TWI846953B - 基板處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一基板處理裝置，包括：一環形分配環；複數個連接板，連接至分配環，並且具有非均勻阻抗；一導流板，電性連接到複數個連接板；以及一平台，設置在導流板下方以面對導流板。
Description
本發明提供一種基板處理裝置和基板處理方法。
供應於導流板(Shower plate)和平台之間的氣體，可能藉由向導流板上多個點所提供的高頻功率而被電漿化(Plasmatized)，以這種方式產生的電漿中可能會偏差或不均勻。也就是說，電漿密度可能在某些位置變高而在其他位置變低。
針對上述問題，本發明所提供一些實施例以解決此問題。這些實施例提供能夠以簡單的裝置和方式，控制電漿密度的分佈的裝置和方法。
在一些實施例中，基板處理裝置包括一環形分配環(Annular distribution ring)，多個連接板(延續到環形分配環並具有非均勻阻抗)，一導流板(電性連接到多個連接板)，以及一平台(位於導流板下方並面向導流板)。
10:平台
12:排氣管
14:下導流板
14A:導流板加熱器
16:上導流板
18:中繼環
20:環形分配環
20a:突起
20b:高頻功率施加裝置
22,24,26,28,60:連接板
26A:線圈
30:腔室
30A:貫穿結構
50,55:伸縮式阻抗調整器
51:磁力棒
52:支撐塊
54:微調尺規
56:容置段
57:緊定螺絲
60a,60d:金屬部分
60b:電容元件
60c:第一隔熱構件
61,62:螺絲
70:第二隔熱構件
第1圖繪示一實施例中基板處理裝置的截面透視示意圖。
第2圖繪示一實施例中環形分配環和連接板的透視示意圖。
第3圖繪示一實施例中基板處理裝置的剖視示意圖。
第4圖繪示一實施例中具有線圈的連接板的示意圖。
第5圖繪示另一實施例中具有線圈的連接板的示意圖。
第6圖繪示又一實施例中具有線圈的連接板的示意圖。
第7圖繪示一實施例中線圈的繞圈匝數與電感之間的關係。
第8圖繪示一實施例中實驗中使用的設備的示意圖。
第9圖繪示實驗結果的示意圖。
第10圖繪示一實施例中伸縮式阻抗調整器的示意圖。
第11圖繪示一實施例中伸縮式阻抗調整器的示意圖。
第12圖繪示另一實施例中的基板處理裝置的剖視示意圖。
第13圖繪示第1圖第12圖的基板處理裝置的局部平面示意圖。
第14圖繪示相對於電容元件的電容容量變化與電漿分佈變化的關係。
說明書中基板處理裝置和基板處理方法的內容，請參照附圖的描述，其中相同或對應的元件可以由相同的附圖標記表示，故相同的說明得以省略以避免重複。
第1圖繪示一實施例中基板處理裝置的構造的截面透視示意圖。此基板處理裝置具有包括平台10和導流板的平行板結構，導流板包括面向平台10的下導流板14，以及在下導流板14上設置的上導流板16。下導流板14上設置有狹縫，以便將下導流板14和平台10之間的氣體供應到下導流板14和上導流板16之間的空間中。下導流板14例如藉由O型環安裝在排氣管12上。根據另一實施例，下導流板14和上導流板16可以整合為一個組件。
在上導流板16和下導流板14上放置有中繼環18。中繼環18和導流
板可以由金屬製成。排氣管12可以由陶瓷製成，例如是氧化鋁。第1圖繪示環形分配環20、以及用於在多點上提供下導流板14高頻功率的連接板22、24。
第2圖繪示環形分配環20和連接板22、24、26、28的立體視圖。環形分配環20為一環形導電材料。多個連接板22、24、26、28由延續到環形分配環20的導電材料所形成。環形分配環20和連接板22、24、26、28的材料，例如是鋁。連接板的數量可是任一數字，例如兩個或多個。在環形分配環20的上表面上設置有突起20a，可以將高頻功率提供給突起20a。根據一實施例，從高頻功率施加裝置(High frequency power application device)20b供應到突起20a的高頻功率具有27.12百萬赫茲(MHz)或更高的頻率。
連接板22、24、28均具有摺板形狀(Folded plate shape)。連接板26包括線圈26A和設置在線圈26A的兩端的板狀端部(Plate-like end portion)26B、26C。連接板26的一部分設置有線圈26A，以便向高頻功率路徑提供一電感。結果，多個連接板22、24、26、28具有非均勻阻抗。具有線圈的連接板的數量可以是兩個或多個。多個連接板中至少一具有線圈，其一端電性連接到環形分配環20，另一端電性連接到下導流板14。
第1圖繪示連接板22、24經由中繼環(Relay ring)18電性連接至下導流板14的一部分。連接板22、24、26、28藉由各中繼環18與下導流板14接觸，例如，可延伸穿過各個連接板、中繼環18和下導流板14形成通孔，然後藉由通孔將它們鎖在一起。
第3圖繪示根據另一實施例的基板處理裝置的剖視示意圖，其中繪示了覆蓋下導流板14和平台10的腔室30。此實施例中，連接板和下導流板14彼此為直接或間接接觸。其中，可利用鎖緊的方式將連接板固定到下導流板14上，與前述說明類似。在第1圖和第3圖的實施例中，高頻功率施加裝置20b藉由突起20a接觸環形分配環20以進行連接。
第4圖至第6圖繪示連接板26的構造的實施例示意圖。第4圖至第6圖示出其繞圈匝數不同的線圈26A。第4圖顯示提供用於計算由連接板26的電感的方程。藉由改變線圈的形狀，可以將不同的電感值提供給高頻功率路徑。如第4圖至第6圖所示，板狀端部26B，26C可被成形用以產生必要的連接。第7圖是表示線圈的繞圈匝數與電感之間的關係的示意圖，其中隨著繞圈匝數的匝數變大，電感值也變大。
接下來，說明一實施例中使用上述基板處理裝置的基板處理方法。首先，將要進行電漿處理的基板放置在平台10上。然後，當從導流板提供氣體到導流板和平台10之間，在下導流板14上施加高頻功率。高頻功率從高頻功率施加裝置20b，藉由環形分配環20和多個連接板22、24、26、28，提供給下導流板14。其中，連接板22、24、26、28具有非均勻阻抗。如此，在下導流板14和平台10之間產生電漿。因線圈被提供到多個連接板22、24、26、28中之至少一個，從而使連接板具有非均勻阻抗，可用以控制電漿密度的平面分佈。
基板上的電漿處理可以包括膜成形、蝕刻或膜修飾。例如，一實施例中，上述非均勻阻抗使電漿產生空間中的電漿密度均勻。因此，在一實施例中，如此可以使成形膜具有基本的均勻厚度。
第8圖及第9圖繪示實驗中使用的裝置的結構和實驗結果的圖，第8圖繪示在腔室30中形成的貫穿結構30A的示意圖。貫穿結構30A是用於將基板插入腔室30中或從腔室30中移出的孔。例如，當使用具有均勻阻抗的連接板時，越靠近貫穿結構30A電漿密度越高，越離貫穿結構30A電漿密度越低。第9圖中「POR」欄顯示在使用具有均勻阻抗的連接板的情況下的實驗結果，「範圍」顯示基板中的最大膜厚與最小膜厚之差，「1倍標準差」代表標準偏差。從「POR」欄中的圖可知，電漿密度在靠近該圖的左上方的貫穿結構30A的位置處較高，而在距離貫穿結構30A較遠處電漿密度較低。
第9圖中的「3.5線圈」欄顯示在使用第5圖的線圈為線圈26A時的實驗結果。第9圖的「5.5線圈」欄顯示使用第6圖的線圈為線圈26A時的實驗結果。在兩個實驗中，貫穿結構30A位於左上側，而線圈26A放在離貫穿結構30A最遠處的連接板中，這些結果表明將線圈提供給多個連接板中離貫穿結構30A最遠的連接板26，以提高電漿均勻性。例如，藉由線圈，在平台10靠近貫穿結構30A的電漿密度，可以等於或低於在平台10遠離貫穿結構30A的位置的電漿密度。在一些實施例中，連接板上至少有一個線圈放置在遠離貫穿結構30A的位置。
第10圖繪示另一實施例中連接板的構造的透視示意圖。在此實施例中，本發明提供了伸縮式阻抗調整器(Retractable impedance adjuster)50。伸縮式阻抗調整器50包括磁力棒51、支撐塊52和微調尺規54。藉由旋轉微調尺規54，可調節磁力棒51對於線圈26A的插入範圍。具體地，磁力棒51可沿第10圖中的箭頭方向移動。由於插入範圍被標示在微調尺規54上，根據期望阻抗，操作者可以容易地判斷所需的插入範圍，伸縮式阻抗調整器50用於為將磁力棒51插入線圈26A或從中取出。
第11圖是表示伸縮式阻抗調整器的變形例的示意圖。其中，伸縮式阻抗調整器55包括：一磁力棒51；一容置段56，用於容納一部分磁力棒51；以及一緊定螺絲(Set screw)57。將緊定螺絲57插入容置段56的螺絲孔中，從而可以將電磁力棒51壓緊並固定在容置段56。除了第10圖及第11圖顯示的實施例，本發明也可採用各種類型的伸縮式阻抗調整器，其可以調節電磁力棒51於線圈26A中的插入範圍。藉由插入範圍的調整引起磁通量的變化，從而進行電感的調整。電感L由Nφ/I決定。「N」代表線圈的繞圈匝數，φ代表磁通量[韋伯]([wb])，I代表電流[安培]([A])。
根據另一實施例，多個連接板中的每一個可設置有線圈，並且上述伸縮式阻抗調整器可被設置到所有連接板。利用此配置，可精確調節非均勻
阻抗。根據又一實施例，藉由設置線圈和伸縮式阻抗調整器的至少兩個連接板，用以可以調節非均勻阻抗。
第12圖繪示另一實施例中基板處理裝置的剖視示意圖，所顯示連接板60為延續至環形分配環20的多個連接板其中之一。此實施例中，在分配環20和連接板60中具有螺絲孔，並且將螺絲61緊固到螺絲孔中以將兩者固定。根據一實施例，連接板60包括金屬部分60a、電容元件60b、第一隔熱構件60c以及金屬部分60d。金屬部分60a、電容元件60b、第一隔熱構件60c和金屬部分60d可以藉由導電黏合劑、焊料或螺絲緊固來固定。例如。電容元件60b的一個電極與金屬部60a接觸、另一個電極與第一隔熱構件60c接觸。電容元件60b例如為陶瓷電容。
在金屬部60a上形成上述的螺絲孔，金屬部60a、60d的材料例如為鋁，第一隔熱構件60c的材料可為具低於下導流板14的導熱性的任何材料。根據一實施例，下導流板14由鋁形成，第一隔熱構件60c的材質包括鎳、鈷與鈦中至少其一。在高頻電力路徑(High frequency power path)中，可在電容元件60b與下導流板14之間設置一第一隔熱構件60c。
下導流板14的上表面上設有環形槽，在環形槽內設有第二隔熱構件70。在平面視圖中，第二隔熱構件70具有一環形以搭配此環形槽，並且由低於下導流板14的導熱率的材料所形成。根據實施例，下導流板14由鋁形成，並且第二隔熱構件70的材質包括鎳、鈷與鈦中至少其一。
第13圖繪示第12圖的基板處理裝置的局部平面圖。第二隔熱構件70沿著靠近下導流板14的外緣的部分呈環狀設置，所有連接板22、24、28、60與第二隔熱構件70接觸。換言之，所有連接板22、24、28、60藉由第二隔熱構件70電性連接到下導流板14。因此，電容元件60b的一端電性連接到環形分配環20，另一端與下導流板14電性連接。相對於第二隔熱構件70，藉由旋轉具有分
配環20和連接板的構件22、24、28、60，連接板22、24、28、60與第二隔熱構件70之間的接觸位置可輕易改變。此改變可改變到下導流板14的進給位置，因而具有調節電漿分佈的效果。螺絲62可以用於將連接板與第二隔熱構件70牢固地連接。當使用螺絲62鎖入第二隔熱構件70中許多螺絲孔，其數量例如為4的倍數，鎖入第二隔熱構件70，用以相對第二隔熱構件70以旋轉連接板。
第12圖繪示導流板加熱器(Shower plate heater)14A的示意圖，導流板加熱器14A用以加熱下導流板14。第12圖的實施例中，在下導流板14的外緣部設有導流板加熱器14A。第13圖繪示設置兩個導流板加熱器14A的實施例中，第一隔熱構件60c和第二隔熱構件70的情況，其用於防止由於由導流板加熱器14A加熱的下導流板14導致電容元件60b的溫度過高。如此，將電容元件60b例如保持在低於125℃的溫度下。
在此實施例中，設置第一隔熱構件60c和第二隔熱構件70，是為了防止電容元件60b因高溫而損壞。根據另一實施例，可以省略第一隔熱構件60c和第二隔熱構件70中的任何一個。根據又一實施例，任何冷卻裝置，例如鼓風機或冷卻劑提供裝置，可用以冷卻電容元件60b。
以這種方式，在第12圖及第13圖所示的基板處理裝置中，多個連接板中之至少一個設有電容元件60b，提供電容元件導致多個連接板的非均勻阻抗。藉由非均勻阻抗向下導流板14供應高頻功率，可以校正例如由設備配置引起的電漿均勻性。
第14圖繪示連接板上的電容元件的容量變化與電漿分佈的變化的圖。第14圖繪示藉由模擬獲得的結果，其中將27.12百萬赫茲或更高頻率的高頻功率提供給多個點。在第14圖所繪示的電漿密度的8種分佈中，在左上方設置有插入與移除晶圓的貫穿結構30A。在本文揭露的八個實施例中，每個基板處理裝置都設置有四個連接板，在距貫穿結構30A最遠的連接板上設置有電容元件。
在這種情況下，貫穿結構30A內壁的鞘電容(Sheath capacitance)增加，使得電漿密度在貫穿結構30A趨於增加。因此，在實際的成膜中，貫穿結構30A側的膜厚容易變厚，難以提高平面均勻性(in-plane uniformity)。例如，可以理解的是，當電容元件的容量為213皮法拉(pF)、425皮法拉或637皮法拉時，在貫穿結構30A附近可能產生高電漿密度。然而，在1062皮法拉至2125皮法拉的範圍內，可以增加離穿透結構30A最遠的電漿密度。在第14圖的實施例中，電漿的大致均勻分佈電漿密度可以達到2125皮法拉或更高。
可將多個連接板中至少一配置為連接板60，根據另一實施例，將連接板60的配置應用於所有連接板，以使電容元件的電容非均勻，有利於電漿密度的調節。根據另一實施例，將連接板60的構造應用於至少兩個連接板，以使電容元件的電容不均勻，這有利於電漿密度的調節。
20:環形分配環
20a:突起
22,24,26,28:連接板
26A:線圈
26B,26C:板狀端部
Claims (15)
- 一種基板處理裝置，包括：一環形分配環；複數個連接板，連接到該分配環上，該些連接板具有非均勻阻抗；一導流板，電性連接到該些連接板；以及一平台，位於該導流板下方並面向該導流板。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中，該些連接板中之至少一個，具有一線圈，該線圈的一端電性連接到該分配環、該線圈的另一端電性連接到該導流板。
- 如請求項2之基板處理裝置，更包括一腔室，該腔室包圍該導流板和該平台，該腔室設置一貫穿結構，用於從其中插入和移除該基板；其中，該些連接板包括至少一線圈，該至少一線圈包括該線圈，且該至少一線圈放置在遠離該貫穿結構的位置。
- 如請求項2之基板處理裝置，更包括一伸縮式阻抗調整器，該伸縮式阻抗調整器設置為將一磁力棒插入或從該線圈中取出。
- 如請求項4之基板處理裝置，其中該些連接板全部具有該些線圈，各該些線圈設有該伸縮式阻抗調整器。
- 如請求項4之基板處理裝置，其中該伸縮型阻抗調節器具有用於標示該磁力棒向該線圈內的插入量的一微調尺規。
- 如請求項4之基板處理裝置，其中該伸縮式阻抗調整器包括容納部分該磁力棒的一容置段，該基板處理裝置更包括一緊定螺絲，該緊定螺絲用於插入到該容置段的一螺絲孔中，以壓緊並固定該磁力棒於該容置段。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中，該些連接板中之至少一個，具有一電容元件，該電容元件的一端電性連接至該分配環、該電容元件的另一端電性連接到該導流板。
- 如請求項8之基板處理裝置，其中該電容元件為一陶瓷電容。
- 如請求項8之基板處理裝置，其中，具有該電容元件的該連接板包括具有一第一隔熱構件，該第一隔熱構件的熱傳導性低於在該電容元件和該導流板之間的該導流板的導熱率。
- 如請求項10之基板處理裝置，其中，該第一隔熱構件的材質包含鎳、鈷與鈦中至少其一。
- 如請求項8之基板處理裝置，更包括一第二隔熱構件，該第二隔熱構件具有一環形，用於嵌入於該導流板的一上表面的一環狀槽中，該第二隔熱構件由導熱率比該導流板的導熱率低的材料製作，其中具有該電容元件的該連接板，藉由該第二隔熱構件與該導流板接觸。
- 如請求項12之基板處理裝置，其中該第二隔熱構件的材質包括鎳、鈷與鈦中至少其一。
- 如請求項1之基板處理裝置，更包括與該分配環連接的一高頻功率施加裝置。
- 如請求項1之基板處理裝置，更包括一導流板加熱器，用於加熱該導流板。
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|---|---|---|---|---|
| TW201137166A (en) | 2009-11-17 | 2011-11-01 | Applied Materials Inc | Large area plasma processing chamber with at-electrode RF matching |
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