TWI519215B - 分散式多區電漿源系統、方法及設備 - Google Patents
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Description
本發明係大致關於電漿反應室，特別關於與晶圓處理室分開之電漿反應室的方法、系統及設備。
圖1A是典型平行板電容式電漿處理室100。圖1B是典型平行板電容式電漿處理室100中處理的基板102。典型電漿製程處理室100包括上電極104，及用以支撐欲處理之基板102的基板支撐部106。基板支撐部106亦可以是下電極。上電極104通常是具有多重入口埠109的噴淋頭式電極。多重入口埠109使製程氣體110沿著處理室100寬度進入處理室100。
典型平行板電容式電漿反應室100係用以處理圓形平面基板。常用的製程有介電質蝕刻及其它蝕刻製程。此等反應室通常會遇到中性物質從中心到邊緣不均勻性的本質性問題。
雖此等系統運作良好，有些會產生中性物質從中心到邊緣的不均勻性，此係產生自在基板中心之流速、有效氣體停駐時間、及一或多種氣體化學物質與在基板邊緣之流速、有效氣體停駐時間、及一或多化學物質相比之下一或多個差異。此一或多化學物質可由氣相之解離、交換、及再組合反應而造成。
舉例，當製程氣體沿著處理室的寬度引入時，電漿112形成在上電極104與下電極106之間，電漿如此形成。電漿副產物118由電漿112中自由基及中性物質與基板102表面反應所產生。電漿副產物118從基板側邊被引出而進入幫浦108。電漿副產物可包括一或多種解離反應(如CF4
+e-→CF3+F+e-)及/或一或多種離子化(如CF4+e-→CF3 ++F)及/或一或多種激化(如Ar→Ar++e-)及/或一或多種附著(如CF4+e-→CF3+F-)及/或一或多種結合反應(如CF3+H→CF2+HF)。
電漿副產物118亦可包括蝕刻副產物，其包括蝕刻劑、F、CFx、SiF2、SiF4、Co、CO2。蝕刻副產物亦可能於電漿112中解離。
電漿處理過程中亦會發生再組合。再組合會產生再組合產物120。再組合通常發生在電漿112的自由基及中性物質撞擊如上電極104底部表面的表面。如同電漿副產物118，再組合產物120接著從基板102側邊被引入幫浦108。電漿再組合產物120可包括一或多種壁或表面反應(如F+CF→CF2及/或H+H→H2及/或O+O→O2及/或N+N→N2)。電漿再組合產物120亦可包括CFx在處理室100的壁或其它內部表面上形成聚合物的沉積。
應注意到如圖1A所示電漿副產物從基板102的一側引出，再組合產物120從基板102對側引出，僅是為了清楚說明目的。實際上，習知技藝者會了解到再組合產物120及電漿副產物118兩者是相互混合，且從基板102兩側引出至幫浦108或其他裝置。
電漿處理進行時，再組合產物120及電漿副產物118的濃度會從基板102的中心變化到邊緣。因此，電漿112中的製程氣體、自由基及中性物種的濃度亦會對應地變化。因此，有效電漿處理，在此如蝕刻，會從基板102的中心變化到邊緣。然而，可實施一些處理室設定及結構來降低或控制電漿。
用此方式控制，電漿自由基及中性物質最會集中在基板102中心，即基板102的中心部分102A上的電漿處理區114A及116A。再者，自由基及中性物種的濃度在基板102的中間部分102B上的中間電漿處理區114B及116B會較低些。再者，自由基及中性物種的濃度在基板102的邊緣部分102C上的邊緣電漿處理區114C及116C又更稀釋而濃度更低。
因此，在基板102的中心部分102A上的中心電漿處理區114A及116A，電漿處理反應最快，相較之下，在基板102的中間部分102B上的中間電漿處理區114B及116B，電漿處理反應稍低，而且，在基板邊緣
部分102C上的邊緣電漿處理區114C及116C，電漿處理更慢了。此產生了基板102從中心到邊緣的不均勻狀況。
此中心到邊緣不均勻性，對於具有非常大長寬比的小容量產物電漿處理室更會加重。例如，非常大長寬比係定義為基板寬度W約為電漿處理區之高度H的四倍以上。電漿處理區的非常大長寬比更將電漿副產物118及再組合產物120集中在電漿處理區114A到116C。
雖然此中性物質的中心到邊緣不均勻性並非是中心到邊緣處理不均勻性的唯一原因，對於許多介電質蝕刻應用而言，此影響甚大。詳細而言，中性物質相依的製程，如閘或位元線遮罩開孔、低K膜上光阻移除、高度選擇性接觸點/胞與貫穿孔蝕刻，對於此等效應更為敏感。除了用於晶圓介電質蝕刻之外，類似問題也會發生在其它平行板電漿反應室。
因此，有必要改善電漿蝕刻處理的中心到邊緣不均勻性的問題。
廣義而言，本發明提供分散式多區電漿源來滿足需求。應了解到，本發明可用各種方式實施，包括處理、設備、系統、電腦可讀媒體或裝置。以下將描述數個具本發明特性的實施例。
一實施例中，處理室包括位於處理室頂部的多重電漿源。各個電漿源是包括一次線圈及多重鐵氧體的環形電漿源。
多重電漿室出口部可將各個電漿源的電漿室耦合至處理室。電漿源的排列可以是矩形陣列、線形陣列、非同心圓形陣列的至少一者。處理室亦可包括將處理氣體源耦合至各個電漿源的至少一處理氣體入口部。
多重鐵氧體可質實均勻地分散在各個電漿源的周圍。各個電漿源可以是以下各種形狀：質實圓形、質實矩形、實質三角形、或實質多邊形。
各個電漿源可具有實質相同或不同的形狀。各個電漿源可具有質實相同或不同的尺寸。各個電漿源以間隔距離與其餘電漿源分開。各
分隔距離可以是實質相同的分隔距離。或者，各分隔距離可以是實質不同的分隔距離。各個電漿源可耦合至控制器及一次電流源。
另一實施例中，產生電漿的方法包括將處理氣體輸送至多重電漿源中所選定者之中，將一次電流施加於該選定電漿源之外部所纏繞的對應一次線圈，產生磁場於一次線圈，以選定電漿源中之多個鐵氧體凝聚磁場，於選定電漿源中之電漿室的處理氣體感應二次電流，及以二次電流於選定電漿源中之電漿室的處理氣體產生電漿。
該方法也可包括將中性物種及自由基物種之至少其中一者經由多重出口部輸送至處理室。多重出口部將電漿室耦合至處理室。該方法亦可包括將電漿副產物及再組合產物之至少其中一者經由位於處理室頂部中之多重出口從處理室移除。至少一出口位於處理室頂部的實質中心位置。鐵氧體可實質均勻地分散於環形電漿室的周圍。該方法亦可包括自至少一處理監視感測器接收處理回饋信號，並調整多重電漿源之至少一者的至少一設定點。該方法亦可包括相對於處理室中之基板支撐部移動多重電漿源的至少一者。
另一實施例中，電漿處理系統包括設於處理室頂部的多重電漿源。各個電漿源包括環形電漿室、纏繞於環形電漿室外圍的一次線圈及多重鐵氧體。環形電漿室穿過各個鐵氧體。多重電漿室出口部將各個環形電漿室耦合至處理室。系統包括至少一處理監視感測器及控制器。控制器包括輸送處理氣體至環形電漿室中的邏輯，施加一次電流於環形電漿室外部所纏繞之一次線圈的邏輯，產生磁場於一次線圈的邏輯，以鐵氧體凝聚磁場的邏輯，其中環形電漿室穿過各個鐵氧體，於環形電漿室中之處理氣體中感應二次電流的邏輯，以二次電流在環形電漿室中的處理氣體中產生電漿的邏輯，自至少一處理監視感測器接收處理回饋信號的邏輯，及調整至少一電漿源之至少一設定點的邏輯。
又在另一實施例中，處理基板之電漿系統包括處理室，處理室具有：底部、複數個側壁、鄰近底部的基板支撐部、與側壁接面而用以密封處理室的腔室頂部，以及多個電漿源設置於腔室頂部上，使電漿源分散於基板支撐部的多個區域上，多個區域至少在基板支撐部的外部與基板
支撐部的中心部分之間延伸。
本發明其他面向及優點將從以下說明得知，同時可參照舉例本發明精神的所附圖示。
100‧‧‧電漿處理室
102‧‧‧基板
102A‧‧‧中心部分
102C‧‧‧邊緣部分
102B‧‧‧中間部分
104‧‧‧上電極
106‧‧‧基板支撐部
108‧‧‧幫浦
109‧‧‧入口部
110‧‧‧處理氣體
112‧‧‧電漿
114A、114B、114C、116A、116B、116C‧‧‧電漿處理區
118‧‧‧電漿附產物
120‧‧‧再組合產物
200‧‧‧電漿源
202‧‧‧腔室頂部
202A、202B、202C‧‧‧材料
204、204A-204E‧‧‧鐵氧體
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210‧‧‧電漿室
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212A‧‧‧處理氣體入口部
214、214’、214”‧‧‧電漿限制器
220、234‧‧‧出口部
220A、220B、220C、220D、220E、220F‧‧‧出口部
220H‧‧‧實質橢圓形
220I、220K、220L‧‧‧實質銳緣
220J、220M、200N‧‧‧實質曲邊
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226A、226B‧‧‧凹部
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230’‧‧‧側壁
230”‧‧‧底部
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240‧‧‧一次導體
300、300’‧‧‧電漿源
304A-304E‧‧‧處理出口部
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320、330‧‧‧多區電漿源
332A-332D‧‧‧區域
334A-334L‧‧‧徑向區段
410‧‧‧電漿
412‧‧‧中性物種
420‧‧‧控制器
422A-422E‧‧‧控制部
424、426‧‧‧處理監視感測器
510、520、530‧‧‧曲線
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622‧‧‧磁場
630‧‧‧二次線圈
702‧‧‧電源
802‧‧‧電源
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806A、806B、806C‧‧‧感測器
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810‧‧‧反相器
812‧‧‧共振電路
814‧‧‧負載
820‧‧‧控制器
822‧‧‧使用者介面
902‧‧‧流動
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1005-1050‧‧‧操作
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1110‧‧‧整合系統控制器
1112‧‧‧網路
1114‧‧‧使用者介面
1116‧‧‧電腦程式
1118‧‧‧資料
1200、1260、1270、1280‧‧‧多區電漿源
1201‧‧‧處理室頂部
1202-1212‧‧‧區域
1219‧‧‧出口部
1220‧‧‧表面
1222-1232‧‧‧區域
1262A、1262B、1262C、1262D‧‧‧方向
1270、1280‧‧‧電漿源
1282A、1282B‧‧‧方向
1300‧‧‧操作
1305-1370‧‧‧操作
Ip‧‧‧一次電流
Is‧‧‧二次電流
H‧‧‧高度
L‧‧‧距離
Pc‧‧‧壓力
Ps‧‧‧壓力
Q‧‧‧流率
S1、S2、S3‧‧‧間隔
參照實施方式所述及隨附圖示可充分了解本發明。
圖1A是典型平行板、電容式電漿處理室。
圖1B是典型平行板、電容式電漿處理室中處理的基板的俯視圖。
圖2A是本發明一實施例之電漿源的立體圖。
圖2B是本發明一實施例之電漿源的俯視圖。
圖2C是本發明一實施例之電漿源的2C-2C截面圖。
圖2D是本發明一實施例之電漿源的立體截面圖。
圖2E是本發明一實施例之設於處理室上之第將源的立體圖。
圖2F、2G是本發明一實施例之設於處理室上之電漿源200的額外立體圖。
圖2H是本發明一實施例之設於處理室230上之電漿源的另一立體圖。
圖2I是本發明一實施例之電漿室出口部的多重截面圖。
圖2J是本發明一實施例之多重電漿室出口部的處理室圖。
圖3A是本發明一實施例之另一電漿源的立體圖。
圖3B是本發明一實施例之多區電漿源的俯視立體圖。
圖3C是本發明一實施例之多區電漿源的底視立體圖。
圖3D是本發明一實施例之另一多區電漿源的俯視立體圖。
圖3E是本發明一實施例之多區電漿源的底視立體圖。
圖4A及4B是本發明一實施例之多區電漿源的簡化概略圖。
圖5是本發明一實施例之各種選擇性電漿限制的流動及壓力圖。
圖6A是本發明一實施例之例示性變電器的概略圖。
圖6B是本發明一實施例之電漿源中單一圈的鐵氧體及電漿室的概略圖。
圖7是本發明一實施例之多區電漿源中單一圈鐵氧體及電漿室的電性概略圖。
圖8是本發明一實施例之電源的電性概略圖。
圖9A-9C是本發明一實施例之流自電漿源之流動的流量圖。
圖10是本發明一實施例之執行於所述電漿源之操作中的方法操作的流程圖。
圖11是本發明一實施例之包括在此所述之一或更多電漿源之整合系統的方塊圖。
圖12A是本發明一實施例之多區電漿源的俯視圖。
圖12B是本發明一實施例之多區電漿源的俯視圖。
圖12C是本發明一實施例之多區電漿源的俯視圖。
圖12D是本發明一實施例之多區電漿源的俯視圖。
圖13是本發明一實施例之執行於電漿源之操作的方法操作的流程圖。
以下將描述分散式多區電漿源系統、方法及設備的數個例示性實施例。對於本技術領域中具有通常知識者而言，本發明並不需要在此所述部分或所有的細節亦可實現是不言而喻的。
圖2A是根據本發明一實施例繪示電漿源200的立體圖。電漿源200包括處理氣體入口部206、鐵氧體(ferrite)204、電漿源頂部208、腔室頂部202。應了解到，圖中所示電漿源200的元件202到208的特定配置可修改。例如，腔室頂部202及電漿源頂部208可結合成處理室230的單一遮蓋。
圖2B是根據本發明一實施例繪示電漿源200的俯視圖。圖2C是根據本發明一實施例繪示電漿源200的截面圖2C-2C。圖2D是根據
本發明一實施例繪示電漿源200的立體截面圖。圖2E是根據本發明一實施例繪示電漿源200架設於處理室230上的立體圖。在圖中處理氣體充氣部212是供應自處理氣體入口部206的處理氣體的分配充氣室。
處理氣體110流入入口部206而至處理氣體充氣部212。處理氣體充氣部212將處理氣體110分配至入口部212A。處理氣體入口部212A與電漿室出口部220對準或偏離。處理氣體入口部212A及/或電漿室出口部220可位於鐵氧體204之間、與鐵氧體對準或以上之組合。
鐵氧體204以選定的間隔包圍電漿室210。鐵氧體204凝聚足夠的磁場，使鄰近各鐵氧體中心的電場足夠強，以將電漿維持在電漿室210中的一對應點。
鐵氧體204在圖中為實質方形，但可以有其他形狀，如下所示。鐵氧體204在圖中為多個部件224A、224B、224C、224D所製成，但鐵氧體可以是一或多個部件。多重鐵氧體部件224A、224B、224C、224D實質相近彼此，以將電場凝聚在鄰近於各鐵氧體204的中心。圖中繪示鐵氧體204分散於腔室頂部202。處理室230有側壁230’及底部230”。基板支撐部106在底部230”上或在其附近或與其鄰近。
電漿室出口部220在圖中在腔室頂部202下將電漿室210耦合至處理室230。電漿室出口部220將電漿及/或自由基及/或中性物種從電漿室210送進處理室230。
圖中亦有選擇性電漿限制器214。選擇性電漿限制器214可用以提供電漿室210與處理室230之間的所欲壓力差。選擇性電漿限制器214亦可足夠小及/或偏壓而實質防止電漿從電漿室210進入處理室230。此外，電漿限制器可偏壓而從電漿室210汲取離子，並將離子引入處理室而至晶圓上。例如，選擇性電漿限制器214的直徑小於或等於兩倍電漿防護部厚度，因此電漿防護部可防止電漿穿過選擇性電漿限制器。選擇性電漿限制器214的直徑可選定在約0.1 mm與2.0 mm之間(如0.1 mm、0.2 mm、0.5 mm、1.0 mm、2.0 mm)。應注意到，選擇性電漿限制器214的長寬比可用來調整電漿限制效能。例如，較高長寬比(如長度/寬度)的電漿限制器214可實質限制電漿而又能將對中性或自由基物種移動的影響降至最低。應
注意到，亦可使用較大直徑的出口孔洞。例如，選擇性電漿限制器214可被省略，而實質限制由電漿室出口部220的寬度提供。電漿室出口部220的寬度可實質夠寬，使電漿室210與處理室230兩者皆有實質相同的壓力。
圖2I是根據本發明一實施例繪示電漿室出口部220的多重截面圖。圖2J是根據本發明一實施例繪示多重電漿室出口部220的處理室圖。電漿室出口部220可以是從頭到尾都是直的，實質上為柱狀，且具有所欲寬度的實質方形截面形狀。電漿室出口部220可包括選擇性錐形220A。選擇性錐形220A可提供出自電漿室出口部220的平順流動及/或流動分布。電漿室出口部220亦可包括其他選擇性形狀。例如，電漿室出口部220可包括同樣形狀220B但具有較大寬度，或同樣形狀220F但具有較小寬度。電漿室出口部220可包括選擇性曲形或弧形出口部220C、220E。選擇性曲形或弧形出口部220C、220E可在最寬點具有一開口，如出口部220C，或在比最寬點較窄之較窄點具有一開口，如出口部220E。選擇性錐形可以是截角錐形220D。
選擇性電漿限制器，如選擇性電漿限制器214，可實質在出口部220的中線上。或者，選擇性電漿限制器，如選擇性電漿限制器214’，可實質位於出口部220的電漿室210端。或者，選擇性電漿限制器，如選擇性電漿限制器214”，可實質位於出口部220的處理室230端。應了解到，選擇性電漿限制器214可位於出口部220之電漿室210端與處理室230端之間的出口部220的長度上任一處。
圖2J所示，電漿室出口部220可以有任何適當形狀。例如，實質圓形220、實質橢圓形220H、實質矩形220I、220J、或其他幾何形狀(如三角形220K、任何邊數量的多邊形220L)。電漿室出口部220可具有實質銳緣220I、220K或實質曲緣及/或邊220J、220M、220N。電漿室出口部220亦可包括各種形狀的組合。例如，選擇性錐形220A可具有較接近橢圓之形狀220A’而非實質圓形220A。
腔室頂部202亦可包括一或多個出口部234。出口部234耦合至較低壓源(如真空泵)。出口部234容許較低壓源從處理室230中心附近抽回電漿副產物118與再組合產物120。因此，電漿副產物118及再組合
產物120不會干涉由處理室中之電漿產生的電漿410與中性物種412。腔室頂部202可由多層材料202A-202C製成。多層材料中至少一層材料(如202A、202B或202C之一或更多者)可導電，且此導電層(如202B)可用所欲信號造成偏壓。導電層(如202B)亦可耦合至接地電位。所欲偏壓可協助將自由基引入處理室。
處理室230包括載入部232及支撐欲處理晶圓的支撐結構。依本技術領域知識，處理室230亦可包括其他特徵。
圖2F及2G根據本發明一實施例繪示電漿源200裝設於處理室230上的額外立體圖。電漿源頂部208在圖中為被提起狀態(圖2F)，且被移除(圖2G)，以協助說明額外細節。電漿室210可用不同於電漿源頂部208或處理室230的材料來製造。例如，電漿室210可以是陶瓷製，電漿源頂部208或處理室230可以是陶瓷或金屬製(如鋁、鐵、不鏽鋼等)。凹部226A及226B用以支撐、裝設鐵氧體204。
如圖2G所示，鐵氧體204包圍著電漿室210的外部。電漿室210可由陶瓷或其他材料的介電質形成(如石英、矽氧化物(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、藍寶石(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氧化釔(Y2O3)及/或類似材料或其組合)。
圖2H根據本發明一實施例繪示電漿源200架設於處理室230的另一立體圖。如圖2H所示，一次導體(primary conductor)240包圍著電漿室210。如下圖7詳述，一次導體240是感應元件的一次線圈。一次導體240纏繞電漿室210一或多次。如在此所示，一次導體240纏繞電漿室210兩次，然而亦可纏繞比兩次更多。
圖3A根據本發明一實施例繪示另一電漿源300的立體圖。電漿源300包括電漿室210，電漿室210具有多重鐵氧體元件204以選定間隔圍繞著電漿室。在此例下，鐵氧體元件204以實質等距間隔圍繞電漿室，但也可以以不同間隔圍繞。
電漿室210可粗略為圓形或其他幾何形狀，如此例具有五邊。類似地，電漿室210可以是圓形或具有三或更多邊的幾何形狀。亦應注意到，電漿室210可有大約矩形或大約圓形或圓的截面形狀。電漿室210
的內表面可以是平滑且不具銳角或角落(如垂直或更尖的銳角)。亦應注意到，雖然圖中單一處理氣體入口206耦合至電漿室210，可用二或更多個處理氣體入口來將處理氣體供給至電漿室。
圖3B根據本發明一實施例繪示多區電漿源320的俯視立體圖。多區電漿源320包括多重、單獨、同心(concentric)電漿室310A-310D，如以巢狀環方式設置。同心電漿室310A-310D各者具有對應的鐵氧體組204A-204D。
圖3C根據本發明一實施例繪示多區電漿源320的底部立體圖。腔室頂部202有多重處理出口部304A-304E及多重電漿出口部220A-220D。多重電漿出口部220A-220D耦合至對應電漿室310A-310D。
圖3D根據本發明一實施例繪示另一多區電漿源330的俯視立體圖。圖3E根據本發明一實施例繪示多區電漿源的底視圖。多區電漿源330包括多重同心電漿室310A-310E。各個同心電漿室310A-310E有對應的鐵氧體組204A-204E。
如區域332A-332D所示，鄰近電漿室310A-310E的鐵氧體204A-204E可以稍微重疊。例如，鐵氧體204B的內緣在區域332A與鐵氧體204C的內緣重疊。鐵氧體204A-204E的重疊使同心電漿室310A-310E更緊密地設在多區電漿源330。因此比起圖3B及3C中僅具有四個同心環310A-310D的非重疊鐵氧體實施例，會使更多同心環310A-310E(如五個同心環)被包含在同樣直徑中。如下所描述，各個環310A-310E可被單獨控制其偏壓、氣流、濃度、RF功率。因此，較多數量的同心環310A-310E提供了在處理室230中跨基板102直徑之處理的較佳微調控制。
鐵氧體204A-204E可選擇性地設為多區電漿源330的多重徑向區段(即餅面切片形狀)。如下所述，各徑向區段334A-334L的偏壓、氣流、濃度等可獨立控制。因此，徑向區段334A-334L又是可提供處理室230中跨基板102徑向的微調控制處理。
圖4A、4B是根據本發明一實施例繪示多區電漿源300、320的簡化概略圖。腔室頂部202包括多區電漿源300、320。處理室230有側壁230’與底部230”。基板支撐部106在底部230”上或在其附近或與其接
近。處理出口部304A-304E跨基板102寬度W實質平均地引出電漿副產物118及再組合產物120。因此，電漿副產物118及再組合產物120不會干涉電漿410與電漿產生的中性物種412。因此中性物種412實質平均地跨基板102寬度分布。中性物種412與基板102表面反應。當中性物種412實質平均地跨基板102寬度分布時，應用於處理室230的電漿處理(如蝕刻、剝除或其他電漿處理)的中心至邊緣不均勻性亦會實質消除。
控制器420包括各環310A-310E的對應控制部422A-422E(如軟體、邏輯、設定點、配方等)。處理監視感測器424、426亦可耦合至控制器420而提供處理反饋。控制部422A-422E可單獨控制各環310A-310E，如偏壓信號、功率、頻率、處理氣體110壓力、流率、濃度。如此提供了處理室230中跨基板102直徑的分離氣體的徑向方面的控制。
各個多重電漿室310A-310E可獨立控制，以操縱處理室230對應區域的處理。
同樣地，各個多重徑向區段334A-334L容許多重電漿室310A-310E的各個徑向區段被獨立控制，以操縱處理室230對應區域的處理。例如，電漿室310B中處理氣體110的流率的處理變數設定點與壓力可輸入至對應控制部422B。至少一個處理監視感測器424、426提供處理量測輸入值給對應控制部422B。基於處理監視感測器424、426的處理量測輸入值及邏輯與軟體，對應控制部422B接著輸出修正之鐵氧體310B的RF功率設定點與電漿室310B中處理氣體110的壓力。
同樣地，由同心環電漿室310A-E及/或鐵氧體204A-E及/或多區電漿源200、300、310、320、330的徑向區段334A-334L之其中一或更多者或其組合所定義的各個對應區域中，處理可受監視及/或控制。亦應了解到，各區可用同樣方式操作與設定點，使多區電漿源200、300、310、320、330實質為單一區電漿源。再者，多區電漿源200、300、310、320、330的部份區域可用同樣方式操作與設定點，使多區電漿源有較少的區域。
圖5是根據本發明一實施例繪示各種尺寸選擇性電漿限制器214的流量及壓力圖。曲線510是直徑為0.2 mm的選擇性電漿限制器214的流率，以每分鐘標準立方公分(SCCM)表示。曲線520是直徑為0.5 mm
的選擇性電漿限制器214的流率。曲線530是直徑為1.0 mm的選擇性電漿限制器214的流率。可觀察到的是，各種尺寸的選擇性電漿限制器214可決定電漿室210與處理室230之間的壓降。若壓降使扼流(choked flow)發生在電漿限制器214，當電漿室210壓力為恆定時，進入處理室210的質量流率不會隨著其在電漿室內下降而增加。
將電漿室210的壓力增加，會使處理氣體110有足夠密度而能維持電漿於電漿室中。當RF電壓固定時，須要用以感應處理氣體110的電流與處理氣體壓力成反比。因此，增加電漿室210中的處理氣體110壓力會降低用以產生電漿所需的電流。再者，因為電漿需處理氣體壓力來維持電漿，電漿會被包容在電漿室210中，而不會從電漿室流入處理室230。因此，電漿限制器214可將電漿限制在電漿室210內。
變壓器有一次線圈及二次線圈。經一次線圈的一次電流產生磁場。當磁場通過二次線圈時，相應的二次電流會感應於二次線圈內。具有鐵氧體鐵心的變電器會使磁場凝聚(即聚集)成較小、密度更高的磁場，因此會更有效率感應二次電流於二次線圈中。此使低於低頻率操作(如低於約13 MHz，詳細而言約10 kHz與低於約5 MHz之間，詳細而言約10 kHz與低於約1 MHz之間)非常有效率。相較於一般高頻RF電漿系統(如約13.56 MHz及更高頻率)，低頻操作亦提供實質更低的成本。
低頻鐵氧體耦合電漿系統的進一步優點在於低離子轟擊能量，與高頻RF系統比較起來會造成較低電漿侵蝕，較少晶圓上粒子。較低電漿侵蝕降低電漿室210表面及元件的磨損。
圖6A是根據本發明一實施例繪示的例示性變電器600的概略圖。來自電源的一次電流Ip施加於一次線圈620。流經一次線圈620的一次電流Ip的流動在鐵氧體204內產生磁場622。磁場622從二次線圈630中心的鐵氧體產出，在二次線圈中感應二次電流Is。
圖6B是根據本發明一實施例繪示電漿源200、300、310、320、330中一圈鐵氧體204與電漿室210的概略圖。圖7是根據本發明一實施例繪示電漿源200、300、310、320、330中一圈鐵氧體204與電漿室210的電性概略圖。在此描述之電漿源200、300、310、320、330中，一次線圈
240包圍各個電漿室210且在對應鐵氧體組204、204A-E之內。二次線圈是電漿室210內的處理氣體110。
一次電流Ip從電源702施加於一次線圈240。電源功率可以是RF(如約10 kHz至約1 MHz或更高，或10 kHz至約5 MHz之間，或約10 kHz至低於約13 MHz之間)。流經一次線圈240的一次電流Ip產生磁場622於鐵氧體204。磁場622感應二次電流Is於電漿室210內的處理氣體110。因此，處理氣體被足夠激發而形成電漿410。
圖8是根據本發明一實施例繪示電源702的電性概略圖。電源702包括整流器404用以將電源802的AC功率轉換成DC功率。濾波器808對整流器804的輸出濾波。濾波後DC從濾波器808傳送至反相器810。反相器810將濾波後DC轉換成具有所欲頻率、電壓、電流的AC信號。共振電路812與電漿室負載814匹配共振，以將所欲AC信號有效地傳給共振負載。
控制器820控制電源702。控制器820包括使用者介面822，使用者介面可包括系統控制器連結(如網路)或較大區域控制系統(無圖示)。控制器820直接耦合至元件804、808、810、812，且經過監視與控制操作的感測器806A、806B、806C。例如，控制器820監視電源702中電源信號的電壓、電流、功率、頻率、相位。
圖9A-9C是根據本發明一實施例繪示電漿源300、310、320、330之流動的流態圖。圖中表示自由基與中性物質流動902以逼近扇形(approximant fan shape)從電漿室304A-F流向基板102。流經處理室304A-F的氣體具有流率Q、壓力Ps。壓力Pc是處理室230的壓力。Ps與Pc之間的差異使自由基及中性物質902向晶圓102擴張。
茲參考圖9B，自由基及中性流動902的濃度920是出口部220之間之距離L及處理室230之高度H的函數。若出口部220之間的距離L過長，區域904中自由基集中性流動902的濃度920就會不足夠與晶圓102表面反應。同樣地，若處理室230的高度H太短，區域904的自由基與中性流動902的濃度920就會不足夠與晶圓102表面反應。圖9C將高度H與距離L的理想關係表現如下：
R=R(x,H,L)其中：R(x)=(ntotal-n0)/n0且
若距離L大約等於高度H/2，橫跨晶圓表面上的自由基與中性物質的濃度變化可被最小化。或者，增加或減少距離L與高度H的關係可產生跨晶圓表面上自由基與中性物質的濃度變化。
圖10是根據本發明一實施例繪示電漿源200、300、310、320、330之操作所執行的方法步驟的流程圖。在此所示的操作僅做例示性說明，應了解到，部分操作可以有子操作，而在其他情況下，在此描述的部分操作可能不會包括於圖中的操作。茲將描述方法及操作1000。
操作1005中，處理氣體110被送入電漿室210。在操作1010中，處理氣體110維持在第一壓力於電漿室210中。第一壓力可以是耦合至電漿室之一組出口部220之處理室230之壓力的二或更多倍，或是與之相同。
在操作1015，一次電流Ip施加於圍纏繞電漿室210外部周圍的一次線圈240。在操作1020，一次電流Ip產生磁場。在操作1025，一或更多個鐵氧體204將磁場凝聚在電漿室210的約略中心部分。鐵氧體204形成在電漿室230的周圍。
在操作1030，磁場在電漿室210內的處理氣體110感應二次電流Is。在操作1035，二次電流Is在電漿室210內的處理氣體110產生電漿。在操作1040，移部分的電漿和電漿產生的自由基與中性物質從電漿室210經過電漿室出口220而進入處理室230。
在操作1045，自由基與中性物質與基板102及處理室230交互作用而產生電漿副產物118及再組合產物120。在操作1050，電漿副產物118及再組合產物120經由一或更多個處理出口部304A-304E引出處理室。一或更多個處理出口部304A-304E分散於處理室頂部202的表面，或沿著基板支撐部106的邊緣，或在基板支撐部下如處理室的底部中，或以上之組合，而方法操作可以結束。
圖11根據本發明一實施例繪示包括電漿源200、300、320
之整合系統1100的方塊圖。整合系統1100包括電漿源200、300、320及耦合至電漿源的整合系統控制器1110。整合系統控制器1110包括或耦合至(如經過有線或無線網路1112)使用者介面1114。使用者介面1114提供使用者可讀輸出值與狀態值，且可接受使用者輸入而提供使用者操作整合系統控制器1110。
整合系統控制器1110可包括專屬應用電腦或通用電腦。整合系統控制器1110可執行電腦程式1116而為電漿源200、300、320監視、控制、收集、儲存資料1118(如效能歷史、效能或缺陷分析、操作者記錄、歷史等)。例如，若所收集的資料顯示操作需要調整，整合系統控制器1110可調整電漿源200、300、320及/或其內元件(如同心環電漿室310A-E或鐵氧體204、204A-E之其中一者)的操作。
圖12A根據本發明一實施例繪示多區電漿源1200的俯視圖。圖12B根據本發明一實施例繪示多區電漿源1260的俯視圖。圖12C根據本發明一實施例繪示多區電漿源1270的俯視圖。圖12D根據本發明一實施例繪示多區電漿源1280的俯視圖。
各個多區電漿源1200、1260、1270、1280包括電漿處理室頂部1201中的多區1202-1212。各區1202-1212包括對應的電漿源200、300、300’、320、330，如前所述。電漿處理室頂部1201亦可包括多重出口部1219。多重出口部1219可分散於電漿處理室頂部1201的區域。至少一個多重出口部1219位於在處理室頂部1201中的一個實質中心的位置。
各電漿源200、300、300’、320、330可獨立控制，以在各對應區域1202-1210施加不同的電漿反應及反應產物(如可與基板102表面1220交互作用的自由基及中性物質)。藉此選擇性地處理受處理之表面1220的各個對應區域1222-1232。例如，電漿源200、300、300’、320、330的偏壓、氣流、濃度、RF功率等可獨立控制。因此對跨基板102之表面1220的處理提供了更細緻的微調控制。
區域1202-1212可設成任何所欲配置，如圖12A所示之實質矩形陣列、圖12B所示之線形陣列1260、如圖12C與12D之一或更多個替代排列1270、1280、排列1250、1260、1270、1280之組合或其他任何適當
排列。
應了解到為了描述僅繪示六個區域1202-1212。各個區域1202-1212可如圖12A所示具有實質相同的尺寸，或如圖12C所示一個區域的尺寸不同於下一個區域的尺寸。同樣地，對應的電漿源200、300、300’、320、330可如圖12A所示具有實質相同的尺寸，或如圖12C所示一個電漿源的尺寸不同於下一個電漿源的尺寸。對應電漿源200、300、300’、320、330之間的間隔S1、S2、S3可如圖12A所示具有實質相同的尺寸，或如圖12C所示所示一個電漿源的尺寸不同於下一個電漿源的尺寸。
所處理之表面1220相較於多區1202-1212可以是固定或可移動的。例如，所處理之表面1220可被支撐於如以圖12B所示之方向1262A-D線性地移動該表面的移動式支撐部(隱藏在表面1220下)。或者，所處理之表面1220可被支撐於以圖12D所示之方向1282A-B旋轉該表面的移動式支撐部。
圖13是根據本發明一實施例繪示執行於電漿源200、300、300’、320、330之操作的方法操作1300流程圖。應了解到，此所示的操作僅作為例示性說明之用，部分操作可具有次操作，且在其他情況下，此述特定操作不一定繪示為圖示操作。有此了解後，茲將描述方法及操作1300。
在操作1305，處理氣體110傳遞至至少一個電漿室200、300、300’、320、330。在操作1310，處理氣體110在至少一電漿室200、300、300’、320、330中維持在第一壓力。
在操作1315，一次電流Ip施加於纏繞在各個電漿室200、300、300’、320、330外部周圍的對應一次線圈。在操作1320，一次電流Ip產生磁場。
在步驟1325，在選定地將室200、300、300’、320、330中一或更多個鐵氧體將磁場凝聚在電漿室的大略中心部分。
在操作1330，磁場包括電漿室200、300、300’、320、330中處理氣體110的二次電流Is。在操作1335，二次電流Is在電漿室210中產生電漿。在操作1340，一部分的電漿及電漿產生的自由基與中性物質從電漿室200、300、300’、320、330移動進入處理室230。
在操作1345，在選定電漿室中產生的自由基與中性物質與基板102之表面1220上的對應區域1222-1234交互作用，產生了電漿副產物118及再組合產物120。在操作1350，執行一查詢以確定是否要啟動額外的電漿源。在操作1355，下一個電漿室200、300、300’、320、330被選定，方法操作繼續進行操作1305-1345。
在操作1360，各個對應區域1222-1234中的各個局部處理於操作1365中視需要受到監視並調整。在操作1370，表面1220相較於電漿源200、300、300’、320、330，以至少一方向1262A-1262D及/或方向1282A、1282B移動。
在操作1370，副產物118及再組合產物120經由一或更多個處理出口部304A-304E自處理室引出。一或更多個處理出口部304A-304E分散於處理室頂部202的表面，或沿著基板支撐部106的邊緣，或位於基板下方如位於處理室的底部，或以上之組合，而方法操作可以結束。
了解上述實施例後，應了解到本發明可採用有關儲存於電腦系統之資料的電腦執行操作。這些操作需要對物理量(physical quantities)進行物理操縱。通常但不一定是必要的是，這些物理量以電或磁性信號為其形式，可被儲存、傳輸、結合、比較或受其他操縱。再者，所執行的操作常以產生、辨認、決定、比對等字眼描述。
此述組成本發明之任何操作是有用的機械操作。本發明亦有關於執行這些操作的裝置或設備。該設備可以是用於其所需目的而特別製造的，或是由電腦中儲存之電腦程式選擇性地啟動或設定的一般通用電腦。特別是，可用有依本文教示寫出之電腦程式的通用電腦，或較方便可建構用來執行這些所需操作的專屬設備。
本發明可實施為電腦可讀媒體上的電腦可讀碼及/或邏輯。電腦可讀媒體儲存可以被電腦系統讀取之資料的任何資料儲存裝置。電腦可讀媒體的例子包括硬碟、網路附接容器(NAS)、邏輯電路、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶、及其他光學或非光學資料儲存裝置。電腦可讀媒體亦可分布於耦合至網路的電腦系統，使電腦可讀碼以分布方式儲存及執行。
更可了解到，前述圖示中操作所代表的指令並不需要以圖示的順序執行，操作所代表的所有處理不一定是執行本發明所必須的。再者，任何前述圖示的處理亦可用儲存於RAM、ROM或硬碟之任一者或其組合的軟體來執行。
雖然前述為了說明目的而詳細解釋本發明，但隨附之申請專利範圍內可做特定的修改。據此，本實施例應被認為是例示性而非限制性的，且本發明不限於此處給出的細節，而可在申請專利範圍及均等範圍內進行修改。
200‧‧‧電漿源
202‧‧‧腔室頂部
204‧‧‧鐵氧體
206‧‧‧處理氣體入口
208‧‧‧電漿源頂部
Claims (18)
- 一種電漿處理室，包含：複數個電漿源，位於處理室頂部，其中該電漿源各者是環形電漿源，且該電漿源各者包含：環形電漿室；一次線圈；及複數個鐵氧體；複數個電漿室出口部，將該複數個電漿源各者的環形電漿室耦合至該處理室。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿室出口部的至少一部分耦合至接地電位。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源係以矩形陣列、線形陣列或非同心圓形陣列中至少一者排列。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，更包含至少一處理氣體入口部，將處理氣體源耦合至該複數個電漿源的每一者。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個鐵氧體實質均勻地分散在該電漿源各者的周圍。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源的每一者具有由實質圓形、實質三角形、實質矩形或實質多邊形組成之群組中的其中一種形狀。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源各者具有同樣的形狀。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源各者具有實質相同的尺寸。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源的每一者以間隔距離與其餘該複數個電漿源隔開。
- 如申請專利範圍第9項之處理室，其中該複數個電漿源的每一者以實質相同的間隔距離與其餘該複數個電漿源隔開。
- 如申請專利範圍第1項之處理室，其中該複數個電漿源的每一者耦合至控制器及一次電流源。
- 一種產生電漿的方法，包含：將處理氣體輸送至複數個電漿源中選定的一者中；將一次電流施加於纏繞該選定電漿源之外部的對應一次線圈；在該一次線圈中產生磁場；用該選定電漿源中之複數個鐵氧體凝聚該磁場；在該選定電漿源中的環形電漿室中的處理氣體感應二次電流；以該二次電流在該選定電漿源中的該環形電漿室中的處理氣體產生電漿；及將中性物種及自由基物種的至少一者經由複數個輸出部輸送至處理室，該複數個輸出部將該環形電漿室耦合至處理室，該複數個輸出部耦合至接地電位。
- 如申請專利範圍第12項之產生電漿的方法，更包含將電漿副產物及再組合產物的至少一者經由位於處理室頂部的複數個出口從該處理室移除。
- 如申請專利範圍第13項之產生電漿的方法，其中該複數個出口的至少一者係位於該處理室頂部的一實質中心位置。
- 如申請專利範圍第12項之產生電漿的方法，其中該鐵氧體實質均勻地分散在該環形電漿室的周圍。
- 如申請專利範圍第12項之產生電漿的方法，更包含從至少一處理監視感測器接收處理回饋信號，且調整該複數個電漿源之至少一者的至少一個設定點。
- 如申請專利範圍第12項之產生電漿的方法，更包含相對於該處理室中的基板支撐部移動該複數個電漿源的至少一者。
- 一種電漿處理系統，包含：複數個電漿源，安裝於處理室頂部，該複數個電漿源的每一者包含：環形電漿室；纏繞在該環形電漿室外部的一次線圈；複數個鐵氧體，其中該環形電漿室穿過該複數個鐵氧體各者；複數個電漿室出口部，將該環形電漿室耦合至處理室，該複數個電漿室出口部的至少一部分耦合至接地電位；至少一處理監視感測器；及控制器，包含：將處理氣體輸送入至該環形電漿室的邏輯；將一次電流施加於纏繞該環形電漿室之外部的一次線圈的邏輯；產生磁場於該一次線圈的邏輯；以複數個鐵氧體凝聚該磁場的邏輯，其中該環形電漿室穿過該複數個鐵氧體各者；於該環形電漿室中之處理氣體中感應二次電流的邏輯；以該二次電流於該環形電漿室中的處理氣體中產生電漿的邏輯；自該至少一處理監視感測器接收處理回饋信號的邏輯；及調整該複數個電漿源之至少一者的至少一設定點的邏輯。
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