TWI471928B - 用以使不均勻性最小化的整合式可操縱性陣列設備 - Google Patents

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Description

用以使不均勻性最小化的整合式可操縱性陣列設備 【優先權主張】
本申請案係關於Neil Benjamin於2007年6月29日所申請之申請案號60/947,363之代理人備忘錄號P1543P/LMRX－P127P1的共讓渡美國專利臨時申請案”Integrated Sterrability Array Arrangement For Minimizing Non－Uniformity”並基於35 U.S.C §119(e)主張其為優先權母案，特將其內容包含於此作為參考。
本發明係關於電漿處理系統，更具體而言係關於用以使電漿中不均勻性最小化的整合式可操縱性陣列設備。
電漿處理系統長久以來被用來處理基板以製造半導體裝置。在基板處理期間，處理室的條件必須被緊密地監視並仔細地加以控制以產生有助於製造精細半導體裝置的處理環境。大體而言，製造商必須產生條件均勻的處理環境以處理基板。
不幸地，在基板處理期間處理室中可能存在著某些條件可能會造成非均勻性。為了促進討論，圖1顯示了基板處理環境100的簡化方塊圖。基板106係置於處理室104內之靜電夾頭(ESC)108的上部上。功率被傳輸至處理室104中。在一實例中，可藉由靜電夾頭將射頻(RF)功率110饋送至處理室104中。在處理室104內，RF功率可與經由氣體傳輸系統102而傳輸至處理室104內的氣體交互作用，以產生可與基板106交互作用之電漿114而製造被蝕刻的半導體產品。
在理想狀況下，處理室104內的條件尤其是越過基板106的條件為均勻的，以提供為了處理基板106的均勻處理環境。然而，由於處理室104的設計，處理室內的條件通常為不均勻的。在一實例中，氣體的徑向流動可在整個處理室中產生氣體的不均勻分 佈。在另一實例中，由於泵浦112通常位在遠離基板中心處，因此廢氣可能會以不均勻的方式泵抽出處理室106。因此，廢氣自基板的中央被泵抽至邊緣而向下抽出。因此，氣體在基板表面各處係以非均勻方式分佈。在一實例中，氣體往基板邊緣較稀疏。
已用來產生較均勻處理環境的一種方法可利用變壓器耦合電漿(TCP)源來施行。圖2顯示了利用TCP源之處理環境200的簡單方塊圖。通常，TCP源產生感應式環境。因此，可使用一組天線202而非電極來將功率傳輸至處理環境。
在TCP源內，可產生具有甜甜圈形狀的電漿206以形成超環面的處理區。超環面的處理區會在基板208上方導致徑向擴散輪廓。然而，即使具有徑向擴散輪廓，條件並不是很均勻。較大的超環面處理區可產生更均勻的處理環境，但較大的超環面處理區可能需要更大的處理室與介電窗。因此，此類設備的成本並非財務上可行且工程設計可能會明顯地更困難。
在一實施例中本發明係關於用以管理電漿處理環內之電漿均勻性以促進基板處理的整合式可操縱性陣列設備。此設備包含電性元件之陣列。此設備亦包含氣體噴射器之陣列，其中電性元件之陣列與氣體噴射器之陣列係設置用以產生複數電漿區，複數電漿區中的每一電漿區係實質上類似。此設備更包含泵浦陣列，其中泵浦陣列中的每一者係散佈於電性元件陣列與氣體噴射器陣列之間。泵浦陣列係用以促進廢氣的局部移除，以在電漿處理環境內維持均勻的電漿區。
上述發明內容係與本文中所揭露之眾多發明實施例中的一者相關，旨不在限制本文之申請專利範圍所界定出的發明範疇。在下列之結合了附圖之詳細發明敘述中將更仔細地說明本發明的此些與其他特徵。
現將參考附圖中所示之數個實施例來詳細敘述本發明。在下列敘述中將舉出許多特定的細節以提供對本發明之全面瞭解。然而，熟知此項技藝者應明白，在不具有部分或全部此些特定細節的情況下亦可施行本發明。再者，為了避免不必要地模糊本發明，會省略已知處理步驟及/或結構的詳細敘述。
下列將敘述各種實施例，包含方法及技術。應謹記在心的是，本發明亦可涵蓋包含了電腦可讀媒體的製品，在電腦可讀媒體上儲存了用以施行本發明實施例的電腦可讀指令。例如，電腦可讀媒體可包含用以儲存電腦可讀碼的半導體、磁性、光磁性、光學或其他形式電腦可讀媒體。又，本發明亦可涵蓋用以施行本發明實施例的裝置。此類裝置可包含用以施行本發明實施例之相關任務的專用及/或可程式化電路。此類裝置的實例包含通用電腦及/或被適當程式化的專用計算裝置，此類裝置可包含適合用於本發明實施例之各種相關任務的電腦/計算裝置及專用/可程式化電路的組合。
在本發明之一態樣中，本發明人體悟到需要可操縱性來達到更均勻的處理。如本文中所討論的，可操縱性代表可為徑向及/或方位角控制的局部均勻性控制。為了達到可操縱性，可使用元件陣列。
在先前技術中，IC製造商試著藉由控制可影響處理室條件的不同參數(例如，氣體流量、氣體排放、RF能量分配等)來控制均勻性。在一實例中，IC製造商可利用Drytec三極體設備來控制傳輸至處理室中的功率。Drytec三極體設備包含了其中中央電極為小電極陣列的三個電極。經由中央電極而引導功率流動可達到控制。然而，即使具有Drytec三極體設備，由於Drytec三極體設備無法提供其他參數如氣體流動與廢氣的局部傳輸，因此仍然有不均勻性的問題。
如前所述，傳統的電漿系統可建構為具有單一氣體噴射器將 氣體傳輸至處理室中並具有單一泵浦以移除廢氣。IC製造商已試著操控參數以產生更均勻的處理環境。在一實例中，製程工程師可試著控制氣體流的速度以產生較均勻的氣體分佈。為了產生更均勻的電漿而操控不同參數是一個煩冗且耗時的過程，傾向於需要高精準度，涉及許多非均勻性源頭彼此間的平衡且必須同時維持所欲的蝕刻率、蝕刻輪廓、選擇比與其他參數。
根據本發明實施例，提供一種整合式可操縱性陣列設備以致使基板處理期間的局部控制。本發明實施例藉著產生單獨控制的處理區組而提供可操縱性。
在本發明一實施例中，整合式可操縱性陣列設備可包含不同的結構。在一實施例中，結構可為對稱性圖樣以提供較均勻的處理環境。結構的實例可包含矩形圖樣、圓形圖樣、六角形圖樣等，但不限於此。
在本發明一實施例中，整合式可操縱性陣列設備可包含電性元件陣列、氣體噴射器陣列及/或彼此散佈的泵浦陣列，以產生單獨控制的處理區組。例如，考慮功率係經由電性元件陣列所傳輸而氣體係經由氣體噴射器所注入處理室中的情況。電性元件陣列與氣體噴射器陣列可以俾以促進在基板上方產生複數自類似(self－similar)小電漿區域的方式來加以設置。因此，可局部控制在基板各處產生均勻處理環境所需的功率及/或氣體量。
又在一實施例中，為了維持處理環境的均勻條件，可將泵浦陣列或一或多個泵浦散佈於電性元件/氣體噴射器陣列之間以促進廢氣的局部移除，其中每一泵浦具有連接至歧管的複數泵浦接口。每一接口可為固定或為可控制(例如，藉由閥件)。不若先前技術，藉著具有位在氣體噴射器附近的泵浦，氣體可被局部地泵抽進入或離開，而非自通常基板的上方或下方徑向地向外泵抽。又，泵浦的速度可單獨控制，以能夠根據每一小電漿區的需求來調整氣體排放流量。
下列將參考附圖與討論而更提供對本發明特徵與優點的更佳 瞭解。
圖3顯示了本發明一實施例中整合式可操縱性陣列設備的上視簡圖。整合式可操縱式陣列設備300可包含介電板302，其具有電性元件對如電性元件對304與306之陣列嵌入介電板302內。在一實施例中，電性元件對之陣列可為一對電容式元件(例如，平行板)。在另一實施例中，電性元件對之陣列可為一對電感式元件(例如，天線)。電性元件對之陣列可以複數結構設置，如梯形結構。在一實例中，每一電性元件對係以推拉梯形結構加以設置以產生平衡功率結構。
散佈於電性元件對之陣列間的為氣體噴射器陣列，氣體自氣體噴射器而被傳輸進入處理室中。在一實例中，電性元件對306可包含氣體噴射器陣列(例如，308、310、312等)。藉著具有氣體噴射器陣列散佈於電性元件對之陣列間，可在基板處理期間單獨地控制被輸入處理室中的氣體與功率的量。
在先前技術中，由於基板與處理室結構(例如，邊緣環)的本質，電漿傾向於愈向基板邊緣愈不均勻。由於先前技術中的結構並不包含氣體噴射器陣列，因此製程工程師無法局部地控制被輸入處理室特定區域內的氣體量。在具有電性元件對及/或氣體噴射器對之陣列的情況下，可達成可操縱性以將功率及/或氣體流導入處理室特定區域內。在一實例中，在氣體噴射器310周圍的處理區域(例如，基板邊緣)可較氣體噴射器312周圍的處理區域(例如，基板中央)需求更多的氣體及/或功率。在具有整合式可操縱性陣列設備的情況下，可操縱氣體及/或功率流以產生更均勻的處理環境。
在一實施例中，可將一組泵浦散佈於整合式可操縱性陣列設備中。在一實例中，可將一組泵浦置於電性元件對之陣列間。在一實施例中，該組泵浦可為泵浦(314a、314b、316a、316b、316d、318a、318b、318c、318d、318e、320a、320b、320c、322a、322b)或一或多個泵浦之陣列，每一者具有連接至歧管的複數泵浦接口。每一接口可為固定的或為可控制的(例如，藉由閥件)。透過具 有位在氣體噴射器陣列附近的該組泵浦，可以俾以產生更均勻處理環境的方式自處理室移除廢氣。在先前技術中，泵浦可位於基板邊緣附近導致廢氣自基板向外並向下泵抽，藉此產生基板邊緣處氣體較稀疏的處理環境。然而在具有一組泵浦的情況下，可局部地控制泵浦速度以致於單獨地控制被移除之氣體排放量，藉此在處理環境內維持氣體平衡。在一實例中，由於處理室的固有本質，氣體傾向於在基板邊緣處較稀疏。因此，在基板邊緣周圍區域中的泵浦相較於基板中央周圍的泵浦可以較慢的速度泵抽，以減少邊緣處被移除的氣體量。
圖4顯示了本發明一實施例中整合式可操縱性陣列設備400的橫剖面圖。例如，考慮基板402正在接受處理的情況。功率(例如，RF功率、微波功率等)可藉由天線陣列(如天線404、406、408、410所示)而被傳輸至處理室內。散佈於天線陣列間的為氣體噴射器陣列(412、414、416、418)，氣體可自氣體噴射器被傳輸至處理環境內而與功率交互作用以產生電漿。類似地，泵浦陣列(428、430、432、434、436)可散佈於天線陣列間。
在具有整合式可操縱性陣列設備的情況下，可提供可操縱性藉此以局部控制功率、氣體及氣體排放流。換言之，可以俾以在基板402之不同區域(450、452、454、456)上方提供均勻處理環境的方式調整功率、氣體及氣體排放流，以達到更精確與準確的基板處理。
如前所述，整合式可操縱性陣列設備可具有不同結構。圖5顯示了本發明一實施例中具有同心結構之整合式可操縱性陣列設備的實例。整合式可操縱性陣列設備500可包含相對於中心以同心環方式設置的電性元件陣列(例如，502、504、506等)。散佈於電性元件陣列間的為氣體噴射器陣列(例如，508、510、512等)及泵浦陣列(例如，514、516、518等)。可操縱性可藉著局部調整功率、氣體與廢氣流而達到。在具有整合式可操縱性陣列設備的情況下，陣列中的每一元件皆可單獨地調整以在基板表面各處產生 自類似的小電漿區。
自前文可瞭解的是，本發明實施例致能了一種整合式局部控制設備以有效地產生更均勻的基板處理環境。藉著使用整合式可操縱性陣列設備，可利用可操縱性來引導處理室內的功率、氣體與氣體排放流。在具有可操縱性的情況下，提供局部控制以產生更均勻的處理環境。因此，基板上的不同區域為自類似，此致能了更精確、精準與均勻的基板處理。因此，在具有更均勻處理環境的情況下，由於產生了更少缺陷的裝置而降低了總成本。
自前文可瞭解的是，在一實施例中電性元件陣列為自類似陣列。換言之，電性元件陣列能夠局部控制電漿以在基板各處產生相同的處理條件。在另一實施例中，可特意地操縱條件以在基板的不同部分產生不同的處理條件。在此作為後，可藉由局部控制補償來解決先前技術中常遇到的非均勻性問題，例如基板邊緣與基板中央經歷到不同的電漿。又，若饋入基板的非均勻性為已知(例如，藉由微影製程)，則可以俾使產出基板較饋入基板更均勻的方式調整局部控制。
在邊緣仍有殘留的非均勻性。此非均勻性可被限制在靠近邊緣之元件的規模長度且可藉由其他技術來解決。
雖然此發明係以數個較佳實施例的方式來說明，但在本發明範疇內仍有許多修改、變化與均等物。雖然在本文中提供了不同的實例，但此些實例意在為說明性而非限制本發明。
又，本文中所提供之名稱與發明內容僅為了便利性，不應被用來建構本文之申請專利範圍的範疇。又，摘要係以高度簡潔的形式撰寫並用以提供便利性，因此不應被用來建構或限制表現於申請專利範圍中的整體發明。若本文中使用「一組」一詞，此類詞彙意在具有其常被瞭解的數學意義以包涵零、一或大於一個元件。亦應注意，尚有許多不同的方式來施行本發明的方法與裝置。因此，下列隨附之申請專利範圍應被解讀為包含所有落在本發明之真實精神與範疇內的此類修改、變更及等效物。
100‧‧‧基板處理環境
102‧‧‧氣體傳輸系統
104‧‧‧處理室
106‧‧‧基板
108‧‧‧靜電夾頭
110‧‧‧射頻(RF)功率
112‧‧‧泵浦
114‧‧‧電漿
200‧‧‧處理環境
202‧‧‧天線
206‧‧‧電漿
208‧‧‧基板
300‧‧‧可操縱式陣列設備
302‧‧‧介電板
304、306‧‧‧電性元件對
308、310、312‧‧‧氣體噴射器
314a、314b、316a、316b、316d、318a、318b、318c、318d、318e、320a、320b、320c、322a、322b‧‧‧泵浦
400‧‧‧整合式可操縱性陣列設備
402‧‧‧基板
404、406、408、410‧‧‧天線
412、414、416、418‧‧‧氣體噴射器
428、430、432、434、436‧‧‧泵浦
450、452、454、456‧‧‧基板區域
500‧‧‧整合式可操縱性陣列設備
502、504、506‧‧‧電性元件
508、510、512‧‧‧氣體噴射器
514、516、518‧‧‧泵浦
在隨附之圖示中係以例示性而非限制性的方式說明本發明，圖示中類似的參考標號代表類似的元件。
圖1顯示了基板處理環境的簡化方塊圖。
圖2顯示了TCP源內之處理環境的簡化方塊圖。
圖3顯示了本發明一實施例中整合式可操縱性陣列設備的上視簡化圖。
圖4顯示了本發明一實施例中整合式可操縱性陣列設備的橫剖面圖。
圖5顯示了本發明一實施例中具有同心結構的整合式可操縱性陣列設備的實例。
400‧‧‧整合式可操縱性陣列設備
402‧‧‧基板
404、406、408、410‧‧‧天線
412、414、416、418‧‧‧氣體噴射器
428、430、432、434、436‧‧‧泵浦
450、452、454、456‧‧‧基板區域

Claims (20)

  1. 一種整合式可操縱性陣列設備，用以管理電漿處理環境內的電漿均勻性而促進基板處理，此設備包含：電性元件陣列；氣體噴射器陣列，其中該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列係設置以產生複數電漿區域，該複數電漿區域中的每一電漿區域為實質上類似；及泵浦陣列，該泵浦陣列中的每一者係散佈於該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列間，該泵浦陣列係用以促進廢氣之局部移除以在該電漿處理環境內維持均勻的電漿區域，其中該電性元件陣列係設置於一介電板上，其中該電性元件陣列為電性元件對之陣列，其中該電性元件對之陣列為電容式元件對之陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項之整合式可操縱性陣列設備，其中該電容式元件對之陣列為平行板對之陣列。
  3. 一種整合式可操縱性陣列設備，用以管理電漿處理環境內的電漿均勻性而促進基板處理，此設備包含：電性元件陣列；氣體噴射器陣列，其中該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列係設置以產生複數電漿區域，該複數電漿區域中的每一電漿區域為實質上類似；及泵浦陣列，該泵浦陣列中的每一者係散佈於該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列間，該泵浦陣列係用以促進廢氣之局部移除以在該電漿處理環境內維持均勻的電漿區域，其中該電性元件陣列係設置於一介電板上，其中該電性元件陣列為電性元件對之陣列，其中該電性元件對之陣列為電感式元件對之陣列， 其中該電感式元件對的陣列為天線對的陣列。
  4. 一種整合式可操縱性陣列設備，用以管理電漿處理環境內的電漿均勻性而促進基板處理，此設備包含：電性元件陣列；氣體噴射器陣列，其中該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列係設置以產生複數電漿區域，該複數電漿區域中的每一電漿區域為實質上類似；及泵浦陣列，該泵浦陣列中的每一者係散佈於該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列間，該泵浦陣列係用以促進廢氣之局部移除以在該電漿處理環境內維持均勻的電漿區域，其中該電性元件陣列係設置於一介電板上，其中該電性元件陣列為電性元件對之陣列，其中該電性元件對之陣列係以推拉梯形結構方式設置。
  5. 如申請專利範圍第1至4項其中任一項之整合式可操縱性陣列設備，其中該整合式可操縱性陣列設備具有對稱圖樣。
  6. 如申請專利範圍第5項之整合式可操縱性陣列設備，其中該整合式可操縱性陣列設備具有同心結構。
  7. 如申請專利範圍第6項之整合式可操縱性陣列設備，其中該電性元件陣列係以相對於中心之同心環方式設置，且散佈於該電性元件陣列間的為該氣體噴射器陣列中的每一者及該泵浦陣列中的每一者。
  8. 如申請專利範圍第5項之整合式可操縱性陣列設備，其中該整合式可操縱性陣列設備具有矩形組態。
  9. 如申請專利範圍第5項之整合式可操縱性陣列設備，其中該整合式可操縱性陣列設備具有六角形組態。
  10. 一種整合式可操縱性陣列設備，用以管理電漿處理環境內的電漿均勻性而促進基板處理，此設備包含：電性元件陣列；氣體噴射器陣列，其中該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列係設置以產生複數電漿區域，該複數電漿區域中的每一電漿區域為實質上類似；及泵浦陣列，該泵浦陣列中的每一者係散佈於該電性元件陣列與該氣體噴射器陣列間，該泵浦陣列係用以促進廢氣之局部移除以在該電漿處理環境內維持均勻的電漿區域，其中該整合式可操縱性陣列設備具有對稱圖樣，其中該整合式可操縱性陣列設備具有同心結構，其中該電性元件陣列係以相對於中心之同心環方式設置，且散佈於該電性元件陣列間的為該氣體噴射器陣列中的每一者及該泵浦陣列中的每一者。
  11. 如申請專利範圍第10項之整合式可操縱性陣列設備，其中該電性元件陣列係設置於一介電板上。
  12. 如申請專利範圍第11項之整合式可操縱性陣列設備，其中該電性元件陣列為電性元件對之陣列。
  13. 如申請專利範圍第12項之整合式可操縱性陣列設備，其中該電性元件對之陣列為電感式元件對之陣列。
  14. 一種在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，包含： 管理功率分配，經由電性元件陣列控制被傳輸至該電漿處理環境內的功率，以管理該基板處理期間的功率分配；於該基板處理期間引導氣體流，該引導步驟包含控制經由氣體噴射器陣列流入該電漿處理環境中的氣體量，該氣體噴射器陣列中的每一者係散佈於該電性元件陣列間；及控制該基板處理期間的氣體排放，藉由管理泵浦陣列所移除的氣體排放量以控制該基板處理期間的氣體排放，其中該電性元件陣列、該氣體噴射器陣列及該泵浦陣列係設置以產生複數電漿區域，該複數電漿區域中的每一電漿區域係實質上類似，藉此在該基板各處產生均勻電漿區域。
  15. 如申請專利範圍第14項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件陣列係設置於一介電板上。
  16. 如申請專利範圍第15項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件陣列為電性元件對之陣列。
  17. 如申請專利範圍第16項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件對之陣列為電容式元件對之陣列。
  18. 如申請專利範圍第15項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件對之陣列為電感式元件對之陣列。
  19. 如申請專利範圍第15項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件對之陣列中的每一者係以推拉梯形結構方式設置。
  20. 如申請專利範圍第19項的在基板處理期間於電漿處理環境中提供可操縱性之方法，其中該電性元件之陣列係以相對於中心之同心環方式設置，且散佈於該電性元件陣列間的為該氣體噴射器陣列及該泵浦陣列。
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