TWI719964B - 處理基板的基板處理工具 - Google Patents

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TWI719964B
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亞瑟 Ｈ 佐藤
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

用於處理基板的一種基板處理工具包含一處理腔室，該處理腔室包含一 基板支座。第一及第二線圈係配置在該處理腔室外部。該第一及第二線圈每一者包含第一及第二導線。一線圈驅動電路驅動電流通過該等線圈，以在該處理腔室內產生電漿。一線圈反轉電路係配置成將流經該第一線圈之該第一及第二導線之電流的極性選擇性地加以反轉。該線圈反轉電路包含一H電橋電路。

Description

處理基板的基板處理工具
本揭示內容關於基板處理系統，且更具體而言，關於使用感應耦合電漿的基板處理系統。
在此提供的背景介紹係為了一般地呈現本揭示內容之背景。目前列名發明者的工作成果，在此先前技術章節中所述之範圍，以及可能未在申請時以其他方式適格作為先前技術之說明的實施態樣，係未明示或暗示承認為對於本揭示內容的先前技術。
基板處理系統係通常用以在基板(諸如半導體晶圓)上沉積及蝕刻薄膜。蝕刻的例子包含濕化學蝕刻及乾蝕刻。乾蝕刻可使用由感應耦合電漿(ICP)產生的電漿加以執行。該感應耦合電漿可由配置在處理腔室外部毗鄰介電窗的線圈加以產生。在處理腔室內部流動的處理氣體係加以點燃以產生電漿。
某些ICP系統使用兩個線圈且將電流在兩個線圈中以相同的方向流動。蝕刻速率圖往往顯示在基板表面上「M」形的蝕刻圖案，其中最大的蝕刻速率係在中半徑。非均勻性對於某些製程係通常不被接受的。
用於處理基板的一種基板處理工具包含一處理腔室，該處理腔室包含一基板支座。第一及第二線圈係配置在該處理腔室外部。該第一及第二線圈每一者包含第一及第二導線。一線圈驅動電路驅動電流通過該等線圈，以在該處理腔室內產生電漿。一線圈反轉電路係配置成將流經該第一線圈之該第一及第二導線之電流的極性選擇性地加以反轉。該線圈反轉電路包含一H電橋電路。
在其他特徵中，該H電橋電路包含一雙極之雙擲繼電器。該H電橋電路包含一第一單極之雙擲繼電器，及一第二單極之雙擲繼電器。該H電橋電路包含第一、第二、第三、和第四開關，及配置成選擇性地切換該第一、第二、第三、和第四開關之狀態的一控制器。
在其他特徵中，該第一、第二、第三、和第四開關包含場效電晶體(FET)。該第一、第二、第三、和第四開關包含PIN二極體。該H電橋電路包含一旋轉開關。該H電橋電路包含第一、第二、第三、和第四可變真空電容器，及配置成驅動齒輪以選擇性地調整該第一、第二、第三、和第四可變真空電容器之阻抗的一馬達驅動器。
在其他特徵中，該H電橋電路包含第一、第二、第三、和第四可變阻抗電路，及配置成選擇性地調整該第一、第二、第三、和第四可變阻抗電路之阻抗的一控制器。
在其他特徵中，該第一、第二、第三、和第四可變阻抗電路包含一可變電容。該第一、第二、第三、和第四可變阻抗電路包含一第一可變電容，該第一可變電容係與一第二可變電容及一電感器的並聯組合加以串聯。
在其他特徵中，該線圈驅動電路包含一RF源及一調諧電路，該調諧電路連通該RF源、該線圈反轉電路、及該第二線圈。該調諧電路包含一變 壓器電容耦合式調諧電路。該第一線圈係配置在該第二線圈內部。該第一線圈係配置在該第二線圈外部。
本揭示內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體例子係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
10:基板處理系統
11:線圈驅動電路
12:RF源
13:調諧電路
15:線圈反轉電路
16:線圈
20:氣體充氣部
24:介電窗
28:處理腔室
32:基板支座
34:基板
40:電漿
50:RF源
52:偏壓匹配電路
54:控制器
56:氣體遞送系統
57:氣體源
58:氣體計量系統
59:歧管
60:氣體遞送系統
61:閥
62:氣體
64:加熱器
65:排氣系統
66:閥
67:泵
80:內層線圈
80-1:第一導線
80-2:第二導線
82:外層線圈
82-1:第一導線
82-2:第二導線
102:TCCT輸入電路
104:TCCT輸出電路
110:H電橋電路
120-1:繼電器
120-2:繼電器
130:旋轉開關
140:控制器
150:馬達驅動器
152:齒輪
152-1:齒輪
152-2:齒輪
152-3:齒輪
152-4:齒輪
160-1:可變真空電容器
160-2:可變真空電容器
160-3:可變真空電容器
160-4:可變真空電容器
180:控制器
190:可變阻抗電路
190-1:可變阻抗電路
190-2:可變阻抗電路
190-3:可變阻抗電路
190-4:可變阻抗電路
本揭示內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：圖1係根據本揭示內容之感應耦合電漿(ICP)基板處理系統之例子的功能方塊圖；圖2係內層及外層線圈之例子的俯視圖；圖3係根據本揭示內容之包含H電橋電路的線圈反轉電路之例子的電路簡圖；圖4A及4B係包含繼電器之H電橋電路之例子的電路簡圖；圖5A及5B係包含旋轉開關之H電橋電路之例子的電路簡圖；圖6A及6B係包含開關之H電橋電路之例子的電路簡圖；圖7A及7B係包含馬達驅動器及可變真空電容器之H電橋電路的例子之電路簡圖；以及圖8A至8D係包含控制器及可變電容器或串聯/並聯的諧振電路之H電橋電路的例子之電路簡圖。
在圖示中，參考數字可再次使用以識別相似及/或相同的元件。
本揭示內容關於在感應耦合電漿基板處理系統中的反轉電路。在一些例子中，反轉電路使用一個以上H電橋電路以切換線圈其中一者之RF電流極性或定相，以允許製程在線圈電流以平行及逆平行的方向流動的情況下加以執行。雙電流模式允許傳統製程配方及新製程配方利用RF電流極性反轉模式改善蝕刻速率均勻性。
現參照圖1，根據本揭示內容之基板處理系統10的例子係加以顯示。基板處理系統10包含線圈驅動電路11。在一些例子中，線圈驅動電路11包含RF源12及調諧電路13。調諧電路13可直接連接至一或多個線圈16，或由線圈反轉電路15連接至一或多個線圈16。調諧電路13係用以將RF源12的輸出調諧至期望的頻率及/或期望的相位。線圈反轉電路15係用以選擇性地切換通過一或多個線圈16之電流的極性。
在一些例子中，氣體充氣部20可配置在線圈16及介電窗24之間。介電窗24係沿處理腔室28的一側加以配置。處理腔室28進一步包含基板支座32。基板支座32可包含靜電夾頭、機械夾頭或其他類型的夾頭。處理氣體係供應至處理腔室28，且電漿40係在處理腔室28的內部加以產生。電漿40蝕刻基板34的曝露表面。RF源50及偏壓匹配電路52可用以在操作期間偏壓基板支座32。
氣體遞送系統56可用以將處理氣體混合物供應至處理腔室28。氣體遞送系統56可包含處理及惰性氣體源57、氣體計量系統58(諸如閥及質流控制器)、及歧管59。氣體遞送系統60可用以將氣體62經由閥61遞送至氣體充氣部20。該氣體可包含用以將線圈16及介電窗24冷卻的冷卻氣體。加熱器64可用以將基板支座32加熱至一預定的溫度。排氣系統65包含閥66及泵67以藉由沖洗或抽空自處理腔室28移除反應物。
控制器54可用以控制蝕刻製程。控制器54監控系統參數，及控制氣體混合物的遞送，點燃、維持及熄滅電漿，反應物的移除，冷卻氣體的供應等。
現參照圖2，線圈16的一個例子係加以顯示。線圈16可包含內層線圈80及外層線圈82。內層線圈80包含具有輸入端In1及輸出端Out1的第一導線80-1，及具有輸入端In2及輸出端Out2的第二導線80-2。第一導線80-1及第二導線80-2係以大致呈圓形或環狀路徑的方式彼此相鄰加以纏繞。外層線圈82包含具有輸入端In3及輸出端Out3的第一導線82-1，及具有輸入端In4及輸出端Out4的第二導線82-2。第一導線82-1及第二導線82-2係以大致呈圓形或環狀路徑的方式彼此相鄰加以纏繞。
在一些例子中，調諧電路13可包含變壓器耦合電容調諧電路(TCCT)，其係連接至第一及第二線圈16，雖然可使用其他類型的調諧電路。該TCCT電路通常包含一個以上固定的或可變的電容器。TCCT電路的一個例子係在Long等人發明之共同轉讓的美國公開號第2013/0135058號中加以顯示及描述，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
現參照圖3，線圈反轉電路15係顯示為包含H電橋電路。調諧電路13係顯示為包含TCCT輸入電路102及TCCT輸出電路104。至少一些線圈16係連接至在TCCT輸入電路102及TCCT輸出電路104之間的線圈反轉電路15。僅作為例子，線圈反轉電路15可包含H電橋電路110。H電橋電路110係在TCCT輸入電路102、內層線圈80的第一導線80-1、及TCCT輸出電路104之間加以連接，且在TCCT輸入電路102、內層線圈80的第二導線80-2、及TCCT輸出電路104之間加以連接。
雖然線圈反轉電路15在圖3中係顯示連接至內層線圈80，但線圈反轉電路15可選用性地連接至外層線圈82或連接至內層線圈80及外層線圈82兩者(使得在內層線圈80及外層線圈82之間可做出反轉選擇)。如將在下面進一步描述，線圈反轉電路15選擇性地切換流經內層線圈80的導線80-1及80-2之電流的極性。
現參照圖4A及4B，H電橋電路110包含繼電器120-1及120-2。正如可理解，通過內層線圈80之導線80-1的其中一者的電流反轉係加以顯示。類似的方法可用以將流經其他線圈之其他導線的電流反轉。
在圖4A，繼電器120-1及120-2係顯示在第一狀態，以從輸入端In1至輸出端Out1的第一方向將電流流經導線80-1。在圖4B，繼電器120-1及120-2係顯示在第二狀態，以從輸出端Out1至輸入端In1的第二方向將電流流經導線80-1。雖然高電壓、高電流的單極之雙擲繼電器係加以顯示，但高電壓、高電流的雙極之雙擲繼電器可加以使用。
現參照圖5A及5B，H電橋電路110包含旋轉開關130。在圖5A中，旋轉開關130係顯示在第一狀態，以從輸入端In1至輸出端Out1的第一方向將電流流經導線80-1。在圖5B中，旋轉開關130係顯示在第二狀態，以從輸出端Out1至輸入端In1的第二方向將電流流經導線80-1。在一些例子中，旋轉開關130包含能夠承受高電壓及高電流之二極、雙位置的旋轉開關。
現參照圖6A及6B，H電橋電路110包含開關SW1、SW2、SW3、及SW4。在圖6A中，開關SW1及SW4係在閉合狀態且開關SW2及SW3係在打開狀態，以從輸入端In1至輸出端Out1的第一方向將電流流經導線80-1。在圖6B中，開關SW1及SW4係在打開狀態且開關SW2及SW3係在閉合狀態，以從輸出端Out1至輸入端In1的第二方向將電流流經導線80-1。控制器140可用以控制開關SW1、SW2、SW3、及SW4的狀態。
開關SW1、SW2、SW3、及SW4的例子包含高電壓、高電流的PIN二極體開關，及高電壓、高電流的場效電晶體(FET)。
現參照圖7A及7B，H電橋電路110包含馬達驅動器150，齒輪152-1、152-2、152-3、及152-4(統稱為齒輪152)，及可變真空電容器(VVC)160-1、160-2、160-3、及160-4。在圖7A中，馬達驅動器150使用齒輪152-1及152-4將 VVC 160-1及160-4驅動至低阻抗狀態，且使用齒輪152-2及152-3將VVC 160-2及160-3驅動至高阻抗狀態，以從輸入端In1至輸出端Out1的第一方向將電流流經導線80-1。在圖7B中，馬達驅動器150使用齒輪152-1及152-4將VVC 160-1及160-4驅動至高阻抗狀態，且使用齒輪152-2及152-3將VVC 160-2及160-3驅動至低阻抗狀態，以從輸出端Out1至輸入端In1的第二方向將電流流經導線80-1。
在此例子中，VVC可使用齒輪裝置連接至相同的電動驅動器150(或兩個以上的馬達驅動器)，使得VVC其中二者係驅動至最小電容量，且同時其他兩個VVC係驅動至最大電容量。以此方式之VVC的使用模仿開關元件從低至高阻抗的變化及近似一般的繼電器操作。
現參照圖8A至8D，H電橋電路110包含控制器180及可變阻抗電路(VIC)190-1、190-2、190-3、及190-4(統稱為可變阻抗電路190)。在圖8A中，控制器180將可變阻抗電路190-1及190-4設定在低阻抗狀態，且將可變阻抗電路190-2及190-3設定在高阻抗狀態，以從輸入端In1至輸出端Out1的第一方向將電流流經導線80-1。在圖8B中，控制器180將可變阻抗電路190-1及190-4設定在高阻抗狀態，且將可變阻抗電路190-2及190-3設定在低阻抗狀態，以從輸出端Out1至輸入端In1的第二方向將電流流經導線80-1。
在圖8C中，可變阻抗電路190的一個例子包含可變電容器CV。在圖8D中，可變阻抗電路190的一個例子包含第一可變電容器CV1，其與第二可變電容器CV2及電感器L1的並聯組合加以串聯。在一些例子中，可變阻抗電路190從幾乎0歐姆改變至在103歐姆等級之非常大的阻抗。
在操作期間，馬達驅動器或控制器可在以相同方向驅動電流經過線圈二者或將流經線圈其中一者之電流的方向反轉之間加以切換。
繼電器及旋轉開關提供H電橋電路的機械開關實施方式。這些實施方式可能需要在切換操作之前將RF電源關閉，以在繼電器及旋轉開關的開關 觸點避免電弧。此處描述的其餘H電橋實施方式允許在供應RF功率的同時切換操作的靈活性。
以上所述在本質上僅為說明且係決非意欲限制本揭示內容、其應用、或使用。本揭示內容的廣泛教示可以多種方式執行。因此，雖然此揭示內容包含特殊的例子，但本揭示內容的真實範圍應不被如此限制，因為其他的變化將在研讀圖示、說明書及以下申請專利範圍後變為顯而易見。當在此使用時，片語「A、B、及C的其中至少一者」應理解為表示使用非排他邏輯「或」之邏輯(A或B或C)，且不應理解為表示「A的其中至少一者、B的其中至少一者、及C的其中至少一者」。應理解方法中的一或多個步驟可以不同的順序(或同時)執行而不改變本揭示內容的原理。
在一些實施方式中，控制器為系統的一部分，其可為上述例子的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件(晶圓基座、氣流系統等)。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統之各種不同的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器可加以編程以控制此處揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定(例如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他轉移工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。
廣義地說，控制器可定義為電子設備，具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處 理器(DSP)、定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)的形式與控制器通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特殊製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一或多個處理步驟。
在一些實施方式中，控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。例如：控制器可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監測製造操作的當前進度，檢查過往製造操作的歷史，檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量，以改變目前處理的參數，以設定目前操作之後的處理步驟，或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦(例如：伺服器)可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或多個操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式的，諸如藉由包含一或多個分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的(諸如此處描述的製程及控制)作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或多個積體電路，連通位於遠端(諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分)的一或多個積體電路，其結合以控制腔室中的製程。
不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕 刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中之其他的半導體處理系統。
如上所述，依據將由工具執行的一個以上製程步驟，控制器可與下述通訊：一或多個其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一個控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或負載端。
10:基板處理系統
11:線圈驅動電路
12:RF源
13:調諧電路
15:線圈反轉電路
16:線圈
20:氣體充氣部
24:介電窗
28:處理腔室
32:基板支座
34:基板
40:電漿
50:RF源
52:偏壓匹配電路
54:控制器
56:氣體遞送系統
57:氣體源
58:氣體計量系統
59:歧管
60:氣體遞送系統
61:閥
62:氣體
64:加熱器
65:排氣系統
66:閥
67:泵

Claims (18)

  1. 一種處理基板的基板處理工具，包含：一處理腔室，包含一基板支座；第一及第二線圈，配置在該處理腔室外部，其中該第一及第二線圈每一者包含第一及第二導線，其中，(i)該第一線圈的該第一導線係與該第一線圈的該第二導線相互纏繞，並且其中，(ii)該第二線圈的該第一導線係與該第二線圈的該第二導線相互纏繞；一線圈驅動電路，驅動電流通過該第一及第二線圈以在該處理腔室內產生電漿；以及一線圈反轉電路，配置成將流經該第一線圈之該第一及第二導線之電流的極性選擇性地加以反轉，其中，該線圈反轉電路包含一H電橋電路，並且其中，該第一線圈的該第一及第二導線係並聯連接至該H電橋電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含一雙極之雙擲繼電器。
  3. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含一第一單極之雙擲繼電器，及一第二單極之雙擲繼電器。
  4. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含：第一、第二、第三、及第四開關；以及一控制器，配置成選擇性地切換該第一、第二、第三、及第四開關的狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一、第二、第三、及第四開關包含場效電晶體(FET)。
  6. 如申請專利範圍第4項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一、第二、第三、及第四開關包含PIN二極體。
  7. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含一旋轉開關。
  8. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含：第一、第二、第三、及第四可變真空電容器；以及一馬達驅動器，配置成驅動齒輪以選擇性地調整該第一、第二、第三、及第四可變真空電容器的阻抗。
  9. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該H電橋電路包含：第一、第二、第三、及第四可變阻抗電路；以及 一控制器，配置成選擇性地調整該第一、第二、第三、及第四可變阻抗電路的阻抗。
  10. 如申請專利範圍第9項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一、第二、第三、及第四可變阻抗電路包含一可變電容。
  11. 如申請專利範圍第9項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一、第二、第三、及第四可變阻抗電路每一者包含一第一可變電容，該第一可變電容係與一第二可變電容及一電感器的並聯組合加以串聯。
  12. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該線圈驅動電路包含：一RF源；以及一調諧電路，連通該RF源、該線圈反轉電路、及該第二線圈。
  13. 如申請專利範圍第12項之處理基板的基板處理工具，其中，該調諧電路包含一變壓器電容耦合式調諧電路。
  14. 如申請專利範圍第12項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一線圈係配置在該第二線圈內部。
  15. 如申請專利範圍第12項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一線圈係配置在該第二線圈外部。
  16. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該第二線圈的該第一及第二導線、與該H電橋電路係並聯連接至一調諧電路。
  17. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中：該第一線圈的該第一及第二導線的輸入端係位在該第一線圈的該第一及第二導線的輸出端的徑向內側；該第二線圈的該第一及第二導線的輸入端係位在該第一線圈的該第一及第二導線的輸出端的徑向外側；並且該第二線圈的該第一及第二導線的輸入端係位在該第二線圈的該第一及第二導線的輸出端的徑向內側。
  18. 如申請專利範圍第1項之處理基板的基板處理工具，其中，該第一線圈的該第一及第二導線係設置於該第二線圈的該第一及第二導線的徑向內側。
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