TWI797766B - 低電流高離子能量電漿控制系統 - Google Patents

低電流高離子能量電漿控制系統 Download PDF

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Abstract

示例性半導體處理系統可包括處理腔室、安置在處理腔室中或處理腔室上的電感耦合電漿(ICP)源，及被配置為定位基板的支撐件。支撐件可至少部分地安置在處理腔室內，並且可包括偏壓電極。離子屏可安置在腔室內，位於支撐件上的基板上方。離子屏可供離子及電子半穿透，因此維持在離子屏上方的電漿密度不受施加到偏壓電極的射頻偏壓功率的影響。因此，實現了電漿能控制，同時保持了電漿密度與射頻偏壓功率的獨立性，從而能夠提供高離子能及低偏壓電流。

Description

低電流高離子能量電漿控制系統
本申請案主張於2020年10月6日提交的題為「低電流高離子能量電漿控制系統」（LOW CURRENT HIGH ION ENERGY PLASMA CONTROL SYSTEM）的美國專利申請案第17/063,824號的權益及優先權，其全部內容以引用方式併入本文。
本技術係關於用於半導體製造的部件及設備。更具體而言，本技術係關於電漿產生及控制部件，及其他半導體處理設備。
藉由在基板表面上產生複雜圖案化材料層的製程，能夠產生積體電路。在基板上產生圖案化材料需要膜沉積及曝露材料移除的受控方法。化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)是半導體工業中使用的一種氣體反應製程，用以在基板上形成所需材料（如二氧化矽）的薄層或薄膜。高密度電漿化學氣相沉積製程使用反應性化學氣體，並藉由使用射頻產生電漿來產生物理離子，以增強膜沉積。
化學氣相沉積的最新進展激發了對用極低離子電流及高離子能處理二氧化矽的興趣，以在生長薄膜之前或不生長薄膜的情況下提供深度處理。為了提供此種深度處理，使用相對低的射頻源功率及相對高的偏壓功率。然而，此種功率配置會導致由源及偏壓功率提供的離子電流及/或密度與離子能控制之間的獨立性喪失。此外，為適應不同需求而進行的電漿配置變更會導致已處理的半導體基板中出現異常不均勻性。用於將該等不均勻性降低到可接受位準的技術實施時可能較為複雜、困難且耗時。因此，需要改進的系統及方法，其可用於產生高離子能、良好控制的電漿，同時保持電漿密度與偏壓功率的獨立性，以相對低的偏壓功率實現高離子能。本技術解決了該等需求及其他需求。
示例性半導體處理系統可包括處理腔室、安置在處理腔室中或處理腔室上的電感耦合電漿(inductively coupled plasma; ICP)源、及被配置為定位基板的支撐件。支撐件可至少部分地安置在處理腔室內，並且可包括偏壓電極。半透明離子屏安置在腔室內，位於支撐件上的基板上方並靠近基板。當維持在離子屏上方的電漿密度高，且基本上不受施加到偏壓電極的射頻偏壓功率的影響時，此種衰減允許最小源功率的增大，同時系統向基板提供必要的離子通量。
在一個實例中，離子屏被配置成允許5%至20%的離子及電子流過離子屏。在此實例中，系統的最小源功率可增加到500瓦與1000瓦之間。將離子屏靠近基板放置，防止在離子屏與基板之間施加的偏壓電場維持離子屏與基板之間區域中的電漿，且射頻偏壓功率幾乎完全用於加速離子。在一些實施例中，離子屏放置在基板上方10毫米至15毫米處。
在一些實施例中，離子屏包括介電材料。在一些實施例中，離子屏包括導體。介電材料可放置在導體上或導體周圍。導體可被配置為接地、浮動、保持在設定電壓，或上述各者的某種組合。在一些實施例中，離子屏包括被佈置在基板鄰近處的孔，其中孔直徑與離子屏厚度之比率為1至4。
在一些實施例中，操作半導體處理系統的方法包括使用電感耦合電漿源在腔室內自基板形成與離子屏相對的電漿，並向偏壓電極施加射頻偏壓電壓。當大部分射頻循環時間離子被加速前往基板時，且針對跨越該間隙並補償電荷的短時間內電子而言，離子屏與基板之間的空間表現為射頻鞘。該方法包括基於射頻偏壓功率線性控制離子能，同時使用源功率控制離子電流。
示例性電漿控制系統可包括電感耦合電漿源、偏壓電極及離子屏，該離子屏被配置為安置在電感耦合電漿源與偏壓電極之間的基板上方。在一些實施例中，該系統包括可連接至離子屏的導體的可變電壓源。可變電壓源可操作用於將導體設置及保持在固定的直流電壓位準。
為了提供基板的深度處理，例如約100瓦的相對低的射頻功率被用於產生電漿，而例如從800至2000瓦的相對高的功率被用作射頻偏壓。此種功率配置可能導致電漿流及/或密度之間的獨立性的喪失，並因此導致由偏壓提供的離子能控制的喪失。通常，電感耦合電漿(inductively coupled plasma; ICP)源功率控制到達基板的電漿密度(n)及離子電流(I i)，且偏壓功率控制離子能(W i=P b/I i)。控制喪失的發生是因為在低源功率及高偏壓功率下，電漿密度不再獨立於偏壓功率，而是隨之增大，從而導致離子能對偏壓功率的依賴性小得多。例如，可能需要兩倍以上的射頻偏壓功率（800瓦至2000瓦）才能將離子能提高僅25%。離子能的進一步增大需要更高的偏壓功率。
對如上所述使用低源功率及高偏壓功率來處理具有不同特性的基板，或滿足不同需求的系統進行電漿配置變更，會導致異常不均勻性。該等不均勻性會導致最終在基板上形成的膜中的缺陷。每次變更皆必須採用將該等不均勻性降低到可接受位準的技術。該等技術可能耗時且/或複雜，因為在具有高偏壓功率的較低電漿密度下精細的電漿控制是相當困難的。
本技術透過利用放置在基板上方的離子屏克服了該等挑戰。作為一個實例，離子屏可為接地但為經介電塗覆的板件，該板件具有開口，該等開口以一圖案排列以在正在處理的半導體晶圓上方形成大致圓形的柵格部分。離子屏足夠薄，並且具有適當尺寸及數量的開口，可供離子及電子半穿透。可使用典型的源功率將電漿維持在離子屏上方，並且離子屏將防止偏壓顯著影響電漿密度。由於間隙短及壓力低，在基板與離子屏之間不會產生電漿。電漿將保持接近地面電勢，因此當偏壓為負時，所有電壓皆施加在離子屏與基板之間，從而加速離子前往晶圓，並將電子重定向至離子屏。
與常用的將離子/電子通量衰減達約1000倍或更多倍以從基板移除離子的屏相比，此種專門設計的離子屏的一個實例被配置為允許5%至20%的離子及電子流過離子屏。當維持在離子屏上方的電漿密度高並且不受施加到偏壓電極的射頻偏壓功率影響時，此種衰減位準允許最小源功率增加到500瓦與1000瓦之間，同時系統向晶圓提供必要的離子通量，此種離子通量原本僅能以非常低的源功率獲得。如今透過改變源功率即可控制此離子通量。
離子屏的另一個特殊特徵是被配置用於靠近基板放置，使得在屏與基板之間施加的偏壓電場不能維持該區域中的電漿，且射頻偏壓功率幾乎完全用於加速離子。在一些實施例中，離子屏放置在基板上方10毫米至15毫米處。
當射頻偏壓電壓變更極性時，基板反射離子及吸收電子，從而補償在偏壓電壓波形的負性部分期間積累在基板上的正電荷。電漿能控制是直接進行的，並且在保持電漿密度獨立於射頻偏壓功率的同時完成。因此，可提供高離子能及低偏壓電流。
儘管剩餘的揭示內容將常規地說明利用所揭示技術的特定沉積製程，但是將容易理解，該系統及方法同樣適用於其他沉積及清潔腔室，及可在所描述的腔室中進行的製程。因此，本技術不應被認為局限於僅用於該等特定的沉積製程或腔室。在描述根據本技術實施例的對該系統的額外變化及調整之前，本揭示案將論述一種可能的系統及腔室，該系統及腔室可包括根據本技術實施例的蓋堆疊部件。
第1圖示出了根據本技術的一些實施例的示例性半導體處理系統的示意性橫剖面視圖。如圖所示，處理系統100包括適於處理基板121的腔室102。處理系統100可用於各種電漿製程。例如，處理系統100可用於用一或更多種蝕刻劑進行乾式蝕刻。該處理系統可用於點燃來自前驅物C xF y（其中x及y表示已知化合物的值）、O 2、NF 3、Ar、He、H 2或上述各者的組合的電漿。在另一個實例中，處理腔室100可用於具有一或更多種前驅物的電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)製程。
該系統包括支撐件101。該實例中的支撐件101是靜電卡盤，包括支撐桿107及卡盤主體104。儘管支撐桿的一部分可從腔室突出，但是在操作期間，靜電卡盤至少部分地包含在處理腔室內。支撐件包括偏壓電極123。偏壓由射頻發生器124提供。可向電極123施加額外的電壓以提供夾持力。提供ICP電極108，該電極可能作為處理腔室的蓋組件（未示出）的一部分。亦提供了進氣埠118及排氣埠119。電極108耦合到電功率源，如射頻發生器109。經由電極108的射頻電流返回路徑由接地端125提供，其亦為腔室102提供接地連接。電極108及其電源用作電感耦合電漿源。對電極的射頻功率在腔室102內產生電漿120。
支撐件101可透過支撐桿107耦合到提升機構（未示出），支撐桿107延伸穿過腔室主體102的底表面。提升機構可透過波紋管撓性地密封到腔室主體102，波紋管防止真空從支撐桿107周圍洩漏。提升機構可允許支撐柱107在腔室主體102內在轉移位置及/或多個處理位置之間垂直移動，以將基板121放置在電極108鄰近處。離子屏130安裝在處理腔室102中。離子屏130足夠薄，並且在靠近基板121處具有適當尺寸及數量的開口132，使得離子及電子半穿透該離子屏130。考慮到為了定位基板121而引起的支撐件101的任何預期移動，腔室及離子屏被配置成使得離子屏的底表面與基板121的頂表面之間的間距h為10毫米至15毫米。可透過提供離子屏的同時移動來適應支撐的移動。在第1圖的實例中，離子屏130由導體或介電材料製成，並且相對於半導體處理系統100中存在的地面及電壓而浮動。
本文使用的術語「半透明」係指一種屏，其允許向基板進行可量測的離子傳輸，但保持離子傳輸足夠低，以允許最小ICP源功率在500瓦以上，同時在系統正常操作期間保持離子能對偏壓功率的線性回應。精確的最小及最大有效傳輸值會隨著系統設計而變化。例如，在某些情況下，提供可接受結果的允許流速可從少至1%到多至40%。
第2圖示出了根據本技術的一些實施例的另一示例性處理腔室的示意性橫剖面視圖。如圖所示，處理系統200包括適於處理基板121的腔室102。處理系統200可用於各種電漿製程。該系統包括處理腔室102及支撐件101。支撐件包括偏壓電極123。偏壓由射頻發生器124提供。提供了ICP電極108，同樣提供氣體分配板112。電極108耦合到射頻發生器109。經由電極108的射頻電流返回路徑由接地端125提供，其亦為腔室102提供接地連接。
在第2圖中，離子屏230安裝在處理腔室102中。離子屏230足夠薄，並且在靠近基板121處具有適當尺寸及數量的開口，使得離子及電子半穿透該離子屏230。腔室及離子屏被配置成使得離子屏的底表面與基板121的頂表面之間的間距為10毫米至15毫米。在第2圖的實例中，離子屏230包括導體234，導體234的兩側皆被介電材料236塗覆或覆蓋。導體234藉由接地端240接地。
第3圖示出了根據本技術的一些實施例的額外示例性處理腔室的示意性橫剖面視圖。如圖所示，處理系統200包括適於處理基板121的腔室102。處理系統200可用於各種電漿製程。該系統包括處理腔室102及支撐件101。支撐件包括偏壓電極123。偏壓由射頻發生器124提供。提供了ICP電極108，同樣提供氣體分配板112。電極108耦合到射頻發生器109。經由電極108的射頻電流返回路徑由接地端125提供，其亦為腔室102提供接地連接。
在第3圖中，離子屏330安裝在處理腔室102中。離子屏330足夠薄，並且在靠近基板121處具有適當尺寸及數量的開口，使得離子及電子半穿透該離子屏330。腔室及離子屏被配置成使得離子屏的底表面與基板121的頂表面之間的間距為10毫米至15毫米。在第3圖的實例中，離子屏330包括導體334，導體334的頂表面上被介電材料336塗覆或覆蓋。離子屏330的導體334連接至可變電壓源342。可變電壓源可操作以將導體保持在固定的直流電壓位準，該電壓位準可被調節以獲得期望的結果。因此，可設置基板與電漿之間的柵格部分為可變電壓源可實現的範圍內的任何電勢，以便保持對電漿流的更嚴格控制。
上述圖式中所示的電感耦合電漿源就是一個實例。可使用任何類型的電漿產生硬體，且頻率範圍可變化。可使用不同的電極配置，亦可使用不同的頻率範圍。作為實例，射頻發生器109可包括高頻射頻(high frequency radio frequency; HFRF)電源、低頻射頻(low frequency radio frequency; LFRF)電源、微波源或上述各者的某種組合。
上圖中所示的三個離子屏結構中的任何一者皆可用於所示的任何系統中。作為實例，在兩側包括導體及介電材料的離子屏可為浮動的，或者連接至可變電壓源342。在一側包括導體及介電材料的離子屏可為浮動的或接地的。若導電，則單層離子屏可接地或連接至可變電壓源342。除了具有各種塗層及層選擇的單個離子屏之外，亦可同時使用多個離子屏。例如，可使用兩個基本上平行的離子屏。可變電壓源可視情況用於保持兩個屏之間的直流電勢。在本文中，術語「基本上」是指在系統的典型機械容差範圍內將離子屏定位成平行的。此術語適用於離子屏，在上文論述的實例中，離子屏被定位成基本平行於基板的頂表面。
腔室壁通常由導電材料製成，但可在內部塗有介電材料。在離子屏是介電塗覆的導電板的情況下，相同或不同的介電材料可用於腔室壁及板上。在所有上述實例中，離子屏可供離子及電子半穿透，使得5%至20%的離子及電子流經離子屏的柵格部分。因此，藉由使用500瓦至1000瓦的典型源功率，電漿可維持在離子屏上方，並且偏壓不會影響電漿密度。在基板與離子屏之間未產生顯著的電漿。若離子屏使用接地導體，則電漿將保持接近地面電勢。電子在離子屏柵格部分的基板側及開口中積累電荷，從而限制離子電流，使得當射頻偏壓電壓為負時，所有偏壓電壓皆施加在屏與基板之間，從而加速離子前往基板，並將電子重定向到屏。當射頻偏壓電壓變更極性時，基板反射離子並吸收電子，補償在偏壓電壓波形的負性部分期間積累在基板上的正電荷。
由於離子電流完全由離子屏上方的電漿控制，離子加速區的尺寸在柵格-基板距離h處保持不變；離子能線性依賴於射頻偏壓功率，但不必使用高偏壓功率來獲得高離子能。能量控制是直接進行的，並且在保持電漿密度獨立於射頻偏壓功率的同時完成。因此，可保持高離子能及低偏壓電流（及功率）。因為電漿輪廓在離子屏的柵格部分上方是平坦的，並且柵格部分小於腔室直徑，所以改善了處理過的基板的均勻性。
離子屏相對靠近基板。在上文的實例中，離子屏的底部距離基板頂部10毫米到15毫米。在一些設計中，該距離可變化更大，例如，從10毫米到20毫米或從10毫米到25毫米。當半導體處理系統運行時，離子屏基本上與腔室同延。因此，在柵格之外的離子屏的部分跨越得足夠靠近壁，以防止電漿滲透到腔室在基板之外的底部，但是足夠遠離壁，在給定了組成該系統的各種部件的機械及熱容差的情況下允許離子屏與基板一起自由移動。離子屏的移動及放置可手動完成，或者離子屏可連接至一結構，該結構隨升降銷移動同步地向上或向下提升離子屏，用於裝載及卸載基板。
第4圖示出了根據本技術的一些實施例的離子屏的示意性透視圖。為了清楚起見，離子屏400被放大顯示，並具有放大或縮小的尺寸。實際上，離子屏足夠薄，並且具有適當尺寸及數量的開口，以供離子及電子半穿透。離子屏400延伸至基本上與半導體處理腔室的壁同延。離子屏400包括孔402，孔402經定位以靠近正在處理的半導體基板。「靠近」基板意味著孔被限制在基板表面上方的區域。因此，孔形成離子屏的柵格部分，而柵格部分之外的部分朝向腔室壁延伸。在一些實例中，孔402被形成為使得孔直徑d與離子屏的厚度t的比率大於1，例如在1與10之間。在另一個實例中，離子屏的直徑d與厚度t之比率在1與4之間。在一些實施例中，屏的總厚度在2毫米與12毫米之間。在一些實施例中，屏的厚度在5毫米與7毫米之間。孔通常被製成儘可能密集地填充，同時保持離子屏的適當結構完整性。只要保持孔對著的離子屏面積相對於離子屏厚度的關係，孔可形成為不同於孔402所示圓形的形狀，例如正方形、六邊形、橢圓形或任何其他幾何形狀。
作為一個實例，離子屏400可為導電但介電塗覆的板件，板件具有開口402，該等開口以一圖案排列以在正在處理的基板上方形成大致圓形的柵格部分。作為另一個實例，離子屏可為僅在一側具有介電材料的金屬，如僅在頂側具有介電材料的離子屏330。離子屏400亦可為由導電材料或介電材料製成的單一板。若控制偏壓電流並進行量測以確保到達基板的離子電流獲得平衡，且基板保持中性，則裸金屬離子屏將提供與介電塗層屏相同的優點。而亦可使用由固體介電材料製成的離子屏。在此種情況下，離子屏改變了基板與電漿之間的電容。此外，應該控制偏壓電流，以保持基板的中性及平衡的離子電流。
用於製造離子屏400的金屬板應該由在半導體處理環境中可能發生的腐蝕或氧化方面具有安全性的材料製成。例如，鋁可用作離子屏的導電材料。可使用的介電材料的實例包括石英、二氧化矽或陶瓷。材料的選擇應使得若同時使用金屬及介電材料，則膨脹係數大致相同，以便使由腔室中的溫度變化引起的離子屏的破裂或畸變降至最小。
當離子屏被放置在關於第1-3圖中任一個描述的半導體處理腔室中，以便接近正在處理的基板的表面，但處於其上方。透過使用ICP源電極108處理基板，以在與基板121的離子屏相對的腔室中形成電漿120。將射頻偏壓電壓施加到偏壓電極123。當大部分射頻循環時間的離子被加速前往基板時，且針對跨於該間隙並補償電荷的短時間內電子而言，離子屏與基板之間的空間表現為射頻鞘。該系統交替地將來自電漿的離子加速驅向基板，同時將電子從基板反射到離子屏，並將離子從基板反射到離子屏。每當來自射頻發生器124的射頻偏壓電壓變更極性時，離子流就變更。當離子從基板反射到離子屏時，離子補償基板中或基板上積累的正電荷。由於離子流至少部分地由離子屏管理，所以在使用電漿控制離子電流的同時，基於射頻偏壓電壓線性控制離子能。
在上文描述中，出於解釋之目的，已經闡述了許多細節，以便提供對本技術的各種實施例的理解。然而，對於熟習此項技術者而言顯而易見，某些實施例可在沒有該等細節中的一些或者具有額外細節的情況下實施。
本文已揭示了數個實施例，熟習此項技術者將會認識到，在不脫離實施例的精神的情況下，可使用各種潤飾、替代構造及等同物。此外，為了避免不必要地模糊本技術，本文並未描述諸多眾所熟知的製程及元件。因此，以上描述不應被視為限制該技術的範疇。
在提供值範圍的情況下，應當理解，除非上下文另有明確規定，亦特別揭示了該範圍的上限及下限之間的每個精確到下限單位的最小部分的值。本文包含在規定範圍內的任何規定值或未規定的中間值，與該規定範圍內的任何其他規定值或中間值之間的任何較窄範圍。該等較小範圍的上限及下限可獨立地包括或排除在該範圍之外，並且其中任一個、兩個或兩個限制皆不包括在較小範圍內的每個範圍亦包含在該技術中，具體受限於所述範圍內的任何特定排除的限值。當所述範圍包括一個或兩個限值時，亦包括排除一個或兩個所包括限值的範圍。
如本文及所附申請專利範圍中所使用的，單數形式「一」、「一個」及「該」包括複數引用方式，除非上下文另有明確規定。因此，例如，對「一電極」的引用包括多個此種電極，而對「該支撐物」的引用包括對一或更多個支撐物及熟習此項技術者已知的其等同物等的引用。
此外，當在本說明書及以下申請專利範圍中使用時，詞語「包括（comprise）」、「包括（comprising）」、「包含（contain）」、「包含（contained）」、「包含（include）」及「包含（including）」意欲指定所陳述的特徵、整數、部件或操作的存在，但是上述各者不排除一或更多個其他特徵、整數、部件、操作、動作或組的存在或額外添加。詞語「耦合的」、「連接的」、「可連接的」、「安置的」及類似術語可指部件之間的直接連接或放置，或者與中間部件或在其間的連接或放置。諸如「上方」、「下方」、「頂部」及「底部」的術語是指在垂直方向觀察圖形時的相對位置，並不一定意味著在實體系統中的實際位置。
100:處理腔室 101:支撐件 102:腔室 104:卡盤主體 107:支撐桿 108:ICP電極 109:排氣埠 112:氣體分配板 118:進氣埠 119:射頻發生器 120:電漿 121:基板 123:偏壓電極 124:射頻發生器 125:接地端 130:離子屏 132:開口 200:處理系統 230:離子屏 234:導體 236:介電材料 240:接地端 330:離子屏 334:導體 336:介電材料 342:可變電壓源 400:離子屏 402:孔 d:直徑 h:間距 t:厚度
藉由參考本說明書的剩餘部分及附圖，可實現對本文揭示技術的本質及優點的進一步理解。
第1圖示出了根據本技術的一些實施例的示例性處理腔室的示意性橫剖面視圖。
第2圖示出了根據本技術的一些實施例的另一示例性處理腔室的示意性橫剖面視圖。
第3圖示出了根據本技術的一些實施例的額外示例性處理腔室的示意性橫剖面視圖。
第4圖示出了根據本技術的一些實施例的離子屏的示意性透視圖。
包括數幅圖式作為示意圖。應理解，該等圖式是以說明為目的，除非特別聲明為按比例繪製，否則不應被視作按比例繪製。此外，該等圖式本質上是示意性的，且被提供用於輔助理解，與現實表示相比，該等圖式可能不包括所有態樣或資訊。為了實現說明目的，圖式可包括誇示的材料。
在附圖中，相似的部件及/或特徵可具有相同的元件符號。此外，各種尺寸可用字母來區分。若說明書中僅使用了第一個元件符號，則該描述適用於任何一個類似的部件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理腔室
101:支撐件
102:腔室
104:卡盤主體
107:支撐桿
108:ICP電極
109:排氣埠
112:氣體分配板
118:進氣埠
119:射頻發生器
120:電漿
121:基板
123:偏壓電極
124:射頻發生器
125:接地端
130:離子屏
132:開口

Claims (20)

  1. 一種半導體處理系統，包括：一處理腔室；一電感耦合電漿源(ICP)，該ICP設置在該處理腔室中或該處理腔室上；一支撐件，該支撐件被配置為定位一基板，該支撐件至少部分地設置在該處理腔室內，並且包括一偏壓電極；及一離子屏，該離子屏安置在該處理腔室內，位於該支撐件上的該基板上方，該離子屏可供離子及電子半穿透，使得維持在該離子屏上方的一電漿密度不受施加到該偏壓電極的一射頻偏壓功率的影響，其中當施加到該偏壓電極的一射頻偏壓電壓改變極性時，一電漿被維持在該離子屏上方。
  2. 如請求項1所述的半導體處理系統，其中該離子屏包括一介電材料。
  3. 如請求項1所述的半導體處理系統，其中該離子屏包括一導體。
  4. 如請求項3所述的半導體處理系統，其中該離子屏進一步包括設置在該導體上方或周圍的一介電材料。
  5. 如請求項3所述的半導體處理系統，其中該離子屏被配置為使該導體接地、浮動或保持在一設定電壓下中的至少一者。
  6. 如請求項5所述的半導體處理系統，其中該離子屏限定複數個孔，該複數個孔被佈置成靠近該基板，其中該等孔直徑與該離子屏的一厚度之比為1至4。
  7. 如請求項1所述的半導體處理系統，其中該離子屏被配置為當一ICP功率在500瓦及1000瓦之間且該離子屏在該基板上方10毫米至15毫米時，允許5%至20%的離子及電子流。
  8. 一種處理一半導體基板的方法，該方法包括以下步驟：使用一電感耦合電漿源自一處理腔室內的一基板形成與一離子屏相對的電漿；向一偏壓電極施加一射頻偏壓電壓；或者：當該射頻偏壓電壓為負時，加速來自該電漿的離子前往該基板，同時將電子從該基板反射到該離子屏；及當該射頻偏壓電壓改變極性時，將離子從該基板反射到該離子屏，以補償積累在該基板中或該基板上的正電荷；及基於該射頻偏壓電壓線性控制離子能，同時使用該電漿控制離子電流。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該離子屏包括一介電材料。
  10. 如請求項8所述的方法，其中該離子屏包括 一導電材料上或周圍的介電材料。
  11. 如請求項10所述的方法，其中該離子屏包括複數個孔，其中該等孔的一直徑與該離子屏的一厚度之一比率為1至4。
  12. 如請求項8所述的方法，其中該離子屏在該支撐件上的該基板表面上方10毫米至15毫米處。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該離子屏允許5%至20%的離子及電子流。
  14. 一種用於半導體處理的電漿控制系統，該電漿控制系統包括：一電感耦合電漿(ICP)源；一偏壓電極；及一離子屏，被配置為安置在該電感耦合電漿源與該偏壓電極之間的一基板上方，該離子屏進一步被配置為允許5%至20%的離子及電子流，同時一電漿被維持在該離子屏上方，其中當施加到該偏壓電極的一射頻偏壓電壓改變極性時，該電漿被維持在該離子屏上方。
  15. 如請求項14所述的電漿控制系統，其中該離子屏包括一介電材料。
  16. 如請求項14所述的電漿控制系統，其中該離子屏包括一導體。
  17. 如請求項16所述的電漿控制系統，其中該離子屏進一步包括安置在該導體上方或周圍的一介電材料。
  18. 如請求項16所述的電漿控制系統，其中該導體可配置為接地或浮動中的至少一者。
  19. 如請求項16所述的電漿控制系統，進一步包括可連接至該導體的一可變電壓源，該可變電壓源可操作以將該導體保持在一固定的直流電壓位準。
  20. 如請求項14所述的電漿控制系統，其中該離子屏限定複數個孔，該複數個孔被佈置成靠近該基板，其中該等孔的一直徑與該離子屏的一厚度之一比率為1至4。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030052087A1 (en) * 2001-09-18 2003-03-20 Jusung Engineering Co. Plasma generating apparatus and SiO2 thin film etching method using the same
WO2020185609A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 Lam Research Corporation Plasma etch tool for high aspect ratio etching

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10024883A1 (de) * 2000-05-19 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Plasmaätzanlage
JP3912993B2 (ja) * 2001-03-26 2007-05-09 株式会社荏原製作所 中性粒子ビーム処理装置
JP4175021B2 (ja) * 2002-05-01 2008-11-05 株式会社島津製作所 高周波誘導結合プラズマ生成装置およびプラズマ処理装置
KR100663351B1 (ko) * 2004-11-12 2007-01-02 삼성전자주식회사 플라즈마 처리장치
US20080178805A1 (en) * 2006-12-05 2008-07-31 Applied Materials, Inc. Mid-chamber gas distribution plate, tuned plasma flow control grid and electrode
US9520275B2 (en) * 2008-03-21 2016-12-13 Tokyo Electron Limited Mono-energetic neutral beam activated chemical processing system and method of using
US8617411B2 (en) * 2011-07-20 2013-12-31 Lam Research Corporation Methods and apparatus for atomic layer etching
US9786471B2 (en) * 2011-12-27 2017-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Plasma etcher design with effective no-damage in-situ ash
KR101579506B1 (ko) * 2014-07-08 2015-12-23 피에스케이 주식회사 기판 처리 장치 및 그 파티클 취급 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030052087A1 (en) * 2001-09-18 2003-03-20 Jusung Engineering Co. Plasma generating apparatus and SiO2 thin film etching method using the same
WO2020185609A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 Lam Research Corporation Plasma etch tool for high aspect ratio etching

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