TWI576910B - 具有用以去耦合離子及自由基控制之源的半導體處理系統 - Google Patents

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Description

具有用以去耦合離子及自由基控制之源的半導體處理系統
本發明係關於一電漿產生微腔室。
用於半導體元件製造之薄膜處理的電漿源，由於無法獨立地控制電漿中的離子及自由基濃度，經常無法達成乾式蝕刻之最期望的條件。舉例來說，在若干應用中，所欲之電漿蝕刻的條件，係藉由增加在電漿中的離子濃度且同時將自由基濃度維持於固定的大小而達成。然而，這種型態之離子濃度相對自由基濃度的獨立控制，無法藉由典型用於薄膜處理的一般電漿源加以達成。在此背景下產生本發明。
在一個實施例中，揭露一種電漿產生微腔室。該電漿產生微腔室包含一上電極，其具有形成一電漿產生區域的上邊界的一下表面。該電漿產生微腔室包含一下電極，其具有形成該電漿產生區域的下邊界的一上表面。該電漿產生微腔室包含一側壁外殼，其延伸於該上電極與該下電極之間，以在該上電極和該下電極之間圍起該電漿產生區域的周邊。該側壁外殼係由電絕緣材料所形成。該電漿產生微腔室包含一上絕緣片，其配置於與該電漿產生區域為相反側之該上電極的一上表面之上。該電漿產生微腔室包含一上接地板，其配置於與該上電極為相反側之該上絕緣片的一上表面之上。該電漿產生微腔室包含一下絕緣片，其配置於與該電漿產生 區域為相反側之該下電極的一下表面之上。該電漿產生微腔室包含一下接地板，其配置於與該下電極為相反側之該下絕緣片的一下表面之上。該上接地板、上絕緣片、及上電極每一者包含數個流體連接通道，用於將製程氣體供應至該電漿產生區域。該下接地板、下絕緣片、及下電極每一者包含數個輸出通道，用於將該製程氣體和反應性成分自該電漿產生區域輸出進入一基板處理區域。
在一個實施例中，揭露一種電漿產生和軸向排放組件。該組件包含：一上支持板；及數個支持結構，附接至該上支持板，俾以在背向該上支持板的實質上垂直方向上延伸。該組件亦包含一中心圓柱形電漿產生微腔室，其在實質上該上支持板之中心的位置處附接至該數個支持結構的一第一部分。該組件亦包含複數環形電漿產生微腔室，其附接至該數個支持結構的對應部分。該複數環形電漿產生微腔室係以同中心的方式圍繞該中心圓柱形電漿產生微腔室而加以配置。該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者係彼此分隔，以在其間形成數個軸向排放口。各軸向排放口係流體連接至一流體流動區域，該流體流動區域係在該數個支持結構之間以及在該複數環形電漿產生微腔室每一者和該上支持板之間。該流體流動區域係流體連接至一周邊排放口，該周邊排放口係形成於在該複數環形電漿產生微腔室其中最外側者和該上支持板之間的該上支持板的周邊處。
在一個實施例中，揭露一種半導體基板處理系統。該系統包含一基板支持部，用以支持暴露於一處理區域的一基板。該系統亦包含一頂板組件，其配置於該基板支持部上方且與該基板支持部分隔開，使得該處理區域存在於該頂板組件和該基板支持部之間。該頂板組件包含位在該頂板組件實質上中心之位置的一中心電漿產生微腔室。該頂板組件亦包含複數環形電漿產生微腔室，該複數環形電漿產生微腔室以同中心方式圍繞該中心電漿產生微腔室加以配置。該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者係彼此分隔開，以在其間形成數個軸向排放口。該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者係用以在其中產生對應的電漿，且將其電漿的反應性成分供應至介於該頂板組件和 該基板支持部之間的該處理區域。
在一個實施例中，揭露一種半導體基板處理方法。該方法包含將一基板置放於暴露於一基板處理區域的一基板支持部之上。該方法亦包含將一種以上製程氣體和射頻功率供應至配置在暴露於該基板處理區域的該基板支持部上方的一中心電漿產生微腔室和複數環形電漿產生微腔室每一者。在該中心電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者之中該射頻功率將該一種以上製程氣體轉換成電漿。該方法亦包含將該電漿的反應性成分自該中心電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者流動至該基板處理區域之中，以將該基板暴露於該反應性成分。該方法更包含將製程氣體通過軸向排放口自該基板處理區域移除，該等軸向排放口係位於該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者之間。
本發明的其他實施態樣和優點，藉由例示說明本發明的隨附圖式以及以下詳細說明，將更為明白。
105‧‧‧基板
106‧‧‧處理區域
107‧‧‧基板支持部
110‧‧‧方向
112‧‧‧偏壓電極
113‧‧‧間隙距離
116‧‧‧冷卻通道
400‧‧‧半導體基板處理系統
401‧‧‧腔室
401A‧‧‧側壁(腔室壁)
401B‧‧‧頂部結構
401C‧‧‧底部結構(底板)
405‧‧‧懸臂
407‧‧‧頂板組件
407A‧‧‧表面
407B‧‧‧表面
408‧‧‧上支持板
409A-409D‧‧‧微腔室
410A-410D‧‧‧軸向排放口
411‧‧‧升降銷
412‧‧‧周邊排放口
413‧‧‧門組件
414A-414D‧‧‧支持結構
426‧‧‧徑向排放口
427‧‧‧腔室周邊通氣口
429‧‧‧排放埠
431‧‧‧排氣泵
433‧‧‧流量節流裝置
435‧‧‧箭頭
436‧‧‧流量節流裝置
437‧‧‧流量節流裝置
441‧‧‧電源
443‧‧‧氣體供應器
445‧‧‧外支持環
451B‧‧‧上電極
452B‧‧‧表面
453B‧‧‧下電極
454B‧‧‧表面
455A-455D‧‧‧出口(輸出通道)
461B‧‧‧通道
463B1、463B2‧‧‧側壁外殼
465B‧‧‧上絕緣片
467B‧‧‧下絕緣片
469B‧‧‧上接地板
471B‧‧‧下接地板
472B‧‧‧下表面
480B‧‧‧電漿產生區域
481‧‧‧箭頭
483‧‧‧箭頭
501‧‧‧操作
503‧‧‧操作
505‧‧‧操作
507‧‧‧操作
圖1A顯示根據本發明一實施例之半導體基板處理系統的垂直剖面。
圖1B顯示根據本發明一實施例之圖1A的半導體基板處理系統的變形例的垂直剖面。
圖2A顯示根據本發明一實施例之頂板組件的分離垂直剖面圖。
圖2B顯示根據本發明一實施例如圖2A所描繪之頂板組件的水平剖面圖A-A。
圖2C顯示根據本發明一個實施例如圖2A所描繪之頂板組件的水平剖面圖B-B。
圖2D顯示根據本發明一實施例之電漿產生微腔室的特寫垂直剖面圖。
圖3顯示根據本發明一實施例之半導體基板處理方法的流 程圖。
在以下發明說明中，描述多個特定細節，以提供對本發明的完整理解。然而，對熟習此技藝者顯而易見的是，在不具備若干或全部這些特定細節的狀況下仍可實施本發明。此外，眾所周知的製程操作不再詳細描述，以免不必要的模糊本發明。
在一個實施例中，此處所使用的術語「基板」係關於半導體晶圓。然而，應理解的是，在其他實施例中，此處所使用術語「基板」可能係關於由藍寶石、GaN、GaAs、或SiC、或其他基板材料所形成的基板，且可包含玻璃面板/基板、金屬箔、金屬片、聚合材料等等。此外，在不同的實施例中，此處相關之「基板」可能在型態、形狀、及/或尺寸有所變化。舉例來說，在若干實施例中，此處相關之「基板」可能對應200 mm(毫米)半導體晶圓、300 mm半導體晶圓、或450 mm半導體晶圓。此外，在若干實施例中，此處相關之「基板」可能對應於非圓形基板，例如平板顯示器用之矩形基板或類似者。此處相關之「基板」在不同的例示實施例圖示中以基板105表示。
圖1A顯示根據本發明一個實施例的半導體基板處理系統400的垂直剖面。系統400包含腔室401，該腔室401係由頂部結構401B、底部結構401C、及延伸於頂部結構401B和底部結構401C之間的側壁401A所構成。腔室401圍起一處理區域106。在各種實施例中，只要腔室401的材料結構上能夠承受在電漿處理期間該腔室材料接觸到的差壓和溫度，且與電漿處理環境化學上相容，腔室側壁401A、頂部結構401B、及底部結構401C可由不同的材料所形成，例如不鏽鋼或鋁。
系統400亦包含一基板支持部107，其配置於腔室401之內且用以支持暴露於處理區域106的基板105。在對基板105執行電漿處理操作期間，基板支持部107係用以將基板105固持於其上。在圖1A的例示實施例中，基板支持部107係由附接至腔室401的壁401A的懸臂405加以固持。然而，在其他實施例中，基板支持部107可附接至腔室401的底板401C 或附接至配置於腔室401之內的其他構件。在各種實施例中，只要基板支持部107的材料結構上能夠承受在電漿處理期間其所接觸的差壓和溫度，且與電漿處理環境化學上相容，基板支持部107可由不同的材料所形成，例如不鏽鋼、鋁、或陶瓷。
在一個實施例中，基板支持部107包含偏壓電極112，其用於產生電場以將離子朝向基板支持部107吸引，且從而將離子朝向被固持於基板支持部107之上的基板105吸引。此外，在一個實施例中，基板支持部107包含數個冷卻通道116，在電漿處理操作期間冷卻流體可流動通過冷卻通道116以維持基板105的溫度控制。此外，在一個實施例中，基板支持部107可包含數個升降銷411，其係用以將基板105相對於基板支持部107升起或降下。在一個實施例中，門組件413配置於腔室壁401A之內，以允許將基板105插入腔室401或自腔室401移除。另外，在一個實施例中，基板支持部107係定義成一靜電夾頭，其配備成用以產生靜電場，以在電漿處理操作期間將基板105牢牢地固持在基板支持部107之上。
系統400更包含一頂板組件407，其配置於在基板支持部107上方且與基板支持部107分開的腔室401之內，俾以在基板105置放於基板支持部107之上時位於基板105上方且與基板105分開。基板處理區域106存在於頂板組件407和基板支持部107之間，俾以在基板105置放於基板支持部107之上時存在於基板105之上。在一個實施例中，基板支持部107係在垂直於基板支持部107的頂部表面的方向110上可移動，使得橫跨頂板組件407和基板支持部107之間的處理區域106垂直所測得之處理間隙距離113係可調整於約2 cm至約10 cm的範圍之內。此外，在一個實施例中，相對於頂板組件407的基板支持部107的垂直位置(反之亦然)在執行電漿處理操作期間或在多個電漿處理操作之間係可調整的。
圖2A顯示根據本發明一個實施例之頂板組件407的分離垂直剖面圖。頂板組件407包含上支持板408。頂板組件407亦包含數個電漿產生微腔室409A-409D，其藉由數個支持結構414A-414D分別附接至上支持板408。形成該數個支持結構414A-414D，以提供該數個電漿產生微腔室409A-409D其中相鄰配置者之間的徑向間隔，以及提供上支持板408和該 數個電漿產生微腔室409A-409D之間的軸向間隔。此外，該數個支持結構414A-414D每一者係以空間區域化(spatially localized)的方式加以形成，使得對於給定的電漿產生微腔室409A-409D在相鄰的支持結構414A-414D之間存在有流體流動路徑。
以此方式，相鄰配置的電漿產生微腔室409A-409D之間的徑向間隔與鄰近的支持結構414A-414D之間的流體流動路徑組合而形成流體式連接至周邊排放口412的數個軸向排放口410A-410D，其中該數個軸向排放口410A-410D在頂板組件407的底部表面407A處具有各自的流體入口，且其中該周邊排放口412在頂板組件407的側周邊表面407B處具有一流體出口。
圖2B顯示根據本發明一實施例如圖2A所描繪之頂板組件407的水平剖面圖A-A。圖2B顯示對於下層電漿產生微腔室409A的支持結構414A。此外，顯示電漿產生微腔室409A的一個氣體輸入通道G1，其作為穿過支持結構414A所形成的流體通道。雖然圖2B的例示實施例顯示對於電漿產生微腔室409A的一個氣體輸入通道G1，應理解的是，其他實施例依滿足操作性需求的需要可利用對於電漿產生微腔室409A的不同數量的氣體輸入通道G1。
圖2B亦顯示對於下層電漿產生微腔室409B的數個支持結構414B。同樣地，顯示電漿產生微腔室409B的數個氣體輸入通道G2，其作為分別穿過支持結構414B所形成的流體通道。雖然圖2B的例示實施例顯示對於電漿產生微腔室409B的八個支持結構414B以及八個對應之氣體輸入通道G2，應理解的是，其他實施例依滿足操作性需求的需要可利用對於電漿產生微腔室409B之不同數量的支持結構414B及/或氣體輸入通道G2。此外，在一個實施例中，若干支持結構414B可界定成沒有氣體輸入通道G2形成於其中。
圖2B亦顯示對於下層電漿產生微腔室409C的數個支持結構414C。同樣地，顯示電漿產生微腔室409C的數個氣體輸入通道G3，其作為分別穿過支持結構414C所形成的流體通道。雖然圖2B的例示實施例顯示對於電漿產生微腔室409C的十六個支持結構414C以及十六個對應氣 體輸入通道G3，應理解的是，其他實施例依滿足操作性需求的需要可利用對於電漿產生微腔室409C之不同數量的支持結構414C及/或氣體輸入通道G3。此外，在一個實施例中，若干支持結構414C可在沒有氣體輸入通道G3形成於其中的狀況下加以形成。
圖2B亦顯示對於下層電漿產生微腔室409D的數個支持結構414D。同樣地，顯示電漿產生微腔室409D的數個氣體輸入通道G4，其作為分別穿過支持結構414D所形成的流體通道。雖然圖2B的例示實施例顯示對於電漿產生微腔室409D的十六個支持結構414D以及十六個對應氣體輸入通道G4，應理解的是，其他實施例依滿足操作性需求的需要可利用對於電漿產生微腔室409D之不同數量的支持結構414D及/或氣體輸入通道G4。此外，在一個實施例中，若干支持結構414D可在沒有氣體輸入通道G4成於其中的狀況下加以形成。
圖2B亦顯示電漿產生微腔室409A及409B以相對於於彼此同中心的方式加以配置，以藉由軸向排放口410A加以分隔。圖2B亦顯示電漿產生微腔室409B及409C以相互於彼此同中心的方式加以配置，以藉由軸向排放口410B加以分隔。圖2B亦顯示電漿產生微腔室409C及409D以相互於彼此同中心的方式加以配置，以藉由軸向排放口410C加以分隔。圖2B亦顯示電漿產生微腔室409D以相對於外支持環445同中心的方式加以配置，以在電漿產生微腔室409D和外支持環445之間形成軸向排放口410D。
如圖2B所示，軸向排放口410A-410D係與相鄰的支持結構414A-414D之間的流動路徑(即開口區域)流體聯通，以提供從於頂板組件407的底部表面407A處的軸向排放口410A-410D的入口到於頂板組件407的側周邊表面407B處的周邊排放口412的出口的流體流動。因此，頂板組件407的結構在實質上垂直於頂板組件407的底部表面407A的軸向方向提供排放流體流動，該排放流體流動通過電漿產生微腔室409B-409D及上支持板408之間以及相鄰的支持結構414A-414D之間的開口區域，而至在頂板組件407的側周邊表面407B處的周邊排放口412。
再次參照圖2A，電漿產生微腔室409A-409D每一者，其上 電極連接至第一電源，且下電極連接至第二電源。具體而言，分別配置於電漿產生微腔室409A-409D之內的上電極(如上電極451B)具有各自的電源連接P1U、P2U、P3U、及P4U。同樣的，分別配置於電漿產生微腔室409A-409D之內的下電極(如下電極453B)具有各自的電源連接P1L、P2L、P3L、及P4L。如圖1所示，電源連接P1U、P2U、P3U、P4U、P1L、P2L、P3L、P4L每一者係連接至電源441。電源441係用於以獨立控制的方式，將功率供應至電源連接P1U、P2U、P3U、P4U、P1L、P2L、P3L、P4L每一者。因此，供應至電源連接P1U、P2U、P3U、P4U、P1L、P2L、P3L、P4L每一者的功率(即供應至電漿產生微腔室409A-409D之內的上電極(如451B)及下電極(如453B)每一者的功率)，可相對於任何電源規格(例如振幅、頻率、電壓、持續時間等)獨立地加以控制。
在一個實施例中，供應至上電極(如451B)及下電極(如453B)其中任一者的功率係DC功率、RF功率、或DC及RF功率的組合，在一個實施例中，供應至上電極(如451B)及下電極(如453B)其中任一者的功率係具有2MHz、27MHz、60MHz、400kHz、或其組合之頻率的RF功率。
此外，關於圖2A，氣體供應通道G1-G4每一者係連接至氣體供應器443。氣體供應器443係用於以獨立控制的方式供應一種以上製程氣體及/或氣體混合物到氣體供應通道G1-G4每一者。因此，供應至氣體供應通道G1-G4每一者(即供應至電漿產生微腔室409A-409D每一者)的製程氣體，可相對於任何製程氣體供應器規格(例如氣體類型、氣體混合物、流速、壓力、溫度、持續時間等等)而獨立地加以控制。
圖2C顯示根據本發明一個實施例如圖2A所描繪之頂板組件407的水平剖面圖B-B。水平剖面圖B-B係穿過電漿產生微腔室409A-409D的中高度位置而描繪，以分別顯示電漿產生微腔室409A-409D每一者的出口(輸出通道)455A-455D的分布。在一個實施例中，電漿產生微腔室409A-409D定義成操作於高達約一托(T)的內部壓力。此外，在一個實施例中，將處理區域106操作於約1mT到約100mT之壓力範圍內。電漿產生微腔室409A-409D的出口(輸出通道)455A-455D係用以提 供且控制電漿產生微腔室409A-409D內部與處理區域106之間的壓力降。
在系統400的操作期間，通過氣體供應通道G1-G4所供應的製程氣體，在供應至上電極(如451B)及下電極(如453B)的功率的作用下，轉換為電漿產生微腔室409A-409D之內的電漿。在電漿內的反應成分移動通過電漿產生微腔室409A-409D的出口(輸出通道)455A-455D而進入基板支持部107上方的基板處理區域106，亦即是當基板105置於基板支持部107之上時移動至基板105之上。
經使用的製程氣體自基板處理區域106流動通過軸向排放口410A-410D，且流出頂板組件407之中的周邊排放口412而朝向腔室周邊通氣口427。此外，經使用的製程氣體，自基板處理區域106流動通過徑向排放口426而朝向腔室周邊通氣口427。自腔室周邊通氣口427，藉由排氣泵431通過腔室排放埠429將經使用的製程氣體抽出。在一個實施例中，設置一流量節流裝置433，以控制自基板處理區域106之經使用的製程氣體的流速。在一個實施例中，流量節流裝置433定義成環狀結構，其係可朝向及背向周邊通氣口427而移動，如箭頭435所示。
圖1B顯示根據本發明一個實施例之半導體基板處理系統400的變形例的垂直剖面。具體而言，圖1B顯示一流量節流裝置436，其用於控制通過頂板組件407之中的周邊排放口412之經使用的製程氣體的流速。此外，圖1B顯示一流量節流裝置437，其用於控制通過徑向排放口426之經使用的製程氣體的流速。應理解的是，流量節流裝置436及437每一者可以獨立控制的方式上下移動，藉此對通過頂板組件407中的周邊排放口412與徑向排放口426之經使用製程氣體的流速提供獨立的控制。
在一個實施例中，如圖1A所示，系統400不具備流量節流裝置436及437任一者。在另一實施例中，如圖1B所示，系統400具有流量節流裝置436及437二者。在其他實施例中，系統400可設有流量節流裝置436或流量節流裝置437其中任一者。同樣地，在系統400設有流量節流裝置436及437二者的一實施例中，系統400可不設有流量節流裝置433。應理解的是，流量節流裝置433、436、及437每一者的位置，可藉由分別地與各自的移動裝置(例如步進馬達、伺服馬達等等)建立機械連接 而獨立地加以控制。
圖2D顯示根據本發明一實施例之電漿產生微腔室409B的特寫垂直剖面圖。電漿產生腔室409B包含具有下表面452B的上電極451B，下表面452B形成電漿產生區域480B的上邊界。電漿產生微腔室409B亦包含具有上表面454B的下電極453B，上表面454B形成電漿產生區域480B的下邊界。電漿產生微腔室409B亦包含側壁外殼463B1/463B2，其形成為在上電極451B和下電極453B之間延伸，俾以圍起上電極451B和下電極453B之間的電漿產生區域480B的周邊。側壁外殼463B1/463B2係由電絕緣材料所形成。在一個實施例中，側壁外殼463B1/463B2的材料具有在約3皮法拉(picoFarad)至約10皮法拉範圍之內的電容。
電漿產生微腔室409B亦包含上絕緣片465B，其配置於與電漿產生區域480B為相反側之上電極451B的上表面之上。上絕緣片465B係由電絕緣材料所形成。在一個實施例中，上絕緣片465B的材料具有在約50皮法拉(picoFarad)至約70皮法拉範圍之內的電容。電漿產生微腔室409B亦包含上接地板469B，其配置於與上電極451B為相反側之上絕緣板465B的上表面之上。
電漿產生微腔室409B亦包含下絕緣片467B，其配置於與電漿產生區域480B為相反側之下電極453B的下表面之上。下絕緣片467B係由電絕緣材料所形成。在一個實施例中，下絕緣片467B的材料具有在約50皮法拉至約70皮法拉範圍之內的電容。電漿產生微腔室409B亦包含下接地板471B，其配置於與下電極453B為相反側之下絕緣板467B的下表面之上。
上接地板469B、上絕緣片465B、及上電極451B每一者包含數個流體連接通道461B，其用於將製程氣體自氣體供應通道G2供應至電漿產生區域480B。在一個實施例中，流體連接通道461B係用以將製程氣體實質上均勻分布至電漿產生區域480B之中。
此外，下接地板471B、下絕緣片467B、及下電極453B每一者包含數個輸出通道455B，其用於將使用過的製程氣體及反應性成分自電漿產生區域480B輸出至基板處理區域106之中，如箭頭481所示。在一 個實施例中，布置輸出通道455B，以將反應性成分自電漿產生區域480B實質上均勻分配至在電漿產生微腔室409B下方的基板處理區域106的部分。箭頭483係通過軸向排放口410A、410B而朝向周邊排放口412的排放氣流路徑。
在一個實施例中，用於將製程氣體及反應性成分自電漿產生區域480B輸出的該數個輸出通道455B每一者，係定義為在下接地板471B的下表面472B與下電極453B的上表面454B之間以實質上垂直方向延伸的圓柱形孔。在一個實施例中，該數個輸出通道455B每一者之直徑係在約0.5毫米至約2毫米的範圍之內。此外，在一個實施例中，在下接地板471B的下表面472B與下電極453B的上表面454B之間垂直測得的距離(即輸出通道的長度)係在約2毫米至約5毫米的範圍之內。此外，在一個實施例中，該數個輸出通道455B每一者之長寬比係在約4比1到約10比1的範圍之內。在一個實施例中，輸出通道455B和電漿產生微腔室409A、409C、及409D的相等輸出通道，具有小於2.4毫米之直徑與高於3.5毫米的長度。
應理解的是，輸出通道455B的高長寬比提供電漿產生微腔室409B之內的電漿產生區域480B和基板處理區域106之間增加的差壓，使得電漿產生區域480B可操作於相對於基板處理區域106較高的壓力。在一個實施例中，電漿產生區域480B係操作於大於1托的內壓力，使得在電漿產生區域480B之內所產生的三倍離子平均自由路徑遠小於在電漿產生區域480B的邊界處的電漿鞘長度，藉此減少對電漿產生微腔室409B的內部表面的離子濺擊。
再次參照圖1A，在基板支持部107之內的電極112係用以橫跨介於基板支持部107和頂板組件407的下表面(如472B)之間的處理區域106而施加偏壓電壓。藉由利用電極112橫跨處理區域106所施加的偏壓電壓，可將在電漿產生微腔室409A-409D之內所形成的適當帶電物種拉進處理區域106。
在一個實施例中，除了用以將製程氣體供應至電漿產生區域480B的該數個流體連接通道461B之外，上電極451B係定義為導電材料的 實心板。同樣的，在一個實施例中，除了輸出通道455B之外，下電極453B係定義為導電材料的實心板。將上電極451B及下電極453B每一者加以連接而自電源441接收功率，藉此利用所接收的功率將電漿產生區域480B之內的製程氣體轉換為電漿。
在一個實施例中，將上電極451B經由電源連接P2U而電連接至第一電源，並且將下電極453B經由電源連接P2L而電連接至第二電源。在一個實施例中，第一和第二電源每一者係獨立可控制的。此外，在一個實施例中，第一和第二電源之間的相位差係180度。在一個實施例中，將低頻(小於1MHz)RF功率，以上電極451B和下電極453B之間180度異相，供應至上電極451B和下電極453B二者，俾以在電漿產生區域480B之內產生高密度電漿。利用低頻(小於1MHz)RF功率亦提供高持續電壓，其產生穿過輸出通道455B而射出的高速彈頭電子(bullet electron)，以增進在基板處理區域106之內的電子束激發電漿(EBEP,electron beam excited plasma)功效。
在一個實施例中，在上電極(如451B)的頂部表面和底部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的上電極(如451B)的厚度，係在約2毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，上電極(如451B)的厚度係約5毫米。在一個實施例中，在下電極(如453B)的頂部表面和底部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的下電極(如453B)的厚度，係在約2毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，下電極(如453B)的厚度係約5毫米。
在一個實施例中，在上絕緣片(如上絕緣片465B)的頂部表面和底部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的上絕緣片(如465B)的厚度，係在約2毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，上絕緣片(如465B)的厚度係約10毫米。在一個實施例中，在下絕緣片(如下絕緣片467B)的頂部表面和底部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的下絕緣片(如467B)的厚度，係在約2毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，下絕緣片(如467B)的厚度係約10毫米。
在一個實施例中，在上接地板(如469B)的頂部表面和底 部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的上接地板(如469B)的厚度，係在約10毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，上接地板(如469B)的厚度係約20毫米。在一個實施例中，在下接地板(如471B)的頂部表面和底部表面之間垂直延伸的垂直方向上所測得的下接地板(如471B)的厚度，係在約10毫米到約50毫米之範圍內。在一個實施例中，下接地板(如471B)的厚度係約20毫米。
在各種實施例中，上電極(如451B)及下電極(如453B)係由鋁、矽、矽碳化物、或其他可加工金屬、或任何其組合所構成。在一個實施例中，上電極(如451B)及下電極(如453B)二者係由矽所形成。在各種實施例中，例如463B1/463B2之側壁外殼係由鋁氧化物、鋁氮化物、釔氧化物、石英、或其他可加工絕緣體、或其任何組合所形成。在一個實施例中，例如463B1/463B2之側壁外殼每一者係由鋁氧化物所形成。
在各種實施例中，上絕緣片(如465B)及下絕緣片(如467B)係由鋁氧化物、鋁氮化物、釔氧化物、石英、或其他可加工絕緣體、或任何其組合所構成。在一個實施例中，上絕緣片(如465B)及下絕緣片(如467B)每一者係由鋁氧化物所形成。在各種實施例中，上接地板(如469B)及下接地板(如471B)係由鋁、矽、矽碳化物、或其他可加工金屬、或任何其組合所構成。在一個實施例中，上接地板(如469B)及下接地板(如471B)二者係由矽所形成。
應理解的是，電漿產生微腔室409B的結構係代表電漿產生微腔室409C及409D每一者的結構。在圖1A-2D的例示系統400中的電漿產生微腔室409B、409C、及409D每一者係環形的。更具體而言，在電漿產生微腔室409B之中的上電極451B、上絕緣片465B、上接地板469B、下電極453B、下絕緣片467B、及下接地板471B的每一者，以及其在電漿產生微腔室409C及409D的相當元件，當垂直於其上或下表面視之，係具有一環形區域。同樣地，在電漿產生微腔室409B之中的側壁外殼463B1/463B2，以及其在電漿產生微腔室409C及409D的相當元件包含以垂直於其上或下表面觀察之一內環形側壁463B2及外環形側壁463B1，使得電漿產生微腔室409B、409C、及409D每一者係環形的。
此外，應理解的是，除了電漿產生微腔室409A的整體形狀之外，電漿產生微腔室409B的結構係代表電漿產生微腔室409A的結構。電漿產生微腔室409B係環形的，而電漿產生微腔室409A係圓柱形的。更具體而言，在電漿產生微腔室409A之中，上電極(如451B)、上絕緣片(如465B)、上接地板(如469B)、下電極(如453B)、下絕緣片(如467B)、及下接地板(如471B)的每一者，當垂直於其上或下表面視之，具有圓形區域。同樣地，在電漿產生微腔室409A之中，側壁外殼(如463B1)當垂直於其上或下表面視之係環狀的，使得電漿產生微腔室409A係圓柱形的。
再次參照圖2A，應理解的是，頂板組件407係電漿產生及軸向排放組件。在頂板組件407之中，支持結構414A-414D係附接至上支持板408，以在背向上支持板408的實質上垂直方向上延伸。電漿產生微腔室409A係在上支持板408實質上中心的位置處附接至支持結構414A的一第一部分的中心圓柱形電漿產生微腔室409A。電漿產生微腔室409B-409D代表分別附接至數個支持結構414B-414D相對應部分的複數環形電漿產生微腔室409B-409D。複數環形電漿產生微腔室409B-409D係以同中心方式圍繞中心圓柱形電漿產生微腔室409A配置。
中心圓柱形電漿產生微腔室409A與複數環形電漿產生微腔室409B-409D之相鄰配置者係彼此分隔開，以在其間形成軸向排放口410A-410D。軸向排放口410A-410D每一者係流體連接至一流體流動區域，該流體流動區域係在支持結構414A-414D之間以及複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者和上支持板408之間。該流體流動區域係流體連接至周邊排放口412，該周邊排放口412係形成於上支持板408的周邊處，其在上支持板408和複數環形電漿產生微腔室其中最外側者409D之間。
中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者，包含流體連接至製程氣體供應器443的電漿產生區域(如480B)。中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含：上電極(如451B)，其配置成暴露於電漿產生區域(如480B)；及下電極(如453B)，其配置成暴露於電漿產生區域(如480B)。在一個實施例中，上電極(如451B)每一者與下電極(如453B) 每一者係電連接至一個別獨立可控制的電源441。
在中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者之中，上電極(如451B)和下電極(如453B)每一者係藉由電絕緣側壁外殼(如463B1/463B2)而加以物理性分隔。側壁外殼(如463B1/463B2)形成電漿產生區域(如480B)的周邊邊界。此外，中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含輸出通道(如455B)，其係用於以實質上垂直於上支持板408且背向上支持板408的方向引導自電漿產生區域(如480B)的流體流動。
此外，中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含一上接地板(如469B)，其附接至該數個支持結構414A-414D的相對應的部分。此外，中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含一上絕緣片(如465B)，其配置於上接地板(如469B)和上電極(如451B)之間。
此外，中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含一下絕緣片(如467B)，其配置於與電漿產生區域(如480B)為相反側之下電極(如453B)的下表面之上。此外，中心圓柱形電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含一下接地板(如471B)，其配置於與下電極(如453B)為相反側之下絕緣片(如467B)的下表面上。
再度參照圖1A，半導體基板處理系統400包含基板支持部107，其用以支持暴露於基板處理區域106的基板105。頂板組件407係位於基板支持部107上方且與基板支持部107分隔開，使得基板處理區域106存在於頂板組件407和基板支持部107之間。頂板組件407包含中心電漿產生微腔室409A，其位於頂板組件407之上實質中心的位置處。頂板組件407亦包含複數環形電漿產生微腔室409B-409D，其以同中心的方式圍繞中心電漿產生微腔室409A加以配置。
中心電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D之相鄰配置者係彼此分隔開，以形成數個軸向排放口410A-410D於其間。此外，中心電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室 409B-409D每一者係用以於其中產生對應的電漿，且將其電漿的反應性成分供應至頂板組件407和基板支持部107之間的基板處理區域106。
中心電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者包含一電漿產生區域(如480B)，其以上電極(如451B)、下電極(如453B)、及延伸於上電極(如451B)和下電極(如453B)之間的電絕緣側壁外殼(如463B1/463B2)作為邊界，俾以圍起該電漿產生區域(如480B)。將中心電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者的各個上電極(如451B)和下電極(如453B)加以電連接，以自各自的獨立可控制電源441接收功率。此外，將中心電漿產生微腔室409A和複數環形電漿產生微腔室409B-409D每一者加以流體連接，以自各別的製程氣體供應器443接收製程氣體。軸向排放口410A-410D係流體連接至基板支持部107的周邊外側的腔室之內的周邊排放口412。
應理解的是，在各種實施例中，不同的電漿產生微腔室409A-409D可相對於氣體類型、氣體流速、氣壓、電源頻率、電源振幅、開啟持續時間、關閉持續時間、及時序而加以製程控制。此外，不同的電漿產生微腔室409A-409D可以連續方式、脈衝方式、或序列方式加以操作。
圖3顯示根據本發明一個實施例之半導體基板處理方法的流程圖。該方法包含操作501，操作501係將基板置放在暴露於一基板處理區域的一基板支持部之上。該方法亦包含操作503，操作503係將一種以上製程氣體及射頻功率供應至在暴露於該基板處理區域的該基板支持部上方所配置的一中心電漿產生微腔室及複數環形電漿產生微腔室每一者。該射頻功率在該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室每一者之中將該一種以上製程氣體轉換為電漿。在一個實施例中，在操作503之中，對於該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室每一者，個別且獨立地控制該一種以上製程氣體及射頻功率的供應。
該方法更包含一操作505，其用於將電漿的反應性成分自該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室每一者流動至該基板處理區域之中，以將基板暴露於該反應性成分。該方法亦包含一操作507，其用於通過位於該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室之相鄰 配置者之間的軸向排放口，將製程氣體自該基板處理區域移除。
在一個實施例中，該方法亦包含將該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室每一者之中的該上電極及該下電極以推拉(push-pull)方式操作以產生彈道電子，並將該等彈道電子引導至基板處理區域之中。此外，在一個實施例中，該方法包含施加一偏壓功率至位於該基板支持部之內的一偏壓電極，以影響在該基板處理區域之內的帶電物種的運動。此外，在一個實施例中，該方法包含通過位於該基板支持部周邊的一徑向排放口，將製程氣體自該基板處理區域移除。
此處所揭露之頂板組件407提供在電漿處理腔室401之內嵌入遠端電漿源，即電漿產生微腔室409A-409D。在此實例中，遠端電漿源係關於在電漿產生微腔室409A-409D的電漿產生區域(如480B)之內所產生的電漿，其中電漿產生區域(如480B)未直接開放暴露於基板。換言之，頂板組件407的電漿產生微腔室409A-409D被視為遠端電漿源，係因為反應性成分必須自電漿產生區域(如480B)移動通過輸出通道(如455B)以抵達基板處理區域106。
電漿產生微腔室409A-409D在其各自的電漿產生區域(如480B)提供獨立的自由基產生。此外，電漿產生微腔室409A-409D提供產生電子束並注入基板處理區域106，以增進基板處理區域106之內的電子束激發電漿(EBEP)效應。徑向分段式電漿產生微腔室409A-409D(即環形遠端電漿源)的使用，提供整個平行於基板支持部107的基板處理區域之自由基和離子的徑向分布的控制。應理解的是，雖然參照圖1A-2D所顯示和描述的例示實施例包含四個同中心電漿產生微腔室409A-409D，其他實施例可能利用更多或更少電漿產生微腔室。此外，其他實施例可利用不同尺寸的電漿產生微腔室，該尺寸係相對於基板支持部之徑向位置的函數。此外，在一個實施例中，系統400包含在最外側電漿產生微腔室和腔室401之間的邊界區域處的一中空陽極接地電極，以增進EBEP效應並降低腔室401之內的電漿電位。
此外，應理解的是，在頂板組件407之內的軸向排放口410A-410D提供基板處理區域106之內增進製程氣體和副產物滯留時間控 制。舉例來說，在若干應用中，需要低滯留時間以降低副產物再沉積。在一個實施例中，在頂板組件407的軸向排放口410A-410D提供低於10毫秒的基板處理區域之內的製程氣體滯留時間。此外，應理解的是，與單獨使用徑向排放口426相比，在頂板組件407之中的軸向排放口410A-410D實質增加通過基板處理區域106之製程氣體傳導性。舉例來說，在一個實施例中，單獨徑向排放口426提供通過基板處理區域106之每秒約510公升的製程氣體傳導，而軸向排放口410A-410D與徑向排放口426的組合提供通過基板處理區域106之每秒約1270公升的製程氣體傳導。
鑒於此處揭示內容，應了解的是，半導體基板處理系統400、以及實現於其中的頂板組件407，至少提供以下改進：●在基板處理操作期間整個基板的獨立離子和中性物種流量控制，●至基板之上的離子轟擊能量的獨立控制，及●與蝕刻和沉積製程相關聯的整個基板的製程氣體和副產物管理。
雖然本發明已就數個實施例加以描述，應了解的是熟習此技藝者在閱讀前述說明書和習得該等圖式後將明瞭各種其變化、附加、置換、和均等物。因此，本發明應包含落入本發明的真正精神和範疇的所有此等變化、附加、置換、和均等物。
106‧‧‧處理區域
408‧‧‧上支持板
409A-409C‧‧‧微腔室
410A、410B‧‧‧軸向排放口
414A、414B‧‧‧支持結構
451B‧‧‧上電極
452B‧‧‧表面
453B‧‧‧下電極
454B‧‧‧表面
455B‧‧‧出口(輸出通道)
461B‧‧‧通道
463B1、463B2‧‧‧側壁外殼
465B‧‧‧上絕緣片
467B‧‧‧下絕緣片
469B‧‧‧上接地板
471B‧‧‧下接地板
472B‧‧‧下表面
480B‧‧‧電漿產生區域
481‧‧‧箭頭
483‧‧‧箭頭

Claims (27)

  1. 一種電漿產生微腔室，包含：一上電極，具有形成一電漿產生區域的上邊界的一下表面；一下電極，具有形成該電漿產生區域的下邊界的一上表面；一側壁外殼，延伸於該上電極與該下電極之間，以在該上電極和該下電極之間圍起該電漿產生區域的周邊，其中該側壁外殼係由電絕緣材料所形成；一上絕緣片，配置於與該電漿產生區域為相反側之該上電極的一上表面之上；一上接地板，配置於與該上電極為相反側之該上絕緣片的一上表面之上；一下絕緣片，配置於與該電漿產生區域為相反側之該下電極的一下表面之上；一下接地板，配置於與該下電極為相反側之該下絕緣片的一下表面之上；其中，該上接地板、上絕緣片、及上電極每一者包含數個流體連接通道，用於將製程氣體供應至該電漿產生區域，且其中，該下接地板、下絕緣片、及下電極每一者包含數個輸出通道，用於將該製程氣體和反應性成分自該電漿產生區域輸出進入一基板處理區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿產生微腔室，其中除用以將該製程氣體供應至該電漿產生區域的該數個流體連接通道之外，該上電極和下電極每一者係定義為導電材料的實心板。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿產生微腔室，其中用於輸出該製程氣體和反應性成分的該數個輸出通道每一者，係定義成一圓柱形孔，該圓柱形孔以實質上垂直方向延伸於該下接地板的下表面和該下電極的該上表面之間。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿產生微腔室，其中用於輸出該製程氣體和反應性成分的該數個輸出通道每一者之直徑係在約0.5毫米至約2毫米的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第3項之電漿產生微腔室，其中在該下接地板的該下表面和該下電極的該上表面之間垂直測得的距離，係在約2毫米至約5毫米的範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿產生微腔室，其中該上電極係電連接至一第一電源，且其中該下電極係電連接至一第二電源，其中該第一和第二電源每一者係獨立可控制的。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿產生微腔室，其中該第一和第二電源的相位差係180度。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿產生微腔室，其中該上電極、上絕緣片、上接地板、下電極、下絕緣片、及下接地板每一者當垂直於其上表面或下表面觀察係具有一圓形區域，且其中該側壁外殼當垂直於其上表面或下表面觀察係環形，使得該電漿產生微腔室係圓柱形。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿產生微腔室，其中該上電極、上絕緣片、上接地板、下電極、下絕緣片、及下接地板每一者當垂直於其上表面或下表面觀察係具有一環形區域，且其中該側壁外殼包含一內側壁和一外側壁，當垂直於該內側壁和外側壁的上表面或下表面觀察，該內側壁和該外側壁係環形，俾使該電漿產生微腔室係環形。
  10. 一種電漿產生和軸向排放組件，包含：一上支持板；數個支持結構，附接至該上支持板，俾以在背向該上支持板的實質上垂直方向上延伸； 一中心圓柱形電漿產生微腔室，在實質上該上支持板之中心的位置處附接至該數個支持結構的一第一部分；及複數環形電漿產生微腔室，附接至該數個支持結構的對應部分，該複數環形電漿產生微腔室係以同中心的方式圍繞該中心圓柱形電漿產生微腔室加以配置；其中該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者係彼此分隔，以在其間形成數個軸向排放口，其中各軸向排放口係流體連接至一流體流動區域，該流體流動區域係在該數個支持結構之間以及在該複數環形電漿產生微腔室每一者和該上支持板之間，其中該流體流動區域係流體連接至一周邊排放口，該周邊排放口係形成於在該複數環形電漿產生微腔室其中最外側者和該上支持板之間的該上支持板的周邊處。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿產生和軸向排放組件，其中該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者包含與一製程氣體供應器流體連接的一電漿產生區域。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿產生和軸向排放組件，其中該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者包含一上電極和一下電極，該上電極配置成暴露於該電漿產生區域，該下電極配置成暴露於該電漿產生區域。
  13. 如申請專利範圍第12項之電漿產生和軸向排放組件，其中該上電極和下電極每一者係電連接至一個別獨立可控制的電源。
  14. 如申請專利範圍第12項之電漿產生和軸向排放組件，其中該上電極和下電極每一者係藉由一電絕緣側壁外殼加以物理性分隔，其中該側壁外殼形成該電漿產生區域的周邊邊界。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿產生和軸向排放組件，其中該中心圓柱 形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者包含數個輸出通道，該數個輸出通道係用於以背向該上支持板且實質上垂直於該上支持板的方向，自該電漿產生區域引導一流體流動。
  16. 如申請專利範圍第15項之電漿產生和軸向排放組件，其中該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者包含附接至該數個支持結構的其相對應部分的一上接地板、及配置於該上接地板和該上電極之間的一上絕緣片。
  17. 如申請專利範圍第16項之電漿產生和軸向排放組件，其中該中心圓柱形電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者包含：一下絕緣片，配置於與該電漿產生區域為相反側之該下電極的下表面之上；及一下接地板，配置於與該下電極為相反側之該下絕緣片的一下表面之上。
  18. 一種半導體基板處理系統，包含：一基板支持部，用以支持暴露於一處理區域的一基板；及一頂板組件，配置於該基板支持部上方且與該基板支持部分隔開，使得該處理區域存在於該頂板組件和該基板支持部之間，該頂板組件包含位在該頂板組件實質上中心之位置的一中心電漿產生微腔室，該頂板組件亦包含複數環形電漿產生微腔室，該複數環形電漿產生微腔室以同中心方式圍繞該中心電漿產生微腔室加以配置，其中該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者係彼此分隔開，以在其間形成數個軸向排放口，且其中該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者係用以在其中產生對應的電漿，且將其電漿的反應性成分供應至介於該頂板組件和該基板支持部之間的該處理區域。
  19. 如申請專利範圍第18項之半導體基板處理系統，其中該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者包含一電漿產生區域，該電漿產生區域係以一上電極、一下電極、及延伸於該上電極和下電極之間的一 電絕緣側壁外殼為邊界，以圍起該電漿產生區域。
  20. 如申請專利範圍第19項之半導體基板處理系統，其中將該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者的該上電極和下電極每一者加以電連接，以從各自的獨立可控制電源接收功率。
  21. 如申請專利範圍第19項之半導體基板處理系統，其中將該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者加以流體連接，以從各自的製程氣體供應器接收製程氣體。
  22. 如申請專利範圍第18項之半導體基板處理系統，其中將該數個軸向排放口流體連接至在該基板支持部的周邊之外的腔室之內的一周邊排放口。
  23. 一種半導體基板處理方法，包含：將一基板置放在暴露於一基板處理區域的一基板支持部之上；將一種以上製程氣體和射頻功率供應至配置在暴露於該基板處理區域的該基板支持部上方的一中心電漿產生微腔室和複數環形電漿產生微腔室每一者，藉此在該中心電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者之中該射頻功率將該一種以上製程氣體轉換成電漿；將該電漿的反應性成分自該中心電漿產生微腔室和該複數環形電漿產生微腔室每一者流動至該基板處理區域之中，以將該基板暴露於該反應性成分；及將製程氣體通過軸向排放口自該基板處理區域移除，該等軸向排放口係位於該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室其中相鄰配置者之間。
  24. 如申請專利範圍第23項之半導體基板處理方法，其中對於該中心電漿產生微腔室與該複數環形電漿產生微腔室每一者個別地且獨立地控制該一種以上製程氣體和射頻功率的供應。
  25. 如申請專利範圍第23項之半導體基板處理方法，更包含：將該中心電漿產生微腔室及該複數環形電漿產生微腔室每一者之中的上電極和下電極以推拉方式操作，以產生彈道電子並將該等彈道電子引導至該基板處理區域之中。
  26. 如申請專利範圍第23項之半導體基板處理方法，更包含：將一偏壓功率施加至配置於該基板支持部之內的一偏壓電極，以影響該基板處理區域之內的帶電物種的運動。
  27. 如申請專利範圍第23項之半導體基板處理方法，更包含：通過位於該基板支持部的周邊之一徑向排放口將製程氣體自該基板處理區域移除。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201600129XA (en) * 2013-08-09 2016-02-26 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP6224266B2 (ja) * 2014-10-29 2017-11-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 放電発生器とその電源装置
KR101629213B1 (ko) * 2015-02-02 2016-06-10 (주) 일하하이텍 기판 처리 장치 및 방법
US20170092470A1 (en) * 2015-09-28 2017-03-30 Applied Materials, Inc. Plasma reactor for processing a workpiece with an array of plasma point sources
US10309015B2 (en) 2017-01-17 2019-06-04 Psk Inc. Substrate treating apparatus and substrate treating method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110212624A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Hudson Eric A System, method and apparatus for plasma etch having independent control of ion generation and dissociation of process gas

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4382186A (en) 1981-01-12 1983-05-03 Energy Sciences Inc. Process and apparatus for converged fine line electron beam treatment of objects
US4871421A (en) 1988-09-15 1989-10-03 Lam Research Corporation Split-phase driver for plasma etch system
JP2819420B2 (ja) 1989-11-20 1998-10-30 東京エレクトロン株式会社 イオン源
DE4026367A1 (de) 1990-06-25 1992-03-12 Leybold Ag Vorrichtung zum beschichten von substraten
US5248371A (en) 1992-08-13 1993-09-28 General Signal Corporation Hollow-anode glow discharge apparatus
JP3095614B2 (ja) 1993-04-30 2000-10-10 株式会社東芝 半導体ウェハ等の被処理体をプラズマ処理するに際して使用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2625370B2 (ja) 1993-12-22 1997-07-02 日本電気株式会社 電界放出冷陰極とこれを用いたマイクロ波管
US6017221A (en) 1995-12-04 2000-01-25 Flamm; Daniel L. Process depending on plasma discharges sustained by inductive coupling
DE69719108D1 (de) 1996-05-02 2003-03-27 Tokyo Electron Ltd Plasmabehandlungsgerät
US6258287B1 (en) 1996-08-28 2001-07-10 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for low energy electron enhanced etching of substrates in an AC or DC plasma environment
JP2868120B2 (ja) 1997-06-11 1999-03-10 川崎重工業株式会社 電子ビーム励起プラズマ発生装置
US6368678B1 (en) 1998-05-13 2002-04-09 Terry Bluck Plasma processing system and method
US6433480B1 (en) 1999-05-28 2002-08-13 Old Dominion University Direct current high-pressure glow discharges
US6872281B1 (en) 2000-09-28 2005-03-29 Lam Research Corporation Chamber configuration for confining a plasma
FR2817444B1 (fr) 2000-11-27 2003-04-25 Physiques Ecp Et Chimiques Generateurs et circuits electriques pour alimenter des decharges instables de haute tension
WO2002043466A2 (en) 2000-11-30 2002-06-06 North Carolina State University Non-thermionic sputter material transport device, methods of use, and materials produced thereby
US6563257B2 (en) 2000-12-29 2003-05-13 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Multilayer ceramic microdischarge device
JP3886424B2 (ja) * 2001-08-28 2007-02-28 鹿児島日本電気株式会社 基板処理装置及び方法
US6695664B2 (en) 2001-10-26 2004-02-24 Board Of Trustees Of The University Of Illinois Microdischarge devices and arrays
US20030101936A1 (en) 2001-12-04 2003-06-05 Dong Hoon Lee And Yong Moo Lee Plasma reaction apparatus
US6764658B2 (en) 2002-01-08 2004-07-20 Wisconsin Alumni Research Foundation Plasma generator
US6777352B2 (en) 2002-02-11 2004-08-17 Applied Materials, Inc. Variable flow deposition apparatus and method in semiconductor substrate processing
US6624583B1 (en) 2002-06-28 2003-09-23 Motorola, Inc. Method and apparatus for plasma treating a chemical species
US6806651B1 (en) 2003-04-22 2004-10-19 Zond, Inc. High-density plasma source
DE112004000057B4 (de) 2003-05-27 2008-09-25 Matsushita Electric Works, Ltd., Kadoma Plasmabehandlungsapparat und Plasmabehandlungsverfahren
US7632379B2 (en) 2003-05-30 2009-12-15 Toshio Goto Plasma source and plasma processing apparatus
US20050105580A1 (en) 2003-11-13 2005-05-19 Giapis Konstantinos P. Apparatus for and method of series operation of DC microdischarge stages in a tube geometry for microlaser applications
US20080008640A1 (en) 2004-08-24 2008-01-10 Yukio Watanabe Cluster-Free Amorphous Silicon Film, and Method and Apparatus for Producing the Same
US20060042755A1 (en) 2004-08-30 2006-03-02 Plasmamed, Llc Large surface area dry etcher
US20060042752A1 (en) 2004-08-30 2006-03-02 Rueger Neal R Plasma processing apparatuses and methods
US20060054279A1 (en) 2004-09-10 2006-03-16 Yunsang Kim Apparatus for the optimization of atmospheric plasma in a processing system
WO2007091993A2 (en) 2005-01-31 2007-08-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Plasma extraction microcavity plasma devive and method
ITMI20050585A1 (it) 2005-04-07 2006-10-08 Francesco Cino Matacotta Apparato e processo per la generazione accelerazione e propagazione di fasci di elettroni e plasma
US20070037408A1 (en) 2005-08-10 2007-02-15 Hitachi Metals, Ltd. Method and apparatus for plasma processing
US7695633B2 (en) 2005-10-18 2010-04-13 Applied Materials, Inc. Independent control of ion density, ion energy distribution and ion dissociation in a plasma reactor
US20070281105A1 (en) 2006-06-02 2007-12-06 Nima Mokhlesi Atomic Layer Deposition of Oxides Using Krypton as an Ion Generating Feeding Gas
US7718080B2 (en) 2006-08-14 2010-05-18 Micron Technology, Inc. Electronic beam processing device and method using carbon nanotube emitter
US7829469B2 (en) 2006-12-11 2010-11-09 Tokyo Electron Limited Method and system for uniformity control in ballistic electron beam enhanced plasma processing system
JP4900956B2 (ja) 2007-06-25 2012-03-21 東京エレクトロン株式会社 ガス供給機構及び基板処理装置
US8202393B2 (en) 2007-08-29 2012-06-19 Lam Research Corporation Alternate gas delivery and evacuation system for plasma processing apparatuses
US9287096B2 (en) 2007-09-27 2016-03-15 Lam Research Corporation Methods and apparatus for a hybrid capacitively-coupled and an inductively-coupled plasma processing system
DE112009000131T5 (de) 2008-01-18 2010-12-09 Kyocera Corporation Plasma-Generator und Entladungsvorrichtung und Reaktor, der einen Plasma-Generator verwendet
WO2009099252A1 (ja) 2008-02-08 2009-08-13 Tokyo Electron Limited 絶縁膜のプラズマ改質処理方法
US8409459B2 (en) 2008-02-28 2013-04-02 Tokyo Electron Limited Hollow cathode device and method for using the device to control the uniformity of a plasma process
EA030379B1 (ru) 2008-08-04 2018-07-31 Эй-Джи-Си Флет Гласс Норт Эмерике, Инк. Способ нанесения тонкопленочных покрытий с использованием плазменно-химического осаждения из газовой фазы (варианты)
US8252112B2 (en) 2008-09-12 2012-08-28 Ovshinsky Innovation, Llc High speed thin film deposition via pre-selected intermediate
JP2010161350A (ja) 2008-12-09 2010-07-22 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理方法
US8252192B2 (en) 2009-03-26 2012-08-28 Tokyo Electron Limited Method of pattern etching a dielectric film while removing a mask layer
US8043981B2 (en) 2009-04-21 2011-10-25 Applied Materials, Inc. Dual frequency low temperature oxidation of a semiconductor device
WO2011006018A2 (en) 2009-07-08 2011-01-13 Plasmasi, Inc. Apparatus and method for plasma processing
WO2011031521A2 (en) * 2009-08-27 2011-03-17 Applied Materials, Inc. Method of decontamination of process chamber after in-situ chamber clean
US9111729B2 (en) * 2009-12-03 2015-08-18 Lam Research Corporation Small plasma chamber systems and methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110212624A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Hudson Eric A System, method and apparatus for plasma etch having independent control of ion generation and dissociation of process gas

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