TWI704615B - 電漿蝕刻設備 - Google Patents

電漿蝕刻設備 Download PDF

Info

Publication number
TWI704615B
TWI704615B TW105119994A TW105119994A TWI704615B TW I704615 B TWI704615 B TW I704615B TW 105119994 A TW105119994 A TW 105119994A TW 105119994 A TW105119994 A TW 105119994A TW I704615 B TWI704615 B TW I704615B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
protective structure
substrate
substrate support
plasma
chamber
Prior art date
Application number
TW105119994A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201707084A (zh
Inventor
安東尼Ｐ 維爾拜
史帝芬Ｒ 柏吉斯
伊恩 蒙克里夫
保羅 丹斯賴
克里夫Ｌ 維迪克斯
保羅 瑞區
艾迪芮恩 湯瑪士
Original Assignee
英商Ｓｐｔｓ科技公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英商Ｓｐｔｓ科技公司 filed Critical 英商Ｓｐｔｓ科技公司
Publication of TW201707084A publication Critical patent/TW201707084A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI704615B publication Critical patent/TWI704615B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32651—Shields, e.g. dark space shields, Faraday shields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

根據本發明，提供一種用於蝕刻基板之ICP電漿蝕刻設備，其包含：至少一腔室；一定位在該腔室內的基板撐體；一電漿生產元件用於生產供用於蝕刻該基板之電漿；以及一環繞該基板撐體之防護結構，以便於使用中，保護該基板的周邊部分免於不想要的材料之沈積；其中該防護結構排列成電氣偏置且由金屬材料形成，以便金屬材料能從該防護結構濺射至該腔室的內部表面之上，以使微粒材料黏著至該內部表面。

Description

電漿蝕刻設備 發明領域
此發明係有關於用於蝕刻基板之ICP電漿蝕刻設備，減少污染的方法，以及用於此種電漿蝕刻設備之防護結構。
發明背景
電漿蝕刻係廣泛地用於加工各種基板，諸如半導體晶圓。電漿蝕刻製程可以為一種步驟製程，其形成製程順序的一部分。舉例而言，於半導體工業方面，藉由一種濺射蝕刻製程以自一晶圓表面移除材料，然後進行隨後的金屬沉積步驟，是眾所周知的。濺射蝕刻製程典型係使用一種氬電漿來執行。其目的是為了確保高品質的金屬/金屬介面，導致低的接觸電阻。濺射蝕刻製程典型係於一種預清潔模組中進行。
於操作方面，觀察到延長的蝕刻會導致再沈積的微粒材料積增在濺射蝕刻腔室的內部表面周圍，譬如腔室蓋和腔室壁。此為譬如聚醯亞胺(PI)及聚苯并
Figure 105119994-A0202-12-0001-8
唑(PBO)，之有機材料蝕刻特定的問題，其會造成碳質材料的積增或 再沈積。此再沈積的微粒材料會累積至一處，該處的顆粒變得鬆動且其等有可能會掉至晶圓上並且污染晶圓。
另外的問題是與含有會嚴重釋放氣體的物質之晶圓有關聯。此等物質的實例是有機鈍化層、黏著劑、光阻劑及旋轉塗佈材料。再次地，PI及PBO是特別有問題的。當此等材料除氣時，污染物被釋放至腔室之內而使壓力升高。此於加工連續晶圓之間的腔室內，於回收可接受的真空位準方面會引起顯著的問題。
此等問題傳統的解決方案是要頻繁地執行維護程序。此最終會導致該腔室排放到大氣，以便可以進行機械性清潔。此介入作用具有顯著的成本和工具的停機時間。以上情況在生產環境是不希望的。反之，降低維護介入作用的頻率才是希望的。這樣可以降低成本同時改善工具的工作時間。
也已經知道為了要延長腔室清潔之間的平均時間，必須週期性地蝕刻金屬盤或是金屬化的晶圓。腔室典型包含陶瓷或是石英的側壁，射頻(RF)能量通過側壁而感應耦合以形成電漿於腔室內。此部分的腔室避免形成連續的金屬沉積是很重要的。否則，會發生感應耦合功率之嚴重衰減。金屬盤或是金屬化的晶圓之蝕刻作用會導致蝕刻材料“黏貼”任何鬆掉的微粒材料至腔室的內部表面之上。此能避免微粒材料掉落至該基板之上。然而，必須中斷正常的製造以執行金屬盤或是金屬化的晶圓之蝕刻作用。因而，此等技術會擾亂正常的製造，其會導致系統處理通量 的損失以及擁有成本的增高(COO)。
發明概要
於至少一些具體例中，本發明處理以上所述的一或多個問題。縱然本發明特別適用於濺射蝕刻製程，例如於一種預清潔模組中進行之濺射蝕刻製程，但本發明不限於此方面。反之，本發明可以應用至範圍廣泛的電漿蝕刻製程。
根據本發明的第一個態樣，提供一種用於蝕刻基板之ICP(感應耦合電漿)電漿蝕刻設備，其包含：至少一腔室；一定位在該腔室內的基板撐體；一電漿生產元件用於生產供用於蝕刻該基板之電漿；以及一環繞該基板撐體之防護結構，以便於使用中，保護該基板的周邊部分免於不想要的材料之沈積；其中該防護結構排列成電氣偏置且由金屬材料形成，以便該金屬材料能從該防護結構濺射至該腔室的內部表面之上，以使微粒材料黏著至該內部表面。
以此方式，處理了微粒沈積的問題。此能使所需要的維護作業之頻率降低。然後此能降低運行成本且改善設備的工作時間。此外，本發明人業已瞭解到，使該防護結構濺射以使微粒材料黏著至該腔室的內部表面、同時發生基板之蝕刻是可能的。這樣是相當方便的，並且會使系 統處理通量增高。
該金屬材料可以為一種金屬或是金屬合金。
該金屬材料可以為鋁、鋁合金或是銅。
該金屬材料為金屬合金時，該合金可以包含一種金屬與一種或多種金屬成為合金，及/或一種金屬與一種或多種非金屬材料成為合金。舉例而言，該防護結構可以由一種鋁合金形成，鋁合金可以包含銅、矽，或是銅與矽二者。典型地，銅及/或矽係存在低於5%。
該金屬材料亦可以為一種吸氣劑材料。吸氣劑材料可以為一種材料，其移除腔室內存在的一種或多種氣體物種。該吸氣劑材料可以與腔室內存在的一種氣體物種反應或是吸收腔室內存在的一種氣體物種。該吸氣劑材料可以為鈦或鉭。以此方式，因除氣而出現的不想要的氣體物種可以被移除。
典型地，該防護結構為一種環形結構。該環形結構可以環繞該基板及該基板撐體，以便保護該基板的周邊部分免於不想要的材料之沈積。此經保護的部分可以包括該基板的底面。此類型的環形結構通常被稱為“回濺射環(back sputter rings)”或是“均勻環”。典型地，該環的一部分係構形成要接收該基板的周邊部分。典型地，該環形結構為一種單一、連續的環形結構。然而，本文所述的原理亦延伸至其他形式的防護結構，例如多重的環形結構。
該防護結構可以具有一種基板接收表面。該防護結構可以包含凹入部，以及該基板接收表面可以形成該凹 入部的部件。
於使用過程中，最接近該基板的該防護結構的區域，可以由介電材料形成。該介電材料可以以塗層存在於該防護結構上。
該防護結構可以包含一種由介電材料形成之基板接收表面。該防護結構可以包含凹入部，且該基板接收表面形成該凹入部的部件。該凹入部可以包含該基板接收表面及壁部件。該基板接收表面及壁部件可以由介電材料形成。
該介電材料可以為氧化鋁。
該防護結構可以包含該基板撐體遠端的區域，其具有至少一電漿接觸面，該至少一電漿接觸面係傾斜遠離該基板撐體。以此方式，可以控制來自該防護結構的濺射金屬材料之空間分佈，以使濺射金屬材料之沈積於該腔室的微粒材料沈積之最優勢處的區域內達到最大。另外的優點是可以使從該防護結構的濺射金屬材料沈積至該基板之上減到最少。
該基板撐體遠端的區域可以具有一單一電漿接觸面，其係傾斜遠離該基板撐體。
該基板撐體遠端的區域可以為倒角的、斜角的、內凹的或是雙彎形狀。
該設備可以進一步包含黑暗區屏蔽。該黑暗區屏蔽可以環繞該基板撐體，以及具有防護結構接收部件用於接收該防護結構。該基板撐體可以包含一種平台用於接收 該基板，該平台係界定位準。該防護結構接收部件可以配置於此位準之下。傳統上，黑暗區屏蔽會向上延伸至少到該平台的位準，以便使該基板與該基板撐體的下部區域之間的間隙內之電漿形成減到最少。相反地，本發明提供的黑暗區屏蔽可以構形成使得其等沒有垂直地延伸如此遠進入至腔室內。結果，電漿能進一步延伸而圍繞該防護結構。此會提升來自該防護結構之金屬材料的濺射作用。
於使用中，該基板撐體係電氣偏置的。該防護結構可以與該基板撐體電氣接觸，以提供電偏置(electrical bias)於該防護結構。在實施中，此很可能為更方便的配置。然而，原則上可能會獨立地電氣偏置該防護基板。
典型地，該防護結構及/或該基板撐體係以RF電壓予以電氣偏置。
該腔室可以包含由介電材料形成的區域用於傳輸射頻能量。電漿生產元件可以使射頻能量通過該區域而耦合至該腔室內。形成該區域的介電材料可以為陶瓷或是石英。該區域可以包含該腔室的窗或是壁。
該電漿蝕刻設備可以為一種濺射蝕刻設備。
該電漿蝕刻設備可以為一種氬濺射蝕刻設備。
該電漿生產元件可以包含一種導電元件。典型地，該導電元件係定位在該腔室內的外部。該導電元件可以為一種線圈。
該設備可以進一步包含一種射頻電氣電源供應器用於供應射頻偏功率給該基板撐體及該防護結構之一者 或是二者。
典型地，該電漿蝕刻設備包含一種單一腔室。然而，多重腔室設備亦落於本發明的範疇之內。
該電漿蝕刻設備可以為一種預清潔模組用於(多重加工)集束式工具。
該電漿生產元件可以包含一種發電機，較佳為一種射頻產生器，其供應電源給該導電元件。電漿可以透過供應給該導電元件之電源之感應耦合作用而產生。
根據本發明的第二個態樣，提供一種使用於蝕刻基板之同類的電漿蝕刻設備內微粒材料之污染減少的方法，該方法包括下列步驟：提供如本發明的第一個態樣之設備；以及於該腔室內生產電漿，其使金屬材料從該防護結構濺射至該腔室的內部表面之上，以使微粒材料黏著至該腔室的內部表面。
從該防護結構的金屬材料之濺射可以與基板之蝕刻同時執行。此在處理通量方面提供相當大的優勢。此外，其可使正常的製造製程之擾亂減少。
於該腔室內生產電漿的步驟期間，該防護結構可以為予以電氣偏置。
根據本發明的第三個態樣，提供一種用於本發明的第一個態樣之電漿蝕刻設備之防護結構，該防護結構係構形成環繞該設備之該基板撐體，以便於使用中，保護該基板的周邊部分免於不想要的材料之沈積，其中該防護結 構係由金屬材料形成，該金屬材料能濺射至該設備之該腔室的內部表面之上，以使微粒材料黏著至該內部表面。
根據本發明的第四個態樣，提供一種用於加工一工件之集束式工具，其包含數個模組，其中該等模組之一者為一種預清潔模組，其包含用於本發明的第一個態樣之電漿蝕刻設備。
雖然本發明業已說明如上，但是本發明會延伸至以上，或是於下列說明、圖示及請求項提出的特徵之任何發明組合。舉例而言，關於本發明的第一個態樣所述的任何特徵，被視為亦揭露關於本發明的第二個態樣，以及反之亦然。
10‧‧‧電漿蝕刻設備、設備
12‧‧‧腔室
14‧‧‧進氣口
16‧‧‧晶圓裝載槽
18‧‧‧抽取口
20‧‧‧平台
22‧‧‧射頻電源供應器
24‧‧‧感應線圈、線圈
26‧‧‧電漿
28‧‧‧回濺射環、電漿接觸面
28a、128a‧‧‧凹入部
28b‧‧‧基板接收表面
28c‧‧‧壁部件
28d‧‧‧輪緣
28e‧‧‧電漿接觸面
28f‧‧‧環形壁
30‧‧‧黑暗區屏蔽
30a‧‧‧環形槽
32‧‧‧凹入部、晶圓凹入部
40、42‧‧‧線
128‧‧‧回濺射環
如本發明之設備、防護結構及蝕刻方法的具體例，現在將參照附圖予以說明，其中：圖1為一種電漿蝕刻設備之剖視圖；圖2為通過圖1之設備的一部分、環繞該平台及回濺射環的周邊部分之橫截面圖；圖3顯示一種回濺射環的第二個具體例；圖4顯示蝕刻的PBO塗覆的晶圓上之污染物顆粒位準；圖5顯示蝕刻的晶圓上，尺寸(a)小於0.2微米的顆粒，及(b)大於1.0微米的顆粒，之顆粒位準；以及圖6顯示蝕刻晶圓的馬拉松測試期間，測得的(a)蝕刻速率及(b)蝕刻均勻性。
較佳實施例之詳細說明
圖1顯示本發明的電漿蝕刻設備之實施例，大概描繪於10。該設備10包含一腔室12，該腔室12具有合適的進氣口14配置於其之頂部。該腔室12進一步包含裝一種晶圓裝載槽16及一抽取口18，其可連接至一種合適的抽排裝置，例如真空管線，通向一種渦輪分子幫浦。該腔室12的內部收放有一平台20，該平台20上可以裝載一種工件，例如晶圓。如圖1內實線顯示的該平台20係處於較低的位置用於接收該工件。該平台20隨後繼而能升高至圖1內虛線顯示的位置，然後開始蝕刻製程。提供一種射頻電源供應器22，其供應射頻偏功率至該平台20。為了方便，使用13.56MHz的射頻信號頻率，雖然原則上可以使用其他的頻率。該腔室12被一種感應線圈24環繞。感應線圈24係經由阻抗匹配電路(未顯示)而與射頻功率產生器(未顯示)連接，如同本技藝眾所周知的。該腔室12的壁，至少在感應線圈的附近地區，係由電絕緣材料例如石英或是陶瓷製成，俾以使耦合至該腔室12的射頻功率衰減減到最少。一種合適的程序氣體或氣體(等)係經由進氣口14而供應至該腔室12，以及射頻功率係供應至該線圈24以生產電漿26於該腔室12內。於一實施例中，一種氣體(典型為氬)係通過質量流量控制器而以相對低壓(典型為1-10毫托)導入至該腔室12內。供應至該平台20的偏置繼而使用於使離子加速從電漿到該工件，離子轟擊係於該工件處蝕刻該工件之表面。
該設備10進一步包含一種防護結構，以一種回濺 射環28的形式。該回濺射環28係由一種金屬或是金屬合金製成，其可以從該回濺射環28之表面濺射侵蝕。從該回濺射環28濺射的材料繼而塗覆該腔室12的內表面及組件。業已沈積於該腔室12的內表面及組件之上的微粒材料，係藉著從該回濺射環28濺射的材料而“黏貼”在適當的位置。以此方式，微粒材料係藉著從該回濺射環28之濺射的金屬或是金屬合金而牢固地黏著在該腔室內適當的位置。這樣起碼能降低微粒材料掉至晶圓之上的風險。
圖2為通過該腔室12的一部分、環繞該平台20及回濺射環28的周邊部分之橫截面圖。圖2內使用與圖1內使用之相同的參考編號以表示相同的特徵件。可以看見該設備10進一步包含一種非常規設計的黑暗區屏蔽30。圖2內顯示的其他特徵件本質上係屬於普通型，以及其等之操作為熟悉此藝的讀者所熟知的。圖2內亦顯示該平台20的凹入部32。該凹入部32接收該晶圓(未顯示)。該回濺射環28包含一凹入部28a，其係由水平的基板接收表面28b及實質垂直的壁部件28c組成。該凹入部28a亦容納晶圓。以此方式，一種該回濺射環28係作用以保護該晶圓的邊緣及表面免於電漿之不良影響，例如不想要的材料之沈積。該回濺射環28進一步包含一輪緣28d，其係容納於該平台20中形成的槽內。這樣使得該回濺射環28與該平台20之間能達到緊密接觸，以便該回濺射環28與該平台20電氣接觸。此確保該平台20及該回濺射環28二者均透過射頻電源供應器22而予以電氣偏置。該回濺射環28進一步包含一電漿接觸面28e。於圖2 顯示的實施例中，該電漿接觸面28e係傾斜遠離該平台20及該晶圓。從電漿到達該晶圓及回濺射環28的離子一般係以垂直向下的方向行進。該電漿接觸面28e提供的輪廓使從該回濺射環28朝該腔室的部件之濺射材料的通量之空間分佈達到最大，此易受微粒材料污染的影響。尤其，從該回濺射環28濺射的材料實質上係指向內部腔室壁的區域，該區域係靠近線圈24的位置。相關的優勢在於此會使從該回濺射環28朝晶圓的濺射材料之通量減到最小。如同於圖2中可見，該電漿接觸面28於其之徑向橫截面為線形的。熟悉此藝的讀者會明瞭可以使用許多其他的輪廓，以便得到相似的結果。舉例而言，該電漿接觸面可具有曲線的徑向橫截面，或是可以使用倒角的、斜角的、內凹的或是雙彎的輪廓。
該黑暗區屏蔽30是屬於非常規設計者。更特別地，傳統的先前技藝黑暗區屏蔽通常構形成使得向上延伸至少到該平台的位準(至少到該平台之底面)。這是因為先前技藝的黑暗區屏蔽之意圖是要使該平台與該腔室的底部之間的間隙區域內電漿範圍減少。與此傳統類型的黑暗區屏蔽比較之下，圖2中顯示的該黑暗區屏蔽30是屬於截止設計，其具有較短的直立部件。從圖2可見該黑暗區屏蔽30的最上部係以某種方式定位在該平台20的位準之下。該黑暗區屏蔽30包含相對較淺的環形槽30a，其容納該回濺射環28之向下依靠的環形壁28f。所以，電漿26能延伸而圍繞位於該平台20與晶圓及該腔室的底部之間的間隙內之該回濺射環28。 這樣會導致該回濺射環28的濺射作用之提升。
圖3顯示一種回濺射環128的第二個具體例。圖3顯示其他的元件，其等與圖1及2內顯示的元件本質上是相同的。業已使用相同的參考編號以表示此等共同的元件，亦即該平台20、晶圓凹入部32，以及黑暗區屏蔽30。該回濺射環128具有一種凹入部128a，其包含壁部件及水平的表面用於接收該晶圓。於第二個具體例中，該凹入部128a係用一種介電塗層予以塗覆，例如氧化鋁(Al2O3)。氧化鋁具有比鋁低得多之濺射產率(於600eV，氧化鋁濺射產率=0.18；鋁濺射產率=1.24)，以及因而與鋁相比，其蝕刻得更慢。結果，塗覆的凹入部128a發生了濺射量的降低，以及此又使濺射至晶圓的邊緣及背面上材料的量降低。熟悉此藝的讀者會明瞭可以使用塗覆技術之外其他的介電材料及技術，以便生產一種回濺射晶圓，其於該晶圓的附近地區具有介電表面。
縱然本發明並不局限於這方面，據信使用一種具有與待蝕刻的基板表面相比，相對大的表面積之回濺射環，是理想的。以此方式，從回濺射環濺射的材料和從基板釋放的材料之比率是相對大的。舉例而言，設若要蝕刻一種300mm晶圓，那麼一種回濺射環具有300mm內徑及340mm外徑，業已於100%PBO塗覆的晶圓之蝕刻期間，展現出在控制釋放的微粒材料方面是有效的。於此非限制性具體例中，該回濺射環具有的表面積為該晶圓表面積之大約30%。
使用圖2內顯示的回濺射環之第一個具體例組合以圖1內顯示的設備來執行各種實驗，以蝕刻100%PBO塗覆的晶圓。實驗亦使用標準的、先前技藝的蝕刻模組來執行。蝕刻晶圓之VPD ICPMS分析展現出晶圓的金屬污染能保持在標準的蝕刻模組的典型值以下。表1顯示標準的蝕刻及本發明新穎的蝕刻設備二者之晶圓的Al污染。本發明的設備沒有看到金屬污染之增加，以及事實上該等結果似乎表明更低位準的污染。
Figure 105119994-A0202-12-0013-1
圖4顯示蝕刻的PBO塗覆的晶圓上之污染物顆粒位準。偵測到大於1.0微米的顆粒。使用本發明的設備並且亦使用先前技藝的技術，以執行蝕刻許多晶圓的實驗，顆粒位準係透過下列步驟來回收：停止晶圓之蝕刻、將金屬盤導入至該腔室之內，以及執行濺射蝕刻的金屬盤之黏貼步驟。線40表明使用本發明的設備獲得的結果，以及線42表明使用先前技藝的金屬盤黏貼技術獲得的結果。使用先前技藝的金屬盤黏貼技術，各次黏貼導致顆粒位準之急劇下降。然而，使用先前技藝的技術觀察到的顆粒位準實質上比使用本發明的設備觀察到的顆粒位準更高。縱然各金屬盤黏貼步驟顯著降低晶圓上測得的顆粒數目，但是可以 看到即使是金屬盤黏貼之後達到的最低污染位準，還是比使用本發明的設備觀察到的污染位準更高。此外，注意到為了執行金屬盤黏貼步驟必須停止晶圓的蝕刻製程，此導致處理通量降低。相反地，通過回濺射環之濺射蝕刻而完成的黏貼作用係於晶圓的蝕刻期間達成。所以，使用本發明的設備沒有損失處理通量。
圖5顯示本發明的設備蝕刻100%PBO塗覆的晶圓之馬拉松測試結果。圖5顯示於晶圓上觀察到，(a)尺寸大於0.2微米的顆粒，及(b)尺寸大於1.0微米的顆粒，之顆粒位準。於二個實例中均可以看到於超過將近2000片晶圓維持良好的顆粒性能。圖6顯示本發明的設備蝕刻100%PBO塗覆的晶圓之馬拉松測試期間，測得的(a)蝕刻速率(以A/分鐘計)及(b)蝕刻均勻性(1Σ，及3mm的邊緣去除)。可以看到實現了良好的蝕刻速率及均勻重複性。
於以上提供的實施例中，回濺射環係由鋁來製造。回濺射環亦可以提供氧化鋁塗層於晶圓的附近地區，如同關於圖3所述。其他的材料之應用係落在本發明的範疇內。舉例而言，也許可以考慮鋁合金或銅。另一種可能性是使用一種材料，例如鈦，其為更有效的“吸氣劑料”材料。應用吸氣劑材料的優點為因不想要的除氣而造成的氣體組分可以從腔室內的氛圍移除，導致較佳的真空性能。
10‧‧‧電漿蝕刻設備、設備
12‧‧‧腔室
14‧‧‧進氣口
16‧‧‧晶圓裝載槽
18‧‧‧抽取口
20‧‧‧平台
22‧‧‧射頻電源供應器
24‧‧‧感應線圈、線圈
26‧‧‧電漿
28‧‧‧回濺射環、電漿接觸面

Claims (22)

  1. 一種用於蝕刻一基板之感應耦合電漿(ICP)電漿蝕刻設備，其包含：至少一腔室；在該腔室內的一基板撐體，該基板撐體包含定位在該腔室之一底部上之一平台，當在該腔室中蝕刻一基板時該平台具有專用以接收及支撐該基板之一支撐表面；一電漿生產元件，其用於生產供用於蝕刻該基板之一電漿；以及包含金屬材料之一本體之一防護結構，該防護結構環繞該基板撐體；一黑暗區屏蔽，該黑暗區屏蔽環繞該基板撐體延伸且在該平台之該位準下之一位準終止，其中該防護結構排列成電氣偏置，該防護結構之金屬材料之該本體具有位於該基板撐體之該支撐表面之該位準下方之一較低部件及位於該基板撐體之該支撐表面之該位準上方之一較高部件，以便於使用中，容納在該基板撐體之該支撐表面上之該基板的一周邊部分藉由該防護結構而免於不想要的材料之沈積，且該金屬材料能從該防護結構濺射至該腔室的一內部表面之上以使微粒材料黏著至該內部表面，該黑暗區屏蔽具有環繞該基板撐體延伸且與該基 板撐體分開之一防護結構容納部分，以及該防護結構之一部分容納在該黑暗區屏蔽之該防護結構接收部分中，該防護結構之該部分與該黑暗區屏蔽之該防護結構接收部分分開以界定其間之一間隙，從而藉由該黑暗區屏蔽之存在而最小化環繞該防護結構之電漿傳播至一區域內之程度，包括該間隙之該區域在該平台之該位準與該腔室之該底部之間。
  2. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該金屬材料為鋁、鋁合金或是銅。
  3. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該金屬材料亦為吸氣劑材料。
  4. 如請求項3之電漿蝕刻設備，其中該金屬材料為鈦。
  5. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該防護結構為一環形結構。
  6. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該防護結構具有與該基板撐體之該支撐表面共平面之一基板接收表面。
  7. 如請求項6之電漿蝕刻設備，其中該防護結構包含一凹入部，且該基板接收表面定界(delimit)該凹入部的部分。
  8. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該防護結構具有鄰近該基板撐體之該支撐表面之一區域，於使用過程中該防護結構接近容納在該支撐表面上之該基板，且該區域由一介電材料形成。
  9. 如請求項8之電漿蝕刻設備，其中該介電材料係呈現為 該防護結構之金屬材料之該本體上的一塗層。
  10. 如請求項8之電漿蝕刻設備，其中該防護結構具有與該基板撐體之該支撐表面共平面之一基板接收表面，且其中該防護結構之該基板接收表面係由該介電材料形成。
  11. 如請求項8之電漿蝕刻設備，其中該防護結構具有與該基板撐體之該支撐表面共平面之一基板接收表面及與該基板接收表面相對(subtending)之一角度之一壁部件表面，該防護結構包含凹入於其中之一凹入部，該該凹入部由該基板接收表面及該壁部件表面定界，且該基板接收表面及該壁部件表面係由該介電材料形成。
  12. 如請求項8之電漿蝕刻設備，其中該介電材料為氧化鋁。
  13. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該防護結構包含該基板撐體遠端的一區域，其具有至少一電漿接觸面，該至少一電漿接觸面係傾斜遠離該基板撐體。
  14. 如請求項13之電漿蝕刻設備，其中該基板撐體遠端的該區域具有一單一電漿接觸面，其係傾斜遠離該基板撐體。
  15. 如請求項13之電漿蝕刻設備，其中該基板撐體遠端的該區域為倒角的、斜角的、內凹的或是雙彎形狀。
  16. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該基板撐體係電氣偏置的，以及該防護結構係與該基板撐體電氣接觸以提供電偏置(electrical bias)於該防護結構上。
  17. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該腔室包含由用於傳輸射頻(RF)能量之一介電材料形成的一區域，其中該電漿生產元件使該射頻能量通過該區域而耦合至該腔室內。
  18. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該設備為一濺射蝕刻設備。
  19. 如請求項1之電漿蝕刻設備，其中該黑暗區屏蔽之該防護結構接收部分為一環形輪緣，其與該防護結構之該部分輻射朝外分開，使得該防護結構之該部分插入於該環形輪緣與該基板撐體之間。
  20. 一種使用於蝕刻一基板之同類的一電漿蝕刻設備內之微粒材料之減少污染的方法，該方法包括下列步驟：提供具有如請求項1之該至少一腔室、基板撐體及電漿生產元件之一設備及包括環繞該基板撐體之金屬材料之一本體之一防護結構，該防護結構之金屬材料之該本體具有位於該基板撐體之該支撐表面之該位準下方之一較低部件及位於該基板撐體之該支撐表面之該位準上方之一較高部件；於該腔室內生產一電漿，其使金屬材料從該防護結構濺射至該腔室的一內部表面之上以使已經被沈積在該腔室之一內部表面上之微粒材料黏著至該腔室的該內部表面；其中於該腔室內生產該電漿的步驟期間，該防護結構係予以電氣偏置；以及 提供具有一防護結構容納部分之一黑暗區屏蔽，該防護結構容納部分環繞該基板撐體且該防護結構容納部分與該基板撐體分開，使得該防護結構之一部分容納在該防護結構接收部分中，使得該防護結構之該部分與該防護結構接收部分分開，使得其間界定一間隙，且使得包括該防護結構接收部分之該黑暗區屏蔽位於該平台之該位準下方，從而最小化電漿圍繞該防護結構傳播且傳播至一區域內之程度，包括該間隙之該區域在該平台之該位準與該腔室之該底部之間。
  21. 如請求項20之方法，其中該金屬材料從該防護結構之該濺射係與該基板之該蝕刻同時執行，同時該基板容納在該基板撐體之該支撐表面上且由該基板撐體之該支撐表面支撐，且該保護該基板的一周邊部分藉由該防護結構免於不想要的材料之沈積。
  22. 如請求項20之方法，其中該黑暗區屏蔽之該防護結構接收部分為一環形輪緣，且圍繞該基板撐體提供該黑暗區屏蔽，使得該環形輪緣與該防護結構之該部分輻射朝外分開且該防護結構之該部分插入於該黑暗區屏蔽之該防護結構接收部分與該基板撐體之間。
TW105119994A 2015-06-26 2016-06-24 電漿蝕刻設備 TWI704615B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1511282.4A GB201511282D0 (en) 2015-06-26 2015-06-26 Plasma etching apparatus
GB1511282.4 2015-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201707084A TW201707084A (zh) 2017-02-16
TWI704615B true TWI704615B (zh) 2020-09-11

Family

ID=53872290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105119994A TWI704615B (zh) 2015-06-26 2016-06-24 電漿蝕刻設備

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10153135B2 (zh)
EP (1) EP3109890B1 (zh)
JP (1) JP2017028261A (zh)
KR (1) KR102613743B1 (zh)
CN (1) CN106298423B (zh)
GB (1) GB201511282D0 (zh)
TW (1) TWI704615B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190244787A1 (en) * 2018-02-02 2019-08-08 Wei-Chuan Chou Plasma etching reaction chamber

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143144A (en) * 1999-07-30 2000-11-07 Tokyo Electronlimited Method for etch rate enhancement by background oxygen control in a soft etch system
US20030181065A1 (en) * 2002-03-21 2003-09-25 O'donnell Robert J. Low contamination components for semiconductor processing apparatus and methods for making components
US20100243606A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6123864A (en) 1993-06-02 2000-09-26 Applied Materials, Inc. Etch chamber
US5380414A (en) 1993-06-11 1995-01-10 Applied Materials, Inc. Shield and collimator pasting deposition chamber with a wafer support periodically used as an acceptor
GB2346155B (en) 1999-01-06 2003-06-25 Trikon Holdings Ltd Sputtering apparatus
US6423175B1 (en) 1999-10-06 2002-07-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Apparatus and method for reducing particle contamination in an etcher
US20030013314A1 (en) 2001-07-06 2003-01-16 Chentsau Ying Method of reducing particulates in a plasma etch chamber during a metal etch process
US20040261946A1 (en) * 2003-04-24 2004-12-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus, focus ring, and susceptor
US7176140B1 (en) 2004-07-09 2007-02-13 Novellus Systems, Inc. Adhesion promotion for etch by-products
US7670436B2 (en) 2004-11-03 2010-03-02 Applied Materials, Inc. Support ring assembly
US9224582B2 (en) 2007-11-29 2015-12-29 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for depositing electrically conductive pasting material
JP5227264B2 (ja) * 2009-06-02 2013-07-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置，プラズマ処理方法，プログラム
JP5563347B2 (ja) 2010-03-30 2014-07-30 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法
US8486798B1 (en) 2012-02-05 2013-07-16 Tokyo Electron Limited Variable capacitance chamber component incorporating a semiconductor junction and methods of manufacturing and using thereof
JP6400273B2 (ja) * 2013-03-11 2018-10-03 新光電気工業株式会社 静電チャック装置
US10002744B2 (en) 2013-12-17 2018-06-19 Tokyo Electron Limited System and method for controlling plasma density
WO2015099892A1 (en) 2013-12-23 2015-07-02 Applied Materials, Inc. Extreme edge and skew control in icp plasma reactor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143144A (en) * 1999-07-30 2000-11-07 Tokyo Electronlimited Method for etch rate enhancement by background oxygen control in a soft etch system
US20030181065A1 (en) * 2002-03-21 2003-09-25 O'donnell Robert J. Low contamination components for semiconductor processing apparatus and methods for making components
US20100243606A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method

Also Published As

Publication number Publication date
CN106298423B (zh) 2019-10-01
GB201511282D0 (en) 2015-08-12
KR102613743B1 (ko) 2023-12-13
US10153135B2 (en) 2018-12-11
EP3109890B1 (en) 2019-08-28
US20160379807A1 (en) 2016-12-29
TW201707084A (zh) 2017-02-16
EP3109890A1 (en) 2016-12-28
KR20170001665A (ko) 2017-01-04
CN106298423A (zh) 2017-01-04
JP2017028261A (ja) 2017-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5914018A (en) Sputter target for eliminating redeposition on the target sidewall
US11127568B2 (en) Plasma etching apparatus
JP5427171B2 (ja) 洗浄チャンバ及び前記洗浄チャンバのための天井電極
JP4623055B2 (ja) メタル成膜装置におけるメタル膜剥離防止構造及び当該構造を用いる半導体装置の製造方法
EP0822580A2 (en) High aspect ratio clamp
JP6171108B2 (ja) 成膜装置及び成膜方法
US20220310364A1 (en) Methods and apparatus for processing a substrate
CN102666917A (zh) 一种带有成角度侧壁的静电卡盘
US11705308B2 (en) Plasma processing apparatus
KR102205922B1 (ko) 공정에서의 워크피스 상의 재료 증착 방지
TWI704615B (zh) 電漿蝕刻設備
JPH1092796A (ja) プラズマ処理装置
US11361982B2 (en) Methods and apparatus for in-situ cleaning of electrostatic chucks
TW202223971A (zh) 設備及方法
US20240136159A1 (en) Metallic Shield For Stable Tape-Frame Substrate Processing
TWI595552B (zh) 蝕刻方法
TWM615058U (zh) 電漿清潔裝置
TWM649373U (zh) 無接觸式晶圓表面微粒去除裝置
TWM596966U (zh) 電漿蝕刻裝置之腔體防導通結構
TW202226401A (zh) 電漿清潔裝置
JPH04271119A (ja) ドライエッチング装置