TWI575107B - 多電極ｐｅｃｖｄ來源 - Google Patents
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Description
本發明之實施例大體上是關於在一電漿環境中處理一移動基材。
在積體電路和其他電子裝置之製造中，電漿製程常用於不同材料層的沈積或蝕刻。電漿處理提供許多優於熱處理的優點。舉例來說，電漿增強化學氣相沈積(PECVD)允許在比類似熱製程更低溫度下以更高沈積率執行沈積製程。因此，PECVD有利於具有嚴格熱預算之積體電路和平板顯示器的製造，例如，非常大型或超大型積體電路(VLSI或ULSI)裝置的製造。
一在積體電路製造中所面臨的電漿處理問題在於裝置可能由於暴露至不均勻的電漿條件(例如，電場梯度)而受損。舉例來說，在電漿點燃期間發生射頻功率湧入的情況可能導致製程區域中不均勻的電漿產生與分佈。裝置損壞的易感性或程度取決於裝置製造的階段和特定的裝置設計。舉例來說，一具有相對大天線比(例如，金屬互連線面積與對閘極面積之比)的基材在電漿點燃期間比具有較
小天線比的基材對電弧更為敏感。具有相對大天線比的基材亦傾向於收集電荷並放大充電效應，從而增加對電漿損害的敏感性(susceptibility)，例如，對形成在基材上之裝置放電電弧的易感性。包含沈積在基材上之絕緣或介電層的裝置對於因積聚在介電層表面上之電荷及/或電位梯度所造成的損壞很敏感。
此外，基材上的電荷積聚或電梯度增強可能導致在部分的金屬化材料中感應生成破壞性電流。感應電流常造成介電層之間及/或放至處理環境(例如，系統部件)中的電弧(arcing)。電弧不僅可能導致裝置故障和低產品良率，且亦可能損壞處理系統的部件，從而縮短系統部件的使用壽命。損壞的系統部件可能導致製程變異或促成粒子產生，兩者皆可能進一步降低產品良率。隨著裝置的特徵結構尺寸變得更小以及介電層變得更薄，防止不穩定及/或不均勻的電漿分佈變得更加重要，以確保裝置電性效能和產品良率，也為了延長系統部件的使用壽命與管理系統的操作成本。
因此，需要一種用於電漿處理的改良方法和設備。
本發明之實施例大體上是關於在電漿製程中產生電漿的方法與設備。該方法與設備大體上包含複數個電極。該些電極連接至一射頻(RF)功率源，其以彼此相異的相位提供功率給該些電極。相鄰電極藉由配置在該些電極
之間並耦合至該些電極的電絕緣構件而彼此電氣隔離。可通過該些電極及/或該些電絕緣構件輸送及/或抽出製程氣體。該基材可保持電浮接(electrically floating)，因為電漿可通過一差動射頻源驅動而電容耦合至基材。
本發明之一面向提供一種設備，其包含：一腔室；複數個電極，配置在該腔室中；一射頻功率源，耦合至該複數個電極，以致相鄰電極是以彼此相異的相位來驅動；一基座，配置成與該複數個電極相對；及至少一個電絕緣構件，耦合在相鄰電極之間且使相鄰電極電性隔離，該至少一個電絕緣構件具有一至少部分形成在該至少一個電絕緣構件中的氣室與至少一個面對該基座的開口，該至少一個電絕緣構件的長度大於寬度。
於該設備的一實施例中，該複數個電極的其中至少一個電極具有一或多個貫穿電極而形成的氣體通道。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一真空幫浦，該真空幫浦與該至少一個電絕緣構件耦合。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一氣源，該氣源與一第二電絕緣構件耦合。
於該設備的一實施例中，該設備更包含滾輪，該些滾輪設置在該基座下方，且能夠線性移動該基座通過該複數個電極。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一或多個托架，該一或多個托架與該基座和該功率源電耦合。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一或多個
玻璃板，該一或多個玻璃板與各電極耦合，並且配置在各電極和該基座之間。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一或多個電容，該一或多個電容耦合至各電極。
於該設備的一實施例中，該設備更包含一或多個電容，其耦合至各電極；以及一或多個電感，其耦合在相鄰的電容之間。
在一實施例中，一設備包含複數個電極。該複數個電極以一射頻功率源來驅動，以彼此異相的方式提供功率給相鄰電極。該些電極藉由至少一個配置在該些電極之間的電絕緣構件而彼此電氣隔離。該至少一個電絕緣構件具有一至少部分形成在該構件內的氣室，以及至少一個開口面對一以可移動方式配置的基座。該電絕緣構件的長度大於其寬度，且設置成使該長度垂直於該基座的移動方向。
在另一實施例中，一設備包含複數個電極，該些電極其以一平面配置的方式安排；及一電浮接基座，其配置成與該複數個電極相對。至少一個射頻功率源耦合至該複數個電極，使得相鄰電極以相反的相位驅動。一或多個電絕緣構件耦合至該複數個電極並且配置在相鄰電極之間，且每一個電絕緣構件的長度實本質上等於該些相鄰接電極的長度。
在另一實施例中，一處理基材的方法包含：使射頻電流流至位於一腔室內部的複數個電極，而以彼此相異的相位地提供功率給相鄰電極。一製程氣體通過一配置在
第一對相鄰電極之間的第一電絕緣構件流入該腔室，並產生電漿。一基材在一位於該複數個電極相對處的電浮接基座上移動通過該複數個電極。一膜層沈積在該基材上，且通過設置在第二電絕緣構件內部的氣體通道排空該腔室中的製程氣體，該第二電絕緣構件位於第二對相鄰電極之間。
在另一實施例中，一處理基材的方法包含：使射頻電流流至位於一腔室內部的複數個電極，以彼此相異的相位提供功率給相鄰電極。一製程氣體通過貫穿該些電極而形成的數個開口流入該腔室，並產生電漿。一基材在一位於該複數個電極相對處的電浮接基座上移動通過該複數個電極。一膜層沈積在該基材上，且通過設置在第二電絕緣構件內部的氣體通道排出該腔室中的製程氣體，該第二電絕緣構件位於第二對相鄰電極之間。
100‧‧‧電漿製程設備
102a、102b‧‧‧聯結件
104a、104b、106‧‧‧構件
108a、108b、208a、208b‧‧‧電極
110a、110b‧‧‧基座
111‧‧‧腔室蓋
112a、112b‧‧‧電極套
113‧‧‧腔室主體
114‧‧‧區域
119‧‧‧功率源
123‧‧‧夾具
128‧‧‧托架
150、250、350、450、550、650、750、850‧‧‧基材
210a、210b、310a、310b‧‧‧基座
219、319、419、519、619‧‧‧射頻功率源
308a、308b、408a、408b‧‧‧電極
410a、410b、510a、510b、510c、510d‧‧‧基座
508a、508b、508c、508d‧‧‧電極
608a、608b、608c、608d‧‧‧電極
610a、610b、610c、610d、710、810‧‧‧基座
700、800‧‧‧電漿製程設備
708a、708b、708c、708d、708e、708f‧‧‧電極
715、815、915、1015‧‧‧氣體入口路徑
717、817、917、1017‧‧‧氣流路徑
722、822、922‧‧‧構件
808a、808b、808c、808d、808e、808f‧‧‧電極
819a、819b、819c‧‧‧射頻功率源
855‧‧‧滾輪
908a、908b、908c、908d、908e、908f‧‧‧電極
1008a、1008b、1008c、1008d、1008e、1008f‧‧‧電極
1022a、1022c、1022e、1022g‧‧‧氣體出口構件
1022b、1022d、1022f‧‧‧氣體入口構件
k‧‧‧變壓器
所以，為了詳細了解本發明之上述特徵，可藉由參考實施例來獲得簡短總結如上之本發明更具體的敘述，某些實施例在附圖中說明。不過，須注意附圖僅說明此發明之典型實施例，因此不應視為對本發明範圍之限制，因為本發明可容許其他等效的實施例。
第1A圖為一種多電極製程設備的概略剖面圖。
第1B圖為第1A圖之多電極製程設備旋轉90度的概略剖面圖。
第2圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概要圖。
第3圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概要圖。
第4圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路實施例的概要圖。
第5圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概要圖。
第6圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概要圖。
第7圖為顯示氣體流過一多電極設備之實施例的概略剖面圖。
第8圖為顯示氣體流過一多電極設備之另一實施例的概略剖面圖。
第9圖為一多電極設備之另一實施例的概要底視圖，其具有通過電極之氣體分配通道。
第10圖為一多電極設備之另一實施例的概要底視圖。
為了幫助了解，已盡可能地使用相同元件符號來標明各圖中共用的相同元件。吾人預期在一實施例中揭示的元件可在無需具體描述的情況下有利地用在其他實施例。
本發明之實施例大體上是關於在電漿製程中產生電漿的方法與設備。該方法與設備大體上包含複數個電極。該些電極連接至一射頻(RF)功率源，其以彼此相異相
位的方式提供功率給該些電極。如此處所用的相異相位(out of phase)應理解為意指異相位或接近異相位。相鄰電極藉由配置在該些電極之間並耦合至該些電極的電絕緣構件而彼此電氣隔離開來。可通過該些電極及/或該些電絕緣構件輸送及/或抽出製程氣體。該基材可保持電浮接，因為電漿可通過一差動射頻源驅動而電容耦合至該基材。
以下將參照可由加州聖塔克拉拉之應用材料公司全資擁有之美國AKT子公司購得的多電極電漿沈積系統來敘述本發明多個實施例。須了解本發明可用在其他系統中，包含由其他製造商所銷售的系統。本發明之實施例可用來處理眾多類型的基材，例如，捲繞式基材、太陽能面板基材、平板顯示器(FPD)基材、多邊形基材、有機發光顯示器(OLED)基材和半導體基材。
第1A圖為一多電極製程設備的概略剖面圖。電漿製程設備100耦合至一腔室蓋，並可用在，例如，沈積或蝕刻等製程中。在第1A圖中，所示的腔室為PECVD腔室，其配置成雙電極式平面構造並且使用電容耦合電漿。
電漿製程設備100耦合至腔室蓋111。腔室蓋111耦合至腔室主體113，如第1A圖所繪示。基座110a和110b可在腔室主體113的地板上方延伸。基材150在基座110a和110b的上方移動。
電極108a和108b設置在基座110a和110b的相對處，並且耦合至腔室蓋111。須了解雖然顯示兩個電極108a和108b，但可存在更多電極。構件106配置在腔室蓋
111內的中心處，且位於電極108a和108b之間，並作用如一氣體出口。作為氣體入口的構件104a和104b配置在腔室蓋111中，並放置在腔室主體113和個別的電極108a和108b之間。
電極108a和108b藉由聯結件102a和102b耦合至射頻源119。在第1A圖之實施例中，電極108a和108b包含平板型電極，該些電極不具有貫穿電極而形成的氣體通道。或者，電極108a和108b可包含在電極中具有氣體通道通過的平板電極，以允許製程氣體通過電極108a和108b進入及/或離開。在另一實施例中，電極108a和108b可包含濺射靶材或其他導電材料。舉例來說，在第1A圖之實施例中，電極108a和108b可包含鋁。電極108a和108b具有一面對基材150的實質平坦表面面積。或者，一或多個電極可具有一面對基材150的凹表面。電極108a和108b具有約1500平方公分至約3000平方公分範圍內的表面面積。在一實施例中，該表面面積可介於約2200平方公分至約2400平方公分之間。
在第1A圖之實施例中，以電極套(electrode cover)112a和112b覆蓋電極108a和108b。在另一實施例中，電極套112a和112b可包含一電絕緣材料。此外或替代地，電極套112a和112b可包含玻璃或石英。電極套112a和112b可藉由夾具123夾鉗在適當位置，以保護電極108a和108b免於因製程腔室中之電漿產生而導致損壞。電極套112a和112b實質上與電極面積相同尺寸，或稍微大於電極
面積。在多次沈積，例如10、50或100次沈積之後，電極套112a和112b可鬆開並移除以進行清潔。可使用濕式清潔或使用NF3或其他氟基氣體清潔電極套112a和112b，接著再次使用，或以新的電極套來取代用過的電極套112a和112b。
氣體入口構件104a和104b位置接近腔室主體113，並設置成使電極108a或108b個別位於氣體入口構件104a/104b和氣體出口構件106之間。氣體入口構件104a和104b較佳使用與腔室蓋111相同的材料構成。舉例來說，氣體入口構件104a和104b可包含形成在腔室蓋111內部的多個氣體通道。或者，配管或管路可用於提供氣體通道。氣體出口構件106包含一主體，其具有至少部分形成在該主體中的一氣室。該主體較佳以一電絕緣材料(例如，陶瓷)製成，使電極108a和108b可彼此電絕緣。
製程氣體通過構件104a和104b流入製程腔室中，並通過氣體出口構件106離開製程腔室。製程氣體沿第1A圖之流動箭頭所指示的方向流動。或者，製程氣體可沿相反方向流動(例如，製程氣體通過構件106進入腔室，並通過構件104a和104b於側邊離開)。氣體在區域114中可具有一層流，其幫助提高處理作用的一致性。
雖然基座110a和110b顯示為多個基座，須了解基座110a和110b可包含單個固態一體的基座，如第1A圖的虛線所指示。基座110a和110b相對於基材150而言為靜態，基材150則可移動通過電極108a和108b。或者，
基座110a和110b可相對於電極108a和108b而移動，而藉著移動基材150的移動基座110a和110b之移動來幫助移動基材150的幫助。舉例來說，基座110a和110b可位於滾輪上，以致當在腔室內部行進時，基座能夠滾動通過電極108a和108b。
在一實施例中，基座110a和110b可具有一或多個用於使基座110a和110b與功率源119電耦合的托架128(見第1B圖)。托架128允許射頻電流從電極、通過所產生的電漿、沿著基座110a和110b以及沿著托架128流至功率源119。因此，基座110a和110b可形成一部分的射頻返回路徑。
在另一實施例中，電極108a和108b可彼此異相操作，使得電極108a和108b以推/拉安排(push/pull arrangement)的方式操作。一電極108a或108b將以一第一相位驅動，並實質將射頻電流推至電漿，而另一電極108a或108b將以相異的相位驅動，從而提供電流的射頻返回路徑。射頻電流將從一電極108a或108b，行進通過電漿，並返回通過異相位的電極108a或108b而至功率源119。舉例來說，當電極108a與電極108b是以相異的相位驅動時，電極108b的作用如射頻電流的返回路徑，因此托架128變為非必要的。除非文另有具體指明，否則此處所用的相異相位指的是相位相差約180度。
當對稱地驅動電極108a和108b時，腔室中產生電容耦合電漿。當通過聯結件(couplings)102a和102b施加
功率至電極108a和108b時，在腔室內部的區域114中點燃電漿。聯結件102a和102b可耦合至一射頻驅動。如此處所用的射頻包含並包括特高頻(VHF)的射頻子集，且此處有關射頻的說明內容應理解為包含射頻(RF)和特高頻(VHF)兩種範圍。適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz，的頻率。
與以相同相位驅動複數個電極相比，對稱驅動的一個優點在於其更容易使射頻電流返回至功率源。由於當使用越高頻率的產生器時，越難以在不形成寄生電漿或電弧的情況下使射頻電流返回至功率源，因此使用推-拉式設定來「拉動」電流通過系統是有利的。舉例來說，射頻電流可通過反相電極108b返回至功率源。如果電極108a和108b未藉由電漿電容耦合，電流可需要行經基材後方的導電表面，例如，基座110a或110b，或如果基材導電則通過基材本身，以到達電極108b。當基材本身導電時，基座可為非必要的。可額外或替代地，如果腔室內部的電漿統一，電漿本身提供一條使電流返回至功率源的路徑。因此，不需要基座，也不需要導電基材。
在第1A圖之實施例中，在一具有分割電漿(divided plasma)的腔室中使用導電基材150。來自射頻功率源119的射頻電流行經通過聯結件102a進入電極108a。電流在第一區域114中通過電漿而電容耦合至基材150。電流沿基材150行進、返回通過第二區域114中的電容耦
合電漿而至電極108b。電流接著通過聯結件102b返回功率源119。
在另一實施例中，基材150可不導電，且基座110a和110b可為一統一基座。在這類實施例中，來自射頻功率源119的射頻電流行經通過聯結件102a而至電極108a。電流接著通過基材150電容耦合至該統一基座。電流行經通過基座，並接著往回行經該電容耦合電漿而至電極108b，電流可在此處返回至功率源119。
或者，利用電漿製程設備100在腔室內產生的電漿可為單一的統一電漿(unified plasma)。當統一電漿在腔室內部產生時，電流不需行經基材150或基座110a或110b來返回至功率源。取而代之的是，來自射頻功率源119的電流行經聯結件102a而至電極108a。電流接著通過腔室內的電漿而電容耦合至電極108b，並行經聯結件102b返回至功率源119。
在另一替代中，電漿製程設備100在腔室內產生的電漿可為單一的統一電漿，且基座可接地。來自射頻功率源119的電流可通過電容耦合電漿經由反相電極108b和通過耦合至基座110a或110b的托架128返回至功率源。不過，通過基座110a或110b返回的電流較不大量，因為一部分的電流經由反相電極108b返回。
第1B圖為第1A圖之多電極製程設備旋轉90度的概略剖面圖。第1B圖顯示出在第1A圖中看不見的托架128。在第1B圖的實施例中，托架128包含鋁。托架128
配置在基座110a和腔室蓋111之間。此外，托架128亦可配置在基座110b(未顯示)和腔室蓋111之間。托架128可提供至射頻功率源119的電流返回路徑。電流從射頻功率源119流過聯結件102a而至電極108a。電流接著流過電漿，並沿基座110a和110b流動，接著沿托架128回到功率源119。電容耦合電漿的阻抗可能比托架128的阻抗更有利於製程處理，因此當使用電容耦合電漿時，射頻返回的速度較快。
第1A和1B圖利用電極套(electrode cover)112a和112b。使用玻璃電極套112a和112b不僅提供對電極的保護，且亦在腔室內產生電漿時提供高的二次電子發射，從而增強電漿。電極套112a和112b可包含任何適當的玻璃化合物，例如，石英。
可使用夾具123將電極套112a和112b夾鉗在適當位置。由於電極套112a和112b在電漿處理期間保護電極108a和108b，因此可不需要進行電極108a和108b的原位清洗。取而代之的是，電極套112a和112b可卸除並且更換，但增加製程的停機時間。
此外，當受到電漿中的電子撞擊時，電極套112a和112b會發射電子。由於，與其他類型的玻璃相比，石英具有高的二次電子發射作用，因此玻璃電極套112a和112b較佳地以包含石英的材料製成。
電極套112a和112b的二次電子發射會藉著例如使腔室內更多電漿離子化而誘導處理腔室中的電漿從阿伐
狀態(alpha state)轉變為伽瑪狀態(gamma state)。電漿可在不使用電極套112a和112b的情況下被誘導成為伽瑪狀態，不過，這麼做時，會比使用電極套112a和112b時需要更大量的能量。
伽瑪狀態的電漿具有多個優點。在阿伐狀態下，電漿具有較低密度，且典型位於遠離基材表面處。然而，藉由轉變至伽瑪狀態，電漿密度增加，且電漿位置更接近基材表面。與阿伐狀態電漿相比，伽瑪狀態電漿的效應提高電漿的處理效率。同樣地，伽瑪狀態電漿的效率更高。當以阿伐狀態提供功率時，由於在匹配箱(matchbox)中吸收近乎30%的功率，因而需要較高的電壓。以伽瑪狀態處理時的電壓損耗顯著較少。
第2圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概略圖。該電路設計成以推-拉模式來提供功率給一多電極製程設備，而藉由兩個相反相位的射頻饋入提供功率給電極208a和208b。在第2圖的實施例中，射頻驅動和匹配與一變壓器(transormer)協力執行。
第2圖的實施例包含射頻功率源219和單個匹配箱。電極208a和208b耦合至匹配箱，且配置在基座210a和210b的對面。或者，基座210a和210b可為一統一基座。基材250相對於電極208a和208b移動。適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz的頻率。射頻功率源219可產生約250W至約3000W之範圍內的功率。舉例來說，功率
可位於約1000W至約2000W的範圍內。
該匹配箱包含調諧電容(tuning capacitor)CT、變壓器k、負載電容(load capacitor)CL以及並聯電容(shunt capacitors)CL1和CL2。調諧電容CT和負載電容CL配置在射頻功率源和變壓器k之間。並聯電容CL1和CL2配置在變壓器k和電極208a與208b之間。並聯電容CL1和CL2用於抑制電力系統內部的電流波動。同樣地，並聯電容CL1和CL2的設置允許匹配箱調整負載阻抗。此外，變壓器k的N1：N2比可調整，因此負載電容CL可以是非必需的。
第3圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概略圖。該電路設計成以推-拉模式提供功率給一多電極製程設備，藉由兩個相反相位的射頻饋入提供功率給電極308a和308b。在第3圖的實施例中，射頻驅動和匹配與一變壓器協力執行。
第3圖的實施例包含射頻功率源319和耦合至電極308a與308b的單一匹配箱。電極308a和308b配置在基座310a和310b的對面。或者，基座310a和310b可為一統一基座。基材350相對電極308a和308b而移動。適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz的頻率。射頻功率源319可產生介於約250W至約3000W之範圍內的功率。舉例來說，功率可位於約1000W至約2000W的範圍內。
該匹配箱包含調諧電容CT、變壓器k、負載電容CL以及額外的串聯調諧電容CT1和CT2。調諧電容CT和負
載電容CL配置在射頻功率源和變壓器k之間。調諧電容CT1和CT2配置在變壓器k和電極308a與308b之間。調諧電容CT1和CT2允許匹配箱調整負載阻抗。此外，變壓器k的N1：N2比可調整，以致負載電容CL可為非必需的。
第4圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路實施例的概略圖。該電路設計成以推-拉模式提供功率給一多電極製程設備。在第4圖的實施例中，射頻驅動和匹配是在不使用變壓器的情況下執行。
第4圖的實施例包含射頻功率源419、一第一匹配箱和一第二匹配箱。該第二匹配箱直接連接至配置在基座410a和410b對面的電極408a和408b。該第一匹配箱可為一以固定頻率射頻功率源419操作的標準(自動)匹配箱，或是一連接至可變頻率功率源419的固定匹配(fixed match)。該第二匹配箱為一固定匹配箱。
適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz的頻率。射頻功率源419可產生介於約250W至約3000W之範圍內的功率。舉例來說，功率可位於約1000W至約2000W的範圍內。
該第一匹配箱包含一負載電容CL和一調諧電容CT。負載電容CL協助提供一來自射頻功率源419的固定功率位準給電極408a和408b。調諧電容CT用於設定該第二匹配箱中的共振頻率或用於阻抗匹配。該第二匹配箱為一固定匹配箱，且包含電容C1和C2與電感L。電感L配置
在電容C1和C2與電極408a和408b之間。
在第4圖的實施例中，以單一共用射頻功率源419對稱地驅動電極408a和408b。在電極408a和408b處的電壓低於在基座410a和410b處的電壓。因此，與平行驅動模式相比，對稱驅動的推一拉設定更具效率，且其以對稱驅動模式提供功率給電漿製程設備所需要的電壓較小。舉例來說，需要近乎一半的電壓。在平行驅動系統中，可能需要一產生器和一匹配箱來提供功率給每一對電極。然而，當電極為對稱驅動時，只需要一產生器和一匹配箱便能提供功率給電漿製程設備的所有電極。
第5圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概略圖。該電路設計成以一推-拉模式提供功率給一多電極製程設備，而得以相反相位提供功率給相鄰電極508a、508b、508c和508d。在第5圖的實施例中，射頻驅動和匹配是在沒有變壓器的情況下執行。
第5圖的實施例包含一射頻功率源519和第一與第二匹配箱。射頻功率源519耦合至該第一匹配箱，且該第一匹配箱耦合至該第二匹配箱。該第一匹配箱可以是一以固定頻率射頻功率源519操作的標準(自動)匹配箱，或是一連接至一可變頻率產生器的固定匹配。該第二匹配箱為一固定匹配箱。電極508a、508b、508c和508d耦合至該第二匹配箱，並設置在基座510a、510b、510c和510d對面。或者，基座510a、510b、510c和510d可為一統一基座。基材550相對於電極508a、508b、508c和508d移
動。適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz的頻率。射頻功率源519可產生介於從約250W至約3000W之範圍內的功率。舉例來說，功率可位於約1000W至約2000W的範圍內。
該第一匹配箱包含一負載電容CL和一調諧電容CT。負載電容CL協助提供一來自產生器的固定功率位準給電極508a、508b、508c和508d。調諧電容CT用於設定該第二匹配箱中的共振頻率或用於阻抗匹配。
該第二匹配箱為一固定匹配箱，並包含並聯電容C0、C1和C2與電感L。電感L配置在並聯電容C0、C1和C2與電極508a、508b、508c和508d之間。並聯電容C0、C1和C2用於抑制電力系統內部的電流波動。同樣地，並聯電容C0、C1和C2的設置允許匹配箱降低負載阻抗。以來自一共振LC線的反相位射頻訊號提供功率給相鄰的電極，該共振LC線可由多個分離的LC元件或一同軸電纜構成。該共振LC線在線圈末端以及線圈中央的電壓節點處具有電壓最大值，其類似於傳輸線中的「駐波」。
第6圖為用於提供功率給多電極製程設備之電路的另一實施例概略圖。該電路設計成以一推-拉模式提供功率給一多電極製程設備，以相反相位提供功率給電極608a、608b、608c和608d。在第6圖的實施例中，射頻驅動和匹配是在沒有變壓器的情況下執行。
第6圖的實施例包含一射頻功率源619和第一與
第二匹配箱。射頻功率源619耦合至該第一匹配箱，且該第一匹配箱耦合至該第二匹配箱。該第一匹配箱可為一以固定頻率射頻功率源619操作的標準(自動)匹配箱，或是一連接至一可變頻率產生器的固定匹配。該第二匹配箱為一固定匹配箱。電極608a、608b、608c和608d耦合至該第二匹配箱，並且設置在基座610a、610b、610c和610d對面。或者，基座610a、610b、610c和610d可為一統一基座。基材650相對於電極608a、608b、608c和608d移動。適當的射頻驅動包含，例如，13.56MHz、27MHz、30MHz、40MHz、60MHz、80MHz或100MHz的頻率。射頻功率源619可產生位於約250W至約3000W之範圍內的功率。舉例來說，功率可位於約1000W至約2000W的範圍內。
該第一匹配箱包含一負載電容CL和一調諧電容CT。負載電容CL協助提供一來自射頻功率源619的固定功率位準給電極608a、608b、608c和608d。調諧電容CT用於設定該第二匹配箱中的共振頻率或用於阻抗匹配。
該第二匹配箱為一固定匹配箱，並且包含多個串聯電容C1和多個並聯電容C2與電感L。並聯電容C2用於抑制電力系統內部的電流波動。串聯電容C1配置在電感L與電極608a、608b、608c和608d之間。串聯電容C1允許匹配箱增加負載阻抗。以來自一共振LC線的相反相位射頻訊號提供功率給相鄰的電極，該共振LC線可由同軸電纜構成。該共振LC線在線圈末端以及線圈中央的電壓節
點處具有電壓最大值，其類似於傳輸線中的「駐波」。
第7圖為顯示氣體流過一多電極設備之一實施例的概略剖面圖。電漿製程設備700耦合至一配置在一腔室主體(未顯示)上的腔室蓋(未顯示)。在第7圖的實施例中，存在複數個電極708a~f。在電極708a~f的對面處，基材750放置在基座710上。基座710為一固定基座，其耦合至該腔室主體，且能夠支撐基材750。或者，基座710可支撐一撓性基材，例如，用在捲繞式系統中的那些基材。
基材750在基座710上電浮接，且電漿通過差動射頻功率源719電容耦合至此。在所示之實施例中，基座710並未耦合至功率源719，因此無法提供功率源719的返回源路徑。取而代之的是，電流行經該電容耦合電漿而至相異相位的電極708a~f。
射頻功率源719耦合至電極708a~f。電極708a~f為噴頭電極，一製程氣體通過此噴頭電極流入腔室，如氣體入口路徑715所繪示。以彼此相異的相位提供功率給相鄰電極。舉例來說，以一相位提供功率給電極708a、708c和708e，同時以相反相位提供功率給其餘的電極708b、708d和708f。電容耦合電漿產生，且製程氣體遵循一層流路徑流過整個基材750表面，並通過作用如氣體出口的構件722離開腔室。來自射頻功率源719的電流以一相位沿電極(例如，電極708a、708c和708e)行進至製程腔室中，行經通過電容耦合電漿，接著通過以相反相位提供功率的相鄰電極(例如，電極708b、708d和708f)回到功率源719。
較佳地，等量的製程氣體通過每一個電極708a~f進入基材750上方之一區域。或者，進入個別電極708a~f或通過氣體出口構件722離開腔室的製程氣體量可改變，以達到如製程需求所指定的蝕刻或沈積速率。舉例來說，如果有需要的話，較大量的製程氣體可通過置於最外側的電極708a和708f流入腔室，以在基材750上產生均等的材料沈積。增加通過電極708a和708f的製程氣流將允許改變接近基材750周邊處的蝕刻或沈積速率，使得在基材750各處均勻地蝕刻或沈積。類似地，流經設置於外側之電極708a和708f的氣流亦可小於流經電極708b至708e的氣流。
以氣體出口構件722使電極708a~f彼此電氣隔離開來，且該些氣體出口構件722。氣體出口構件722包含一主體，該主體定義一氣室。在第7圖的實施例中，該主體包含一絕緣材料，例如，陶瓷或石英，以使相鄰電極708a~f電氣隔離。氣體出口構件722穿插放置在電極708a~至f之間，並耦合至腔室蓋與電極708a~f。氣體出口構件722放置在與電極708a~至f實質相同的平面中。氣體出口構件722具有至少部分貫穿形成於其中的氣體通道，且作用如系統內的製程氣體出口。製程氣體遵循氣流路徑717通過氣體出口構件722而離開腔室。或者，絕緣塊可由一固態絕緣材料構成。製程氣體可通過噴頭電極708a~f進入腔室，並且遵循位於電極708a和708f下方且環繞電極708a和708f的路徑離開腔室。在另一實施例中，氣體可通過該
些氣體出口構件722進入，並通過電極708a~f離開。
第8圖顯示氣體流過一多電極設備的另一實施例的概略剖面圖。電漿製程設備800耦合至配置在一腔室主體(未顯示)上的一腔室蓋(未顯示)。在第8圖的實施例中，複數個電極808a~f耦合至該腔室蓋。在電極808a~f的對面，基材850放置在導電基座810上。基座810為一移動基座，其能夠滾動通過位於電極808a~f下方的製程區域。基座810在位於基座810下方的滾輪855上滾動。電流行經電容耦合電漿而至一異相電極808a~至f，該異相電極作為該些功率源819a~至c的功率源返回路徑。
電漿製程設備800利用多個耦合至相位角控制箱836的射頻功率源819a~c來提供功率給電極808a~f。基材850放置在基座810上，且基座810在滾輪855上移動通過電極808a~f。電極808a~f為噴頭電極，一製程氣體經由電極808a~f此流入腔室，如氣體入口路徑815所繪示。以彼此相異相位的方式提供功率給該些相鄰電極，使得以一相位提供功率給以致電極808a、808c和808e，以相反相位提供功率給電極808b、808d和808f。
當基材850滾動通過電極808a~f時，在腔室內部從一製程氣體產生電容耦合電漿。製程氣體遵循一層流路徑在整個基材850表面流動，並通過作用如氣體出口的構件822離開腔室。來自射頻功率源819a~c的電流以一相位沿電極(例如，電極808a、808c和808e)行進至製程腔室中，行經該電容耦合電漿，接著沿著以相反相位提供功
率的相鄰電極(例如，電極808b、808d和808f)返回至功率源819a~c。
較佳地，等量的製程氣體通過各個電極808a~f進入基材850上方的一區域。或者，進入個別電極808a~f或通過個別氣體出口構件822離開腔室的製程氣體量可改變，以達到如製程需求所指定的蝕刻或沈積速率。舉例來說，如果有需要的話，較大量的製程氣體可通過設置於最外側處的電極808a和808f流入腔室，以在基材850上產生均等的材料沈積。通過電極808a和808f的增加製程氣流將允許改變接近基材850周圍的蝕刻或沈積速率改變，使得基材850各處均勻地蝕刻或沈積。類似地，通過置於外側處之電極808a和808f的氣流亦可小於電極808b~808e的氣流。在另一實施例中，氣體可通過氣體出口構件822進入腔室，並通過電極808a~f離開腔室。
以允許氣流通過其中的氣體出口構件822使電極808a~f彼此電絕緣。氣體出口構件822包含一氣室，該氣室定義一主體。較佳地，該主體包含一絕緣材料，例如，陶瓷或石英。氣體出口構件822放置在交替的電極808a~f之間，並耦合至該腔室蓋與該電極808a~f。氣體出口放置在與電極808a~f實質相同的平面中。氣體出口構件822具有貫穿形成於其中的氣體通道，且作用如系統內的製程氣體出口。製程氣體遵循氣流路徑817通過該些氣體出口構件822而離開腔室。或者，絕緣塊可用一固態絕緣材料構成。製程氣體可通過噴頭電極808a~f進入腔室，並遵循一
位於電極808a和808f下方且環繞電極808a和808f的路徑離開腔室。
相位角控制箱836耦合至射頻功率源819a~c。相位角控制箱836容許電極808a~f之相位安排的更多變化。較佳地，提供功率給電極808a~f，以約180度的相異相位提供功率給相鄰電極。然而，在一替代實施例中，可彼此部分異相(例如，相差20度、50度或70度)地提供功率給相鄰電極。
第9圖為一多電極設備之另一實施例的底視概略圖，該多電極設備具有多個氣體分配通道貫穿該些電極。第9圖顯示一電漿製程設備之電極和氣體出口安排方式的一實施例。製程氣體通過噴頭電極908a~f暴露至一基材(未顯示)，並通過作用如氣體出口的構件922離開腔室。氣體出口構件922包含一絕緣主體，該絕緣主體定義一氣室。氣體出口構件922具有貫穿形成於其中的氣體通道，以允許製程氣流離開腔室。較佳地，電絕緣塊耦合至一真空幫浦，以協助從腔室中排空製程氣體。
或者，製程氣體的氣流可反向。舉例來說，製程氣體可通過形成在構件922中的通道進入腔室。可通過具有至少部分形成在其中之開口的電極908a~f從腔室排空該氣體。較佳地，電極908a~f包含噴頭電極，該些噴頭電極與真空幫浦耦合，且該些電絕緣構件耦合一製程氣源。
在第9圖的實施例中，安排電極908a~f，使得相鄰電極為異相或大約異相。舉例來說，電極908a、908c和
908e可為一相位，而電極908b、908d和908f可為相反相位。一基材在一移動基座(未顯示)上移動通過電極908a~f，同時以一射頻功率源(未顯示)偏壓電極908a~f。在一替代實施例中，該基座為靜態。
在又另一替代實施例中，沒有基座，且基材通過電容耦合電漿而電容耦合至電極908a~f。在腔室內部從一製程氣體產生電容耦合電漿。製程氣體遵循一層流路徑流過整個基材表面，並通過多個氣體出口構件922離開腔室。來自一射頻功率源的電流通過一種相位的電極(例如，電極908a、908c和908e)行進至製程腔室中，行經電容耦合電漿，接著通過以相反相位提供功率的相鄰電極(例如，電極908b、908d和908f)而從腔室中移除。
第10圖為一多電極設備之另一實施例的底視概略圖。第10圖顯示一電漿製程設備之電極和氣體出口安排的另一實施例。在第10圖的實施例中，藉由氣體入口構件1022b、1022d和1022f或氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g將該些電極1008a~f交替地隔開來。舉例來說，電極1008a和1008b彼此藉由氣體入口構件1022b而隔開。此外，電極1008b和1008c藉由氣體出口構件1022c而隔開。以此方式使用氣體入口構件1022b、1022d和1022f以及氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g來隔開電極1008a~f。
以相異相位的安排方式提供功率給電極1008a~f，以致相鄰電極為彼此異相或大約異相。舉例來
說，以一相位提供功率給電極1008a、1008c和1008e，以相反相位提供功率給電極1008b、1008d和1008f。電極是由一射頻功率源(未顯示)提供功率。
氣體入口構件1022b、1022d和1022f以及氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g包含電絕緣構件，該些電絕緣構件具有配置成貫穿其中的氣體通道。氣體出口和氣體入口構件1022a~g分別耦合至一真空幫浦或一製程氣體供應源。製程氣體通過氣體入口構件1022b、1022d和1022f而暴露至一基材(未顯示)，氣體入口構件1022b、1022d和1022f作用如氣體入口，並與一製程氣體供應源耦合。氣體入口構件1022b、1022d和1022f包含一絕緣主體，該絕緣主體定義一氣室。製程氣體遵循流動路徑1015進入製程區域。
製程氣體通過氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g從製程腔室中移除，氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g作用如氣體出口且電絕緣。氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g較佳與氣體入口構件1022b、1022d和1022f具有類似尺寸以及構造。離開製程區域的製程氣體遵循流動路徑1017。一真空幫浦可耦合至氣體出口構件1022a、1022c、1022e和1022g，以幫助從腔室移除製程氣體。
下列範例為從一電漿模型計算而得的示範性電漿參數，該電漿是如預期地利用本發明之某些實施產生者。該些範例是為了說明目的而提供，並非意圖限制本發明範
圍。
範例1：由氬電漿在2Torr和500K下於電漿製程設備100的空間中產生電漿。以40MHz的射頻功率源供應每平方公分0.05瓦特給兩個各自為2350平方公分的電極。
範例2：由氬電漿在9Torr和500K下於電漿製程
設備300的空間中產生電漿。以40MHz的射頻功率源供應每平方公分0.5瓦特給兩個2350平方公分的電極。
雖然前文說明本發明之數個實施例，但可在不偏離本發明基本範圍之情況下做出本發明其他及進一步的實施例，且其範圍係由後附申請專利範圍決定。
100‧‧‧電漿製程設備
102a、102b‧‧‧聯結件
104a、104b‧‧‧構件
108a、108b‧‧‧電極
110a、110b‧‧‧基座
111‧‧‧腔室蓋
112a、112b‧‧‧電極套
113‧‧‧腔室主體
114‧‧‧區域
119‧‧‧功率源
123‧‧‧夾具
150‧‧‧基材
Claims (6)
- 一種處理基材之方法，該方法包含：使一射頻電流流至位於一腔室內的複數個電極，而以彼此相異的相位提供功率給相鄰電極，且該射頻電流通過異相位電極而返回；使一製程氣體通過配置在一第一對相鄰電極之間的一第一電絕緣構件流入該腔室；產生一電漿；移動一基材通過該複數個電極；在該基材上沈積一層；及通過配置在一第二電絕緣構件內部的氣體通道從該腔室排空該製程氣體，該第二電絕緣構件位於一第二對相鄰電極之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中產生的該電漿為電容耦合電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該射頻電流在約40MHz至約60MHz的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法為一電漿增強化學氣相沈積方法。
- 一種處理基材之方法，該方法包含： 使一射頻電流流至位於一腔室內的複數個電極，而以彼此相異的相位提供功率給相鄰的電極，且該射頻電流通過異相位電極返回；使一製程氣體通過貫穿該些電極而形成的開口而流入該腔室；產生一電漿；移動一基材通過該複數個電極；在該基材上沈積一層；及通過配置在一電絕緣材料內部的多個氣體通道從該腔室排空該製程氣體，該電絕緣材料位於該複數個電極的相鄰電極之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含在該基材上沈積一含矽材料。
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