3中設備之電感性射頻源之一俯視平面圖。
圖8顯示圖7中電感性射頻源之一部分剖視圖，其說明電感性射頻源所產生之電場及磁場。
圖9顯示圖7中所示電感性射頻源之一替代性具體實施例之一俯視平面圖。
圖10顯示圖7中所示電感性射頻源之另一替代性具體實施例之一俯視平面圖。
圖11顯示圖10中電感性射頻源之一部分剖視圖，其說明電感性射頻源所產生之電場及磁場。
100．．．平行板或電容性耦合電漿裝置
102．．．基板支撐單元
104．．．電極
106．．．靜電夾頭
108．．．基板
110．．．邊緣環
112．．．箭頭
114a．．．電漿鞘
114b．．．電漿鞘
116．．．上部噴頭電極/上部電極
118．．．電漿

Claims (27)

  1. 一種用於限制一電漿處理設備內所形成之電漿之裝置，其包括與一下部電極相對的一上部電極，該下部電極係調適成用以在其上支撐一基板且其中電漿係在操作期間在該基板與該上部電極之間產生，該裝置包含：一介電支撐環，其係調適成用以同心圍繞該上部電極；以及複數個線圈單元，其係固定於該介電支撐環上，該等線圈單元之各線圈單元包括沿該介電支撐環之一半徑方向定位的一鐵磁芯與纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至一第一射頻(RF)電源的一第一線圈，其中該等線圈單元在從該第一射頻電源接收射頻電力時產生限制該電漿之電場及磁場。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包含一導體環，其係定位於該介電支撐環上並調適成用以增加該上部電極之一有效接地面積。
  3. 如請求項1之裝置，其中該導體環係由非鐵磁金屬形成及/或該等鐵磁芯係半圓形或U形桿，該第一線圈纏繞於各鐵磁芯之一中心部分周圍。
  4. 如請求項1之裝置，其中該第一射頻電源之頻率在10KHz至1MHz之間變化及/或至少八個線圈單元係固定於該介電支撐環上，相鄰線圈單元之間具有相同間隔。
  5. 如請求項1之裝置，其中該等線圈係以相同方向纏繞，且其中該電場係形成於該介電支撐環之圓周方向上。
  6. 如請求項1之裝置，其中該等線圈單元之各線圈單元進一步包括一纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至該射頻電源之第二線圈，該第一線圈係在該鐵磁芯之一端處而該第二線圈係在該鐵磁芯之一相對端處，一空間分離該等第一及第二線圈。
  7. 如請求項6之裝置，其中該等第一線圈與該等第二線圈係串聯連接至一單一射頻源而射頻電力係藉由一開關配置來供應至該等第一線圈或該等第二線圈。
  8. 如請求項1之裝置，其中相鄰線圈單元係以相反方向纏繞。
  9. 一種電漿處理設備，其包含：一底部電極，其係視需要地耦合至一第一射頻(RF)源；一夾頭，其係定位於該底部電極上並調適成用以在其上固定的一基板上產生一夾力；一上部電極，其係視需要地耦合至該第一射頻源並定位於該夾頭上方，該底部電極與上部電極係調適成用以藉由該第一射頻(RF)源供應射頻電力至該等電極之一來在該等上部及下部電極之間的一空間內產生電漿；一介電支撐環，其圍繞該上部電極；以及複數個線圈單元，其係固定於該介電支撐環上，該等線圈單元之各線圈單元包括沿該介電支撐環之一半徑方向定位的一鐵磁芯與纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至一第二射頻(RF)電源的一第一線圈， 其中該等線圈單元在從該第二射頻電源接收射頻電力時產生限制該電漿之電場及磁場。
  10. 如請求項9之電漿處理設備，其進一步包含一導體環，其係定位於該介電支撐環上並調適成用以增加該上部電極之一有效接地面積。
  11. 如請求項9之電漿處理設備，其中該第二射頻電源之頻率在10KHz至1MHz之間變化及/或至少八個線圈單元係固定於該介電支撐環上，在相鄰線圈單元之間具有相同間隔。
  12. 如請求項9之電漿處理設備，其中該等第一線圈係以相同方向纏繞，且其中該電場係形成於該介電支撐環之圓周方向上。
  13. 如請求項9之電漿處理設備，其中該等線圈單元之各線圈單元進一步包括一纏繞於該鐵磁芯周圍並耦合至該第二射頻電源之第二線圈，該第一線圈係在該鐵磁芯之一端處而該第二線圈係在該鐵磁芯之一相對端處，一空間分離該等第一及第二線圈，該等第一線圈或該等第二線圈係透過一開關配置來供應射頻電力。
  14. 如請求項13之電漿處理設備，其中該等第一線圈係串聯連接並以相同方向纏繞於該等鐵磁芯周圍而該等第二線圈係串聯連接並以相反方向纏繞。
  15. 如請求項9之電漿處理設備，其中相鄰線圈單元係以相反方向纏繞。
  16. 如請求項9之電漿處理設備，其中該第一射頻電源係在 一單一射頻頻率下的一單一頻率射頻源或在不同頻率下的多頻率射頻源。
  17. 如請求項16之電漿處理設備，其進一步包含內插於該第一射頻電源與該上部或下部電極之間的一或多個匹配網路。
  18. 如請求項16之電漿處理設備，其進一步包含內插於該第一射頻電源與該上部或下部電極之間的一電容器。
  19. 如請求項13之電漿處理設備，其中該底部電極係耦合至該第一射頻源而該上部電極係耦合至選擇自一單一頻率射頻源或一多頻率射頻源的一第三射頻電源。
  20. 如請求項19之電漿處理設備，其進一步包含內插於該第三射頻電源與該上部電極之間的一或多個匹配網路。
  21. 如請求項19之電漿處理設備，其進一步包含內插於該第三射頻電源與該上部電極之間的一電容器。
  22. 如請求項19之電漿處理設備，其進一步包含用於將該上部電極連接至該第三射頻電源或接地的一開關。
  23. 如請求項9之電漿處理設備，其中該夾頭係一靜電夾頭。
  24. 如請求項9之電漿處理設備，其進一步包括用於將一處理氣體流注入該電漿處理設備內的一氣體噴射系統。
  25. 如請求項9之電漿處理設備，其進一步包含圍繞該等電場及磁場之複數個限制環。
  26. 一種處理一半導體基板之方法，其包含：在如請求項9之電漿處理設備中支撐一半導體基板； 在該等上部及下部電極之間的空間內產生電漿；以及使用該電漿來處理該半導體基板。
  27. 如請求項26之方法，其中該半導體基板係一晶圓且該處理包含電漿蝕刻該晶圓上的一材料層。
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