TWI796824B - 用於調節處理腔中電漿邊緣的裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種用於調節電漿曲線的裝置，包含一金屬調節環，其具有一內側面、一斜面及一頂面，所述斜面自該頂面向所述內側面向下延伸，所述斜面與所述頂面定義一夾角，所述夾角介於150度至120度之間。

Description

用於調節處理腔中電漿邊緣的裝置及其控制方法

本發明是關於一種半導體製造的電漿處理裝置，特別是關於一種用於調節一處理腔中電漿場分佈的裝置及其控制方法。

電漿處理（或等離子處理）是用來沉積物質於一基板上以形成薄膜， 像是利用已知的電漿化學氣相沉積（PECVD）方法形成介電質薄膜於基板 上。在電漿處理中，影響薄膜形成的電漿分佈、均勻性和密度是關鍵的。這是因為這些因素會造成在基板中央的薄膜厚度和在基板邊緣的薄膜厚度的差異。恰當的電漿分佈、均勻性和密度可獲得厚度均勻的薄膜。當然，這樣的理想結果有賴於對處理過程中電漿分佈曲線的調節和控制。

因此， 有必要發展出能有效調節、調製或控制處理期間在處理腔中的電漿場分佈的裝置及其控制方法，並在成本上亦具有優勢。

本發明目的在於提供一種用於調節電漿曲線的裝置，包含：一金屬調節環，該金屬調節環具有一內側面、一斜面及一頂面，該斜面自該頂面向該內側面向下延伸，該斜面與該頂面定義一夾角，該夾角介於150 度至120 度之間。

本發明另一目的在於提供一種用於調節電漿曲線的裝置，包含：一支 撐盤，具有一承載區域及圍繞該承載區的一周圍區；及一金屬調節環，埋設于且延伸於該支撐盤的周圍區，該金屬調節環具有面向該承載區的一內側面、一斜面及一頂面，該斜面自該頂面向該內側面向下延伸，該斜面與該頂面定義一夾角，該夾角介於150度至120度之間。

在一具體實施例中，該支撐盤的周圍區具有一陶瓷環，該陶瓷環將該 金屬調節環包覆於該支撐盤的周圍區中。

在一具體實施例中，該支撐盤的周圍區的至少一部分高於該承載區。 在一具體實施例中 該支撐盤具有一連接器元件，該連接器元件提供一 導線與該金屬調節環電性連接，使該金屬調節環經由該導線接收一直流電壓。

在一具體實施例中，該連接器元件包含：一接線套，至少部分嵌入該支撐盤並包覆該導線；一固定帽，將接線套固持於該支撐盤中；及一保護罩，至少部分延伸於該支撐盤外並包覆該接線套的至少一部分。

本發明又一目的在於提供一種用於控制所述裝置之方法，包含：以一 馬達於一處理腔中升降該支撐盤；以一運動元件升降該導線，使該導線與該支撐盤同步升降。其中，該運動元件與該馬達機械連接，使該馬達與該運動元件同步連動。

在一具體實施例中， 該運動組件包含：一轉接頭，連接於該導線的一末端；一密封部，與該轉接頭連接且密封該導線的末端；一波紋管，連接於該密封部且包覆該轉接頭；及一運動支座，連接該密封部且與控制該支撐盤的馬達耦接。

在以下多個示例具體實施例的詳細敘述中，對該等隨附圖式進行參考，該等圖式形成本發明之一部分。且系以範例說明的方式顯示，藉由該範例可實作該等所敘述之具體實施例。提供足夠的細節以使該領域技術人員能夠實作該等所述具體實施例，而要瞭解到在不背離其精神或範圍下，也可以使用其他具體實施例，並可以進行其他改變。此外，雖然可以如此，但對於「一具體實施例」的參照並不需要屬於該相同或單數的具體實施例。因此，以下詳細敘述並不具有限制的想法，而該等敘述具體實施例的範圍系僅由該等附加申請專利範圍所定義。

在整體申請書與申請專利範圍中，除非在上下文中另外明確說明，否則以下用詞系具有與此明確相關聯的意義。當在此使用時，除非另外明確說明，否則該用詞「或」系為一種包含的「或」用法，並與該用詞「及/或」等價。除非在上下文中另外明確說明，否則該用詞「根據」並非排他，並允許根據於並未敘述的多數其他因數。此外，在整體申請書中，「一」、「一 個」與「該」的意義包含複數的參照。「在…中」的意義包含「在…中」與 「在…上」。

以下簡短提供該等創新主題的簡要總結，以提供對某些態樣的一基本瞭解。並不預期此簡短敘述做為一完整的概述。不預期此簡短敘述用於辨識主要或關鍵元件，或用於描繪或是限縮該範圍。其目的只是以簡要形式呈現某些概念，以做為稍後呈現之該更詳細敘述的序曲。

圖 1 顯示用於半導體製造的一處理裝置，尤其是使用電漿處理的處理裝置。所述處理裝置包含一處理腔100，處理腔100 具有一腔室以容置用於 各種處理的裝置及部件。處理腔100與一排氣系統連接（未顯示），所述排 氣系統經配置以控制腔室的壓力。處理腔 100 的頂部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。處理腔100 的底部與一馬達 101 及一支撐部件 102 連接，馬達 101 控制支撐部件 102 在腔室中的升降。

典型使用電漿處理的處理裝置包含一射頻訊號產生器 120 及一匹配器 122。射頻訊號產生器120 的一輸出端電性耦接至匹配器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103。如圖所示，處理腔100中提供有靠近頂部的電極103，其一般是屬於噴淋元件的一部分。匹配器122 電性耦接至電極103。所述射頻訊號產生器及匹配器的安排並不限於此揭露。

射頻訊號產生器120 經配置而產生一或多個射頻訊號。在一實施例中， 射頻訊號產生器 120 可包含一或多個射頻訊號產生單元，其中多個射頻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，射頻訊號產生器 120 可由至少一低頻射頻訊號產生單元及至少一高頻射頻訊號產 生單元所實施。

圖2 顯示一支撐部件的頂部外觀，如圖1 中的支撐部件102。圖3 顯示第一實施例的剖面示意圖。圖 2 和圖 3 所示的配置或部件為本發明用於調節電漿曲線的裝置的第一實施例，其包括用於支撐一基板或晶圓的一支撐 盤200。支撐盤200具有一承載區201和一周圍區202，其中承載區201 作 為承載機板的主要區域，可具有多個基板頂升或接觸件，像是支撐銷（lift  pins）等，而周圍區202 位於支撐盤200 的週邊且圍繞承載區201。周圍區 202 可配置成具有限制承載基板位置的用途或者具有其他用途。例如周圍區 202 的至少一部分可略高於承載區201以限制一基板203的橫向位移，如圖 2 所示。

支撐盤200 在承載基板的同一側提供有一金屬調節環204，其配置於且 延伸于周圍區202。基本上，金屬調節環204 位於承載基板的外側一位置且 可略高或略低於基板。如圖 2 所示，金屬調節環 204 座落在周圍區 202 中 相對承載區 201 較低的一下陷處。金屬調節環 204 具有面向承載區 201 的 一內側面205、一斜面206 及一頂面207，其中斜面206自頂面207至內側 面205 向下延伸，且斜面206 與頂面207 定義一夾角，其介於150度至120 度之間。在電漿處理的過程中，儘管未接任何電壓，金屬調節環 204可調製電漿的邊緣曲線，尤其是基板周圍的電漿場分佈。與習知沒有金屬調節環 204 的配置相比，具有金屬調節環 204 的腔中橫向場分佈更為理想，有助於形成從基板中央到週邊一致厚度的薄膜。不同幾何形狀的金屬調節環（此指如圖 2 的剖面形狀）對於調製的效果也不同，但經發現具有所述斜 面配置的金屬環對於電漿場分佈的調製效果最為明顯。

支撐盤 200 具有一陶瓷環 208，配置于週邊區 202 並包覆金屬調節環 204，以將金屬調節環204 埋設且密封於支撐盤200 中。圖1 顯示陶瓷環204與支撐盤 200 分離的狀態。可看到陶瓷環 204 具有一覆蓋部（未標號）及 自覆蓋部向下延伸的包覆部（未標號）。覆蓋部的內側面因應金屬調節環204 的形狀而配置有凹槽。包覆部則向下延伸以包覆支撐盤200 的側面，如圖2 所示。陶瓷環 208 的頂部可配置成一階梯結構或傾斜結構，作為基板橫向 位移的限制。再者，可使用一密封手段防止氣體從陶瓷環208 和支撐盤200 之間侵蝕金屬調節環204。

儘管未顯示，支撐盤 200 中還嵌入有電極、加熱線圈、熱絕緣、靜電 吸附板及/或導體通道等構件，此不逐一贅述。

圖4A和圖4B 顯示本發明的第二實施例，其與第一實施例不同的是引 入了電壓連接手段。基本上，支撐盤 200 的所述金屬調節環 204 及所述陶 瓷環 208 與前述配置相同。較佳地，金屬調節環 204 與支撐盤 200 之間可 提供一墊環 209，其可以是陶瓷材料，用於防止支撐盤 200 和金屬調節環 200 的接觸。墊環 209 可具有一缺口（未標號），以將金屬調節環 204 的一 下表面暴露出來，作為嵌入支撐盤 200 中一導線 210 的接觸部。金屬調節 環 204 的下表面可形成有吻合導線 210 頂端的結構。導線 210 與一直流電 壓源（未顯示）電性連接，因此金屬調節環 204 經由導線 210 接收用於電 漿調節的一直流電壓。在一實施例中，金屬調節環204可被施加0 至50 伏 特的直流電壓來調整腔內電漿曲線。

支撐盤 200 具有一連接器元件，其穩固導線 210 與金屬調節環 204 的 電性連接。連接器元件包括一接線套211、一固定帽212及一保護罩213。 導線210自支撐盤200 向下延伸並由接線套（211）包覆。接線套211 可為 陶瓷材料。接線套 211 至少部分嵌入於支撐盤 200 中，接線套 211 的另一部分自支撐盤 200 向下延伸至處理腔外，如圖 5 所示。固定帽 212 配置成 固定於支撐盤200的底部並將接線套211固持於支撐盤200 中。固定帽212 可採取螺紋鎖固的手段實現。保護罩213 則包覆外露的接線套211，防止接 線套211 因受力不當而折斷。

參圖5，所述連接器元件除了確保導線210 與金屬調節環204 連接，連 接元件還與用來升降導線 210 的一運動元件連接。運動元件配置於處理腔 的底部外側且與金屬調節環 204 下方的接線套 211 連接。圖 6 顯示所述運 動組件的細節，包含一轉接頭214、一密封部215、一波紋管216 及一運動 支座217。轉接頭214 連接於導線210或接線套211的末端。轉接頭214 可 為一法蘭接頭。密封部215 與轉接頭214 連接並密封導線210 和接線套211 的末端。密封部 215 與處理腔之間靠波紋管 216 連接。波紋管 216 是用可 伸縮的元件，藉此實現運動的同時保證密封性。密封部 215 又與運動支座 217 連接，而運動支座217 與支撐部件的馬達（如圖1的馬達101）機械連接，且配置成由馬達帶動而同部升降。藉此，控制支撐元件升降的馬達可 同步驅動連接導線210 的運動元件的升降。如此，導線（210）才能與支撐 盤200 於處理腔中同步升降。較佳地，密封部215 還可提供一密封元件218， 其用於密封導線210 與接線套211 的配合存在部分間隙。

有關裝置的控制，當支撐盤200 從處理腔中的一基板轉移位置（低位）升高至一處理位置（高位），或者相反時，馬達會一併驅動所述運動元件， 使導線210 與支撐盤200 同步升降，實現由電壓調節的電漿處理。

以上內容提供該等敘述具體實施例之組合的製造與使用的完整描述。 因為在不背離此敘述精神與範圍下可以產生許多具體實施例，因此這些具體實施例將存在於以下所附加之該等申請專利範圍之中。

參考下列實施方式描述及圖式，將會更清楚瞭解到本發明的前述和其 他特色及優點。

圖1 顯示一半導體處理裝置的方塊示意圖。

圖2 顯示本發明電漿調節裝置的一第一實施例。

圖3 顯示第一實施例裝置的剖面示意圖。

圖4A及圖4B 顯示本發明電漿調節裝置的一第二實施例。

圖5 顯示採取本發明第二實施例的一處理腔剖面圖。

圖6 顯示本發明第二實施例所包含的運動元件（連接元件）。

100 處理腔 101 馬達 102 支撐部件 103 電極 120 射頻訊號產生器 122 匹配器 200 支撐盤 201 承載區 202 周圍區 203 基板 204 金屬調節環 205 內側面 206 斜面 207 頂面 208 陶瓷環 209 墊環 210 導線 211 接線套 212 固定帽 213 保護罩 214 轉接頭 215 密封部 216 波紋管 217 運動支座 218 密封組件

200:支撐盤

203:基板

204:金屬調節環

205:內側面

206:斜面

207:頂面

208:陶瓷環

Claims (8)

1. 一種用於調節電漿曲線的裝置，包含：一金屬調節環，其特徵在於：所述金屬調節環具有一內側面、一斜面及一頂面，所述斜面自所述頂面向所述內側面向下延伸，所述斜面與所述頂面定義一夾角，所述夾角介於150度至120度之間。
2. 一種用於調節電漿曲線的裝置，其特徵在於，包含：一支撐盤，具有一承載區及圍繞所述承載區的一周圍區；及一金屬調節環，埋設於且延伸於所述支撐盤的周圍區，所述金屬調節環具有面向所述承載區的一內側面、一斜面及一頂面，所述斜面自所述頂面向所述內側面向下延伸，所述斜面與所述頂面定義一夾角，所述夾角介於150度至120度之間。
3. 如請求項2所述的裝置，其中所述支撐盤的周圍區具有一陶瓷環，所述陶瓷環將所述金屬調節環包覆於所述支撐盤的周圍區中。
4. 如請求項2所述的裝置，其中所述支撐盤的周圍區的至少一部分高於所述承載區。
5. 如請求項2所述的裝置，其中所述支撐盤具有一連接器元件，所述連接器元件提供一導線與所述金屬調節環電性連接，使所述金屬調節環經由所述導線接收一直流電壓。
6. 如請求項5所述的裝置，其中所述連接器元件包含：一接線套，至少部分嵌入所述支撐盤並包覆所述導線；一固定帽，將所述接線套固持於所述支撐盤中；及 一保護罩，至少部分延伸於所述支撐盤外並包覆所述接線套的至少一部分。
7. 一種電漿調節曲線裝置之控制方法，用於控制如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述方法包含：以一馬達於一處理腔中升降所述支撐盤；及以一運動元件升降所述導線，使所述導線與所述支撐盤同步升降，其中，所述運動元件與所述馬達機械連接，使所述馬達與所述運動元件同步連動。
8. 如請求項7所述的控制方法，其中所述運動元件包含：一轉接頭，耦接於所述導線的一末端；一密封部，與所述轉接頭連接且密封所述導線的末端；一波紋管，連接於所述密封部且包覆所述轉接頭；及一運動支座，連接所述密封部且與控制所述支撐盤的馬達耦接。

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