TWI468082B - 用於混合電容耦合及感應耦合電漿處理系統之方法與設備 - Google Patents

用於混合電容耦合及感應耦合電漿處理系統之方法與設備 Download PDF

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Description

用於混合電容耦合及感應耦合電漿處理系統之方法與設備
本發明係關於一種用於混合電容耦合及感應耦合電漿處理系統之方法與設備。
 【交叉參考之相關申請案】
本申請案係關於以下案件，並在美國專利法§119(e)之下主張以下案件的優先權：發明名稱為「用於混合電容耦合及感應耦合電漿處理系統之方法與設備」之共同讓渡的臨時專利申請案，該案之發明人為Alexei Marakhtanov、Neil Benjamin、Fric Hudson以及Rajinder Dhindsa，代理人案件號碼為P1690P/LMRX-P139P1，申請案號為60/975,789，申請日為2007年9月27日，其係於此列入參考資料。
電漿處理之進步已促進半導體產業的成長。半導體產業係為高度競爭的市場。製造公司能夠在不同的處理條件下處理基板之能力可使此製造公司勝過競爭者。因此，製造公司已奉獻相當的時間與資源來確認改善基板處理之方法及/或設備。
一般而言，電漿處理系統可能由數個構造所構成。舉例而言，電漿處理系統可能被形成為電容耦合電漿(CCP)處理系統或感應耦合電漿(ICP)處理系統。每個電漿處理構造係被建構成能允許在製程參數之範圍中處理。
然而，近年來，正被處理之這些型式之裝置已變得更加先進且可能需要更多製程控制。於一例中，正被處理之裝置係逐漸變小，且為了得到較佳的良率，可能需要更精確控制電漿參數，例如橫越過基板之電漿密度與均勻性。再者，裝置製造可能是多步驟製程。製程中的每個步驟可能需要不同的製程體制(regime)，其只有在特定構造之電漿處理系統上可達成。因此，來自單一構造之電漿處理系統之製程參數之範圍可能不符合實現完整解決方案以處理下一代基板。
為了幫助以下的討論，圖1A顯示習知技術之電容耦合電漿(CCP)處理系統之簡化表徵。電漿處理系統100可能是單頻、雙頻(DFC)或三頻射頻(Radio Frequency，簡稱RF)電容放電系統。於一例中，射頻可包含但並未受限於2、27與60MHz。電容耦合電漿處理系統100可能被形成以包含配置在一下部電極102之上的一基板106。
仔細考慮譬如基板106正被處理之狀態。在電漿處理期間，具有一條到接地之路徑之一RF產生器108可經由一RF匹配器110提供一射頻(RF)功率給下部電極102。於一例中，RF匹配器110可能用以使傳送至電漿系統之功率最大化。來自RF產生器108之功率可與氣體(未顯示至簡化圖例)交互作用，用以點燃在一上部電極104與基板106之間的一間隙112中的電漿114。於圖1A之此例中，所顯示之上部電極104係接地。然而，上部電極104亦可被通以電源。電漿114可能用以蝕刻及/或使材料沈積至基板106之上以建構電子裝置。
在例如圖1A之電漿處理系統100之CCP處理系統中，間隙112可能被形成為一非常狹小的間隙。此間隙可能是大約1：5至大約1：15之間隙112與上部電極104之直徑的深寬比(Aspect ratio)。藉由具有狹小的間隙，可能採用需要較短的氣體滯留時間以使加載效應最小化之處理步驟來處理基板。當於此採用此專門用語時，負載表示在蝕刻製程中由消耗所導致的一活性蝕刻劑之一可測量的耗損。因此，CCP處理系統可利用需要很低的氣體滯留時間之很小的特徵來順應電子裝置之蝕刻。
一般而言，如圖1A所示，CCP處理系統100之限制特徵可能是不能解耦合離子密度與離子能量。在電漿處理期間，可能難以在CCP處理系統中獨立控制離子密度與離子能量。舉例而言，藉由增加射頻(RF)功率試圖增加離子能量，可能會造成鞘層電位(Sheath potential)的增加，其導致離子能量的增加。如圖1A所示，CCP處理系統100之另一個限制特徵可能是相較於感應耦合電漿處理系統能產生高電漿密度。因此，CCP處理系統可能不能順應需要高電漿密度及/或獨立控制離子能量與離子密度之電漿處理步驟。
圖1B顯示表示習知技術感應耦合電漿(ICP)處理系統之簡化概要圖。感應耦合電漿處理系統150可能被形成以包含配置在一下部電極152之上的一基板156。如圖1B所示，下部電極152可能是接地，或可能被一第一RF產生器158供以電源。射頻(RF)功率可能經由一RF匹配器160而被傳送至下部電極152。於一例中，可能採用RF匹配器160以使傳送至電漿系統之功率最大化。
仔細考慮譬如基板156正被處理之狀態。在電漿處理期間，一第二RF產生器168可提供射頻(RF)功率給一電感器線圈166。如圖1B所示，電感器線圈166之橫剖面可能是配置在一介電窗154上之具有一空氣核心(Air core)之一螺旋形線圈。從RF產生器168至電感器線圈166之功率可產生貫穿介電窗154之一磁場172。被感應生成的電場可產生電流，其可與氣體交互作用以點燃並維持電漿164。
相較於圖1A之CCP處理系統，藉由ICP處理系統所產生之電漿164傾向於在類似的射頻(RF)功率位準具有較高的密度。在ICP處理系統150與CCP處理系統100之間的一個主要差異，可能是射頻(RF)功率係連接至電漿之方式。除了來自RF產生器158之低偏壓射頻(RF)功率係被施加至基板156以外，射頻(RF)功率可能經由ICP處理系統150中之介電窗154連接至電漿164。因此，高離子密度與低電漿電位可能藉由採用有效且非電容耦合射頻(RF)功率至電漿而在ICP處理系統中被達成。
如圖1B所示，電漿164可具有一環形/甜甜圈形狀，於此電漿甜甜圈可能形成於介電窗154與基板156之間且在一間隙162之間。如圖1B所示，磁場172之峰值可能偏離軸線，偏離距離為電感器螺旋形線圈166之半徑170之一半(1/2)，而在線圈之中心與壁面呈現最小值。因此，由於藉由電感器螺旋形線圈166所產生之磁場172，電漿甜甜圈164於電感器螺旋形線圈166的半徑170之約略一半(1/2)距離可具有最高密度。
如熟習本項技藝者可明白到的，ICP處理系統中之間隙162需要有足夠高度，亦即，間隙162之高度傾向於是大約等於電感器線圈166之半徑，用以容納藉由電感器線圈166所產生之磁場172。足夠的間隙高度可能是需要的，以使經由介電窗154被感應生成之射頻(RF)功率可能在電漿164中被吸收。藉由具有足夠的間隙高度供電漿使用以吸收射頻(RF)功率，可能避免對基板156之損壞。舉例而言，如果間隙太過於狹小，則磁場172可與基板156交互作用，用以產生電場感應電流與電容耦合以取代產生及/或維持電漿。電容耦合可導致基板上之這些裝置之電弧(arcing)及/或基板上之溫度的增加，對電漿處理而言其可能是不被期望的。因此，ICP處理系統可能受限於以相當大的間隙運作以供電漿處理用。
如圖1B所示，關於ICP處理系統150之另一個限制可能是在處理很大的基板方面。為了在一很大基板上面達到因受磁場影響之電漿之相當良好的均勻性，電感器線圈166可能需要按比例增加至適當尺寸。因此，因為最大電漿之區域係大約電感器線圈166之半徑170的一半，所以容室可能最後變成很大。為了達成電漿之良好均勻性，電感器線圈166可能需要大到足以覆蓋大型基板，且不會引起邊緣之非均勻性。然而，當容室變大以補償電感器線圈時，ICP處理系統之設計可能造成種種的機械及/或工程挑戰。舉例而言，真空負載可能很高，以便支撐放大的ICP處理系統。此外氣體無法足夠被急速排出，藉以導致不宜地長滯留時間。再者，較大的介電窗154可能更難以操控。
即使ICP處理系統可能能夠傳送高密度電漿與解耦合離子密度與離子能量，ICP處理系統也可能受限於相對大的間隙以及在處理較大基板時由補償電漿均勻性所產生的設計挑戰。
圖2顯示習知技術電感器線圈之配置之簡化概要圖，如由V.Godyak在「分佈式鐵磁性感應耦合電漿作為替代電漿處理工具(Distributed Ferromagnetic Inductively Coupled Plasma as an Alternative Plasma Processing Tool)」應用物理之日本期刊2006年、第45卷、第10B號，第8035-8041頁中所提出。
如圖2所示，可能採用複數個核心202A、202B、202C、202D、202E與202F。相較於圖1B之空氣核心，每個核心可能由例如鐵氧體或粉末鐵之磁性材料所建構。來自複數個磁性核心(202A-F)之每個核心可能被設有來自複數個線圈204A、204B、204C、204D、204E與204F之一線圈，以作為小型電感器源。舉例而言，如圖2所示，線圈204A係對應至磁性核心202A之繞組(Winding)。相較於圖1B，磁性核心材料可能被採用以將磁場侷限於一區域，用以改善耦合現象，於此線圈可能是一螺旋形配置，用以從來自這些線圈之電流感應生成一環形/甜甜圈形狀磁場。因此，複數個小型電感器核心之配置可處理圖1B之單一、大的螺旋形線圈之空間均勻性問題。
如圖2所示，電感器核心(202A-F)可能以線圈(204A-F)繞線，並串聯連接成六方最密堆積(hexagonal close packing)配置，用以改善均勻性並增加磁性耦合之效率。然而，六方最密堆積配置係被採用作為對這些電感器線圈之空間填補，而不用嘗試協調這些核心元件。
從前文可明白到，CCP處理系統可能受限於低密度電漿及/或不能解耦合離子密度與離子能量。即使ICP處理系統可能能夠克服產生高密度電漿及/或解耦合離子密度與離子能量之限制，ICP處理系統也可能受限於相當大的間隙及/或在處理較大基板時之設計挑戰。為了在半導體產業中保持競爭力，對於CCP與ICP處理系統之能力的增強是受到高度期望的。
在一實施例中，本發明係關於一種電容耦合電漿(CCP)處理系統，其具有用以處理一基板之一電漿處理容室。電容耦合電漿(CCP)處理系統包含用以處理基板之一上部電極與一下部電極，基板係在電漿處理期間被配置在該下部電極上。電容耦合電漿(CCP)處理系統亦包含一電感器線圈配置陣列，其具有複數個電感器線圈，此等電感器線圈用來以電感方式維持在上部電極與下部電極之間的一間隙中的電漿，其中複數個電感器線圈之至少一子集合之個別電感器線圈，係可相對於相位與射頻(RF)功率之至少其中之一受到獨立的控制。
上述概要只關於於此所揭露之本發明之數個實施例之其中一個，且並非意圖限制於此申請專利範圍所提出之本發明之範疇。以下將在本發明之詳細說明中並配合下述附圖更詳細說明本發明之這些與其他特徵。
現在將參考如於附圖中所顯示之一些實施例來詳細說明本發明。在下述說明中，提出許多具體細節以便徹底理解本發明。然而，熟習本項技藝者將明白本發明可能在不需要某些或所有這些具體細節的情況下被實行。在其他實例中，為了不要不必要地模糊化本發明，熟知的製程步驟及/或構造將不會被詳細說明。
依據本發明之實施例，提供複數個用以構成電容耦合電漿處理系統之方法與設備配置，這些電容耦合電漿處理系統具有一電感器線圈配置陣列，用以使電漿處理系統作為一電容耦合及/或一感應耦合電漿處理系統。本發明之實施例可包含採用此電感器線圈配置陣列，以提供在一電漿處理容室之一狹小間隙中之高密度電漿。利用此電感器線圈配置陣列中之每個電感器線圈之局部化控制，可能達成電漿均勻性以在電子裝置之處理中獲得較高的良率。
在一實施例中，電漿處理系統可能被設有此電感器線圈配置陣列。於一例中，此電感器線圈配置陣列可能被設有一組線圈架以作為磁性核心。於另一例中，磁性核心可能是一組馬蹄形磁鐵。在一實施例中，磁性核心可能由例如鐵氧體或粉末鐵之磁性材料所構成。相較於採用螺旋形電感器線圈中之空氣核心之習知技術之ICP系統之下，藉由採用磁性材料作為核心，可將磁場侷限至一區域以改善耦合現象。
在一實施例中，各磁性核心可能以一線圈來繞線。相較於一螺旋形線圈係被配置在一介電窗之習知技術之下，每個電感器線圈上之線圈可能遠離一上部電極以使電容耦合最小化。
在線圈架作為磁性核心之例子中，彼此鄰接的線圈架可能在一實施例中以交錯且相反極點的方式被配置。藉由協調交錯且相反極點之配置，允許來自具有相反極點之該對鄰近線圈架之磁通量耦合，藉以形成一迴路磁場，其可滲入電漿區域中以維持一實施例中之電漿。為了完成鄰近對之線圈架之磁性迴路，可能採用複數個磁性連接器以連接橫越過此組線圈架。磁性連接器可能是磁帶或磁板。磁帶及/或磁板可能由與核心相同的磁性材料所構成。
在馬蹄形磁鐵作為磁性核心之例子中，馬蹄形磁鐵係彎曲成U形，所以兩個相反極點位於相同平面上。因此，每個馬蹄形磁鐵係類似於具有連接帶(connecting strap)之鄰近線圈架之一對相反極點。然而，相較於線圈架，馬蹄形磁鐵被迫與同一磁鐵上之相反極點耦合。而，線圈架上之一極點之磁場可能繞著鄰近線圈架之任何相反極點迴路並與其耦合。
相較於習知技術，在電感器線圈配置陣列中之磁性核心之極點係被協調以提高磁通量之耦合，以取代用以作為習知技術之獨立電感器源。在電感器線圈配置陣列中，與鄰近對之相反極點協調耦合容許控制進入電漿區域中之此組迴路磁場。因此，電漿均勻性可能經由局部化控制而提高。
在一實施例中，相反磁極之間距可能利用電漿容室間隙而被最佳化，藉以控制此距離，這些迴路磁場可在電漿處理期間滲入電漿區域中而不會損壞基板。在一實施例中，相反磁極之間距之範圍可從間隙的大約25%到100%。相較於習知技術，磁性核心之間距可能被最佳化以供電漿處理，以取代在空間填滿配置中被堆積。再者，可能採用ICP以利用類似於CCP製程之相當狹小的間隙來處理基板，以取代習知技術之ICP製程之較寬間隙之限制。
在一實施例中，上部電極可能被設有一靜電屏蔽，以使一導電材料像是一絕緣體。於一例中，靜電屏蔽可能藉由在一上部電極中製造朝複數個電感器線圈呈輻射狀的裂縫而形成。藉由採用靜電屏蔽，上部電極係被設計成在方位角方向中像是一絕緣體。相較於習知技術，一導電材料(亦即，上部電極)可能在具有來自此等電感器線圈之最小的感應耦合之ICP製程中被採用，以取代於採用一介電窗之限制。
在一實施例中，此組電感器線圈可能被配置成關於均勻性之一自相似圖案或一預定圖案，以模擬一較大電感器線圈之磁場。在另一個實施例中，一組電感器線圈中之每個電感器線圈可能獨立被控制，以改變被傳送至電感器線圈之頻率及/或射頻(RF)功率，用以達成電漿之局部操縱。
在一實施例中，在採用電感器線圈配置之ICP處理期間，上部電極可能被形成為接地狀態、射頻(RF)供電狀態或DC偏壓狀態。此外，下部電極可能由相同或不同射頻供以電源。
本發明之特徵與優點可能參考下述附圖與討論(關於習知技術之機構與所對比之本發明之實施例)而得以更佳理解。
圖3A顯示依據本發明之一實施例之一電容耦合電漿處理系統之簡化概要圖，此實施例設有一電感器線圈配置陣列以允許電漿之感應耦合。如圖3A所示，電漿處理系統300可能被形成以作為一典型的CCP處理系統。
仔細考慮譬如一基板306係在電漿處理系統300中正以電容耦合模式被處理之狀態。電漿處理系統300可能被形成以包含被配置在一下部電極302之上的基板306。在電漿處理期間，具有一條到達接地之路徑之一RF產生器308，係可經由一RF匹配器310提供一射頻(RF)功率至下部電極302。於一例中，可能採用RF匹配器310以使到達電漿系統之功率運送最大化。射頻可包含但並未受限於2、27與60MHz。來自RF產生器308之功率易於與一氣體(為簡化圖例未顯示)交互作用，以點燃在一上部電極304與基板306之間的電漿314。如圖3A所示，下部電極302可能被形成與具有一下部接地延伸覆蓋環部318之一下部接地延伸環部316接。同樣地，上部電極304可能被形成為與具有一上部接地延伸覆蓋環部322之一上部接地延伸環部320鄰接。
在圖3A之實行方式中，電漿314可能藉由一組限制環324而侷限在一間隙312之間。如前述，間隙312可能是在CCP處理系統中之一相當狹小的間隙，用以促進需要較短的氣體滯留時間以使加載效應最小化之處理參數。
從上述說明可明白到，如圖3A所示之電漿處理系統300可合併在CCP處理系統中常被採用之其他額外特徵，例如一可調整電極間隙312、限制環324之可調整間隙、DC及/或射頻(RF)功率ed上部電極304等等)。依據本發明之一實施例，如圖3A所示，電漿處理系統300係在沒有限制的情況下被顯示以作為一全功能CCP處理系統之代表。
然而，仔細考慮以下狀態，其中例如此製程中之一個步驟可能需要除CCP處理系統之能力外的處理參數。依據本發明之一實施例，電漿處理系統300可能從電容耦接模式轉換成感應耦接模式。
在一實施例中，電漿處理系統300可能被設有一電感器線圈配置陣列340，如圖3A所示。電感器線圈配置陣列340係設有一組線圈架(326A-L)。線圈架(326A-L)可能由例如鐵氧體或粉末鐵之磁性材料所建構成。
依據本發明之一實施例，每個線圈架(譬如圖3A之線圈架326A)本質上係為配置在上部電極304之上之排列成一陣列之個別的桿狀磁鐵。每個桿狀磁鐵或線圈架(譬如線圈架326A)可能在此桿之每個末端上設有一北(N)磁極與一南(S)磁極。
在一實施例中，此組線圈架(326A-L)可能藉由一組磁帶(strap)(332A-H)而連接橫越過頂端。這些磁帶可能由例如鐵氧體或粉末鐵之高磁導率材料所建構。這些磁帶係由與這些線圈架相同種類之磁性材料所構成，用以完成在此組線圈架(326A-L)之間的磁性迴路。或者，這些磁帶可能是簡單磁板，其亦由例如鐵氧體或粉末鐵之高磁導率材料所構成。因此，可完成在一組線圈架(326A-L)中之一鄰近對之線圈架之間的磁性迴路。
在一實施例中，在一組線圈架(326A-L)中之每個線圈架(譬如線圈架326A)，係可能利用一組線圈(328A-L)中之線圈(譬如線圈328A)來繞線。依據一實施例，相較於習知技術之配置在圖1B之介電窗154上的螺旋形線圈166而言，被繞線在相對應的此組線圈架(326A-L)上之此組線圈(328A-L)可能遠離上部電極304以使電容耦合最小化。
依據本發明之一實施例，此組線圈架(326A-L)可能在一實施例中以彼此鄰接的交錯相反極點被配置。舉例而言，線圈架326A係以頂端330A上之N極點之俯視圖顯示於圖3A中，而鄰近的線圈架326B係以頂端330B上之S極點之俯視圖顯示。因此，此陣列之線圈架(326A-L)可能以交錯相反極點被配置，以允許一對鄰近線圈架之磁場與相反極點耦合，藉以在一實施例中形成此組迴路磁場(334A-K)。
相較於習知技術，在電感器線圈配置陣列中之磁性核心之極點係被協調以提高磁通量之耦合，以取代用以作為習知技術之獨立電感器源。在電感器線圈配置陣列中，與鄰近對之相反極點協調耦合容許控制進入電漿區域中之此組迴路磁場。因此，電漿均勻性可能經由局部化控制而提高。
在一實施例中，這些線圈架之間距可能被最佳化，而具有間隙312高度以獲得鄰近線圈架之迴路磁場(334A-K)進入電漿區域中之期望滲入，如圖3A所示。鄰近線圈架之迴路磁場(334A-K)可滲入間隙312達到鄰近線圈架之間隔的距離。迴路磁場(334A-K)理想上是可貫穿上部電極304，以點燃並維持間隙312中之電漿而不會損壞基板306。一般而言，此間距之範圍可從間隙的大約25%到間隙之全高度。因此，鄰近線圈架之間距可能被最佳化成間隙312高度，用以達成電漿處理參數所需要之期望的迴路磁場。
相較於習知技術，磁性核心之間距可能被最佳化以供電漿處理，以取代在六角形空間填滿配置中被堆積。再者，可能採用ICP以利用類似於CCP製程之相當狹小的間隙來處理基板，以取代習知技術之ICP製程之較寬間隙之限制。
或者在另一個實施例中，可能採用馬蹄形磁鐵以取代桿狀磁鐵以提供一電感器線圈配置陣列。圖3B顯示依據本發明之一實施例之一電容耦合電漿處理系統之簡化概要圖，此實施例設有一馬蹄形電感器線圈配置陣列以允許電漿之感應耦合。
電漿處理系統300可能被設有另一個電感器線圈配置陣列380，如圖3B所示。電感器線圈配置陣列380可能被設有一組馬蹄形磁鐵(356A-F)。馬蹄形磁鐵(356A-F)可能由例如鐵氧體或粉末鐵之一磁性材料所建構。
在一實施例中，在一組馬蹄形磁鐵(356A-F)中之每個馬蹄形磁鐵(譬如馬蹄形磁鐵356A)可能利用一組線圈(358A-F)中之一線圈(譬如線圈358A)來繞線。依據一實施例，相較於習知技術之配置在圖1B之介電窗154上的螺旋形線圈166而言，被繞線在相對應的此組馬蹄形磁鐵(356A-L)上之此組線圈(358A-F)可能遠離上部電極304以使電容耦合最小化。
每個馬蹄形磁鐵(譬如圖3B之馬蹄形磁鐵356A)亦類似於桿狀磁鐵在每個末端上設有一北(N)磁極與一南(S)磁極。然而，馬蹄形磁鐵係彎曲成U形，俾能使兩個相反極點位在相同平面上。因此，馬蹄形磁鐵(譬如圖3B之馬蹄形磁鐵356A)可能類似於具有圖3A之連接帶之鄰近桿狀磁鐵之一對相反極點。
然而，相較於圖3A之線圈架，馬蹄形磁鐵可能被迫與相同磁鐵上之相反極點耦合。而，圖3A中之線圈架上的一極點之磁場可繞者鄰近線圈架之任何相反極點迴路並與其耦合。
如熟習本項技藝者可明白的，每個馬蹄形磁鐵上之相反極點之間距亦可被最佳化成間隙332高度，以達成電漿處理參數所需要的期望迴路磁場(360A-F)。
如可從上述明白，圖3A之此組線圈架電感器線圈之配置與圖3B之此組馬蹄形磁鐵電感器線圈之配置之間的主要差異係在於在一馬蹄形磁鐵內之強迫耦合，而非與鄰近線圈架之任何相反極點耦合。然而，線圈架配置與馬蹄形磁鐵兩者採用相反極點之預定的協調耦合來配置電感器線圈，而非僅採用V.Godyak之電感器線圈配置之緊密堆積之空間填滿。
如圖3A與3B所示，在一實施例中，這些線圈架及/或馬蹄形磁鐵可能被配置在上部電極304之上。在另一個實施例中，線圈架及/或馬蹄形磁鐵可能被配置在具有上部電極304之其他構造中。舉例而言，依據本發明之一實施例，上部電極304可能被鑽以沈孔，俾能使線圈架及/或馬蹄形磁鐵可能被局部埋於上部電極304中。在另一例中，線圈架及/或馬蹄形磁鐵可能一直貫穿上部電極304，以齊平於或凸出於面對上部電極304表面的電漿。如果線圈架及/或馬蹄形磁鐵凸出或一直貫穿，則露出端可能需要被覆蓋或保護，以確保對製程沒有反效果。
此外，為了避免感應耦合，上部電極304可能需要由一高電阻式材料所建構，必須是很薄的或必須被割成細條狀。圖4顯示依據本發明之一實施例之一上部電極之一區段之一俯視圖之簡化概要圖，其顯示朝上部電極中之此等電感器線圈呈輻射狀的數個裂縫。
如圖4所示，圖3A及/或3B之上部電極304之一區段400，可能被設有複數個電感器線圈402A、402B、402C與402D。例如圖3A之上部電極304之一導電材料可能藉由提供一靜電屏蔽或法拉第(Faraday)屏蔽而被製成像是一絕緣體。在一實施例中，靜電屏蔽可能藉由製造朝這些電感器線圈呈輻射狀的數個裂縫一直通過上部電極之表面而形成。舉例而言，裂縫404A係從電感器線圈402A徑向延伸至402D。徑向裂縫404A並不需要碰觸或進入電感器線圈402A或402D之邊緣。因此，藉由採用靜電屏蔽，可能將例如圖3A之上部電極304之一導電材料製成像是在方位角方向(Azimuthal direction)中之一絕緣體。
藉由採用靜電屏蔽，上部電極係被設計成像是在方位角方向中之一絕緣體。相較於習知技術，一導電材料(亦即，上部電極)可能在具有來自此等電感器線圈之最小的感應耦合之ICP製程中被採用，以取代於採用一介電窗之限制。
如熟習本項技藝者可明白的，可能採用其他技術以使一導電材料好像是一絕緣體。舉例而言，依據一實施例，上部電極304可被選擇成是一種更多的電阻式材料，所以徑向裂縫並不需要一直被切割貫穿此表面。關於更多的電阻式材料，上部電極可能在一實施例中被建構以作為一較薄的薄板。或者，在另一實施例中，使導電材料像是一絕緣體之另一種方法，係用以建立具有被埋入作為阻絕之氧化矽或石英之複數個渠溝。因此，可消除電感器線圈與上部電極之間的感應耦合或使其最小化。
在一實施例中，此組電感器線圈可能被配置成關於均勻性之一自相似圖案，或被配置成一具體圖案以模擬一較大電感器線圈之磁場。
圖5A顯示依據本發明之一實施例之電感器線圈之一代表棋盤狀基板陣列配置之俯視圖之簡化概要圖。如圖5A所示，具有北磁極(502A-E)之電感器線圈可能與具有對向南磁極(504A-D)之電感器線圈被配置成一交錯棋盤狀配置。因為交錯圖案之自相似本質，所以磁場在此棋盤狀配置中可能是很均勻的。因此，電漿之均勻性可能被改善成優於圖1B之習知螺旋形線圈166之電漿之均勻性。舉例而言，在處理大型基板時，線圈之尺寸不需加大以改善習知技術之ICP處理系統所需要的電漿均勻性。
圖5B顯示依據本發明之一實施例之模擬一螺旋形線圈之電感器線圈之一代表交錯同心環部配置之俯視圖之簡化概要圖。在圖5B之實施方式中，這些電感器線圈組552、554A-H、556A-P以及538A-P可能被配置成具有電感器線圈之交錯之相反極點組之同心圓。舉例而言，在圖5B之實施方式中，電感器線圈組552之極點係為N，而電感器線圈組554A-H之極點係為S。從上述說明可明白到，電感器線圈可能被配置成一預定圖案，以基於這些製程參數需求模擬一期望磁場。
在一實施例中，電感器線圈裝置可能由全體一致的射頻所驅動，或於一特定電感器線圈個別地被調整以達成電漿之局部控制或操縱。在另一實施例中，對於電感器線圈之射頻(RF)功率可能為經由一匹配網路之全體一致的的狀態，或從分散功率配置經由一放大器供局部控制用。
在一實施例中，在採用電感器線圈之配置之ICP處理期間，上部電極可能被設計成為接地狀態、射頻(RF)供電狀態或DC偏壓狀態。或者，下部電極可能被相同或不同的射頻供以電源。如熟習本項技藝者可明白的，採用電感器線圈配置之CCP處理系統容許在ICP製程中，混合來自CCP處理系統之特徵。因此，用以處理基板之操作參數可能從這種混合而有利地被增廣。
從上述說明可明白到，本發明之一個或多個實施例提供能夠CCP及/或ICP之電漿處理系統。藉由混合CCP處理系統以包含ICP能力，處理範圍已被增廣。藉由在CCP處理系統中達成ICP，電漿密度已被增加超過電容耦合電漿處理系統可能達到的範圍。藉由混合具有可產生很均勻的電漿之感應線圈之CCP處理系統，基板可能在很狹小的間隙系統中利用ICP模式受到處理，藉以導致氣體物種之較低的滯留時間。藉由遠隔這些線圈，可從電漿消除雜散靜電場。藉由在設計上採用上部電極，可消除介電窗，藉以產生較簡單的容室設計。因此，採用混合式CCP電漿處理系統之設備製造商，係可根據在一感應耦合電漿模式及/或一電容耦合電漿模式之間的需求作轉換，以利用兩個技術所提供之特徵。
雖然已從數個實施例的角度說明本發明，但仍有落在本發明之範疇之內的修改、互換與等效設計。吾人亦應注意到有許多實現本發明之方法與設備之替代方式。再者，本發明之實施例可能在其他應用中發現效用。由於字數限制，摘要段係為方便性而提供於此，因此為讀取方便性而寫，且不應被採用以限制申請專利範圍之範疇。因此吾人意圖將下述申請專利範圍解釋為包含落在本發明之真實精神與範疇內之所有這些修改、互換與等效設計。
100．．．電容耦合電漿處理系統
102．．．下部電極
104．．．上部電極
106．．．基板
108．．．RF產生器
110．．．RF匹配器
112．．．間隙
114．．．電漿
150．．．感應耦合電漿處理系統
152．．．下部電極
154．．．介電窗
156．．．基板
158．．．第一RF產生器
160．．．RF匹配器
162．．．間隙
164．．．電漿甜甜圈/電漿
166．．．電感器線圈
168．．．第二RF產生器
170．．．半徑
172．．．磁場
202A、202B、202C、202D、202E、202F．．．核心
204A、204B、204C、204D、204E、204F．．．線圈
300．．．電漿處理系統
302．．．下部電極
304．．．上部電極
306．．．基板
308．．．RF產生器
310．．．RF匹配器
312．．．間隙
314．．．電漿
316．．．下部接地延伸環部
318．．．下部接地延伸覆蓋環部
320．．．上部接地延伸環部
322．．．上部接地延伸覆蓋環部
324．．．限制環
326A-L．．．線圈架
328A-L．．．線圈
330A．．．頂端
330B．．．頂端
332．．．間隙
332A-H．．．磁帶
334A-K．．．迴路磁場
340．．．電感器線圈配置陣列
356A-L．．．馬蹄形磁鐵
358A-F．．．線圈
360A-F．．．迴路磁場
380．．．電感器線圈配置陣列
400．．．區段
402A、402B、402C、402D．．．電感器線圈
404A．．．徑向裂縫
502A-E．．．北磁極
504A-D．．．南磁極
552、554A-H、556A-P、558A-P．．．電感器線圈組
本發明係作為例子而非作為限制而顯示於附圖中，其中相同的參考數字表示類似的元件。
圖1A顯示習知技術電容耦合電漿(CCP)處理系統之簡化表徵。
圖1B顯示表示習知技術感應耦合電漿(ICP)處理系統之簡化概要圖。
圖2顯示如由V.Godyak所提出之習知技術電感器線圈配置之簡化概要圖。
圖3A顯示依據本發明之一實施例之一電容耦合電漿處理系統之簡化概要圖，此實施例設有一電感器線圈配置陣列以允許電漿之感應耦合。
圖3B顯示依據本發明之一實施例之一電容耦合電漿處理系統之簡化概要圖，此實施例設有一馬蹄形電感器線圈配置陣列以允許電漿之感應耦合。
圖4顯示依據本發明之一實施例之一上部電極之一區段之一俯視圖之簡化概要圖，其顯示朝上部電極中之此等電感器線圈呈輻射狀的數個裂縫。
圖5A顯示依據本發明之一實施例之電感器線圈之一代表棋盤狀基板陣列配置之俯視圖之簡化概要圖。
圖5B顯示依據本發明之一實施例之模擬一螺旋形線圈之電感器線圈之一代表交錯同心環部配置之俯視圖之簡化概要圖。
300．．．電漿處理系統
302．．．下部電極
304．．．上部電極
306．．．基板
308．．．RF產生器
310．．．RF匹配器
312．．．間隙
314．．．電漿
316．．．下部接地延伸環部
318．．．下部接地延伸覆蓋環部
320．．．上部接地延伸環部
322．．．上部接地延伸覆蓋環部
324．．．限制環
326A-L．．．線圈架
328A-L．．．線圈
330A．．．頂端
330B．．．頂端
332A-H．．．磁帶
334A-K．．．迴路磁場
340．．．電感器線圈配置陣列

Claims (24)

  1. 一種電容耦合電漿(CCP)處理系統，其具有一電漿處理容室，用以處理一基板，該CCP處理系統包含：至少一上部電極與一下部電極，用以處理該基板，該基板係在電漿處理期間被配置在該下部電極上；以及一電感器線圈配置陣列，其具有複數個電感器線圈，該電感器線圈配置陣列係被配置在該上部電極之上，該電感器線圈配置陣列用來以電感方式維持在該上部電極與該下部電極之間的一間隙中的電漿，其中對於相位與射頻(RF)功率之間，該複數個電感器線圈中之至少一子集合之個別電感器線圈係可獨立控制的，其中該複數個電感器線圈包含至少：一組磁性核心；以及一組線圈，該組線圈中之各線圈係纏繞在該組磁性核心之各磁性核心，其中該組磁性核心中之第一磁性核心係與一鄰近磁性核心隔開一距離，該距離大約是該上部電極與該下部電極之間的該間隙之25%至100%，且其中該上部電極設有一靜電屏蔽，該靜電屏蔽具有朝該等電感器線圈大致呈輻射狀的複數裂縫，各裂縫形成在該等電感器線圈的相鄰電感器線圈之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，更包含至少一射頻(RF)電源，該RF電源用來以電容方式點燃並維持在該上部電極與該下部電極之間的電漿。
  3. 如申請專利範圍第2項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該RF電源具有大約2MHz、大約27MHz與大約60MHz至少其中之一之RF頻率。
  4. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其 中該組磁性核心之各該磁性核心係為一線圈架(bobbin)，一組線圈架中之該線圈架係藉由一組磁性連接器而磁性耦合。
  5. 如申請專利範圍第4項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性連接器係配置在該組磁性核心上，以完成鄰近對之線圈架之磁性迴路。
  6. 如申請專利範圍第4項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組線圈架中之一第一線圈架係配置成相對於一鄰近線圈架呈現交錯且相反磁極。
  7. 如申請專利範圍第4項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性連接器中之各磁性連接器係為一磁性材料，而該磁性材料係由鐵氧體與粉末鐵之至少一者所構成。
  8. 如申請專利範圍第4項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性連接器係為一組磁帶(magnetic strap)與一磁板(magnetic plate)之至少其中一者。
  9. 如申請專利範圍第8項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性連接器至少包括由鐵氧體與粉末鐵之至少一者所形成之該組磁帶。
  10. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性核心之各該磁性核心係為一馬蹄形磁鐵。
  11. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該組磁性核心中之各磁性核心係為一磁性材料，而該磁性材料係由鐵氧體與粉末鐵之至少其中一者所構成。
  12. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該電感器線圈配置陣列中之該組線圈之各該線圈係遠離該上部電極。
  13. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該上部電極之該等裂縫係形成為一直通過該上部電極的表面。
  14. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該電感器線圈配置陣列中之複數個電感器線圈係被配置成一自相似圖案(Self-similar pattern)。
  15. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該電感器線圈配置陣列中之複數個電感器線圈係被配置成一預定圖案。
  16. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中將該上部電極鑽以沈孔，以使該複數個電感器線圈中之至少一子集合之個別電感器線圈至少局部埋於該上部電極中。
  17. 如申請專利範圍第1項之電容耦合電漿(CCP)處理系統，其中該電感器線圈配置陣列中之電感器線圈係設置成交錯同心環圖案。
  18. 一種電漿處理容室中之基板處理方法，用來於一電容耦合電漿(CCP)處理系統中，處理一電漿處理容室內之一基板，該方法包含以下步驟：支撐該基板於該電漿處理容室中，該電漿處理容室設有與一下部電極對面配置之一上部電極； 建構具有複數個電感器線圈的一電感器線圈配置陣列，用來以電感方式點燃在該上部電極與該下部電極之間的一間隙之電漿，該電感器線圈配置陣列係被配置在該上部電極之上，其中對於相位與射頻(RF)功率之間，該複數個電感器線圈中之至少一子集合之個別電感器線圈係可獨立控制的，其中該複數個電感器線圈包含至少：一組磁性核心；以及一組線圈，該組線圈中之各線圈係纏繞在該組磁性核心之各磁性核心，其中該組磁性核心中之第一磁性核心係與一鄰近磁性核心隔開一距離，該距離大約是該上部電極與該下部電極之間的該間隙之25%至100%，且其中該上部電極設有一靜電屏蔽，該靜電屏蔽具有朝該等電感器線圈大致呈輻射狀的複數裂縫，各裂縫形成在該等電感器線圈的相鄰電感器線圈之間。
  19. 如申請專利範圍第18項之電漿處理容室中之基板處理方法，更包含至少以下步驟：建構一個射頻(RF)電源，用來以電容方式點燃與維持在該上部電極與該下部電極之間的電漿。
  20. 如申請專利範圍第19項之電漿處理容室中之基板處理方法，其中該RF電源具有大約2MHz、大約27MHz與大約60MHz至少其中一者之RF頻率。
  21. 一種電漿處理系統，其具有用以處理基板之電漿處理容室，該電漿處理系統包含：至少一上部電極與一下部電極，用以處理該基板，該基板係在電漿處理期間被配置在該下部電極上；以及一電感器線圈配置陣列，其具有複數個電感器線圈，該電感器線圈配置陣列係被配置在該上部電極之上，該電感器線圈配置 陣列採用除空氣以外之磁性核心材料、並且用來以電感方式維持在該上部電極與該下部電極之間的一間隙中的電漿，其中對於相位與射頻(RF)功率之間，該複數個電感器線圈中之至少一子集合之個別電感器線圈係可獨立控制的，其中該複數個電感器線圈中之該子集合之相鄰電感器線圈的磁性核心係設置成交錯極點配置，其中該等磁性核心中之第一磁性核心係與該等磁性核心中毗鄰該第一磁性核心之一鄰近磁性核心隔開一距離，該距離大約是該上部電極與該下部電極之間的該問隙之25%至100%，且其中該上部電極設有一靜電屏蔽，該靜電屏蔽具有朝該等電感器線圈大致呈輻射狀的複數裂縫，各裂縫形成在該等電感器線圈的相鄰電感器線圈之間。
  22. 如申請專利範圍第21項之電漿處理系統，其中該等磁性核心之各該磁性核心係一線圈架，一組線圈架中之該線圈架係藉由鐵氧體與粉末鐵之至少一者所形成的一組磁帶而磁性耦合。
  23. 如申請專利範圍第21項之電漿處理系統，其中將該上部電極鑽以沈孔，以使該複數個電感器線圈中之至少一子集合之個別電感器線圈至少局部埋於該上部電極中。
  24. 如申請專利範圍第21項之電漿處理系統，其中該電感器線圈配置陣列中之電感器線圈係設置成交錯同心環圖案。
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