TWI577247B - 使用雙電漿源產生電漿之裝置及包括該裝置的用於處理基板之裝置 - Google Patents
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Description
本文揭示之本發明係關於使用雙電漿源產生電漿之裝置及包括該裝置之基板處理裝置。
使用電漿來處理基板之製程用以製造半導體、顯示器或太陽能電池。例如，用於半導體製造製程之蝕刻裝置、灰化裝置或清潔裝置包括用於產生電漿之電漿源，且基板可藉由該電漿來蝕刻、灰化或清潔。
具體而言，電感耦合電漿(ICP)型電漿源藉由允許時變電流流動穿過安裝於腔室處之線圈來在腔室中感應電磁場，且使用感應電磁場將供應至腔室之氣體激發至電漿狀態。然而，根據ICP型電漿源，在腔室之中心區域中產生的電漿之密度高於在腔室之邊緣區域中產生的電漿之密度。因而，沿基板直徑之電漿之密度分佈不規則。
另外，最近已使用用於處理具有約450mm之直徑的大尺寸基板之製程。因此，由於電漿之不規則密度引起之製程良率降級已成為一個問題。因而，需要在腔室各處規
則地產生電漿，以便改良電漿製程之良率。
本發明提供一種用於在腔室中規則地產生電漿之電漿產生裝置及一種包括該電漿產生裝置之基板處理裝置。
本發明亦提供一種用於控制在腔室中產生的電漿之密度分佈之電漿產生裝置及一種包括該電漿產生裝置之基板處理裝置。
本發明之實施例提供電漿產生裝置，該電漿產生裝置包括：RF電源，其經組配來供應RF信號；電漿腔室，其經組配來提供空間，電漿在該空間中產生；第一電漿源，其安裝於該電漿腔室之一部分處來產生電漿；以及第二電漿源，其安裝於該電漿腔室之另一部分處來產生電漿，該第二電漿源包括：複數個絕緣迴路，其沿該電漿腔室之圓周形成，其中製程氣體藉以注入且移動至該電漿腔室之氣體通道提供於每一絕緣迴路中；以及複數個電磁場施加器，其耦合至該等絕緣迴路且接收該RF信號，以將移動穿過該氣體通道之該製程氣體激發至電漿狀態。
在一些實施例中，該電磁場施加器可包括：磁芯，其由磁性材料形成且圍繞該絕緣迴路；以及線圈，其纏繞於該磁芯上。
在其他實施例中，該磁芯可包括：第一磁芯，其圍繞該絕緣迴路之第一部分以形成第一閉合迴路；以及第二磁芯，其圍繞該絕緣迴路之第二部分以形成第二閉合迴路。
在又一些實施例中，該第一磁芯可包括：第一子磁芯，
其形成該第一閉合迴路之一半部分；以及第二子磁芯，其形成該第一閉合迴路之另一半部分，且該第二磁芯可包括：第三子磁芯，其形成該第二閉合迴路之一半部分；以及第四子磁芯，其形成該第二閉合迴路之另一半部分。
在另一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可彼此串聯連接。
在又一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可包括彼此並聯連接之第一施加器組及第二施加器組。
在另一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可經組配，以使纏繞於該磁芯上之該線圈之匝數在自輸入端子至接地端子的方向上增加。
在又一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可經組配，以使該第一子磁芯與該第二子磁芯之間的距離及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間的距離在自輸入端子至接地端子的方向上減小。
在另一些實施例中，絕緣體可插入該第一子磁芯與該第二子磁芯之間及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間。
在又一些實施例中，該第二電漿源可包括八個電磁場施加器，其中該八個電磁場施加器中之四個可彼此串聯連接來形成第一施加器組，其中該八個電磁場施加器中之其他四個可彼此串聯連接來形成第二施加器組，其中該第一施加器組可並聯連接至該第二施加器組，其中形成該第一施加器組之該四個電磁場施加器可具有1：1.5：4：8之阻抗比，其中形成該第二施加器組之該四個電磁場施加器可具
有1：1.5：4：8之阻抗比。
在另一些實施例中，該線圈可包括：第一線圈，其纏繞於該磁芯之一部分上；以及第二線圈，其纏繞於該磁芯之另一部分上，其中該第一線圈及該第二線圈可相互感應地耦合。
在又一些實施例中，該第一線圈及該第二線圈可具有相同的匝數。
在另一些實施例中，該電漿產生裝置可進一步包括電抗元件，該電抗元件連接至該第二電漿源之接地端子。
在又一些實施例中，該電漿產生裝置可進一步包括相位調整器，該相位調整器提供至該等複數個電磁場施加器之間的節點，以等效地確定每一節點處之該RF信號之相位。
在另一些實施例中，該電漿產生裝置可進一步包括：電抗元件，其連接至該第二電漿源之接地端子；以及分路電抗元件，其連接至該等複數個電磁場施加器之間的節點。在又一些實施例中，該分路電抗元件之阻抗可為該等相互感應地耦合之線圈中之第二線圈及該電抗元件的組合阻抗之一半。
在另一些實施例中，該第一電漿源可包括天線，該天線安裝於該電漿腔室上，以在該電漿腔室中感應電磁場。
在又一些實施例中，該第一電漿源可包括電極，該等電極安裝於該電漿腔室中，以在該電漿腔室中形成電場。
在另一些實施例中，包括氨氣及氫氣中至少一個之製
程氣體可經注入至該電漿腔室之上部分中，其中包括氧氣及氮氣中至少一個之製程氣體可經注入至該絕緣迴路中。
在本發明之其他實施例中，基板處理裝置包括：製程單元，其包含製程腔室且提供空間，製程在該空間中執行，其中基板佈置於該製程腔室中；電漿產生單元，其經組配來產生電漿且提供該電漿至該製程單元；以及排氣單元，其經組配來排放該製程單元中之氣體及副產物，該電漿產生單元包括：RF電源，其經組配來供應RF信號；電漿腔室，其經組配來提供空間，電漿在該空間中產生；第一電漿源，其安裝於該電漿腔室之一部分處來產生電漿；以及第二電漿源，其安裝於該電漿腔室之另一部分處來產生電漿，該第二電漿源包括：複數個絕緣迴路，其沿該電漿腔室之圓周形成，其中製程氣體藉以注入且移動至該電漿腔室之氣體通道提供於每一絕緣迴路中；以及複數個電磁場施加器，其耦合至該等絕緣迴路且接收該RF信號，以將移動穿過該氣體通道之該製程氣體激發至電漿狀態。
在一些實施例中，該電磁場施加器可包括：磁芯，其由磁性材料形成且圍繞該絕緣迴路；以及線圈，其纏繞於該磁芯上。
在其他實施例中，該磁芯可包括：第一磁芯，其圍繞該絕緣迴路之第一部分以形成第一閉合迴路；以及第二磁芯，其圍繞該絕緣迴路之第二部分以形成第二閉合迴路。
在又一些實施例中，該第一磁芯可包括：第一子磁芯，其形成該第一閉合迴路之一的半個部分的第一子磁芯；以
及第二子磁芯，其形成該第一閉合迴路的之另一半個部分的第二子磁芯，且該第二子磁芯可包括：第三子磁芯，其形成該第二閉合迴路之一的半個部分的第三子磁芯；以及第四子磁芯，其形成該第二閉合迴路之另一半部分。
在另一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可彼此串聯連接。
在又一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可包括彼此並聯連接之第一施加器組及第二施加器組。
在另一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可經組配，以使纏繞於該磁芯上之該線圈之匝數在自輸入端子至接地端子的方向上增加。
在又一些實施例中，該等複數個電磁場施加器可經組配，以使該第一子磁芯與該第二子磁芯之間的距離及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間的距離在自輸入端子至接地端子之方向上減小。
在另一些實施例中，絕緣體可插入該第一子磁芯與該第二子磁芯之間及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間。
在又一些實施例中，該第二電漿源可包括八個電磁場施加器，其中該八個電磁場施加器中之四個可彼此串聯連接來形成第一施加器組，其中該八個電磁場施加器中之另外四個可彼此串聯連接來形成第二施加器組，其中該第一施加器組可並聯連接至該第二施加器組，其中形成該第一施加器組之該四個電磁場施加器可具有1：1.5：4：8之阻抗比，其中形成該第二施加器組之該四個電磁場施加器可具
有1：1.5：4：8之阻抗比。
在另一些實施例中，該線圈可包括：第一線圈，其纏繞於該磁芯之一部分上；以及第二線圈，其纏繞於該磁芯之另一部分上，其中該第一線圈及該第二線圈可相互感應地耦合。
在又一些實施例中，該第一線圈及該第二線圈可具有相同的匝數。
在另一些實施例中，該基板處理裝置可進一步包括電抗元件，該電抗元件連接至該第二電漿源之接地端子。
在又一些實施例中，該基板處理裝置可進一步包括相位調整器，該相位調整器提供至該等複數個電磁場施加器之間的節點，以等效地確定每一節點處之該RF信號之相位。
在另一些實施例中，該基板處理裝置可進一步包括：電抗元件，其連接至該第二電漿源之接地端子；以及分路電抗元件，其連接至該等複數個電磁場施加器之間的節點。
在又一些實施例中，該分路電抗元件之阻抗可為相互感應地耦合之線圈中之第二線圈及該電抗元件的組合阻抗之一半。
在另一些實施例中，該第一電漿源可包括天線，該天線安裝於該電漿腔室上，以在該電漿腔室中感應電磁場。
在又一些實施例中，該第一電漿源可包括電極，該等電極安裝於電漿腔室中，以在該電漿腔室中形成電場。
在另一些實施例中，包括氨氣及氫氣中至少一個之製
程氣體可注入該電漿腔室之上部分中，其中包括氧氣及氮氣中至少一個之製程氣體可注入該絕緣迴路中。
10‧‧‧基板處理裝置
100‧‧‧製程單元
110‧‧‧製程腔室
111‧‧‧處理空間
112‧‧‧排氣孔
120‧‧‧基板支撐零件
121‧‧‧基座
122‧‧‧支撐軸
125‧‧‧加熱構件
126‧‧‧冷卻構件
130‧‧‧擋板
131‧‧‧孔
200‧‧‧排氣單元
300‧‧‧電漿產生單元
310‧‧‧第一電漿源
311‧‧‧RF電源
312‧‧‧天線
320‧‧‧第二電漿源
321‧‧‧RF電源
322‧‧‧複數個絕緣迴路
323‧‧‧氣體通道
330‧‧‧電漿腔室/腔室
331‧‧‧電漿腔室之上部分
332‧‧‧電漿腔室之下部分
340‧‧‧複數個電磁場施加器
341~348‧‧‧電磁場施加器
350‧‧‧電抗元件
360‧‧‧相位調整器
370‧‧‧分路電抗元件
3221~3228‧‧‧絕緣迴路
3411‧‧‧磁芯/第一磁芯
3411a‧‧‧第一子磁芯
3411b‧‧‧第二子磁芯
3412‧‧‧磁芯/第二磁芯
3412a‧‧‧第三子磁芯
3412b‧‧‧第四子磁芯
3413‧‧‧線圈
3413a‧‧‧第一線圈
3413b‧‧‧第二線圈
3413c‧‧‧第一線圈
3413d‧‧‧第二線圈
3414‧‧‧絕緣體
d1‧‧‧距離
d2‧‧‧距離
n1~n17‧‧‧節點
Z1~Z8‧‧‧阻抗
C‧‧‧電抗元件
L‧‧‧第二線圈
S‧‧‧基板
附圖係包括來提供對本發明之進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示出本發明之示範性實施例，且與描述一起用以解釋本發明之原理。在附圖中：圖1為示範性地例示出根據本發明之一實施例之基板處理裝置的示意圖；圖2為例示出根據本發明之一實施例之第二電漿源之平面圖的圖解；圖3為例示出根據本發明之一實施例之絕緣迴路之內部結構的圖解；圖4為例示出根據本發明之一實施例之電磁場施加器之前視圖的圖解；圖5為例示出根據本發明之一實施例之第二電漿源之等效電路的電路圖；圖6為例示出根據本發明之另一實施例之第二電漿源之平面圖的圖解；圖7為例示出根據本發明之另一實施例之第二電漿源之等效電路的電路圖；圖8為例示出根據本發明之又一實施例之電磁場施加器之前視圖的圖解；圖9為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源
之等效電路的電路圖；圖10為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源之等效電路的電路圖；圖11為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源之等效電路的電路圖；圖12為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源之平面圖的圖解；圖13為例示出根據本發明之又一實施例之電磁場施加器之前視圖的圖解；圖14為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源之等效電路的電路圖；以及圖15為例示出由第一電漿源產生的第一電漿、由第二電漿源產生的第二電漿及由第一電漿源及第二電漿源在腔室中最終產生的電漿之密度分佈的圖表。
以下將參考附圖更詳細地描述本發明之較佳實施例。然而，本發明可體現於不同形式中，且不應被構建為限於本文所闡述之實施例。實情為，提供此等實施例以使本揭示案將為透徹且完整的，且將使本發明之範疇完全傳達至熟習此項技術者。
本文所使用之術語(包括技術術語或科學術語)具有本領域中普遍接受之意義，除非另有定義。一般字典中定義之術語可解釋為具有與相關技術及/或本揭示案中使用之術語之彼等意義相同的意義，且不應理想化地或過於正式
地解釋，除非另有明確定義。
本文中使用之術語並非用於定界本發明之實施例，而是用於描述本發明之實施例。單數形式之術語可包括複數形式，除非另有指定。「包括」或「包含」之意義指定組成、成分、組件、步驟、操作及/或元件但不排除其他組成、成分、組件、步驟、操作及/或元件。
本文中使用之術語「及/或」指示列出之元件中之每一個或其各種組合。
在下文中，將參考附圖更詳細地描述本發明之較佳實施例。
圖1為示範性地例示出根據本發明之一實施例之基板處理裝置10的示意圖。
參考圖1，基板處理裝置10可使用電漿來處理(例如，蝕刻或灰化)基板S上的薄膜。將要蝕刻或灰化之薄膜可為氮化物膜，例如氮化矽膜。然而，將要處理之薄膜並不限於此，且根據製程可為各種膜。
基板處理裝置10可具有製程單元100、排氣單元200及電漿產生單元300。製程單元100可提供空間，基板置放於該空間中且蝕刻製程或灰化製程在該空間中執行。排氣單元200可將剩餘在製程單元100中之製程氣體及處理基板時產生的反應副產物排放至外側，且將製程單元100中之壓力維持為設定壓力。電漿產生單元300可自外部供應之製程氣體產生電漿，且可供應電漿至製程單元100。
製程單元100可具有製程腔室110、基板支撐零件120
及擋板130。用於執行基板處理製程之處理空間111可形成於製程腔室110中。製程腔室110之上壁可為打開的，且開口(未例示出)可形成於製程腔室110之側壁中。基板可經由開口進入製程腔室110或自該製程腔室退出。開口可藉由諸如門之打開/關閉構件(未例示出)來打開或關閉。排氣孔112可形成於製程腔室110之底部表面中。排氣孔112連接至排氣單元200，且可提供剩餘在製程腔室110中之氣體及反應副產物藉以排放至外側之通道。
基板支撐零件120可支撐基板S。基板支撐零件120可包括基座121及支撐軸122。基座121可佈置於處理空間111中，且可具有圓盤形狀。基座121可由支撐軸122支撐。基板S可置放於基座121之上表面上。電極(未例示出)可提供於基座121中。電極連接至外部電源，且可藉由施加之功率產生靜電。所產生的靜電可將基板S固定至基座121。加熱構件125可提供於基座121中。例如，加熱構件125可為加熱線圈。另外，冷卻構件126可提供於基座121中。冷卻構件可提供為冷卻線路，冷卻水流動穿過該冷卻線路。加熱構件125可將基板S加熱至預設溫度。冷卻構件126可強制冷卻基板S。完成製程處理之基板S可經冷卻至室溫或下一製程所需之溫度。
擋板130可定位在基座121上。孔131可形成於擋板130中。孔131可提供為自擋板130之上表面至下表面通過擋板130之通孔，且可規則地分佈於擋板130之每一區域中。
電漿產生單元300可佈置在製程腔室110上。電漿產生單元300可藉由排放製程氣體來產生電漿，且可將所產生的電漿供應至處理空間111。電漿產生單元300可包括RF電源311及321、電漿腔室330、第一電漿源310及第二電漿源320。第一電漿源310可安裝在電漿腔室330之上部分331處，以便將第一製程氣體激發至電漿狀態。第二電漿源320可安裝在電漿腔室330之下部分332處，以便將第二製程氣體激發至電漿狀態。
在此，供應至第一電漿源310之第一製程氣體可包括氨氣(NH3)及氫氣(H2)中至少一個。供應至第二電漿源320之第二製程氣體可包括氧氣(O2)及氮氣(N2)中至少一個。
電漿腔室330可佈置於製程腔室110上，以便耦合至該製程腔室。電漿腔室330可以用於產生電漿之製程氣體來供應。
根據一實施例，第一電漿源310可安裝在電漿腔室330之上部分331處，且第二電漿源320可安裝於電漿腔室330之下部分332處。
第一電漿源310可包括天線312，以用於在腔室中感應電磁場。在此狀況下，天線312可自RF電源311接收RF信號，以便在腔室中感應電磁場。
然而，第一電漿源310並不限於以上提及之ICP型源，且可取決於一實施例而為電容耦合電漿(CCP)型源。在此狀況下，第一電漿源310包括安裝在腔室中之電極，以便形成電場。
相反，根據本發明之一實施例之第二電漿源320使用複數個絕緣迴路322及耦合至該等複數個絕緣迴路之複數個電磁場施加器340來將製程氣體激發至電漿狀態。
諸如電容器之電抗元件350可連接至第一電漿源310之接地端子及第二電漿源320之接地端子。電抗元件350可為阻抗固定之固定電抗元件，或取決於一實施例而可為阻抗可變之可變電抗元件。
圖2為例示出根據本發明之一實施例之第二電漿源320之平面圖的圖解。
如圖2中所例示，第二電漿源320可包括複數個絕緣迴路3221至3228及複數個電磁場施加器341至348。
複數個絕緣迴路3221至3228沿電漿腔室330之圓周形成。複數個電磁場施加器341至348耦合至絕緣迴路3221至3228，且自RF電源321接收RF信號，以便將製程氣體激發至電漿狀態。
根據一實施例，RF電源321可產生RF信號來將RF信號輸出至電磁場施加器341至348。RF電源321可傳輸高頻功率，以使用RF信號產生電漿。根據本發明之一實施例，RF電源321可產生且輸出正弦RF信號，但RF信號並不限於此且可具有各種波形，諸如方波、三角波、鋸齒波及脈衝波。
電漿腔室330可提供產生電漿之空間。根據一實施例，電漿腔室330之外壁可具有多邊形橫截面。例如，如圖2中所例示，電漿腔室330可具有含有八角形橫截面之
外壁，但橫截面之形狀並不限於此。
根據本發明之一實施例，電漿腔室330外壁之橫截面形狀可根據佈置在腔室中之電磁場施加器之數目來決定。例如，如圖2中所例示，在電漿腔室330之外壁具有八角形橫截面的狀況下，電磁場施加器341至348可佈置在對應於八角形之邊的側壁上。
如以上所描述，在電漿腔室330之外壁具有多邊形橫截面的狀況下，多邊形之邊之數目可匹配電磁場施加器之數目。另外，如圖2中所例示，電漿腔室330之內壁可具有圓形橫截面，但內壁之橫截面之形狀並不限於此。
電磁場施加器341至348可佈置在電漿腔室330處，且可自RF電源321接收RF信號，以便感應電磁場。電磁場施加器341至348可使用形成在電漿腔室330之圓周上之絕緣迴路3221至3228佈置在電漿腔室330處。
例如，如圖2中所例示，複數個絕緣迴路3221至3228可提供至電漿腔室330之圓周。絕緣迴路3221至3228係由諸如石英或陶瓷之絕緣體製成，但並不限於此。
複數個絕緣迴路3221至3228可沿電漿腔室330之圓周形成。例如，如圖2中所例示，複數個絕緣迴路3221至3228可以規則的間隔安裝在電漿腔室330之外壁上。儘管圖2中例示出之第二電漿源320包括八個絕緣迴路，但絕緣迴路之數目可取決於一實施例而改變。
絕緣迴路3221至3228可與電漿腔室330之外壁一起形成閉合迴路。例如，如圖2中所例示，複數個絕緣迴路
3221至3228可成形為如「」或「U」，且當絕緣迴路3221至3228安裝在電漿腔室330之外壁上時可形成閉合迴路。
根據本發明之一實施例，允許製程氣體移動穿過之通道可佈置在絕緣迴路3221至3228中。
圖3為例示出根據本發明之一實施例之絕緣迴路3221之內部結構的圖解。
如圖3中所例示，氣體通道323佈置在絕緣迴路3221中，以使供應至絕緣迴路3221之製程氣體經由氣體通道323移動至電漿腔室330。亦即，形成絕緣迴路3221之內側，以便具有一定的空白空間，且製程氣體移動穿過該空白空間，以便供應至電漿腔室330。
另外，根據本發明之一實施例，在絕緣迴路3221中移動之製程氣體可由耦合至絕緣迴路3221之電磁場施加器341改變為電漿，以便供應至腔室330。如以下所描述，電磁場施加器341包括磁芯及圍繞該磁芯纏繞之線圈，且自RF電源321接收RF信號，以便在絕緣迴路3221上方感應電磁場。製程氣體在正移動穿過絕緣迴路3221時由感應電磁場激發至電漿狀態。
如以上所描述，供應至第一電漿源310之第一製程氣體可包括氨氣及氫氣中至少一個，且供應至第二電漿源320之第二製程氣體可包括氧氣及氮氣中至少一個。若諸如氨氣或氫氣之第一製程氣體經供應至第二電漿源320，則自氣體產生的電漿可在通過絕緣迴路3221時損壞絕緣
迴路3221。
圖4為例示出根據本發明之一實施例之電磁場施加器341之前視圖的圖解。
電磁場施加器341可包括由磁性材料形成且圍繞絕緣迴路3221之磁芯3411及3412，以及圍繞磁芯3411及3412纏繞之線圈3413。根據一實施例，磁芯3411及3412可由肥粒鐵形成，但磁芯材料並不限於此。
如圖4中所例示，磁芯可包括第一磁芯3411及第二磁芯3412。第一磁芯3411可圍繞絕緣迴路3221之第一部分，以便形成第一閉合迴路。第二磁芯3412可圍繞絕緣迴路3221之第二部分，以便形成第二閉合迴路。
在此狀況下，線圈3413可纏繞於第一磁芯3411及第二磁芯3412上。
根據一實施例，第一磁芯3411及第二磁芯3412可彼此相鄰。例如，如圖4中所例示，第一磁芯3411及第二磁芯3412可彼此接觸。然而，第一磁芯3411及第二磁芯3412可取決於一實施例而彼此間隔開一預定距離。
根據本發明之一實施例，第一磁芯3411可包括形成第一閉合迴路之一半的第一子磁芯3411a及形成第一閉合迴路之另一半的第二子磁芯3411b。第二磁芯3412可包括形成第二閉合迴路之一半的第三子磁芯3412a及形成第二閉合迴路之另一半的第四子磁芯3412b。
如以上所描述，第一磁芯3411及第二磁芯3412中每一個皆可包括兩個或多於兩個組件，但可取決於一實施例
而形成為單件。
如以上所描述，電磁場施加器341可接收RF信號，以便在絕緣迴路3221中感應電磁場。自RF電源321輸出之RF信號經施加至電磁場施加器341之線圈3413，以便沿磁芯3411及3412形成電磁場，其中該電磁場在絕緣迴路3221中感應電場。
根據一實施例，複數個電磁場施加器341至348可包括第一施加器組及第二施加器組，其中第一施加器組可並聯連接至第二施加器組。
詳細地，複數個電磁場施加器341至348中之一些可彼此串聯連接以便形成第一施加器組，且其他電磁場施加器可彼此串聯連接以便形成第二施加器組，其中第一施加器組及第二施加器組可彼此並聯連接。
例如，如圖2中所例示，第二電漿源320可包括八個電磁場施加器341至348，其中該等電磁場施加器中之四個(電磁場施加器341至344)可彼此串聯連接以便形成第一施加器組，且四個其他電磁場施加器(電磁場施加器345至348)可彼此串聯連接以便形成第二施加器組。另外，如圖2中所例示，第一施加器組可並聯連接至第二施加器組。
圖5為例示出根據本發明之一實施例之第二電漿源320之等效電路的電路圖。
如圖5中所例示，每一電磁場施加器皆可由電阻器、電感器及電容器表示。形成第一施加器組之四個電磁場施加器341至344可彼此串聯連接，且形成第二施加器組之
四個電磁場施加器345至348可彼此串聯連接。另外，第一施加器組可並聯連接至第二施加器組。
根據本發明之一實施例，複數個電磁場施加器341至348可經組配，以使阻抗在自輸入端子至接地端子的方向上增加。
例如，參考圖5，關於包括在第一施加器組中之電磁場施加器341至344，最接近輸入端子之第一電磁場施加器341之阻抗Z1為最低，第二接近輸入端子之第二電磁場施加器342之阻抗Z2為第二低，第三接近輸入端子之第三電磁場施加器343之阻抗Z3為第三低，且最接近接地端子之第四電磁場施加器344之阻抗Z4為最高(Z1<Z2<Z3<Z4)。
另外，關於包括在第二施加器組中之電磁場施加器345至348，最接近輸入端子之第五電磁場施加器345之阻抗Z5為最低，第二接近輸入端子之第六電磁場施加器346之阻抗Z6為第二低，第三接近輸入端子之第七電磁場施加器347的阻抗Z7為第三低，且最接近接地端子之第八電磁場施加器348之阻抗Z8為最高(Z5<Z6<Z7<Z8)。
根據本發明之一實施例，彼此並聯連接之施加器組之間的對應電磁場施加器可具有相同阻抗。
例如，參考圖4，關於彼此並聯連接之第一施加器組及第二施加器，最接近輸入端子之第一電磁場施加器341及第五電磁場施加器345可具有相同阻抗(Z1=Z5)。同樣地，第二接近輸入端子之第二電磁場施加器342及第六電
磁場施加器346可具有相同阻抗(Z2=Z6)。另外，第三接近輸入端子之第三電磁場施加器343及第七電磁場施加器347可具有相同阻抗(Z3=Z7)。最後，最接近接地端子之第四電磁場施加器344及第八電磁場施加器348可具有相同阻抗(Z4=Z8)。
根據本發明之一實施例，複數個電磁場施加器可經組配，以使線圈3413之匝數在自輸入端子至接地端子的方向上增加。隨著線圈3413之匝數增加，線圈之電感增加，且複數個電磁場施加器341至348可經組配，以使阻抗在自輸入端子至接地端子之方向上增加。
例如，參考圖2，關於形成第一施加器組之四個電磁場施加器341至344，線圈之匝數可以第一電磁場施加器341、第二電磁場施加器342、第三電磁場施加器343及第四電磁場施加器344之順序增加。
同樣地，參考圖2，關於形成第二施加器組之四個電磁場施加器345至348，線圈之匝數可以第五電磁場施加器345、第六電磁場施加器346、第七電磁場施加器347及第八電磁場施加器348之順序增加。
另外，第一施加器組與第二施加器組之間的對應電磁場施加器可具有相同線圈匝數。亦即，第一電磁場施加器341及第五電磁場施加器345可具有相同線圈匝數，第二電磁場施加器342及第六電磁場施加器346可具有相同線圈匝數，第三電磁場施加器343及第七電磁場施加器347可具有相同線圈匝數，且第四電磁場施加器344及第八電
磁場施加器348可具有相同線圈匝數。
根據另一實施例，複數個電磁場施加器可經組配，以使第一子磁芯3411a與第二子磁芯3411b之間的距離d1及第三子磁芯3412a與第四子磁芯3412b之間的距離d2在自輸入端子至接地端子的方向上減小。隨著距離d1及距離d2增加，磁芯與線圈之間的耦合係數減小，從而降低電感。另外，隨著電感降低，電磁場施加器之阻抗減小。因而，複數個電磁場施加器341至348可經組配，以使阻抗在自輸入端子至接地端子的方向上增加。
例如，參考圖2，關於形成第一施加器組之四個電磁場施加器341至344，距離d1及距離d2可以第一電磁場施加器341、第二電磁場施加器342、第三電磁場施加器343及第四電磁場施加器344之順序減小。
同樣地，參考圖2，關於形成第二施加器組之四個電磁場施加器345至348，距離d1及距離d2可以第五電磁場施加器345、第六電磁場施加器346、第七電磁場施加器347及第八電磁場施加器348之順序減小。
另外，第一施加器組與第二施加器組之間的對應電磁場施加器可具有相同距離。亦即，第一電磁場施加器341及第五電磁場施加器345可具有相同距離，第二電磁場施加器342及第六電磁場施加器346可具有相同距離，第三電磁場施加器343及第七電磁場施加器347可具有相同距離，且第四電磁場施加器344及第八電磁場施加器348可具有相同距離。
如以上所描述，在複數個電磁場施加器341至348中，線圈匝數在自輸入端子至接地端子的方向上增加或磁芯之間的距離在該方向上減小，且因此阻抗可增加。然而，取決於一實施例，線圈匝數可在自輸入端子至接地端子的方向上與磁芯之間的距離之減小一起增加。在此狀況下，電磁場施加器之阻抗可由線圈匝數粗略地調整，且可由磁芯之間的距離精細地調整。
根據本發明之一實施例，絕緣體可插入電磁場施加器之磁芯之間。
例如，如圖4中所例示，絕緣體3414可插入第一子磁芯3411a與第二子磁芯3411b之間及第三子磁芯3412a與第四子磁芯3412b之間。絕緣體可為由絕緣材料製成之帶子。在此狀況下，可在磁芯之間附接絕緣帶子之一或多個片材，以便調整磁芯之間的距離d1及距離d2。
返回參考圖2及圖5，根據本發明之一實施例之第二電漿源320可包括八個電磁場施加器341至348，其中該等電磁場施加器中之四個(電磁場施加器341至344)可彼此串聯連接以便形成第一施加器組，且四個其他電磁場施加器(電磁場施加器345至348)可彼此串聯連接以便形成第二施加器組。第一施加器組可並聯連接至第二施加器組。
形成第一施加器組之四個電磁場施加器341至344可具有1：1.5：4：8之阻抗比，且形成第二施加器組之四個電磁場施加器345至348可具有1：1.5：4：8之阻抗比(Z1：Z2：Z3：Z4=Z5：Z6：Z7：Z8=1：1.5：4：8)。
儘管圖2及圖5中例示出之第二電漿源320包括總計八個電磁場施加器，但電磁場施加器之數目並不限於此，且因此可大於或小於八個。
另外，儘管圖2及圖5中例示出之第二電漿源320包括彼此並聯連接之兩個施加器組，但彼此並聯連接之施加器組之數目可大於兩個。例如，第二電漿源320可包括總計九個電磁場施加器，且該等電磁場施加器中之三個形成單個施加器組，從而形成總計三個施加器組。三個施加器組可彼此並聯連接。
與圖2及圖5中例示之實施例不同，複數個電磁場施加器可彼此串聯連接。
圖6為例示出根據本發明之另一實施例之第二電漿源320之平面圖的圖解。
參考圖6，第二電漿源320可包括複數個電磁場施加器341至348。然而，與圖2中例示之實施例不同，複數個電磁場施加器341至348全部可彼此串聯連接。
圖7為例示出根據本發明之另一實施例之第二電漿源320的等效電路的電路圖。
如圖7中所例示，複數個電磁場施加器341至348可彼此串聯連接。另外，複數個電磁場施加器341至348可經組配，以使阻抗在自輸入端子至接地端子的方向上增加。換言之，阻抗可以至輸入端子之距離之上升順序增加，亦即，以第一電磁場施加器341、第二電磁場施加器342、第三電磁場施加器343、第四電磁場施加器344、第五電磁
場施加器345、第六電磁場施加器346、第七電磁場施加器347、第八電磁場施加器348之順序(Z1<Z2<Z3<Z4<Z5<Z6<Z7<Z8)。
在以上提及之實施例中，一線圈3413纏繞於包括在電磁場施加器中之磁芯3411及3412上。然而，根據另一實施例，複數個線圈可纏繞於磁芯3411及3412上，以便相互感應地耦合。
圖8為例示出根據本發明之又一實施例之電磁場施加器341之前視圖的圖解。
參考圖8，包括在電磁場施加器341中之線圈包括纏繞於磁芯3411及3412之一部分上的第一線圈3413a及纏繞於磁芯3411及3412之另一部分上的第二線圈3413b，其中第一線圈3413a及第二線圈3413b可相互感應地耦合。
第一磁芯3411及第二磁芯3412可彼此接觸，且第一線圈3413a及第二線圈3413b可纏繞於第一磁芯3411與第二磁芯3412之間的接觸部分上。
如以上所描述，第一線圈3413a及第二線圈3413b共用磁芯且纏繞於該等線圈上，同時彼此分離，以使第一線圈3413a及第二線圈3413b相互感應地耦合。
根據一實施例，包括在每一電磁場施加器中之線圈(例如，第一線圈3413a及第二線圈3413b)可具有相同匝數。換言之，相互感應地耦合之兩個線圈可具有1：1之匝數比。
圖9為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源320之等效電路的電路圖。
如圖9中所例示，包括在每一電磁場施加器中之第一線圈及第二線圈相互感應地耦合且具有1：1之匝數比。因而，每一電磁場施加器可對應於1：1電壓互感器。
根據一實施例，複數個電磁場施加器341至348可彼此串聯連接。
即使複數個電磁場施加器341至348彼此串聯連接，包括在每一電磁場施加器中之線圈亦相互感應地耦合，以便形成1：1電壓互感器。因而，第二電漿源320之節點n1至n9上之電壓可具有相同位準。
因此，由電磁場施加器感應之電磁場可具有相同強度，且腔室中產生的電漿之密度可規則地分佈於腔室之圓周上。
圖10為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源320之等效電路的電路圖。
如圖10中所例示，第二電漿源320可進一步包括相位調整器360。相位調整器360提供至RF電源321與複數個電磁場施加器341至348之間的節點n1至n8，以便等效地確定每一節點處之RF信號之相位。
根據此實施例，可不僅關於整幅而且亦關於相位來等效地調整第二電漿源320之每一節點上之電壓。
圖11為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源320之等效電路的電路圖。
如圖11中所例示，第二電漿源320可進一步包括分路電抗元件370。分路電抗元件370可連接至複數個電磁場
施加器341至348之間的節點n2至n8。換言之，分路電抗元件370之一端可連接至電磁場施加器之間的節點n2至n8，且分路電抗元件370之另一端可接地。
根據一實施例，分路電抗元件370可為屬於電容元件之電容器，且其阻抗可為相互感應地耦合之線圈中之第二線圈L及連接至接地端子之電抗元件C的組合阻抗之一半。
根據此實施例，分路電抗元件370可使第二電漿源320之電源側輸入端子之電壓與第二電漿源320之接地側輸出端子之電壓相等。
根據本發明之一實施例，電抗元件350可包括可變電容器。根據此實施例，第二電漿源320可調整可變電容器之電容，以便控制每一電磁場施加器中之電壓降之量。
例如，在藉由降低可變電容器之電容來增加阻抗之狀況下，因為可變電容器中之電壓降之量增加，所以每一電磁場施加器中之電壓降之量相對減小。
再如，在藉由增加可變電容器之電容來降低阻抗之狀況下，因為可變電容器中之電壓降之量減小，所以每一電磁場施加器中之電壓降之量相對增加。
因而，電漿產生單元300可藉由調整可變電容器之電容來調整每一電磁場施加器中之電壓降之量，以便根據基板處理製程或腔室中之環境獲得所需之電漿密度。
圖12為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源320之平面圖的圖解。
在圖8中例示之實施例中，包括在每一電磁場施加器中之第一磁芯3411及第二磁芯3412彼此接觸，以使第一線圈3413a及第二線圈3413b纏繞於第一磁芯3411與第二磁芯3412之間的接觸部分上。然而，在圖12中例示之實施例中，第一磁芯及第二磁芯彼此間隔開，且第一線圈纏繞於每一磁芯之一部分上，並且第二線圈纏繞於每一磁芯之另一部分上。
圖13為例示出根據本發明之又一實施例之電磁場施加器341之前視圖的圖解。
如圖13中所例示，在根據本發明之又一實施例之電磁場施加器341中，第一磁芯3411及第二磁芯3412彼此間隔開，且第一線圈3413a及3413c可纏繞於每一磁芯之一部分上，並且第二線圈3413b及3413d可纏繞於每一磁芯之另一部分上。
第一磁芯3411及第二磁芯3412分別形成獨立的閉合迴路，且第一線圈3413a及3413c以及第二線圈3413b及3413d共用一磁芯，以便相互感應地耦合。
每一線圈可具有相同匝數。在此狀況下，第一線圈3413a及3413c與第二線圈3413b及3413d之間的匝數比為1：1，以使每一磁芯及纏繞於該磁芯上之線圈可形成1：1電壓互感器。
圖14為例示出根據本發明之又一實施例之第二電漿源320之等效電路的電路圖。
如圖14中所例示，在電磁場施加器341至348中，每
一磁芯及纏繞於該磁芯上之線圈可形成相互感應耦合之電路，以便對應於1：1電壓互感器。
因此，可等效地調整第二電漿源320之節點n1至n17上之電壓。
根據一實施例，相位調整器360可提供至節點n1至n16，以使可在每一節點處等效地確定RF信號之相位。
根據一實施例，分路電抗元件370之一端可連接至節點n2至n16，其中分路電抗元件370之另一端可接地。分路電抗元件370可為屬於電容元件之電容器，且其阻抗可經調整為相互感應地耦合之線圈中之第二線圈L及電抗元件C的組合阻抗之一半。
圖15為例示出由第一電漿源310產生的第一電漿、由第二電漿源320產生的第二電漿及由第一電漿源310及第二電漿源320在腔室330中最終產生的電漿之密度分佈的圖表。
參考圖15，ICP型或CCP型第一電漿源310產生第一電漿，該第一電漿之密度在腔室330之中心區域中比在腔室330之邊緣區域中更高。
相反，包括沿腔室330之圓周佈置的複數個絕緣迴路3221至3228及複數個電磁場施加器341至348之第二電漿源320產生第二電漿，該第二電漿之密度在腔室330之邊緣區域中比在腔室330之中心區域中更高。
因此，根據本發明之一實施例之電漿產生單元300可藉由合成第一電漿及第二電漿來產生在腔室330各處為規
則的電漿。
另外，藉由控制供應至第一電漿源310及第二電漿源320之RF功率之強度，可獲得密度在腔室330之邊緣區域中比在腔室330之中心區域中更高之電漿，或可獲得密度在腔室之中心區域中比在腔室之邊緣區域中更高之電漿。
可藉由控制連接至個別電漿源之RF電源311及321之輸出功率，以使輸出功率之間的比率變為預定比率來執行RF功率之此控制。根據一實施例，若自一RF電源為第一電漿源310及第二電漿源320供應功率，則在RF功率與電漿源之間提供配電電路，以便控制供應至每一電漿源之功率。
根據本發明之實施例，可在腔室中規則地產生電漿。尤其是，即使在用於處理大尺寸基板之大腔室中，亦可規則地產生電漿，或可根據製程控制在腔室各處產生的電漿之密度分佈。
另外，根據本發明之實施例，當處理大尺寸基板時可改良製程良率。
以上提及之主題應被視為例示性的，而非限制性的，且隨附申請專利範圍意欲涵蓋屬於本發明之真實精神及範疇內之所有此類修改、增強及其他實施例。因此，在法律允許之最大程度上，本發明之範疇將由以下申請專利範圍及其等效物之最廣泛容許的解釋來決定，且不應受前述詳細描述制約或限制。
10‧‧‧基板處理裝置
100‧‧‧製程單元
110‧‧‧製程腔室
111‧‧‧處理空間
112‧‧‧排氣孔
120‧‧‧基板支撐零件
121‧‧‧基座
122‧‧‧支撐軸
125‧‧‧加熱構件
126‧‧‧冷卻構件
130‧‧‧擋板
131‧‧‧孔
200‧‧‧排氣單元
300‧‧‧電漿產生單元
310‧‧‧第一電漿源
311‧‧‧RF電源
312‧‧‧天線
320‧‧‧第二電漿源
321‧‧‧RF電源
322‧‧‧複數個絕緣迴路
330‧‧‧電漿腔室/腔室
331‧‧‧電漿腔室之上部分
332‧‧‧電漿腔室之下部分
340‧‧‧複數個電磁場施加器
350‧‧‧電抗元件
S‧‧‧基板
Claims (14)
- 一種電漿產生裝置，包含：一RF電源，其經組配來供應一RF信號；一電漿腔室，其經組配來提供一空間，電漿在該空間中產生；一第一電漿源，其安裝於該電漿腔室之一部分處來產生電漿；以及一第二電漿源，其安裝於該電漿腔室之另一部分處來產生電漿；該第二電漿源包含：複數個絕緣迴路，其沿該電漿腔室之一圓周形成，其中一製程氣體藉以注入且移動至該電漿腔室之一氣體通道提供於每一絕緣迴路中；以及複數個電磁場施加器，其耦合至該等絕緣迴路且接收該RF信號，以將移動穿過該氣體通道之該製程氣體激發至一電漿狀態；該複數個電磁場施加器各包含：一磁芯，其由一磁性材料形成且圍繞該絕緣迴路，該磁芯包含：一第一磁芯，其圍繞該絕緣迴路之一第一部分來形成一第一閉合迴路；一第二磁芯，其圍繞該絕緣迴路之一第二部分來形成一第二閉合迴路；該第一磁芯包含： 一第一子磁芯，其形成該第一閉合迴路之一半部分；一第二子磁芯，其形成該第一閉合迴路之另一半部分；該第二磁芯包含：一第三子磁芯，其形成該第二閉合迴路之一半部分；以及一第四子磁芯，其形成該第二閉合迴路之另一半部分；以及一第一線圈以及一第二線圈纏繞於該第一磁芯及該第二磁芯相鄰的部份上，該第一線圈及該第二線圈相互感應地耦合。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其中該複數個電磁場施加器彼此串聯連接。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其中該複數個電磁場施加器經組配，以使該第一子磁芯與該第二子磁芯之間的一距離及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間的一距離在自一輸入端子至一接地端子的一方向上減小。
- 如請求項3之電漿產生裝置，其中一絕緣體插入該第一子磁芯與該第二子磁芯之間及該第三子磁芯與該第四子磁芯之間。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其中該第一線圈纏繞於該第一磁芯之一部分以及該第二磁芯之一部分上；以及 該第二線圈纏繞於該第一磁芯之另一部分以及該第二磁芯之另一部分上。
- 如請求項5之電漿產生裝置，其中該第一線圈及該第二線圈具有相同匝數。
- 如請求項1所記載之電漿產生裝置，其進一步包含一電抗元件，該電抗元件連接至該第二電漿源之一接地端子。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其進一步包含一相位調整器，該相位調整器提供至該等複數個電磁場施加器之間，以等效地確定每一節點處之該RF信號之一相位。
- 如請求項5之電漿產生裝置，其進一步包含：一電抗元件，其連接至該第二電漿源之一接地端子；以及一分路電抗元件，其連接至該等複數個電磁場施加器之間的節點。
- 如請求項9之電漿產生裝置，其中該分路電抗元件之阻抗為該第二線圈及該電抗元件的組合阻抗之一半。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其中該第一電漿源包含一天線，該天線安裝在該電漿腔室上，以在該電漿腔室中感應一電磁場。
- 如請求項1之電漿產生裝置，其中該第一電漿源包含電極，該等電極安裝在該電漿腔室中，以在該電漿腔室中形成一電場。
- 如請求項11或12之電漿產生裝置，其中包含氨氣及氫氣中至少一個之一製程氣體經注入至該電漿腔室之一上部分中，其中包含氧氣及氮氣中至少一個之一製程氣體經注入至該絕緣迴路中。
- 一種基板處理裝置，包含：一製程單元，其包含一製程腔室且提供一空間，一製程在該空間中執行，其中一基板佈置於該製程腔室中；一電漿產生單元，其經組配來產生電漿且提供該電漿至該製程單元；一排氣單元，其經組配來排放該製程單元中之氣體及副產物；該電漿產生單元包含：一RF電源，其經組配來供應一RF信號；一電漿腔室，其經組配來提供一空間，電漿在該空間中產生；一第一電漿源，其安裝於該電漿腔室之一部分處來產生電漿；以及一第二電漿源，其安裝於該電漿腔室之另一部分處來產生電漿；該第二電漿源包含：複數個絕緣迴路，其沿該電漿腔室之一圓周形成，其中一製程氣體藉以注入且移動至該電漿腔室之一氣體通道提供於每一絕緣迴路中；以及 複數個電磁場施加器，其耦合至該等絕緣迴路且接收該RF信號，以將移動穿過該氣體通道之該製程氣體激發至一電漿狀態；其中，該複數個電磁場施加器各包含：一磁芯，其由一磁性材料形成且圍繞該絕緣迴路，該磁芯包含：一第一磁芯，其圍繞該絕緣迴路之一第一部分來形成一第一閉合迴路；一第二磁芯，其圍繞該絕緣迴路之一第二部分來形成一第二閉合迴路；該第一磁芯包含：一第一子磁芯，其形成該第一閉合迴路之一半部分；一第二子磁芯，其形成該第一閉合迴路之另一半部分；該第二磁芯包含：一第三子磁芯，其形成該第二閉合迴路之一半部分；一第四子磁芯，其形成該第二閉合迴路之另一半部分；以及一第一線圈以及一第二線圈其纏繞於該第一磁芯及該第二磁芯相鄰的部份上，該第一線圈及該第二線圈相互感應地耦合。
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