TWI502617B - 用於調整電偏斜的方法、電漿處理裝置與襯管組件 - Google Patents

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Description

用於調整電偏斜的方法、電漿處理裝置與襯管組件
本發明大體而言係關於一種用於製造電子基板之電漿處理裝置，在該裝置中藉由施加於電極之間的射頻電力來激發電漿。更特定言之，本發明係關於一種設置於該電漿處理裝置內部的襯管組件，該襯管組件用於平衡自該等電極發射之射頻電流流動。
通常藉由一系列製程步驟來製造諸如平板顯示器及積體電路之電子器件，在該等步驟中，在基板上沈積層且該沈積材料經蝕刻成為所要之圖樣。該等製程步驟通常包括物理氣相沈積(physical vapor deposition;PVD)、化學氣相沈積(chemical vapor deposition;CVD)、電漿增強化學氣相沈積(plasma enhanced CVD;PECVD)及電漿製程。具體而言，該電漿製程需要將製程氣體混合物提供給真空腔室，該真空腔室稱為腔室主體；隨後施加電氣或電磁電力(射頻電力)以激發該製程氣體成為電漿態。換言之，藉由自電極發射的射頻電流將該製程氣體激發成為電漿。該電漿將氣體混合物分解成離子物種，該等離子物種執行所要沈積或蝕刻製程。
通常，該基板可經由轉移機構(例如機械葉片)自轉移室輸送至腔室主體，且該基板被置放於各腔室主體之一支撐組件(例如，晶座或底座)上以進行處理。此外，該腔室主體亦可包含腔室襯管以保護該腔室主體之內壁。請參閱第1A圖。第1A圖圖示傳統腔室襯管之透視圖。如第1A圖所示，為接收自轉移室輸送之基板，設置於腔室主體內部之腔室襯管90通常具有相應狹槽902，相應狹槽902用於接收基板，該基板與該腔室主體之狹縫閥隧道對準。
在基板處理期間，當前自電極發射之射頻返回至位於腔室襯管之表面上之電源。因該返回射頻電流不會橫跨狹槽902界定的間隙進行傳送，故該返回射頻電流「圍繞」狹槽902而傳送。此舉導致在狹槽902之側向邊緣處產生射頻電流集中之區域，且在該狹槽之頂部及底部產生較低射頻電流之區域，從而導致在射頻電流流動中產生不對稱的方位角擾動，如第1B圖所示。
第1B圖圖示自線A-A至線B-B之傳統的腔室襯管90之示意圖，該示意圖用於指示根據第1A圖之不對稱的射頻電流流動。如第1B圖所示，藉由狹槽902來擾動射頻電流流動(藉由虛線I90 所示)，亦即狹槽902產生高度集中之區域I92 ，該區域可導致在電磁場中產生方位角不對稱現象，且最終產生電漿，該電漿使相對於狹槽902的蝕刻速率變得不均勻。
因傳統的腔室襯管無法提供平衡的射頻電流流動且導致電漿處理存在缺陷，故在電漿處理中幾乎不能防止電偏斜。重要的是，腔室內部的射頻電流分配是對稱的，以使得該電漿之電磁場提供均勻的方位角蝕刻或沈積速率。因此，存在平衡沿著腔室襯管之射頻電流流動之需求，此舉防止發生上述問題。
本發明之實施例提供一種襯管組件，該襯管組件經配置以平衡在該襯管組件上流動的射頻電流。根據本發明之一個實施例，提供一種襯管，該襯管包含兩個或兩個以上狹槽以提供軸對稱的射頻電流路徑，其中一個狹槽為基板入口。
在本發明之另一實施例中，提供一種電漿處理裝置，該電漿處理裝置包括襯管，該襯管用於平衡該裝置內部之射頻電流流動。
在本發明之一個實施例中，該電漿處理裝置包括腔室主體，該腔室主體具有襯管，該襯管設置於該腔室主體中。該襯管包括兩個或兩個以上狹槽，該等狹槽穿過該襯管而形成，該等狹槽用於提供軸對稱的射頻電流路徑。
在閱讀以下圖示於以下附圖及圖式中的詳細描述後，本發明之額外的實施例將必定為一般技術者所理解。
第2圖圖示根據本發明之一個實施例的電漿處理裝置之示意圖。該電漿處理裝置可為電漿蝕刻腔室、電漿增強化學氣相沈積腔室、物理氣相沈積腔室、電漿處理腔室、離子植入腔室或其他適當真空處理腔室。如第2圖所示，電漿處理裝置1包含腔室蓋10、腔室主體12及基板支撐組件14。腔室主體12支撐腔室蓋10，以封閉處理區域。基板支撐組件14設置於蓋10下方的腔室主體12中。電漿處理裝置1之所有組件分別描述如下。
在一個實施例中，腔室蓋10包括噴淋頭組件102、蓋平板104、絕緣體106及間隔物108。蓋平板104通常位於腔室主體12上，且蓋平板104通常藉由鉸鏈(未圖示)耦接至該腔室主體12，以允許開啟腔室蓋10，從而暴露腔室主體12之內部。噴淋頭組件102通常由導電材料組成，且噴淋頭組件102耦接至射頻電源42來充當電極以驅動電漿16，電漿16形成於腔室主體12內部。在其他實施例中，射頻電源44可耦接至基板支撐組件14，以使得該支撐件充當電極。腔室蓋10通常連接至氣源40，氣源40用於將製程氣體引入處理容積。具體而言，蓋平板104可包括注射口104a，注射口104a用於自氣源40接收製程氣體，該等氣體隨後經由噴淋頭組件102流入腔室主體12之內部。噴淋頭組件102促進製程氣體均勻地輸送至基板2，基板2設置於基板支撐組件14上。
藉由絕緣體106將噴淋頭組件102與腔室蓋平板104電氣隔離。絕緣體106可包含內部壁架(未圖示)，該內部壁架用於支撐噴淋頭組件102。間隔物108為射頻導電性的，且間隔物108設置於腔室主體12與蓋平板104 之間，並提供射頻返回路徑之部分，如以下進一步論述。
腔室主體12包含腔室側壁122與底壁124。腔室側壁122與底壁124可由單塊鋁製成。腔室主體12之腔室側壁122與底壁124界定處理容積，該處理容積用於限制電漿16。通常經由腔室側壁122中的狹縫閥隧道1222進入該處理容積，狹縫閥隧道1222促進基板2移進及移出腔室主體12。實際上，狹縫閥隧道1222在腔室側壁122上形成，以允許基板2進入到腔室主體12中或自腔室主體12離開。
襯管組件3設置於處理容積內部。在一個實施例中，襯管組件3包括腔室襯管30及底襯32。可移除襯管組件3以允許進行定期清潔及維護。襯管組件3亦可包括通道202，通道202用於使冷卻劑流經通道202，以使得可調節襯管之溫度。腔室襯管30包括兩個或兩個以上狹槽34，且腔室襯管30通常為圓柱形，但可替代性地採用具有其他幾何結構的腔室內壁形狀。狹槽34中的至少一個狹槽適合為基板2之通道，且該至少一個狹槽與狹縫閥隧道1222對準。在一個實施例中，狹槽34具有狹長的橫向取向。與腔室襯管30嚙合的底襯32包含碗部分及可選的最內層圓柱部分，其中藉由腔室襯管30及底襯32來保護腔室側壁122及底壁124遠離電漿16。實際上，襯管組件3設置在基板支撐組件14周圍，且襯管組件3外接腔室主體12之內部、垂直表面。襯管組件3可進一步包含外部壁架(未圖示)，該外部壁架用於以可 拆卸方式將襯管組件3固定至腔室側壁122。襯管組件3可由任何製程相容材料製造而成，諸如鋁或氧化釔。
狹槽34穿過腔室襯管30對稱地形成，以提供軸對稱的射頻電流路徑。如以上所討論，狹槽34之一個狹槽與狹縫閥隧道1222對準，同時其他狹槽34分佈在腔室襯管30周圍一位置處，歸因於狹槽34之孔徑與狹縫閥隧道1222對準，狹槽34的分佈位置會補償襯管30上之射頻電流密度及/或分配之改變。在一個實施例中，狹槽34以環形陣列(polar array)配置，且狹槽34以實質上橫向取向等距間隔開(亦即，沿與襯管組件3之中心軸垂直的方向)。
在製程期間，基板支撐組件14將基板2支撐於腔室主體12內部。實際上，基板支撐組件14可包括至少一個嵌入式加熱元件(未圖示)。此外，基板2可為但不限於平板顯示器、圓形晶圓、液晶顯示器、玻璃平板基板、塑膠基板及類似物。基板支撐組件14亦可電氣連接至射頻電源44，以按需要偏壓基板2以進行特定製程。在本實施例中，噴淋頭組件102(第一電極)及基板支撐組件14(第二電極)可橫跨處理容積施加射頻電力，以將製程氣體激發成電漿16。
根據本發明之一個實施例，以對稱方式具有狹槽的腔室襯管30可進一步圖示於第3A圖。第3A圖圖示根據本發明之一個實施例的腔室襯管之透視圖。如第3A圖所示，腔室襯管30具有複數個以對稱方式形成的狹槽 34，其中使狹槽34之一個狹槽經尺寸調整用於轉移基板。例如，設計其他狹槽34用於調整電漿處理中的電偏斜(例如)，以補償用以將基板轉移穿過襯管之狹槽34的邊緣處射頻電流密度的集中區。應注意的是該等狹槽需以對稱方式間隔(亦即，在襯管30之中心線周圍以環形陣列方式)，以提供軸向及方位角對稱的射頻返回電流路徑，該射頻電流返回路徑用於將自該(該等)電極發射的射頻電流經由腔室襯管30返回至電源。
在一個實施例中，腔室襯管的該複數個狹槽34具有相同尺寸。在另一實施例中，該複數個狹槽34為兩個狹槽，該兩個狹槽以180度間隔開。在另一實施例中，該複數個狹槽34為三個狹槽，該三個狹槽以120度間隔開。在另一實施例中，該複數個狹槽34為四個狹槽，該四個狹槽以90度間隔開。
第3B圖圖示自線C-C至線D-D之腔室襯管30之示意投影圖，該示意投影圖圖示對稱的射頻電流流經襯管30。如第3B圖所示，狹槽34具有相同尺寸，且狹槽34對稱地穿過腔室襯管30形成，以使得藉由狹槽34以對稱方式來擾動射頻電流流動之路徑(藉由虛線I30 所示)。此舉導致增加的電流密度I32 之對稱區域均勻分佈在腔室襯管30周圍。應注意，只要狹槽34之圖樣是對稱的，則不需要將狹槽34以相同的垂直位準設置在腔室襯管30上。設計者可藉由改變狹槽34之圖樣/位置來產生射頻電流流動I30 之所要路徑。實際上，射頻電流流動 I30 之對稱可增強電磁場之方位角對稱，從而增強電漿處理結果之一致性。亦設想，狹槽34之定位可使穿過襯管組件3的射頻返回電流流動產生不對稱現象，以解調處理裝置1內部的另一電氣或電導不對稱現象，以使得綜合效果為處理腔室內部的電漿分佈更均勻，從而實質上消除方位角的電漿偏斜。
為了清楚地描述本發明之特徵及精神，在第4圖中提供流程圖，該流程圖用於圖示按照本發明之一個實施例執行的電漿製程400之一個實施例。藉由將基板轉移至電漿處理裝置1內，在402處開始製程400，電漿處理裝置1具有襯管組件3，該襯管組件3具有兩個或兩個以上狹槽34，該等狹槽34穿過該襯管組件3形成，該等狹槽34經選擇以提供在處理期間穿過襯管組件3的射頻電流流動之對稱分佈。在404處，將製程氣體自氣源40引入腔室主體12中。在406處，向電極(亦即，自噴淋頭組件102或基板支撐組件14中之一者或兩者)提供電力，以將處理裝置1內部的製程氣體激發成電漿16。在408處，在存在電漿的情況下處理基板。當在處理期間將電力施加於電極時，如上文所論述，射頻電流以對稱方式流經襯管組件3而返回至電源。穿過襯管組件3的對稱的射頻電流流動增強腔室內部電漿之方位角的一致性，從而增強處理結果。電漿處理基板可包括但不限於以下步驟：執行電漿蝕刻製程、電漿增強化學氣相沈積製程、物理氣相沈積製程、電漿處理製程、離子 植入製程或其他電漿輔助半導體製程。
總之，本發明提供具有對稱狹槽的襯管組件，該襯管組件用於平衡耦接至襯管組件的射頻電流流動。此外，該等狹槽亦可以某些圖樣形成，以產生所要的射頻電流流動之路徑以調整方位角的電漿偏斜。
以上述實例及說明來描述本發明之實施例之特徵及精神。熟習此項技術者將較容易地注意到在保持本發明之教示的同時可對該裝置進行若干修改及變更。因此，上述揭示內容應視為僅由附加申請專利範圍之邊界及界限所限制。
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧基板
3‧‧‧襯管組件
10‧‧‧腔室蓋
12‧‧‧腔室主體
14‧‧‧基板支撐組件
16‧‧‧電漿
30‧‧‧襯管
32‧‧‧底襯
34‧‧‧狹槽
40‧‧‧氣源
42‧‧‧射頻電源
44‧‧‧射頻電源
90‧‧‧腔室襯管
102‧‧‧噴淋頭組件
104‧‧‧蓋平板
104a‧‧‧注射口
106‧‧‧絕緣體
108‧‧‧間隔物
122‧‧‧側壁
124‧‧‧底壁
202‧‧‧通道
400‧‧‧製程
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
902‧‧‧狹槽
1222‧‧‧狹縫閥隧道
I30 ‧‧‧射頻電流流動
I32 ‧‧‧電流密度
I92 ‧‧‧高度集中之區域
藉由結合隨附圖式來思考以上詳細描述，可以較為容易地理解本發明之教示，其中：第1A圖圖示習知腔室襯管之透視圖。
第1B圖圖示沿剖面線A-A至線B-B的第1A圖之習知腔室襯管之投影圖，該投影圖用於指示該襯管之表面之不對稱的射頻電流分配。
第2圖圖示根據本發明之一個實施例的電漿處理裝置之示意圖。
第3A圖圖示根據本發明之一個實施例的腔室襯管之透視圖。
第3B圖圖示自線C-C至線D-D之腔室襯管之投影 圖，該投影圖用於指示根據第3A圖之實質上對稱的射頻電流流動。
第4圖為圖示根據一個實施例的電漿處理之一個實施例的流程圖。
為了促進理解，在可能情況下已使用相同元件符號來指定為諸圖所共有之相同元件。設想在一個實施例中所揭示的元件可有利地用於其他實施例中，而無需特定敘述。
30．．．襯管
34．．．狹槽

Claims (17)

  1. 一種用於一電漿處理裝置之襯管組件，該襯管組件包含：一圓柱形主體，該圓柱形主體具有一外壁，該外壁經尺寸調整以滑入該電漿處理裝置之一側壁內，該圓柱形主體具有複數個相同尺寸的狹槽，該等狹槽穿過該圓柱形主體形成且以一環形陣列(polar array)配置，其中該等狹槽之至少一個狹槽經配置以允許一基板通過該襯管組件。
  2. 如請求項1所述之襯管組件，其中該複數個狹槽以等距方式間隔開。
  3. 如請求項1所述之襯管組件，其中該複數個狹槽為四個狹槽，該四個狹槽以90度間隔開。
  4. 如請求項1所述之襯管組件，該襯管組件進一步包含：一底部，該底部耦接至該外壁；以及一內壁，該內壁耦接至該底部且該內壁經尺寸調整以在該處理裝置之一基板支撐件上滑動。
  5. 如請求項1所述之襯管組件，該襯管組件進一步包含：一冷卻劑通道，該冷卻劑通道在該襯管組件中形成。
  6. 一種電漿處理裝置，該電漿處理裝置包含：一腔室主體，該腔室主體具有一側壁及一底壁，其中該腔室側壁及該底壁界定一處理容積，該處理容積用於含有一電漿，該側壁具有一狹縫閥隧道，該狹縫閥隧道穿過該側壁形成；一蓋組件，該蓋組件設置於該腔室主體上；以及一襯管組件，該襯管組件設置於該處理容積內部且該襯管組件包含複數個相同尺寸的狹槽，該複數個狹槽包含一第一狹槽及至少一個第二狹槽，該第一狹槽與該狹縫閥隧道對準，配置該第一及第二狹槽以產生通過該襯管組件之一軸向對稱的射頻返回電流路徑。
  7. 如請求項6所述之電漿處理裝置，其中該複數個狹槽以等距方式間隔開。
  8. 如請求項6所述之電漿處理裝置，其中該複數個狹槽進一步包含：一第三狹槽，該第三狹槽穿過該襯管組件形成，其中該第一、第二及第三狹槽以120度間隔開。
  9. 如請求項6所述之電漿處理裝置，其中該複數個狹槽進一步包含：一第三狹槽，該第三狹槽穿過該襯管組件形成；以及 一第四狹槽，該第四狹槽穿過該襯管組件形成，其中該第一、第二、第三及第四狹槽以90度間隔開。
  10. 如請求項6所述之電漿處理裝置，其中該襯管組件進一步包含：一外壁，該外壁經尺寸調整以滑入該腔室主體之該側壁內；以及一底部，該底部耦接至該外壁。
  11. 如請求項10所述之電漿處理裝置，其中該襯管組件進一步包含：一內壁，該內壁耦接至該底部且該內壁經尺寸調整以在該基板支撐件上滑動。
  12. 如請求項6所述之電漿處理裝置，其中該襯管組件進一步包含：一冷卻劑通道，該冷卻劑通道在該襯管組件中形成。
  13. 一種用於電漿處理一基板之方法，該方法包含以下步驟：將一基板轉移至一電漿處理裝置中，該電漿處理裝置具有一襯管組件，該襯管組件為一腔室主體之襯裡，該襯管組件具有複數個相同尺寸的狹槽，該等狹槽穿過該襯管組件形成，該等狹槽經選擇以提供在處理期間穿 過該襯管組件的射頻電流流動之一對稱分佈；將製程氣體自一氣源引入該腔室主體；將電力耦接至一電極以激發該腔室主體內部之該等製程氣體成為一電漿；以及在該電漿存在的情況下處理該基板。
  14. 如請求項13所述之方法，其中在該電漿存在的情況下處理該基板之步驟包含以下步驟：執行一電漿蝕刻製程、一電漿增強化學氣相沈積製程、一物理氣相沈積製程、一電漿處理製程或一離子植入製程中之至少一個製程。
  15. 如請求項13所述之方法，其中將電力耦接至該電極以激發該腔室主體內部之該等製程氣體成為該電漿之步驟進一步包含以下步驟：向一噴淋頭或基板支撐件中之至少一個提供射頻電力。
  16. 如請求項13所述之方法，其中該等複數個相同尺寸的狹槽係在該襯管組件之一中心線周圍以一環形陣列進行配置，其中該等狹槽中之一個狹槽與一狹縫閥隧道對準，該狹縫閥隧道穿過該腔室主體形成。
  17. 如請求項13所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 使一冷卻劑流經一通道，該通道在該襯管組件中形成。
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