TW201421600A - 具有封閉迴路控制的底部和側邊電漿調節 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於電漿處理基板的裝置。裝置包含了處理腔室、設置於處理腔室裡的基板支撐件，以及與處理腔室耦合的蓋組件。蓋組件包含了與電源耦合的導電性氣體分配器。調節電極可設置在導電性氣體分配器與用來調整電漿之接地電路的腔室體之間。第二調節電極可與基板支撐件耦合，且偏壓電極亦可與基板支撐件耦合。

Description

具有封閉迴路控制的底部和側邊電漿調節
本發明所述之實施例係關於半導體製造裝置與方法。具體言之，此處所述之實施例係關於用於半導體基板的電漿處理腔室。
五十多年來，形成於積體電路上的電晶體數量大約每兩年倍增一次。隨著半導體晶片上形成的元件藉由現今設計的未來製程，元件將從現今的臨界尺寸20-30奈米縮小至未來的100埃以下，此兩年倍增的趨勢(亦被稱為莫爾定律)預期將繼續下去。因為元件尺寸的縮小，製造規模成長。隨著幾年前300毫米晶圓取代了200毫米晶圓，300毫米晶圓將在短期內被400毫米晶圓所取代。隨著大面積半導體基板製程在先進技術上的成長，用於邏輯晶片更大的製造規模指日可待。
製程條件的均勻性在半導體製造中一直都有其重要性，而當元件的臨界尺寸持續縮小與晶圓廠規模擴大，對非均勻性的容忍度也下降。產生非均勻性的原因眾多，此些原因可能與元件性質、設備特徵，以及製造過程中的化學與物理作用有關。由於半導體製造工業依循著莫爾定律前進，對 於製造過程與可具有高度均勻性處理的設備仍有持續需求。
本發明所述實施例提供一種處理半導體基板的裝置，裝置具有處理腔室、設置在處理腔室裡的基板支撐件，以及包含與電力來源耦合之導電性氣體分配器的蓋組件。電極被定位在導電性氣體分配器與處理腔室體之間。電極可係用來調整腔室中電漿狀況的調節電極，且可係環繞處理空間一部份的環形構件。電極可被耦合至調節電路，可能係一個包括電子控制器(例如可變電容器)的LLC電路，調節電路可用來調整處理腔室的接地通路。電子感測器可被用來監控電極的電力條件，並且可與用於電漿條件之即時、封閉迴路控制的電子控制器耦合。
一或兩個電極也可與基板支撐件耦合。電極可係偏壓電極，且可與電力來源耦合。另一個電極可係第二調節電極，且可與具有第二電感測器與第二電子控制器的第二調節電路耦合。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔體
104‧‧‧基板支撐件
106‧‧‧蓋組件
108‧‧‧電極
110‧‧‧隔離器
112‧‧‧氣體分配器
114‧‧‧入口
118‧‧‧開口
120‧‧‧處理空間
122‧‧‧第二電極
124‧‧‧第三電極
126‧‧‧開口
128‧‧‧調節電路
130‧‧‧電子感測器
132A‧‧‧第一電感器
132B‧‧‧第二電感器
132‧‧‧電感器
134‧‧‧電子控制器
136‧‧‧調節電路
138‧‧‧電子感測器
140‧‧‧電子控制器
142‧‧‧電源
144‧‧‧軸
146‧‧‧導管
148‧‧‧濾波器
150‧‧‧電源
152‧‧‧出口
200‧‧‧裝置
202‧‧‧串聯單元
204‧‧‧裝載鎖定組件
206‧‧‧裝載鎖定組件
208‧‧‧腔室
210‧‧‧機械手臂
212‧‧‧處理氣體
300‧‧‧處理腔室
302‧‧‧調節電路
304‧‧‧第一電感器
306‧‧‧第二電感器
本發明已簡要概述於前，而經由對本發明更具體的描述以及參考之實施例(部分實施例繪示於所附圖式中)，上述所提之本發明技術特徵可以得到更詳盡的理解。然而，應當注意的是所附圖式只繪示了本發明的典型實施例，且因為本發明可承認其他等效實施例，因此所附圖式不應視為本發明範圍之限制。
圖1是依照一實施例的處理腔室之截面示意圖。
圖2是依照另一實施例的裝置200之頂側示意圖。
圖3是依照另一實施例的處理腔室之截面示意圖。
為了便於理解，在可能的情況下，使用相同的參考標號代表圖式中相同的元件。可以設想，一個實施例中所揭露之元件可在沒有特別重複下有效地應用在其他實施例中。
本發明所述之實施例提供一種用於處理半導體基板之裝置。圖1是依照一實施例的處理腔室100之截面示意圖。處理腔室100具有腔體102、設置在腔體102內之基板支撐件104及與腔體102耦合並圍住處理空間120內的基板支撐件104之蓋組件106。基板經由開口126被提供給處理空間120，通常可使用門將開口126密封以作處理。
電極108可被設置在腔體102附近並將腔體102從蓋組件106的其他元件中隔離。電極108可係蓋組件106之部分，或可係分離的側壁電極。電極108可係環狀或似環形的構件，且可係環形電極。電極108可以是繞著環繞處理空間120之處理腔室100的周圍的連續環，或如果需要的話，在選定的位置上可係非連續。電極108也可以是穿孔的電極，例如穿孔的環或網狀電極。電極108也可以是一個平板電極，例如次級氣體分配器。
隔離器110可係如陶瓷或金屬氧化物的介電材料，例如氧化鋁和/或氮化鋁，隔離器110接觸電極108並將電極108與氣體分配器112且與腔體102中作電絕緣或熱隔絕。氣體分配器112具有開口118，開口118用於接納處理氣體進入 處理空間120。氣體分配器112可以與電力來源142耦合，例如射頻產生器。亦可使用直流電源、脈衝直流電源脈衝射頻電源。
氣體分配器112可係導電性氣體分配器或非導電性氣體分配器。氣體分配器112也可由導電性和非導電性零件製成。例如，氣體分配器的主體112可以是導電性的，而氣體分配器的面板112可以是非導電性的。在電漿處理腔室中，可供電給氣體分配器112，如以下之圖1和圖3所示的實施例，或可將氣體分配器112耦合至地面。
電極108可與控制處理腔室100之接地通路的調節電路128耦合。調節電路128包含電子感測器130與電子控制器134，電子感測器130與電子控制器134可係可變電容器。調節電路128可係LLC電路，LLC電路包括一個或多個電感器132。調節電路128可係任意電路，該任意電路在電漿條件下具有一個可變的或可控制的阻抗，其中電漿條件存在於處理過程中的處理空間120中。在圖1的實施例中，調節電路128具有與電子控制器134串聯的第一電感器132A以及與電子控制器134並聯的第二電感器132B。電子感測器130可係電壓或電流感測器，而且可與電子控制器134耦合以應付一定程度的處理空間120內之電漿條件的封閉迴路控制。
第二電極122可與基板支撐件104耦合。第二電極122可以被嵌入基板支撐件104或與基板支撐件104的表面耦合。第二電極122可以是板，多孔板，網狀物，金屬網，或任何其他的分佈式裝置。第二電極122可以是調節電極，且 可藉由導管146與第二調節電路136耦合，例如，具有如50Ω選定電阻的纜線，纜線設置在基板支撐件104的軸144裡。第二調節電路136可具有第二電子感測器138與第二控制器140，第二控制器可係第二可變電容器。第二電子感測器138可係電壓或電流感測器，並且可與第二電子控制器140耦合，以進一步控制處理空間120裡的電漿條件。
第三電極124(第三電極可係偏壓電極和/或靜電吸座電極)可與基板支撐件104耦合。第三電極可經由濾波器148與第二電力來源150耦合，濾波器148可係阻抗匹配電路。第二電力來源150可以是直流電源、脈衝直流電源、射頻電源、脈衝射頻電源，或以上所述的組合。
圖1的蓋組件與基板支撐件可與用於電漿或熱處理的任何處理腔室一起使用。電漿處理腔室的一個實例(蓋組件106與基板支撐件104可以有利地使用於該實例中)係可從Applied Materials,Inc.(位於Santa Clara,California)取得的PRODUCER®平台與腔室。來自其他製造商的腔室也可與以上所述之零件使用。
在操作中，處理腔室100提供處理空間120中電漿條件的即時控制。基板設置在基板支撐件104的上方，且依據任何預期的流動計劃而使用入口114將處理氣體流過蓋組件106。氣體經由出口152離開腔室100。電源與氣體分配器112耦合以建立處理空間120中的電漿。如果需要，基板可使用第三電極124以經受偏壓。
一旦將處理空間120的電漿加電，電漿與第一電極 108的電位差便產生。電位差亦產生於電漿與第二電極122之間。電子控制器134和140可被用來調整由兩調節電路128與136所代表的接地路徑之電流性質。設定點可被傳遞到第一調節電路128和第二調節電路136以提供沉積速率與從中心到邊緣電漿密度均勻性的獨立控制。在電子控制器都是可變電容器之實施例中，電子感測器可調整可變電容器以最大化沉積速率以及獨立最小化厚度非均勻性。
調節電路128與136各具有一個可變阻抗，可變阻抗可分別使用電子控制器134與140調整。當電子控制器134和140為可變電容器時，各可變電容器的電容範圍，與電感器132A和132B的電容，被選定以提供一阻抗範圍，阻抗範圍取決於電漿的頻率與電壓特性，阻抗範圍在各可變電容器的電容範圍中有一最小值。因此，當電子控制器134的阻抗為最小或最大值時，電路128的阻抗為高，而產生之電漿形狀具有一個覆蓋於基板支撐件的最小表面覆蓋。當電子控制器134的電容到達一個使電路128阻抗最小化的值時，電漿的表面覆蓋成長到最大值，表面覆蓋有效地覆蓋整個基板支撐件104的工作面積。由於電子控制器134的電容偏離最小阻抗設定，電漿形狀從腔室壁縮小且基板支撐件的表面覆蓋縮小。電子控制器140具有類似的效應，當電子控制器140的電容改變時，增加及減少基板支撐器上的電漿表面覆蓋。
電子感測器130與138可分別用於調節封閉迴路中的電路128與136。用於電流或電壓的設定點(取決於所使用感測器的類型)可裝置於各感測器，且感測器可安裝控制軟 體，控制軟體分別調整各電子控制器134與140以減少與設定點之偏離。藉此方法，可以在處理過程中選擇電漿形狀與動態控制電漿形狀。應當注意的是，前述討論乃基於係可變電容器的電子感測器134與140，任何有可調特性的電子元件可用於給調節電路128與136提供可變阻抗。
圖2係依照另一實施例的裝置200之頂側示意圖。裝置200是處理腔室(所有的處理腔室都可係圖1中處理腔室100的實施例)與輸送腔室208以及裝載鎖定組件204耦合的一個組合。處理腔室100一般組合在串聯單元202中，各串聯單元202具有處理氣體212的單一供應。串聯單元202被定位在輸送腔室208的周圍，輸送腔室208通常具有用於操作基板的機械手臂210。裝載鎖定組件204可具有兩個裝載鎖定腔室206，裝載鎖定腔室206也係在串聯裝置中。
圖3是依照另一實施例的處理腔室300之截面示意圖。圖3的處理腔室300在許多方面與圖1的處理腔室100類似，且在兩圖中相同的元件有相同的編號。處理腔室300具有與基板支撐件104耦合的不同調節電路302。調節電路302具有與調節電路128相同的元件，也就是電子控制器140、電子感測器138、與電子控制器140串聯的第一電感器304，以及與電子控制器140並聯的第二電感器306。
圖3中的調節電路302與圖1中的調節電路136有相同的運作方式，圖3中的調節電路302與圖1中的調節電路136有不同的阻抗特性，因為調整可變元件140。調節電路302的阻抗與調節電路136的阻抗不同之方式取決於用於電 感器304與306所選定的電感。因此，用於基板支撐件之調節電路的特性可藉由選擇可變電容器(可變電容器之電容值範圍導致阻抗範圍對於電漿特性是很有用的)與選擇電感器(電感器使用可變電容器調整阻抗範圍)來調整。如同調節電路136，可變電容器140調整經由基板支撐件到接地路徑上的阻抗，改變電極122的電位與改變處理腔室120中的電漿形狀。
前面所述為本發明的實施例，在不背離本發明的基本範圍下可以設計出本發明的其他與進一步的實施例。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔體
104‧‧‧基板支撐件
106‧‧‧蓋組件
108‧‧‧電極
110‧‧‧隔離器
112‧‧‧氣體分配器
114‧‧‧入口
118‧‧‧開口
120‧‧‧處理空間
122‧‧‧第二電極
124‧‧‧第三電極
126‧‧‧開口
128‧‧‧調節電路
130‧‧‧電子感測器
132‧‧‧電感器
132A‧‧‧第一電感器
132B‧‧‧第二電感器
134‧‧‧電子控制器
136‧‧‧調節電路
138‧‧‧電子感測器
140‧‧‧電子控制器
142‧‧‧電源
144‧‧‧軸
146‧‧‧導管
148‧‧‧濾波器
150‧‧‧電源
152‧‧‧出口

Claims (19)

  1. 一種用於處理一半導體基板的裝置，包括：一處理腔室，該處理腔室包含一腔體；一基板支撐件，該基板支撐件設置在該處理腔室中；一蓋組件，該蓋組件包含與一電力來源耦合的一導電性氣體分配器；及一調節電極，該調節電極設置在該腔體與該導電性氣體分配器之間。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該調節電極與一調節電路耦合。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中該調節電路包括與一電子控制器耦合的一電子感測器。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該電子感測器係一電壓或電流感測器且該電子控制器係一可變電容器。
  5. 如請求項2所述之裝置，其中該調節電極被一隔離器與該導電性氣體分配器所隔離。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中該調節電路係該處理腔室的一接地通路。
  7. 一種用於處理一半導體基板的裝置，包括：一處理腔室，該處理腔室包含一腔體；一基板支撐件，該基板支撐件設置在該處理腔室中；一蓋組件，該蓋組件包括與一電力來源耦合的一導電性面板；及一側壁電極，該側壁電極裝置在該腔體與該蓋組件之間，其中該側壁電極與一第一阻抗調節電路耦合。
  8. 如請求項7所述之裝置，其中該基板支撐件包括一偏壓電極與一調節電極。
  9. 如請求項8所述之裝置，其中該偏壓電極與一電力來源耦合且該調節電極與一第二阻抗調節電路耦合。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該偏壓電極與一阻抗匹配電路耦合。
  11. 如請求項10所述之裝置，其中該側壁電極與該第一阻抗調節電路形成用於該處理腔室的一接地通路。
  12. 如請求項9所述之裝置，其中各個該第一阻抗調節電路與該第二阻抗調節電路包括與一可變元件耦合的一電子感測器。
  13. 如請求項12所述之裝置，其中該電子感測器是一電壓或電流感測器且該可變元件係一可變電容器。
  14. 如請求項13所述之裝置，進一步包括一控制器，該控制器與各阻抗調節電路耦合，其中該控制器接收來自該電子感測器的一訊號並調整該可變電容器。
  15. 如請求項7所述之裝置，進一步包括一第一隔離器，該第一隔離器介於該側壁電極與該蓋組件之間，以及一第二隔離器，該第二隔離器介於該側壁電極與該腔體之間。
  16. 一種處理一基板的電漿方法，包括以下步驟：將該基板設置在一電漿腔室裡的一基板支撐件之上；在該電漿腔室中形成一電漿；及藉由一製程來控制該電漿腔室裡的該電漿密度分佈圖，該製程包括使用一可變阻抗電路控制該電漿腔室之一接地通路的一阻抗。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該可變阻抗電路與該電漿腔室的一側壁耦合。
  18. 如請求項17所述之方法，其中用於控制該電漿腔室裡的該電漿密度分佈圖的該製程的步驟進一步包括以下步驟：使 用一第二可變阻抗電路來控制該電漿腔室的一第二接地通路之一接地通路的一阻抗。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該第二可變阻抗電路與該基板支撐件耦合。
TW102134590A 2012-09-26 2013-09-25 具有封閉迴路控制的底部和側邊電漿調節 TWI645485B (zh)

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