TWI467625B - 電漿處理裝置 - Google Patents

Description

電漿處理裝置

本發明係關於一種電漿處理裝置以及電漿處理方法，特別是關於一種具有上層板與下層板之電漿處理裝置及其方法。

電漿已廣泛應用於各種領域，如在半導體積體電路製造方面，舉凡不同材料薄膜的成長及電路的蝕刻皆普遍由電漿技術達成。另外在半導封裝方面，則使用電漿來清洗及改變材料表面以達到特殊的功能及效果。

以電漿處理裝置用於晶圓清洗為例，傳統上，半導體製程中需使用到大量的水來清洗晶圓，且半導體製程漸漸朝向微小化製程發展，晶園本身之潔淨度要求係不斷提高，隨著晶圓上溝槽之深長化，溼式蝕刻由於先天之缺點，更難自溝槽移除，乾式蝕刻及逐漸成為目前較佳之解決方案。

乾式清潔可以電漿處理裝置清潔，電漿清潔原理係相近於電漿蝕刻，其藉由對電極施加高頻電力，使氣體電漿化，該電漿係對晶園表面進行轟擊，以移除其表面之污染粒子，進而達到清潔之目的。同理，該電漿亦可對晶園表面進行蝕刻或成膜等預定處理。以上電將之應用目前已大量使用於IC封裝與液晶模組製程中。

然而，電漿本身具有相當之破壞能力，容易於清洗過程中傷害晶圓或晶片表面，因此，以常用到之下游電漿 (Downstream plasma)裝置與遙距電漿(Remote plasma)裝置為例，其改進方式係為增加晶圓與電漿間之距離，以減少電漿直接對晶圓表面進行破壞。

積體電路已逐漸發展成複雜之元件，晶片設計的進步需要更快速的電路系統及更密集的電路密度，因為電路的速度及可執行功能的多寡會隨著電路結構的密度而增加，電路密度扮演重要的角色，一些影響積體電路速度及電路密度設計特性之原因包含材料之電阻及厚度，該材料係用以形成基板上之電路結構層。

金屬材料係被應用於設計電路結構，例如金屬連線、通道、電極等類似結構。金屬結構對於積體電路之功能很重要。低電阻係數材料對抑制多晶矽滲透的良好能力，這使得低電阻係數材料基板製程及元件使用上，仍可維持其物理性質。

為使電路密度達到最高，具有電路結構的層，包括那些包含低電阻係數材料之金屬層厚度必須減小。不過於製程中，必須小心並避免損害到那些薄層。受損的薄層會導致不良之電路結構及增加基板之不良率。舉凡不同材料薄膜的成長及電路的蝕刻皆普遍由電漿技術達成蝕刻製程是一種容易損害到薄層的製程，電漿可以用來加強該蝕刻的效果。然而，要維持穩定電漿將導致基板表面之離子轟擊增加，而損傷基板上之電路。

因此，需要提出一種電漿處理裝置以及電漿處理方法，以改善電漿處理裝置對於晶圓或晶片之損害。

本發明之主要目的，在於提供一種電漿處理裝置，包含真空室、上部電極、下部電極、高頻電源單元、第一層板、第二層板以及第三層板。上部電極係設置於真空室內。下部電極係相對上部電極位置，而設置於真空室中，下部電極上係用以放置半導體晶圓。高頻電源單元提供高頻電力於該真空室內之該上部電極與該下部電極。

本發明之第一層板係設置於上部電極與下部電極之間，第一層板係具有複數個第一孔洞。第二層板係設置於第一層板與下部電極之間，第二層板係具有複數個第二孔洞。第三層板係設置於第一層板相對於上部電極之表面，第三層板具有複數個第三孔洞，該第三孔洞係對應該第一孔洞設置。

本發明之真空室內部係具有真空狀態，上部電極以及第三層板之間係產生一電漿，電漿係依序通過第三孔洞、第一孔洞以及第二孔洞，以過濾電漿，並以過濾之電漿對半導體晶圓進行處理。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵級技術內容，請參考以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明之使用，並非用以限制本發明。

在本發明之圖式中，為求清楚與了解起見，已放大了層與區域的厚度。所有圖中相同的符號代表相同的元件。應瞭解，當表示一個元件(如一層、區域或基板)位於另一 元件之「上」時，該元件可直接位於該其他元件的上面，或也可能存在中間元件。反之，當表示一個元件「直接位於」另一元件「上」時，便表示其間沒有中間元件。

請參考第1A圖，係為根據本發明之一實施例所繪示之電漿處理裝置側視圖。本發明係提供一種電漿處理裝置100，其係包含真空室102、上部電極104、下部電極106、高頻電源單元108、第一層板110、第二層板112以及第三層板114。於此實施例，上部電極104係設置於真空室內102之頂端，而下部電極106係相對上部電極104位置，設置於真空室內102之底端。電漿處理裝置100係為呈圓筒形之接地氣密處理容器。半導體晶圓116係放置於下部電極106上，即下部電極106係用以兼作為載置半導體晶圓116之載置台。下部電極106係利用溫度調節單元118，以維持預定之溫度，其中，溫度調節單元118係包含加熱單元1182以及溫度量測單元1184。

由第1A圖所示，真空室102具有設置於其頂部之上部電極104，與底部之下部電極106，高頻電源單元108提供高頻電力於真空室102內之上部電極104。真空室102係藉由下部電極106予以接地。於本實施例中，高頻電源單元108雖然只會對上部電極104施加高頻電源，然，亦可對下部電極106施加高頻電源。第一層板110、第二層板112以及第三層板114設置於上部電極104與下部電極106之間。

如第1A圖所示，電漿處理裝置100更包含一氣體入口1022、氣體出口1024。氣體入口1022係設置於真空室 102頂部，氣體出口1024相對氣體入口1022之一側，設置於真空室102底部，使氣体可均勻擴散於半導體晶圓116表面。氣體入口1022係連接一進氣管144，並經由控制閥142與氣體供應單元140連接。氣體供應單元140係提供產生電漿160所需之氣體源。控制閥142係可調節供應至真空室102內之氣體流量。氣體出口1024係經由排氣管154連接真空單元150，用以排出真空室102內之氣體。

請參考第2A、2B以及2C圖，其中，第2A圖係為根據第1A圖之電漿處理裝置100中之第一層板110俯視圖。第2B圖係為根據第1圖之電漿處理裝置100中之第二層板112俯視圖。第2C圖係為根據第1A圖之電漿處理裝置100中之第三層板114俯視圖。第2A圖、第2B圖及第2C圖之白色部份代表第一孔洞1102、第二孔洞1122、第三孔洞1142之實心部份，黑色部份代表第一孔洞1102、第二孔洞1122、第三孔洞1142之空心部分；第2B圖之黑色部份代表實心部份，白色部份代表空心部分。而第1層板110具有複數個第一孔洞1102。第二層板112係具有複數個第二孔洞1122。第三層板114具有複數個第三孔洞1142，其中該第三孔洞1142係對應該等第一孔洞1102設置。第一層板110以及第二層板112係由絕緣材料所製成，該絕緣材料係包含陶瓷材料或石英材料。第三層板114係為導電材料所組成，該導電材料係包含銅或不銹鋼。

於本實施例中，第一層板110、第二層板112以及第三層板114之形狀係為圓形，然並不以此為限，任意形狀之層板亦包含於本發明之範圍。請參考第1A圖，第一層板 110、第二層板112以及第三層板114係設至於上部電極104與下部電極106之間。第三層板114係直接設置於第一層板110上。第一層板110係直接設置於第二層板112上。第三孔洞1142係完全對應第一孔洞1102之位置大小而設置。第三孔洞1142係與第一孔洞交錯設置。當第三層板114、第一層板110以及第二層板112依序重疊時，第三孔洞1142、第一孔洞1102以及第二孔洞1122係形成一過濾之結構，用以過濾電漿160。

另請參考第1B圖所示本發明一種電漿處理裝置100的另一實施例，其係包含真空室102、上部電極104、下部電極106、高頻電源單元108、第一層板110以及第二層板112。其中第一層板110以及第二層板112係設至於上部電極104與下部電極106之間。

請參考第2A、2B以及2C圖，於本實施例中，第一孔洞1102、第二孔洞1122以及第三孔洞1142之形狀為圓形，然其他形狀之孔洞亦包含於本發明之範圍中。第一孔洞1102、第二孔洞1122以及第三孔洞1142之孔徑為4mm(如第二A圖之局部放大部分所示)，第一孔洞1102與第一孔洞1102、第二孔洞1122與第二孔洞1122以及第三孔洞1142與第三孔洞1142間之距離係1mm。第一孔洞1102第二孔洞1122以及第三孔洞1142相對於第一層板110、第二層板112以及第三層板114之開口率係皆為50%。需說明的是，本發明之第一孔洞1102、第二孔洞1122以及第三孔洞1142之開口率並不限於，其範圍係為：第一孔洞1102相對於第一層板110之開口率為係25%至75%。第三 孔洞1142相對於第三層板114之開口率為係25%至75%。第二孔洞1122相對於第二層板112之開口率為係25%至75%。

當高頻電源單元108提供一高頻電壓於上部電極104時，上部電極104與下部電極106之間係產生電漿160，並有輝光放射(glow discharge)現象。氣體供應單元140所提供之工作氣體係經由氣體入口1022倒入真空室102，經由流動通過輝光放射區域，最後經由真空單元150由氣體出口1024排出。

而電漿160係包含正離子(positive ion)1602、負離子(negative ion)1604、自由基(free radical)1606以及紫外線光(UV光)1608，由於，正離子1602、負離子1604以及紫外線光(UV光)1608對於半導體晶圓116表面造成一定之破壞，降低其製程良率。因此，需要利用第三孔洞1142、第一孔洞1102以及第二孔洞1122組成之過濾結構將電漿160中之正離子1602、負離子1604以及紫外線光(UV光)1608濾出。

故當電漿160係依序通過第三孔洞1142、第一孔洞1102以及第二孔洞1122所組成之過濾結構，電漿160中之正離子1602、負離子1604以及紫外線光1608係被阻擋，並濾出電漿160中之自由基1606，即僅有自由基1606可通過該過濾結構，最終，自由基1606對半導體晶圓116進行處理。

又於另一實施例中，請參考第3A、3B圖，第一孔洞1102、第二孔洞1122以及第三孔洞1142之形狀為長方形。 第3A圖係根據本發明另一實施例所繪示第一層板110俯視圖。第3B圖係根據本發明另一實施例所繪示第二層板112俯視圖。第一孔洞1102以及第二孔洞1122之孔徑為長20mm、寬1mm，第一孔洞1102與第一孔洞1102、以及第二孔洞1122與第二孔洞1122間之距離係1mm(如第3A圖之局部放大部分所示)。第一孔洞1102、第二孔洞1122以及第三孔洞1142相對於第一層板110、以及第二層板112之開口率係皆為47.6%。

於又一實施例，請參考第4A、4B圖，其中，第4A圖係為根據本發明之另一實施例所繪示之電漿處理裝置側視圖。第4B圖係為根據第4A圖之電漿處理裝置400中之第一層板410俯視圖。本實施例中，電漿處理裝置400與第1圖之電漿處理裝置100主要之差異在於，本案之電漿處理裝置400僅具有一個層板，即第一層板410，如第4A圖所示。此電漿處理裝置400之結構係為單片式之結構，不同於前述之三片式結構。其中白色部份代表實心部份，黑色部份代表空心部分，如第4B圖所示。於本實施例中，第一層板410之形狀係為圓形，然其形狀並不僅限於圓形，其他具有任意形狀孔洞之層板亦包含於本發明所保護之範圍。

第1層板410具有複數個第一孔洞4102。第一層板410係由絕緣材料所製成，該絕緣材料係包含陶瓷材料或石英材料。第一孔洞4102相對於第一層板410之開口率之範圍係介於25%至75%。第一孔洞4102與第一孔洞4102間之距離係2mm。第一孔洞4102之孔徑為2mm。第一層板410 之厚度為10mm，未圖示。需說明的是，第一孔洞4102與第一孔洞4102間之距離之範圍亦包含0.1mm~10mm。第一孔洞4102之孔徑之範圍亦包含0.1mm~10mm。第一層板410之厚度之範圍亦包含0.1mm~10mm。本實施例之第一孔洞4102形狀係圓形，然孔洞之形狀不限於圓形，其他形狀之孔洞亦包含於本發明所述之範圍。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100、400‧‧‧電漿處理裝置

102‧‧‧真空室

1022‧‧‧氣體入口

1024‧‧‧氣體出口

104‧‧‧上部電極

106‧‧‧下部電極

108‧‧‧高頻電源單元

110、410‧‧‧第一層板

1102、4102‧‧‧第一孔洞

112‧‧‧第二層板

1122‧‧‧第二孔洞

114‧‧‧第三層板

1142‧‧‧第三孔洞

116‧‧‧半導體晶圓

118‧‧‧溫度調節單元

1182‧‧‧加熱單元

1184‧‧‧溫度量測單元

140‧‧‧氣體供應單元

142‧‧‧控制閥

144‧‧‧進氣管

150‧‧‧真空單元

154‧‧‧排氣管

160‧‧‧電漿

1602‧‧‧正離子

1604‧‧‧負離子

1606‧‧‧自由基

1608‧‧‧紫外線光

第1A圖係為根據本發明之一實施例所繪示之電漿處理裝置側視圖；第1B圖係為根據本發明之一實施例所繪示之電漿處理裝置側視圖；第2A圖係根據第1A圖之電漿處理裝置中之第一層板俯視圖；第2B圖係根據第1A圖之電漿處理裝置中之第二層板俯視圖；以及第2C圖係根據第1A圖之電漿處理裝置中之第三層板俯視圖。

第3A圖係根據本發明另一實施例所繪示第一層板110俯視圖；以及 第3B圖係根據本發明另一實施例所繪示第二層板俯視圖；第4A圖係為根據本發明之另一實施例所繪示之電漿處理裝置側視圖；以及第4B圖係為根據第4A圖之電漿處理裝置中之第一層板俯視圖。

100‧‧‧電漿處理裝置

102‧‧‧真空室

1022‧‧‧氣體入口

1024‧‧‧氣體出口

104‧‧‧上部電極

106‧‧‧下部電極

108‧‧‧高頻電源單元

110‧‧‧第一層板

112‧‧‧第二層板

114‧‧‧第三層板

116‧‧‧半導體晶圓

118‧‧‧溫度調節單元

1182‧‧‧加熱單元

1184‧‧‧溫度量測單元

140‧‧‧氣體供應單元

142‧‧‧控制閥

144‧‧‧進氣管

150‧‧‧真空單元

154‧‧‧排氣管

160‧‧‧電漿

1602‧‧‧正離子

1604‧‧‧負離子

1606‧‧‧自由基

1608‧‧‧紫外線光

Claims (10)

1. 一種電漿處理裝置，包含：一真空室；一上部電極，係設置於該真空室內；一下部電極，係相對該上部電極位置，而設置於該真空室中，該下部電極上係用以放置一半導體晶圓，該下部電極係利用一溫度調節單元以維持一預定溫度，其中該溫度調節單元包含：一加熱單元；以及一溫度量測單元；一高頻電源單元，用以提供一高頻電力於該真空室內之該上部電極與該下部電極；一第一層板，係設置於該上部電極與該下部電極之間，該第一層板係具有複數個第一孔洞，該第一孔洞相對於該第一層板之開口率的範圍係介於25%至75%；一第二層板，係設置於該第一層板與該下部電極之間，該第二層板係具有複數個第二孔洞，該第二孔洞相對於該第二層板之開口率為係25%至75%；以及一第三層板，係設置於該第一層板相對於該上部電極之表面，該第三層板具有複數個第三孔洞，該第三孔洞係對應該等第一孔洞設置，該第三孔洞相對於該第三層板之開口率為係25%至75%；其中該真空室內部係具有一真空狀態，該上部電極以及該第三層板之間係產生一電漿，該電漿係依序通過該 第三孔洞、該第一孔洞以及該第二孔洞，以過濾該電漿，並以過濾之該電漿對該半導體晶圓進行處理。
2. 一種電漿處理裝置，包含：一真空室；一上部電極，係設置於該真空室內；一下部電極，係相對該上部電極位置，而設置於該真空室中，該下部電極上係用以放置一半導體晶圓，該下部電極係利用一溫度調節單元，以維持預定之溫度，其中該溫度調節單元包含：一加熱單元；以及一溫度量測單元；一高頻電源單元，用以提供一高頻電力於該真空室內之該上部電極與該下部電極；一第一層板，係設置於該上部電極與該下部電極之間，該第一層板係具有複數個第一孔洞，該第一孔洞相對於該第一層板之開口率的範圍係介於25%至75%；以及一第二層板，係設置於該第一層板與該下部電極之間，該第二層板係具有複數個第二孔洞，該第二孔洞相對於該第二層板之開口率的範圍係介於25%至75%；其中該真空室內部係具有一真空狀態，該上部電極以及該第二層板之間係產生一電漿，該電漿係依序通過該第一孔洞以及該第二孔洞，以過濾該電漿，並以過濾之該電漿對該半導體晶圓進行處理。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第二孔洞之位置係與該第一孔洞之位置係相互交錯。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第一層板與該第二層板係由一絕緣材料所製成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電漿處理裝置，其中該絕緣材料係由一陶瓷材料以及一石英材料群組中所選出。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第三層板係為一導電材料組成。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電漿處理裝置，其中該導電材料係由銅以及不銹鋼群組中所選出。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第一孔洞之形狀係由圓形以及長方形群組中所選出。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中該電漿係由一正離子(positive ion)、一負離子(negative ion)、一自由基(free radical)以及一紫外線光(UV光)群組中所選出，當該電漿係依序通過該第三孔洞、該第一孔洞以及該第二孔洞，以過濾該電漿中之該正離子、該負離子以及該紫外線光，並以過濾出該電漿之該自由基，以使該自由基對該半導體晶圓進行處理。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電漿處理裝置，其中過濾出該電漿之該自由基，以使該自由基對該半導體晶圓進行蝕刻、清洗或薄膜沈積。