TWI702632B - 用於等離子體處理設備的ｒｆ訊號傳遞裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於等離子體處理設備的RF訊號傳遞裝置，包含被包覆在一盤體中的一金屬層及用於傳遞RF訊號的一金屬棒。其中，該金屬棒具有一上端及一下端，該金屬棒的上端電性耦接至該電極層，且該金屬棒的上端與該金屬層之間具有一磁性金屬接觸。該金屬棒的材質選自鎢或鉻。

Description

用於等離子體處理設備的RF訊號傳遞裝置
本發明是關於一種適用於晶圓處理設備之RF裝置，尤其是關於等離子體處理設備的RF訊號傳遞裝置。
用於晶圓處理的等離子體處理設備包含有射頻(RF)控制電路。RF控制電路經配置而提供RF訊號並傳送給等離子體處理設備中的電極，藉以在一處理腔室中的一處理區域產生電場。反應氣體經由電場的施加而離子化並與待處理之晶圓發生反應，像是蝕刻或沉積。一般而言，RF控制電路包含RF訊號產生器及阻抗匹配電路，其中阻抗匹配電路具有電阻元件、電容元件、電感元件或這些的組合。阻抗匹配電路經適當配置以使RF訊號源的阻抗與負載的阻抗匹配。阻抗匹配電路接收RF訊號產生器的RF訊號並通過電路調變而成為供應至等離子體處理設備的RF訊號。
RF控制電路與等離子體處理設備的電極耦接，例如經由纜線或是導電連接結構而形成的RF訊號傳遞路徑，使RF訊號可順利傳遞至電極。在已知的配置中，RF控制電路(包含RF訊號傳遞路徑)傾向避免使用過多磁性材質。此原因是在於，磁性材質會造成能量損耗，像是渦電流(eddy current)損耗及磁滯(hysteresis)損耗，這些現象會影響供應至等離子體處理設備或腔室的RF訊號，導致等離子體發散(scattering)。
在現有的技術包含抑制這些損耗的作法，如美國專利公告號US6280563B1揭示一種真空腔室中的等離子體裝置，其包含供電的非磁性金屬部件設置於等離子體及激發源之間。其中，所述非磁性部件具有多個開口設計，用於瓦解渦電流。此外，美國專利公開號US2007/0044915 A1是關於一種真空等離子體處理器，並揭示一種利用非磁性金屬背板和法拉第遮罩部件(Faraday shield)的配置以降低渦電流的技術。
在RF控制電路的回路中，抑制這些損耗以穩定等離子體處理環境是重要的。然而，欲在複雜的電路回路中完全排除磁性金屬的使用亦有其難度。因此，有必要發展可使用磁性金屬的結構但不會影響能量損耗或產生干擾的RF訊號傳遞裝置。
本發明的目的在於提供一種用於等離子體處理設備的RF訊號傳遞裝置，包含一金屬層及一金屬棒。金屬層被包覆在一盤體中，而金屬棒用於傳遞RF訊號，且金屬棒的上端與金屬層之間具有一磁性金屬接觸。
本發明的另一目的在於提供一種等離子體處理設備，包含一殼體及一加熱座。加熱座包含一盤體及一柱體，其中盤體包覆有用於傳遞RF訊號的一金屬層及一加熱單元，而柱體自殼體的底部延伸以支撐盤體於殼體中。柱體還包覆有一第一金屬棒，第一金屬棒具有一上端及一下端，該第一金屬棒的上端電性耦接至該金屬層，且該第一金屬棒的上端與該金屬層之間具有一磁性金屬接觸。
在一實施例中，所述金屬層的材質為鎢，所述金屬棒的材質為鎢或鉻。
在一實施例中，所述磁性金屬接觸的材質為鎳。
在一實施例中，加熱座的柱體還包覆一第二金屬棒，第二金屬棒與盤體的加熱單元電性耦接。
在以下本發明的說明書以及藉由本發明原理所例示的圖式當中，將更詳細呈現本發明的這些與其他特色和優點。
100:殼體
102:側壁
104:頂部
106:底部
120:射頻(RF)訊號產生器
122:匹配器
140:上電極
200:支撐座
220:盤體
222:頂面
224:底面
226:金屬層
240:柱體
242:上端
160:支撐座
244:下端
246:通道
248a、248b、248c:金屬棒
260:磁性金屬接觸
參照下列圖式與說明，可更進一步理解本發明。非限制性與非窮舉性實例系參照下列圖式而描述。在圖式中的構件並非必須為實際尺寸；重點在於說明結構及原理。
第一A圖為方塊示意圖，顯示本發明等離子體處理設備的一實施例(RF控制電路耦接至上電極)。
第一B圖為方塊示意圖，顯示本發明等離子體處理設備的另一實施例(RF控制電路耦接至下電極)。
第二圖為剖面圖，顯示本發明等離子體處理設備的加熱器的內部結構。
底下將參考圖式更完整說明本發明，並且藉由例示顯示特定範例具體實施例。不過，本主張主題可具體實施於許多不同形式，因此所涵蓋或申請主張主題的建構並不受限於本說明書所揭示的任何範例具體實施例；範例具體實施例僅為例示。同樣，本發明在於提供合理寬闊的範疇給所申請或涵蓋之主張主題。除此之外，例如主張主題可具體實施為方法、裝置或系統。因此，具體實施例可採用例如硬體、軟體、韌體或這些的任 意組合(已知並非軟體)之形式。
本說明書內使用的詞彙「在一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用的「在其他施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張的主題包括全部或部分範例具體實施例的組合。
第一A圖至第一B圖分別顯示等離子體處理設備的兩個實施例示意圖。在這兩種型態中，所述等離子體處理設備包含一殼體(100)，該殼體(100)形成一腔室以容置用於各種處理的裝置及部件。該殼體(100)具有一側壁(102)、一頂部(104)及一底部(106)。一般而言，側壁(102)可與一排氣系統連接(未顯示)，所述排氣系統系配置以控制腔室的壓力；頂部(104)可與一氣體供應系統連接(未顯示)，該氣體供應系統系配置以提供反應氣體至腔室中；底部(106)可與一驅動馬達(未顯示)及支撐部件(未顯示)連接，所述驅動馬達及支撐部件系配置以支撐送入腔室的晶圓。殼體(100)的全部或至少一部分為導體。
本發明等離子體處理設備包含一等離子體控制裝置。如圖所示，所述等離子體控制裝置包含一射頻(RF)訊號產生器(120)及一匹配器(122)。該RF訊號產生器(120)的一輸出端電性耦接至該匹配器(122)的一輸入端。匹配器(122)的一輸出端電性耦接至殼體(100)中的一電極。如第一A圖所示，殼體(100)中提供有一上電極(140)靠近頂部(104)，匹配器(122)電性耦接至上電極(140)。例如，匹配器(122)可經由導線穿越殼體(100)並耦接至上電極(140)。如第一B圖所示，殼體(100)中還提供有一支撐座(160)靠近底部(106)，該支撐座(160)包含一下 電極(未顯示在該圖)，匹配器(122)電性耦接至所述下電極。
RF訊號產生器(120)系經配置而產生一或多個RF訊號(RF電壓)。在一實施例中，RF訊號產生器(120)可包含一或多個RF訊號產生單元，其中多個RF訊號產生單元的每一者的工作頻率不同於另一者。在已知的技術中，RF訊號產生器(120)可以為至少一低頻RF訊號產生單元及至少一高頻RF訊號產生單元所實施。
匹配器(122)系經配置以達到RF訊號產生器(120)及負載端(殼體中的各種阻抗)的阻抗匹配。匹配器(122)包含一阻抗匹配電路。在已知的技術中，可經由一控制手段控制阻抗匹配電路的可變電抗(reactance)來達成所述阻抗匹配目的。阻抗匹配電路接收RF訊號產生器(122)的一或多個RF訊號並整合成適用於等離子體處理的一RF訊號提供至殼體(100)中的上電極或下電極。
在一實施例中，所述等離子體控制裝置還電性耦接至殼體(100)。在第一A圖的配置中，當匹配器(122)與上電極(140)耦接，支撐座(160)的下電極是經由提供在底部(106)附近的連接器(未顯示)與殼體(100)電性耦接。在第一B圖的配置中，當匹配器(122)與支撐座(160)的下電極耦接，上電極(140)是經由提供在頂部(104)附近的連接器(未顯示)與殼體(100)電性耦接。
承上述，供應的RF訊號可在腔室的上下電極之間的一處理區形成特定的電場(如圖中上下電極間所繪示的虛線箭頭)，該區域中的反應氣體可藉此被離子化而應用於各種處理，像是蝕刻或沉積。貫穿上/下電極的RF訊號可經由沿著殼體(100)的一返回路徑(如圖中由殼體內延伸至 殼體外的虛線箭頭)而返回匹配器(122)。如第一A圖，當RF電壓施加在上電極(140)，則下電極可配置為接地或給予一參考電壓。相反地，當RF電壓施加在下電極，則上電極可配置為接地或給予一參考電壓。因此，第一A圖和第一B圖所顯示的電場方向相反。
所述支撐座(160)主要用於撐托一工作部件(未顯示)，如晶圓。如前述，本發明支撐座(160)包含一電極，其可依操作而運作等離子體處理或是提供靜電吸附力(electrostatic chuck force)。在一實施例中，支撐座(160)可為包含一或多個加熱單元的加熱座，能夠對工作部件進行熱處理。
第二圖為第一圖支撐座的一實施例(200)。該支撐座(200)包含一盤體(220)及一柱體(240)。盤體(220)大致上為圓形且具有一頂面(222)及一底面(224)。盤體(220)具有一厚度延伸於頂面(222)及底面(224)之間。頂面(222)面向等離子體處理區域並用於承載待處理的工作部件。底面(224)反於頂面(222)並面向殼體底部(第一圖，106)。柱體(240)具有一上端(242)及一下端(244)。柱體(240)具有一長度延伸於上端(242)及下端(244)之間。柱體的上端(242)結合至盤體的底面(224)。盤體(220)與柱體(240)可為一體成型，例如可共同由陶瓷製作，或是以已知結構手段連接。
本發明盤體(220)包覆有一金屬層(226)，其位置靠近頂面(222)且大致上與頂面(222)平行延伸。依操作，金屬層(226)可當成電極或是靜電吸附器。在一較佳實施例中，該金屬層(226)之材質為鎢。。作為電極的金屬層(226)用於傳遞RF訊號。當作為如第一A圖的下電極 (160)，金屬層(226)具有接地電位或一參考電位。當作為如第一B圖的下電極(160)，金屬層(226)具有一RF供應電位。
第二圖所示盤體(220)還包覆有至少一加熱單元(228)，其系配置以接收控制訊號而運作。加熱單元(228)位於金屬層(226)下方且大致上沿著頂面(222)延伸方向分佈，使得金屬層(226)位於頂面(222)及加熱單元(228)之間。在已知的技術中，加熱單元(228)是以電阻發熱部件實施，例如將螺旋彈簧狀之部件在相當的面積內延伸，使盤體(220)頂面(222)產生均勻的熱分佈。盤體(220)可包含多個加熱單元，且分別受到獨立的控制。例如，靠近盤體中央可配置一中央加熱單元，而靠近盤體周邊可配置一周邊加熱單元。在其他實施例中，本發明盤體可不包含加熱單元。
柱體(240)自第一圖殼體(100)的底部(106)延伸以支撐盤體(220)於殼體中。如圖所示，柱體(240)為一空心柱體，其具有一通道(246)延伸於柱體的上端(242)及下端(244)之間。在其他實施例中，柱體可為非空心結構。如圖所示，柱體(240)包覆有多個金屬棒(248a、248b、248c)，這些金屬棒在柱體內(240)部延伸。所述金屬棒具有一上端及一下端，金屬棒具有一長度延伸於其上端及下端之間。金屬棒的上端自柱體的上端(242)延伸至盤體(220)中，而金屬棒的下端自柱體的下端(244)往第一圖殼體底部(106)的方向延伸。其中，第一金屬棒(248a)的上端延伸至盤體(220)中並與金屬層(226)電性耦接。第二金屬棒(248b)的上端和第三金屬棒(248c)的上端延伸至盤體(220)中並與加熱單元(228)電性耦接。在一實施例中，所述第一金屬棒(248a) 的材質可選用鎢或鉻，第二金屬棒(248b)及第三金屬棒(248c)材質為鎳。
第一金屬棒(248a)的上端可直接觸碰金屬層(226)的一底面。在其他實施例中，盤體(220)內可提供一連接器(未顯示)將第一金屬棒(248a)的上端電性耦接至金屬層(226)的一底面。在一較佳實施例中，第一金屬棒(248a)的上端與金屬層(226)之間具有一磁性金屬接觸，此為經由焊接手段所形成的焊接接觸。如圖所示，磁性金屬接觸(260)是介於第一金屬棒(248a)及金屬層(226)之間並將兩者連接。此磁性金屬接觸(260)是由一硬焊(brazing)手段達成，其中所使用的熔填金屬(filler metal)為鎳，使得形成之磁性金屬接觸(即硬焊接面，brazing surface)為鎳所形成之接觸。
第二金屬棒(248b)的上端及第三金屬棒(248c)的上端可經由已知的手段直接連接至加熱單元(228)。在一實施例中，第二金屬棒(248b)電性連接至前述中央加熱單元，而第三金屬棒(248c)電性連接至前述周邊加熱單元。在其他實施例中，可包含更多或更少數量的金屬棒及加熱單元，不以圖示實施例為限。
第一金屬棒(248a)系電性耦接至前述等離子體控制裝置。在第一A圖的配置中，第一金屬棒(248a)的下端電性耦接至殼體(100)的底部(106)。在一實施例中，第一金屬棒(248a)的下端是經由一導電阻件(未顯示)電性耦接至殼體(100)，使得穿越上下電極的RF訊號進入如第一A圖和第一B圖所示的返回路徑。在第一B圖的配置中，第一金屬棒(248a)的下端電性耦接至匹配器(122)的一輸出端。在一實施例中，可 提供一導電元件(未顯示)於第一金屬棒(248a)及匹配器(122)之間，使得第一金屬棒(248a)接收並傳遞用於等離子體處例的RF訊號。在其他實施例中，第一A圖或第一B圖顯示的第一金屬棒(248a)還可同時電性耦接至其他訊號源，如直流訊號源，用於其他操作目的。
所述金屬棒的長度可適當地選擇，而決定金屬棒的下端是否穿越殼體的底部。關於第一A圖及第一B圖的配置中，在其他實施例中，支撐座(200)的柱體(240)可連接至一馬達驅動裝置，使得支撐座(200)可在腔室裡垂直移動或轉動，但維持這些金屬棒的電性耦接。在一實施例中，可提供一保護套包覆於金屬棒的上端及下端之間的區段，避免鄰近的金屬棒互相干擾。所述保護套可選用電絕緣材質。
雖然為了清楚瞭解已經用某些細節來描述前述本發明，吾人將瞭解在申請專利範圍內可實施特定變更與修改。因此，以上實施例僅用於說明，並不設限，並且本發明並不受限於此處說明的細節，但是可在附加之申請專利範圍的領域及等同者下進行修改。
200:支撐座
220:盤體
222:頂面
224:底面
226:金屬層
240:柱體
242:上端
244:下端
246:通道
248a、248b、248c:金屬棒
260:磁性金屬接觸

Claims (8)

  1. 一種用於等離子體處理設備的RF訊號傳遞裝置，其特徵在於，包含：一金屬層，被包覆在一盤體中，作為一電極；一金屬棒，用於傳遞RF訊號，該金屬棒具有一上端及一下端，該金屬棒的上端電性耦接至該金屬層，且該金屬棒的上端與該金屬層之間具有一磁性金屬接觸，該磁性金屬接觸與該金屬層和金屬棒接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之RF訊號傳遞裝置，其特徵在於，該金屬層的材質為鎢，該金屬棒的材質為鎢或鉻。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之RF訊號傳遞裝置，其特徵在於，該磁性金屬接觸的材質為鎳。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之RF訊號傳遞裝置，其特徵在於，該盤體還包含至少一加熱單元。
  5. 一種等離子體處理設備，其特徵在於，包含：一殼體，具有一底部；及一加熱座，包含：一盤體，包覆用於傳遞RF訊號的一金屬層及一加熱單元，該金屬層作為一電極；及一柱體，自該殼體的底部延伸以支撐該盤體於該殼體中，該柱體包覆一第一金屬棒，該第一金屬棒具有一上端及一下端，該第一金屬棒的上端電性耦接至該金屬層，且該第一金屬棒的上端與該金屬層之間具有一磁性金屬接觸，該磁性金屬接觸與該金屬層和金屬 棒接觸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之等離子體處理設備，其特徵在於，該金屬層的材質為鎢，該第一金屬棒的材質為鎢或鉻。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之等離子體處理設備，其特徵在於，該磁性金屬接觸的材質為鎳。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之等離子體處理設備，其特徵在於，該加熱座的柱體還包覆一第二金屬棒，該第二金屬棒與該盤體的加熱單元電性耦接。
TW106136726A 2017-08-17 2017-10-25 用於等離子體處理設備的ｒｆ訊號傳遞裝置 TWI702632B (zh)

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