TWI842035B - 電漿反應器以及電漿處理工件的方法 - Google Patents

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Abstract

電漿反應器包括腔室主體、氣體分配埠、工件支撐件、天線陣列、及AC功率源，腔室主體具有提供電漿腔室的內部空間，氣體分配埠用於將處理氣體遞送到電漿腔室，工件支撐件用於托持工件，天線陣列包含部分延伸到電漿腔室中的複數個單極天線，AC功率源用於將第一AC功率供應到複數個單極天線。

Description

電漿反應器以及電漿處理工件的方法
本說明書係關於晶圓處理系統及相關方法。
舉例而言，可以使用電磁能(例如，RF功率或微波功率)的形式來執行工件(例如，半導體晶圓)的處理。舉例而言，可以採用功率來產生電漿，以用於執行基於電漿的處理(例如，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)或電漿增強活性離子蝕刻(PERIE))。一些處理需要極高的電漿離子密度以及極低的電漿離子能量。這對於處理(例如，類鑽石碳(DLC)膜的沉積)是正確的，其中沉積一些類型的DLC膜所需的時間可以是幾小時，這取決於所期望的厚度與電漿離子密度。較高的電漿密度需要較高的源功率，並且通常轉化成較短的沉積時間。
微波源通常產生非常高的電漿離子密度，同時所產生的電漿離子能量小於其他源的電漿離子能量(例如，電感耦合的RF電漿源或電容耦合的RF電漿源)。因此，微波源是理想的。然而，微波源無法滿足跨越整個工件上分佈的沉積速率或蝕刻速率所需的嚴格均勻性。最小均勻性可以對應於小於1％的跨越300mm直徑的工件的處理速率變化。
在一個態樣中，電漿反應器包括腔室主體、氣體分配埠、工件支撐件、天線陣列、及AC功率源，腔室主體具有提供電漿腔室的內部空間，氣體分配埠用於將處理氣體遞送到電漿腔室，工件支撐件用於托持工件，天線陣列包含部分延伸到電漿腔室中的複數個單極天線，AC功率源用於將第一AC功率供應到複數個單極天線。
實施方案可以包括以下特徵中的一或更多者。
工件支撐件可配置成托持工件，而使得工件的前表面面向天線陣列。複數個單極天線可以平行地延伸到電漿腔室中。每一單極天線的延伸到電漿腔室中的部分可以是圓柱形。每一單極天線的延伸到電漿腔室中的部分可以是圓錐形。
複數個單極天線可以延伸經過腔室主體的板部分。板部分可以提供電漿腔室的頂板。每一單極天線可以包括向外延伸的凸緣，凸緣係位於板部分遠離電漿腔室的遠側。板部分可以導電。複數個絕緣護套中的每一護套可以圍繞單極天線的延伸經過板部分的部分，以使單極天線與板部分絕緣。每一單極天線可以具有向外延伸的凸緣，凸緣係位於板部分遠離電漿腔室的遠側，而每一絕緣護套可以具有向外延伸的凸緣，以將單極天線的凸緣與板部分分離。
工件支撐件可配置成托持工件，而使得工件的前表面垂直於複數個單極天線的長軸。工件支撐件可配置成托持工件，而使得工件的前表面面向天線陣列。複數個單極天線面向工件支撐件而沒有中介阻障。
可以存在複數個微波或RF透明窗口護套，且每一窗口護套可以圍繞單極天線的突出到電漿腔室中的部分。複數個窗口護套包含選自陶瓷及石英的材料。
單極天線可以跨越板部分均勻間隔。單極天線可以具有均勻的尺寸及形狀。單極天線可以具有不均勻的尺寸或形狀。複數個單極天線可以佈置成六邊形圖案。
第一氣體分配板可以具有第一複數個氣體噴射孔口、覆蓋第一氣體分配板的第一處理氣體充氣部、及耦接到第一處理氣體充氣部的第一處理氣體供應導管。複數個單極天線可以延伸經過氣體分配板。複數個氣體噴射孔口可以定位於單極天線之間的空間中。
第二氣體分配板可以具有耦接到第一氣體分配板中的第三複數個氣體噴射孔口的第二複數個氣體噴射孔口、覆蓋第二氣體分配板的第二處理氣體充氣部、及耦接到第二處理氣體充氣部的第二處理氣體供應導管。複數個單極天線可以延伸經過第一氣體分配板與第二氣體分配板。
AC功率源可配置成將微波功率施加到複數個單極天線。AC功率源係配置成將微波功率施加到複數個單極天線，以在電漿腔室中產生電漿。AC功率供應器可以包括複數個自動調諧器，每一自動調諧器耦接到不同的單極天線。
AC功率源可配置成在複數個不同相位的複數個功率供應線上產生AC功率，複數個單極天線可以區分成複數個群組，而不同群組的單極天線可以耦接到不同的功率供應線。不同的功率供應線的數量可以至少為4。可以藉由相鄰單極天線的空間連續區域定義每一群組的單極天線。在空間相鄰區域中的單極天線可以耦接到功率供應線，而以依序相鄰的相位來提供AC功率。複數個單極天線可以區分成N個群組，而AC功率源係配置成在N個功率供應線的相隔360/N的相位上產生AC功率。N可以是4或6或8。空間連續區域可以是複數個線性列。空間連續區域可以是複數個圓形扇區。
在另一態樣中，一種電漿處理工件的方法包括以下步驟：在電漿腔室中支撐工件，將處理氣體遞送到電漿腔室，以及藉由將AC功率施加到天線陣列而在腔室中產生電漿，天線陣列包含部分延伸到電漿腔室中的複數個單極天線。
在另一態樣中，電漿反應器包括腔室主體、處理氣體分配系統、工件支撐件、及天線陣列，腔室主體具有提供電漿腔室的內部空間，處理氣體分配系統用於將處理氣體遞送到電漿腔室，工件支撐件用於托持工件，天線陣列包含複數個單極天線。處理氣體分配系統包括具有第一複數個氣體噴射孔口的第一氣體分配板、覆蓋氣體分配板的第一處理氣體充氣部、及耦接到第一處理氣體充氣部的第一處理氣體供應導管。複數個單極天線延伸經過第一氣體分配板，並部分進入電漿腔室。
實施方案可以包括以下特徵中的一或更多者。
複數個氣體噴射孔口可以定位於第一氣體分配板的分離單極天線的部分中。處理氣體分配系統可以包括氣體充氣部板，氣體充氣部板具有在面向第一氣體分配板的表面上的凹部，而凹部提供充氣部。複數個單極天線可以延伸經過氣體充氣部板。複數個單極天線可以延伸經過氣體充氣部板的凹部之間的未凹陷區域。每一單極天線可以由凹部的各別部分圍繞。
第二氣體分配板可以具有複數個通路，複數個通路耦接到第一氣體分配板中的第二複數個氣體噴射孔口。第二處理氣體充氣部可以覆蓋第二氣體分配板，而第二處理氣體供應導管可以耦接到第二處理氣體充氣部。複數個單極天線可以延伸經過第一氣體分配板與第二氣體分配板。
複數個單極天線可以佈置成六邊形圖案。複數個氣體噴射孔口可以佈置成六邊形圖案。複數個單極天線可以平行地延伸到電漿腔室中。AC功率源可以配置成將微波或RF功率施加到複數個單極天線，以在電漿腔室中產生電漿。
在另一態樣中，電漿反應器包括腔室主體、柵格過濾器、氣體分配埠、工件支撐件、天線陣列、及AC功率源，腔室主體具有提供電漿腔室的內部空間，柵格過濾器延伸跨越內部空間，並將電漿腔室分成上部腔室與下部腔室，氣體分配埠用於將處理氣體遞送到上部腔室，工件支撐件用於在下部腔室中托持工件，天線陣列包含部分延伸到上部腔室中的複數個單極天線，AC功率源用於將第一AC功率供應到複數個單極天線。
實施方案可以包括以下特徵中的一或更多者。
複數個單極天線可以平行地延伸到上部腔室中。複數個單極天線可以垂直於柵格過濾器延伸。工件支撐件可以配置成平行於柵格過濾器而托持工件。柵格過濾器可以定位於複數個單極天線與工件支撐件之間。AC功率源係配置成將微波功率施加到複數個單極天線，以在上部腔室中產生電漿。
第二處理氣體分配系統可以將第二處理氣體遞送到下部腔室。柵格過濾器可以包括具有第一複數個氣體噴射孔口的氣體分配板以及覆蓋氣體分配板的氣體充氣部板。在氣體充氣部板的底表面的凹部可以提供充氣部，以用於將第二處理氣體流動到氣體噴射孔口。柵格過濾器可以具有經過氣體充氣部板與氣體分配板的複數個孔隙，以用於將電漿或電子從上部腔室流動到下部腔室。
在另一態樣中，電漿反應器包括腔室主體、氣體分配埠、工件支撐件、天線陣列、及AC功率源，腔室主體具有提供電漿腔室的內部空間，氣體分配埠用於將處理氣體遞送到電漿腔室，工件支撐件用於托持工件，天線陣列包含部分延伸到電漿腔室中的複數個單極天線，AC功率源用於將第一AC功率供應到複數個單極天線。複數個單極天線係區分成複數個群組的單極天線，而AC功率源係配置成在複數個不同相位的複數個功率供應線上產生AC功率，而不同群組的單極天線係耦接到不同的功率供應線。
實施方案可以包括以下特徵中的一或更多者。
可以藉由相鄰單極天線的空間連續區域定義每一群組的單極天線。在空間相鄰區域中的單極天線係耦接到功率供應線，而以依序相鄰的相位來提供AC功率。空間連續區域可以是複數個線性列。空間連續區域可以是圍繞中心軸線成角度佈置的複數個扇區。
複數個單極天線可以區分成N個群組，而AC功率源係配置成在N個功率供應線上以相隔360/N的相位產生AC功率。群組可以形成複數個線性列，而線性列可以具有相等的寬度。群組可以形成圍繞中心軸線成角度佈置的複數個扇區，而複數個扇區可以圍繞中心軸線呈現對向相等的角度。複數個扇區可以是圓形扇區或三角形扇區。
AC功率源可以配置成將共同相位偏移施加到N個功率供應線上的相位。AC功率源可以配置成隨著時間的推移而線性增加相位偏移。AC功率源可以配置成使得在各別功率供應線的相位具有1至1000Hz之間的相位偏移頻率。
AC功率源係配置成將微波或RF功率施加到複數個單極天線，以在電漿腔室中產生電漿。AC功率供應器包含複數個自動調諧器，每一自動調諧器耦接到不同的單極天線。反應器可以包括補充單極天線。補充單極天線可以定位於陣列的中心。中心單極天線可以利用單相訊號（one-phased signal）驅動。
在另一態樣中，一種電漿處理工件的方法包括以下步驟：在電漿腔室中支撐工件，將處理氣體遞送到電漿腔室，以及藉由在複數個不同相位的複數個功率供應線上產生AC功率，並將來自功率供應線的複數個不同相位的AC功率施加到部分延伸到電漿腔室中的各別不同群組的單極天線，而在腔室中產生電漿。
前述的優點可以包括但不限於下文及本文其他地方所述者。根據某些態樣的電漿反應器可以提供改善的處理均勻性（例如，改善的材料層在基板上的沉積或蝕刻的均勻性）。電漿反應器可以更有效地使用離子或基質進行處理，因此可以提供改善的處理速度（例如，沉積速率或蝕刻速率），並因此提高產量。電漿反應器可以具有更好的溫度控制，而因此提供更穩定的處理。
本說明書所述之標的之一或更多個實施方案的細節係在隨附圖式與以下描述中闡述。從描述、圖式、及請求項中，將使其他潛在的特徵、態樣、及優點變得顯而易見。
可以在電漿反應器中進行工件（例如，半導體晶圓）的處理。舉例而言，可以採用電磁能量（例如，RF功率或微波（MW）功率）以在腔室中產生電漿，以執行基於電漿的處理（例如，電漿增強化學氣相沉積（PECVD）或電漿增強活性離子蝕刻（PERIE））。一些處理（例如，類鑽石碳（DLC）膜的沉積）需要具有高電漿離子密度與低電漿離子能量。較高的電漿密度需要較高的源功率，並且通常導致較短的沉積時間。
微波源的優點係在於源可以產生非常高的電漿離子密度，同時所產生的電漿離子能量小於其他源的電漿離子能量（例如，電感耦合的RF電漿源或電容耦合的RF電漿源）。微波電漿源的另一優點係為能夠在寬範圍的腔室壓力下產生電漿，通常係從高於大氣壓到10 -6Torr或更低。此舉使得微波電漿處理能夠用於非常廣泛的處理應用。
然而，許多微波源無法滿足半導體處理的嚴格均勻性要求。最小均勻性可以對應於小於1％的跨越300mm直徑的工件的處理速率變化。在微波經過波導中的狹槽傳播到腔室的系統中，天線可能具有反射微波發射的波圖案的週期性功率沉積圖案與狹槽佈局，而使得該處理速率分佈不均勻。此舉阻止了獲得所期望的跨越工件的處理速率均勻性。減少均勻性問題的一種技術是在電漿腔室中使用旋轉天線。不幸的是，此技術可能有各種挫折，例如微波透過天線旋轉的定時帶狹槽洩漏，以及由於天線旋轉導致的微波自動調諧困難。此外，從基板的中心到邊緣的氣體分佈可能並不均勻。
然而，微波功率可以透過單極天線陣列遞送到腔室中。微波透過天線傳播到腔室中。此舉可以減輕產生週期性功率沉積圖案的天線中的狹槽的問題。此外，可以藉由例如將不同相位的功率施加到天線群組而得到均勻性的顯著改善，而藉此模仿旋轉源。
對於處理速率的另一限制係為可以遞送到處理腔室而不會損傷氣體板或柵格過濾器或導致氣體板或柵格過濾器過熱的微波功率的量。習知氣體板提供腔室的真空邊界，因此可能承受顯著的機械應力，而使得氣體板容易過熱而損傷。這種氣體板只能承受較低的微波功率等級。因此，一些處理（例如，DLC沉積處理）可能需要數小時才能達到所期望的DLC膜厚度。此問題可以藉由提供圍繞突出到電漿腔室中的每一單極天線的窗口護套來解決，而降低機械應力的危險，並且可以增加能夠施加的功率。
參照第1圖，電漿反應器10包括腔室主體101，腔室主體101具有例如圓柱形的側壁102，以封閉腔室100。側壁102係由對於微波不透明的材料形成，以將微波限制在腔室內。側壁可以是導電材料（例如，金屬）。
可以藉由柵格過濾器112將腔室100區分成上部腔室100a與下部腔室100b。因為在沒有施加偏壓的情況下沒有實質電場，所以下部腔室100b係為漂移空間。側壁102可以包括圍繞上部腔室100a的上部側壁102a以及圍繞下部腔室100b的下部側壁102b。
頂板104可以由導電材料形成，並覆蓋在上部腔室100a上。可以藉由噴淋頭118提供頂板104。
反應器10進一步包括連接到AC功率源110的單極天線116的陣列108，AC功率源110係配置成以微波或RF頻率產生功率。單極天線陣列108包括部分延伸到上部腔室100a中的複數個單極天線116。天線116係由導電材料（例如，銅或鋁）形成，或由塗佈高導電層的另一金屬形成。在一些實施方案中，天線116平行地突出到上部腔室100a中。天線116可以突出經過腔室主體101的頂板104。每一天線116的底表面可以面向柵格過濾器112。
在一些實施方案中，天線116的底表面係為共面（例如，天線116以相同的量突出到腔室100中）。可替代地，一些天線116（例如，陣列108的中心的天線）的底表面可以相對於其他天線凹陷。在此情況下，陣列108的邊緣處的天線116比陣列108的中心處的天線116更進一步突出到腔室100中。
天線陣列108可以分成天線群組（例如，具有相等數量天線的群組）。此舉允許將不同相位的不同功率提供到天線陣列108內的天線116的不同群組。
在一個實例中，天線陣列108的周邊形成六邊形配置（參見第5圖）。此舉允許將陣列區分成六個三角形群組，每一者具有相等數量的天線（參見第6圖）。周邊亦可以配置成其他形狀（例如，正方形、五邊形、七邊形、或八邊形）。這些形狀亦可以區分成每一者覆蓋三角形形狀區段的群組（例如，四個、五個、七個、或八個群組）。
可以在陣列108中以基本均勻的間隔設置天線。在陣列108內，可以利用六邊形或矩形圖案佈置天線（參見第2圖）。陣列中的天線的節距可以是約½至2英吋。天線116的橫截面可以具有均勻的尺寸及形狀（例如，天線可以具有圓形橫截面）。可替代地，一些天線可以具有不同的橫截面尺寸（例如，中心處的天線可以具有更大的直徑）。突出到腔室中的天線116的部分116c的長度L可以大於寬度W（參見第4圖）。
在一些實施方案中，天線突出經過噴淋頭118（例如，雙通道噴淋頭（DCSH））。噴淋頭118可以包括氣體分配板120與氣體充氣部板122。天線116的長軸可以垂直於噴淋頭118的下表面。
用於支撐下部腔室100b中的工件124的工件支撐台座106具有工件支撐表面106a。工件支撐台座106可以例如藉由線性致動器沿著軸向方向移動，以例如調整腔室100中的工件支撐台座的高度。工件支撐表面106a可以面向柵格過濾器112。天線116的長軸可以垂直於支撐台座106的支撐表面106a。
在一些實施方案中，台座106包括經配置以將熱施加到工件124上的一或更多個加熱元件107。當工件支撐於台座106上且前驅物氣體（如果使用的話）已引入腔室100b時，來自加熱元件107的熱足以讓工件124退火。加熱元件107可以是電阻加熱元件。在加熱元件107定位（例如，嵌入）台座106的情況下，透過與台座接觸而加熱工件124。加熱元件107的實例包括分離的加熱線圈。電線將電源（例如，電壓源）（未圖示）連接到加熱元件，並且可以將一或更多個加熱元件107連接到控制器。
台座106可以配置成托持工件124，而使得工件的前表面124a面向柵格過濾器112；前表面124a可以與柵格過濾器112平行。在另一個實例中，如下面進一步詳細討論，台座106可以配置成使得工件的前表面124a面向天線陣列。
在一些實施方案中，台座106可以環繞旋轉軸機械旋轉，旋轉軸係與台座的對稱軸106b重合。此旋轉可以改善工件124上的處理的電漿均勻性。台座106可以藉由附接到台座的旋轉馬達（未圖示）旋轉。
AC功率源110係連接到單極天線116。舉例而言，功率源110可以經由一或更多個同軸電纜耦接到天線陣列108。功率源110可以在30Hz至30GHz的頻率範圍內操作。舉例而言，功率源110可以在微波頻率（例如，300MHz至30GHz）、RF頻率（例如，300kHz至30MHz）、及/或VHF頻率（例如，30MHz至300MHz）下產生功率。功率源110係配置或控制成將微波或RF功率施加到複數個單極天線，以在腔室100中產生電漿。在一些實施方案中，功率源110亦可以施加DC電壓。
如下面將進一步描述，AC功率源110可以配置成在不同相位的複數個功率供應線上產生AC功率，並透過這些線向不同群組的單極天線116供應功率。
在一些實施方案中，包括圓柱形側壁136的導電屏蔽134圍繞上部側壁102a，並在頂板104上方（例如，在噴淋頭118上方）延伸。導電屏蔽134可以電接地。
在一些實施方案中，上部氣體噴射器組件將處理氣體提供到上部腔室100a中。在一些實施方案中，上部氣體噴射器組件可以包括複數個上部氣體噴射器138，以例如從腔室100的頂板104提供氣體。氣體噴射器138允許進入電漿腔室100a的均勻氣體噴射。
舉例而言，從氣體供應器126透過氣體導管130將氣體供應到一或更多個氣體分配埠128。氣體分配埠128可以耦接到氣體充氣部。舉例而言，在氣體充氣部板122的下側中的凹部122a可以提供用於來自導管130的氣體流動的充氣部。氣體充氣部板122覆蓋在氣體分配板120上。氣體分配板120具有複數個氣體噴射孔口120a，複數個氣體噴射孔口120a延伸經過氣體分配板120，且流體耦接到氣體充氣部，以將氣體分配到上部腔室100a中。孔口120a與可選擇的凹部122a的一部分可以提供上部氣體噴射器138。
氣體噴射孔口係定位於單極天線116之間的空間中。舉例而言，參照第2圖，若單極天線116係佈置成六邊形陣列，則氣體噴射孔口120a可以類似地佈置成六邊形陣列（例如，每一單極天線116係由六個孔口120a圍繞）。類似地，氣體充氣部板122的底表面中的凹部122a可以是蜂窩形，其中天線116延伸經過非凹陷部分（亦即，蜂窩的每一細胞格的中心）。
儘管第1圖圖示由充氣部板的底部的凹部形成的充氣部，但是單極天線116的陣列108上方的容積146可以提供用於氣體供應的充氣部。在此情況下，對於一些實施方案而言，省略充氣部板122，而通路完全延伸經過噴淋頭118（實際上為氣體分配板120），以直接連接到容積146。此容積係藉由外罩134封閉，而氣體將藉由延伸經過外罩134的埠供應。可替代地，充氣部板122可以作為第二氣體分配板，該第二氣體分配板係作為充氣部的凹部，以及作為耦接到第一氣體分配板120中的另一複數個氣體噴射孔口的複數個通路。在此情況下，容積146可以提供覆蓋第二氣體分配板122的第二處理氣體充氣部，以及可以提供耦接到第二處理氣體充氣部的第二處理氣體供應導管。此舉允許將二種不同的處理氣體供應到腔室。單極天線116延伸經過第一氣體分配板120與第二氣體分配板122二者。
回到第1圖，儘管圖示腔室的頂板中的噴淋頭118，但是亦可以替代或附加地透過側壁（例如，透過上部側壁102a中的孔隙）供應氣體。
在一些實施方案中，下部氣體噴射器組件將處理氣體提供到下部腔室100b中。下部氣體噴射器組件可以包括複數個下部氣體噴射器158，以例如從腔室100的頂板104提供氣體。氣體噴射器158允許進入電漿腔室100a的均勻氣體噴射。下部氣體噴射器可以作為柵格過濾器112的一部分，代替柵格過濾器112，或在柵格過濾器112下方。
舉例而言，下部氣體噴射器組件可以類似於上部氣體噴射器組件。更特定言之，柵格過濾器112可以包括氣體分配板150與氣體充氣部板152。在氣體充氣部板152的下側中的凹部152a可以提供用於來自導管130而經過第二分配埠148的氣體流動的充氣部。氣體分配板150具有複數個氣體噴射孔口150a，複數個氣體噴射孔口150a延伸經過氣體分配板120，且流體耦接到氣體充氣部，以將氣體分配到下部腔室100b中。
再次，儘管圖示柵格過濾器112中的氣體噴射孔口150a，但是亦可以替代或附加地透過側壁（例如，透過下部側壁102b中的孔隙）供應氣體。
在這樣的實施方案中，進入上部腔室100a與下部腔室100b的氣體種類及氣體流動速率可以獨立控制。在一個實例中，將惰性氣體供應到上部腔室100a中，並將處理氣體供應到下部腔室100b中。可以控制惰性氣體流動速率，而基本上防止氣體從下部100b傳入或擴散到上部腔室100a中，以提供上部腔室100a的基本化學隔離。氣體遞送系統可以包括排放系統140（例如，包括真空泵），以從上部腔室100a排放前驅物氣體，藉此使腔室100減壓。
在一些實施方案中，AC功率源110包含複數個自動調諧器，每一自動調諧器耦接到不同的單極天線116。來自RF產生器110的RF功率的等級係為高度可控制。此舉可以允許藉由來自RF功率產生器的RF功率基本上控制（增強）上部腔室100a中的電漿密度。因此，可以減少沉積材料中的晶格缺陷或空隙的形成。
在一些實施方案中，柵格過濾器112係為平坦的碟形。柵格過濾器可以延伸經過腔室100。柵格過濾器112係形成為具有複數個開口112-1的陣列。開口112-1可以跨越柵格過濾器112而均勻間隔。可以選擇柵格過濾器112的軸向厚度T與複數個開口112-1的直徑d，以促進透過柵格過濾器112的高能量定向束電子的流動，同時阻止透過柵格過濾器112的非束（低能量）電子及電漿離子的流動。
下部腔室100b中的電漿可以具有與上部腔室100a中的電漿不同的特性。柵格過濾器112可以作為過濾器，以使上部腔室100a與下部腔室100b彼此基本上電隔離。在一些實施方案中，柵格過濾器112係由導電或半導電材料形成。舉例而言，柵格過濾器112可以是金屬（例如，鋁）。柵格過濾器112可以連接到接地，或者可以電浮接。取決於基板是接地還是RF熱，柵格過濾器112可以是RF熱或接地。在一些實施方案中，柵格過濾器112係由非導電材料形成。在一些實施方案中，柵格過濾器112塗佈處理兼容材料（例如，矽、碳、矽碳化合物或氧化矽化合物）或氧化物材料（例如，氧化鋁、氧化釔、或氧化鋯）。
現在參照第3圖，單腔室電漿反應器10包括含有工件支撐件106的電漿腔室100。通常，除了以下所述之外，第3圖的反應器係與第1圖的反應器相同。舉例而言，電漿反應器可以使用相同的單極天線陣列。
與第1圖所示的實施方案不同，第3圖所示的電漿反應器並未區分為上部腔室與下部腔室；而沒有柵格過濾器延伸跨越腔室。因此，反應器僅具有單一腔室100。所以單極天線陣列108將在與工件支撐件相同的腔室中產生電漿。腔室100係由側壁102包圍，側壁102係由微波不透明材料（例如，金屬）形成。在一些實施方案中，側壁102包括透明窗口，或是透明材料（例如，介電材料）。
在此實例中，氣體噴射器組件包括複數個氣體噴射器138，而直接將氣體分配到工件124所在的電漿腔室100中。從氣體供應器126透過氣體導管130供應氣體。一或更多個氣體分配埠128係耦接到氣體充氣部，氣體充氣部係由氣體充氣部板122的下側中的凹部122a所提供。氣體充氣部板122覆蓋在氣體分配板120上。氣體分配板120具有複數個氣體噴射孔口120a，複數個氣體噴射孔口120a延伸經過氣體分配板120，且流體耦接到氣體充氣部。孔口120a（可選擇地與凹部122a的部分一起）可以提供氣體噴射器138，以將氣體分配到腔室100中。氣體噴射孔口係定位於單極天線116之間的空間中。
AC功率源110提供單極天線陣列108所需的MW頻率。單極天線116平行地延伸到電漿腔室100中。此配置的潛在優點在於可以將高密度電漿提供到需要高能量的處理（例如，DLC沉積），並且可以增加電漿效率及晶圓溫度。
現在參照第4圖，雙通道噴淋頭118包括氣體充氣部122與氣體分配板120。在一個實例中，噴淋頭係由例如鋁製成。在一些實施方案中，噴淋頭包括在底表面上具有穿孔的碟形板，以提供用於在第二平行平坦表面（例如，柵格過濾器或工件）上均勻分配反應氣體的孔口120a。在一些實施方案中，孔口提供具有窄通路120b的噴嘴，以在噴淋頭118的底表面處從充氣部通向喇叭形噴嘴120c。
此外，噴淋頭118包括從頂表面延伸到底表面的孔口118a，每一孔口的尺寸適於托持單獨的單極天線116。可以選擇孔口118a之間的間隔，以考慮功率與電流而有效最大化噴淋頭118中的天線116的數量。舉例而言，天線116之間的間隔可以使得相鄰天線116靠近但不接觸（例如，間隔小於10mm）。天線116不應該太靠近以致可能發生短路。舉例而言，相鄰天線116可以間隔大於2mm。
如第4圖所示，每一單極天線116可以具有突出到腔室100a中的圓柱形軸件116a。然而，不同形狀與長度的單極天線可以適用於沉積或蝕刻處理期間的不同目的及應用。舉例而言，如第5圖所示，突出到腔室100a中的單極天線的部分216a可以具有圓錐形狀。回到第4圖，天線116可以具有向外突出的凸緣或肩部116b。凸緣或肩部116可以是從軸件116a橫向延伸的圓形突出。凸緣或肩部116係定位於噴淋頭118上方。孔口118a允許單極天線116的肩部116b位於噴淋頭118的頂表面上，同時允許軸件116a高於噴淋頭118而突出到電漿腔室100中。此舉可以將天線116的底部的垂直位置固定在腔室100內。
由於在處理期間施加高電壓，單極天線116可以達到升高的溫度（例如，30℃至400℃）。可以藉由天線的支撐件中的通道（未圖示）（例如，氣體分配板120中的通道）提供溫度控制。通道承載冷卻劑，以吸收來自天線116及周圍部件的多餘熱。位於腔室外部的熱交換器可以用於從冷卻劑移除熱。
每一單極天線116部分藉由絕緣體介電質護套152圍繞。更特定言之，護套152可以緊密地覆蓋天線116延伸到腔室110中的部分116c。護套亦可以覆蓋整個軸件116a（例如，延伸經過氣體分配器120及充氣部122的整個部分以及延伸到腔室100a中的部分）。護套152對於由單極天線產生的輻射是透明的（例如，護套152可以是微波或RF透明窗口護套）。
護套152可以包括圍繞單極天線116的軸件116a的圓柱形區段152a以及覆蓋單極天線116的底部的底板152b。護套152亦可包括從圓柱形區段152的頂部延伸的向外突出的凸緣或肩部152c。此凸緣或肩部152將單極天線116的凸緣116b與噴淋頭118 16b的頂表面分開。圓錐形單極天線216係由圓錐形護套252圍繞（參見第5圖）。
窗口護套152可以由電絕緣材料（例如，陶瓷、氧化鋁、或石英）形成。護套152可以讓天線116電隔離於氣體分配板120及氣體充氣部板122，並且可以保護導體免受腔室100a中的環境的影響。護套亦可以防止處理的污染（例如，濺射離開天線116的金屬）。
參照第6圖及第7圖，如上所述，AC功率源110可以配置成將多個不同的相對相位的功率供應到不同群組的單極天線116。為了提供不同群組，單極天線116可以單獨地或以群組地進行相位控制。功率源110可以包括單一訊號源306，將其輸出分開然後進行相位平移（例如，利用類比電路）。可替代地，功率源110可以包括多個功率源（例如，多個數位訊號產生器306），以產生不同相位的多個訊號。
通常，在陣列108區分成N個群組的情況下，AC功率供應器可以產生N個不同相位的功率（例如，N個相位係以相隔360/N度）。AC功率供應器可以配置成在N個供應線上產生相隔360/N的相位的AC功率。天線116可以分成不同數量的群組308/408（例如，4個、5個、或更多群組）。每一群組的天線可以佔據天線陣列的空間連續區域。
第5圖圖示具有佈置為線性列的群組的陣列的實例。更特定言之，第5圖圖示線性相位陣列的實例。陣列可以分成N個群組308。可以藉由天線116的不同列308提供群組（例如，每一區域可以覆蓋跨越陣列的大致線性條帶）。N個導體線304可以用於將功率供應器110連接到天線116的N個群組，以將不同相位提供到天線的每一群組。第5圖圖示以六邊形配置佈置的單極天線陣列108，但這並非必需。
第6圖圖示具有圍繞中心軸線成角度間隔的群組的陣列的實例。舉例而言，每一區域可以覆蓋一圓形扇區；若N個區域的大小相等，則弧度將為360/N度。在所示實例中，天線116係區分成六個不同群組408。每一群組408係耦接到不同的導體線404，而因此將不同相位提供到天線的每一群組。群組可以是陣列上的面積相等的三角形區域。
在空間上彼此相鄰的區域可以提供來自多個不同相位的依序相鄰相位的功率。舉例而言，在第6圖中，存在六個區域410，並且施加到兩個相鄰區域（例如，區域410-1與410-2）的訊號相隔60°。舉例而言，可以將0°、60°、120°、180°、240°、及300°的相對相位的功率施加到區域410-1、410-2、410-3、410-4、410-5、及410-6。
作為另一實例，在第5圖中，存在N個區域310，並且施加到兩個相鄰區域310-1與310-2的訊號相隔N/360°。舉例而言，可以將0°、（1/N）*360°、...及（N-1/N）*360°的相對相位的功率施加到區域310-1、310-2、...及310-N。儘管在這些實例中，相位係以相等的間隔分開，但這並非必需。
可以利用不同配置使用用於控制單極天線116的極性相位陣列或線性相位陣列。舉例而言，如第6圖所示，極性相位陣列可以透過數位訊號產生器406使用六相位功率控制配置，而以60的增量向天線116的群組發送不同的訊號。與具有旋轉天線類似，此舉增加電漿的均勻性。在另一實例中，如第5圖所示，可以使用數位訊號產生器306而將線性相位陣列用於n相位功率控制配置。此舉允許天線頻率的高度可控制性，並因此允許更均勻的電漿。
將施加到不同天線群組的功率進行相位平移可以增加電漿沉積的均勻性。實際上，儘管旋轉速率極高，此方法係在電漿沉積處理期間模仿機械旋轉的旋轉天線。相位平移頻率（亦即，給定區域返回到相同相位偏移的頻率）可以設置於1至1000Hz之間。
第8圖的實施方案類似於第7圖的實施方案，但包括位於單極天線116的陣列108的中心處的附加中心天線420。中心天線420可以比其他天線116更大（例如，在平行於陣列108與支撐表面106a的平面上的更大直徑）。可以利用單相位訊號（例如，由數位訊號產生器所產生）驅動中心天線420。中心天線116的優點係為提供功率調整，以用於處理的中心到邊緣的均勻性調諧。
作為上述相位平移的替代或附加，可以利用脈衝方式將功率施加到天線。舉例而言，可以利用1至1000Hz的速率以脈衝方式施加功率。脈衝可以具有5至95％的工作循環（例如，25至75％）。在工作循環的給定接通時間內，可以施加RF或微波頻率（例如，300kHz至30GHz）的功率。
在一些實施方案中，電漿反應器可以用於PECVD處理中的膜的沉積。在這樣的處理中，所沉積的層可以具有一些空的原子晶格位置。隨著附加層的沉積，附加層覆蓋空的晶格位置，而因此在所沉積的材料的結晶結構中形成空隙。這種空隙係為晶格缺陷，並且損害所沉積材料的品質。微波源（例如，第1圖的實施例所採用者）產生具有非常低的離子能量的電漿，因此不會干擾所沉積材料的晶格結構（包括晶格缺陷）。這種微波源可以具有2.45GHz的頻率，而產生具有可忽略的離子能量等級的電漿。
通常，微波的頻率沒有那麼準確，並且具有約±2％的波動。因為微波的頻率具有波動，所以微波路徑的反射率可能顯著改變，而導致供應到天線的微波的電功率的改變以及電漿密度的改變。因此，為了根據反射波的電功率來控制電漿密度，而因此需要精確地監視微波的頻率，以補償由於頻率波動所引起的反射波的電功率的改變。
儘管本文件包含許多具體的實施方案細節，但這些不應解釋為對於任何發明或可能要求保護的範圍的限制，而是作為對於特定發明的特定實施例的具體特徵的描述。在單獨的實施例的上下文中的本文件所描述的某些特徵亦可以在單一實施例中組合而實現。相反地，在單一實施例的上下文中所描述的各種特徵亦可以在多個實施例中單獨或以任何合適的子組合來實現。此外，儘管上述特徵可以描述為以某些組合起作用並且甚至最初即如此聲明，但是在一些情況下可以從組合中去除來自所請求之組合的一或更多個特徵，而所請求之組合可以針對子組合或子組合之變型。
已經描述許多實施方案。然而，應理解，可以進行各種修改。
因此，其他實施方案係在請求項的範圍內。
10:電漿反應器 100:腔室 100a:上部腔室 100b:下部腔室 101:腔室主體 102:側壁 102a:上部側壁 102b:下部側壁 104:頂板 106:台座 106a:工件支撐表面 106b:對稱軸 107:加熱元件 108:陣列 110:功率源 112:柵格過濾器 112-1:開口 116:天線 116a:軸件 116b:肩部 116c:部分 118:噴淋頭 118a:孔口 120:氣體分配板 120a:孔口 120b:窄通路 120c:喇叭形噴嘴 122:氣體充氣部板 122a:凹部 124:工件 124a:前表面 126:氣體供應器 128:氣體分配埠 130:氣體導管 134:導電屏蔽 136:圓柱形側壁 138:氣體噴射器 140:排放系統 146:容積 148:第二分配埠 150:氣體分配板 150a:氣體噴射孔口 152:護套 152a:圓柱形區段 152b:底板 152c:肩部 158:氣體噴射器 216:圓錐形單極天線 216a:部分 252:圓錐形護套 304:導體線 306:數位訊號產生器 308:群組 310:區域 310-1:區域 310-2:區域 404:導體線 406:數位訊號產生器 408:群組 410:區域 410-1:區域 410-2:區域 410-3:區域 410-4:區域 410-5:區域 410-6:區域 420:中心天線
第1圖係為根據第一實施例的電漿反應器的示意性橫截面側視圖。
第2圖係為第1圖的電漿反應器的頂板的示意性底視圖。
第3圖係為根據第二實施例的電漿腔室的示意性橫截面側視圖。
第4圖係為第1圖的部分的放大視圖。
第5圖係為第4圖中的部分的不同實施例的實例。
第6圖係為根據第一實施例的天線陣列的示意性頂視圖。
第7圖係為根據第二實施例的天線陣列的示意性頂視圖。
第8圖係為根據第三實施例的天線陣列的示意性頂視圖。
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10:電漿反應器
100:腔室
100a:上部腔室
100b:下部腔室
101:腔室主體
102:側壁
102a:上部側壁
102b:下部側壁
104:頂板
106:台座
106a:工件支撐表面
106b:對稱軸
107:加熱元件
108:陣列
110:功率源
112:柵格過濾器
112-1:開口
116:天線
118:噴淋頭
118a:孔口
120:氣體分配板
120a:孔口
122:氣體充氣部板
124:工件
124a:前表面
126:氣體供應器
128:氣體分配埠
130:氣體導管
134:導電屏蔽
136:圓柱形側壁
138:氣體噴射器
140:排放系統
146:容積
148:第二分配埠
150:氣體分配板
150a:氣體噴射孔口
152:護套
152a:圓柱形區段
158:氣體噴射器

Claims (15)

  1. 一種電漿反應器，包含：一腔室主體，具有提供一電漿腔室的一內部空間，該腔室主體包括一板部分，該板部分提供該電漿腔室的一頂板；一氣體分配埠，用於將一處理氣體遞送到該電漿腔室；一工件支撐件，用於托持一工件；以及一天線陣列，包含平行地延伸經過該板部分並從該頂板部分延伸到該電漿腔室中的複數個單極天線。
  2. 如請求項1所述之電漿反應器，其中每一單極天線的延伸到該電漿腔室中的一部分係為圓柱形或圓錐形。
  3. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該板部分為導電，並包含複數個絕緣護套，每一護套圍繞一單極天線的延伸通過該板部分的一部分，以使該單極天線與該板部分絕緣。
  4. 如請求項3所述之電漿反應器，其中每一單極天線包含向外延伸的一凸緣，該凸緣係位於該板部分遠離該電漿腔室的一遠側，而每一絕緣護套包含向外延伸的一凸緣，以將該單極天線的該凸緣與該板部分分離。
  5. 如請求項1所述之電漿反應器，包含複數個微波或RF透明介電護套，每一介電護套圍繞一單極天線的突出到該電漿腔室中的至少一部分。
  6. 如請求項5所述之電漿反應器，其中每一介電護套覆蓋該單極天線的突出到該電漿腔室中的全部。
  7. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該等複數個單極天線經過板部分延伸到該腔室中的相等距離。
  8. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該等單極天線係跨越該板部分均勻間隔。
  9. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該等複數個單極天線面向該工件支撐件而沒有一中介阻障。
  10. 如請求項1所述之電漿反應器，進一步包含一AC功率源，以將一第一AC功率供應到該等複數個單極天線，以在該電漿腔室中產生電漿。
  11. 一種電漿處理一工件的方法，包含以下步驟：藉由一工件支撐件，在一電漿腔室中支撐一工件；將一處理氣體遞送到該電漿腔室；以及藉由將AC功率施加到一天線陣列而在該腔室中產 生一電漿，該天線陣列包含平行地延伸經過一板部分並部分延伸到該電漿腔室中的複數個單極天線，該板部分形成該電漿腔室的一頂板。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該板部分為導電，並包含複數個絕緣護套，每一護套圍繞一單極天線的延伸通過該板部分的一部分，以使該單極天線與該板部分絕緣。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該等複數個單極天線經過板部分延伸到該腔室中的相等距離。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該等單極天線係跨越該板部分均勻間隔。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該等複數個單極天線面向該工件支撐件而沒有一中介阻障。
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