TW201719710A - 施加通電的靜電法拉第屏蔽以重整感應耦合電漿中的介電窗 - Google Patents

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Abstract

在此揭露各種實施例，包括用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏。設置複數瓣片群，每一瓣片群包含實質平坦結構，其中每一瓣片群電性連接至複數電引線之至少一電引線且每一瓣片群與任何其他瓣片群隔離，其中複數瓣片群形成圍繞垂直軸的徑向對稱。每一實質平坦結構包含導電環的扇形部與複數導電瓣片，每一導電瓣片連接至導電環的扇形部，其中至少一電引線被連接至每一瓣片群中之實質均等電位位置。

Description

施加通電的靜電法拉第屏蔽以重整感應耦合電漿中的介電窗
本揭露內容關於與重整感應耦合電漿(ICP)處理室之環境中的介電窗相關的發明。
本揭露內容關於與重整感應耦合電漿(ICP)處理室之環境中的介電窗相關的發明。
在此揭露各種實施例，包括在具複數電引線之電漿處理室中使用的靜電屏。以每一瓣片群包含實質平坦結構的狀態提供複數瓣片群，其中每一瓣片群電性連接至複數電引線之至少一電引線且每一瓣片群與任何其他瓣片群隔離，其中複數瓣片群形成圍繞垂直軸的徑向對稱。每一實質平坦結構包含導電環的扇形部與複數導電瓣片，每一導電瓣片連接至導電環的扇形部，其中至少一電引線被連接至每一瓣片群中之實質均等電位位置。
在另一操作中，提供使用與維持電漿處理室的方法。基板放置在感應耦合電漿處理室中。使處理氣體流入電漿處理室。透過浮接的靜電屏蔽與介電窗將感應耦合功率提供至電漿處理室。停止處理氣體的流動與感應耦合功率的提供。自電漿處理室移除基板。使窗調節氣體流入電漿處理室。透過靜電屏蔽與介電窗將感應耦合功率提供至電漿處理室。提供射頻(RF)功率至靜電屏蔽。停止窗調節氣體的流動及感應耦合功率與RF功率的提供。
本發明的這些與其他特徵將於以下實施方式並結合後續圖式更詳細地描述。
現將參照如附圖中說明的一些本發明實施例詳細描述本發明。在以下說明中，提出許多特定細節以提供對所示的實施例之徹底了解。然而，本發明可在缺少一些或所有這些特定細節下實施，且本揭露內容包含可根據此技術領域內一般可得的知識所作的修正。為人熟知的製程步驟及/或結構並未詳加描述以免不必要地模糊本揭露。
感應耦合電漿(ICP)亦稱為變壓器耦合電漿(TCP)，廣泛地應用在今日的導體蝕刻工具。例如由Lam Research Corporation所提供的蝕刻工具KIYO®系列使用平面感應線圈。在使用TCP的腔室中，雖然期望的機制為供給電漿能量用的磁感應，但不可避免地，線圈不同部份之間的電壓會電容耦合至電漿且非期望地耦合至某種程度，然而此耦合有助於點火與穩定性。為控制電容耦合部分並使其更為均勻，可採用靜電遮蔽。能量的電容耦合部分可在電漿鞘範圍誘發局部增強電壓，此可能使來自電漿的離子加速以區域性地撞擊介電窗而導致局部濺鍍損傷。在其他情況下，電容耦合可能導致局部沉積。因此線圈與電漿之間的任何介電窗可能被電漿離子濺鍍。濺鍍可聚集在線圈正下方的區域。於晶圓處理期間，濺鍍可能導致窗上面向電漿的表面塗層損傷，且隨後粒子可能落下並更可能地落在生產晶圓上而造成缺陷。隨著窗老化，可能由於窗塗層上損傷層的累積進而觀察到此缺陷產生機制惡化。
例如，若窗具有含釔面向電漿的表面，在利用含氟電漿之電漿處理期間，一些釔可能轉化成釔氟化物粒子。這樣的粒子形成可為非均勻的，而於線圈正下方有這樣的粒子之更大的形成。在為了移除這樣的粒子之無晶圓的清洗製程期間，清洗亦為非均勻的，大部分的清洗於線圈正下方，而遠離線圈的區域僅些微地清洗。因此，所得到的窗將具有釔氟化物粒子的非均勻分佈，此可能造成污染。
因此，具有其中可使這樣的窗缺陷最小化或反轉的方法係有用的。
為了促進瞭解，圖1概略說明可於實施例中使用的電漿處理室100的範例的剖面圖。電漿處理室100包括其中具有電漿處理限制室104的電漿反應器102。電漿RF電源106(以匹配網路108調整)供給電力至位於近介電窗112的TCP(變壓器耦合電漿)線圈110，藉由在電漿處理限制室104中提供感應耦合功率而產生電漿114。可配置TCP線圈(上功率源)110以產生電漿處理限制室104中的電漿114。介電功率窗112用以維持電漿處理限制室104中真空，而允許能量從TCP線圈100通過到電漿處理限制室104。晶圓偏壓RF電源116(以匹配網路108調整)提供電力至電極120，以設定由電極120所支撐的基板164上的偏壓。控制器124設定電漿RF電源106、氣體源/氣體供應機構130、與晶圓偏壓RF電源116用的點。
可配置屏蔽電源154、電漿RF電源106、與晶圓偏壓RF電源116以在特定射頻下操作，像是例如13.56MHz、27MHz、2MHz、60MHz、400kHz、2.54GHz、或其組合或可調整到自標稱頻率±10%的頻率。可適當地調整電漿電源106、屏蔽電源154、與晶圓偏壓RF電源116之尺寸以供給為達期望的製程性能之功率範圍。例如，在本發明的一實施例中，電漿RF電源106可供給範圍介於50到5000Watts的功率，而晶圓偏壓RF電源116可供給範圍介於20到2000V的偏壓。此外，TCP線圈110及/或電極120可由兩或更多次線圈或次電極組成，其可藉由單電源或多重電源供電。
如圖1中所示，電漿處理室100更包括氣體源/氣體供應機構130。氣體源130透過氣體入口(如氣體注入器140)與電漿處理限制室104流體連接。製程氣體與副產物經由壓力控制閥142與泵144自電漿處理限制室104移除，該壓力控制閥142與泵144亦用以維持電漿處理限制室104內特定壓力。壓力控制閥142能在處理期間內維持小於1Torr的壓力。將邊緣環160設置在晶圓164周圍。氣體源/氣體供應機構130藉由控制器124控制。Lam Research Corp. of Fremont, CA的KIYO®可用以實現實施例。
此實施例更包括靜電屏蔽150。屏蔽電源154透過濾波/匹配網路155電性連接至靜電屏蔽150，該濾波/匹配網路155為隔離濾波器與匹配網路。濾波/匹配網路155可用以提供功率頻率至靜電屏蔽150，使其頻率不同於供給至電漿RF電源106之電漿RF功率的頻率。不同頻率的使用減少靜電屏蔽150與線圈110之間的交叉耦合。屏蔽電源154可藉由控制器124可控地連接。靜電屏蔽150與電源154的結合提供激勵徑向網格(Energized Radial Grid)。
為預防感應耦合的短路，靜電屏蔽係浮接且形成為徑向輻條瓣片。徑向輻條瓣片係連接至分段的環。該環允許RF源與徑向輻條瓣片之間的電性連接。內環較佳地具有曲形瓣片。徑向輻條瓣片預防渦電流。使環分段亦減少渦電流。雖在徑向中心的連接係有益的，然在徑向中心的氣體注入器、接地套管、與其他特徵的出現阻止這樣的連接。徑向狹縫分隔瓣片群。藉由使RF功率源對稱連接至瓣片群，因對稱連接在實質均等電位位置與瓣片群同相連接，故瓣片群之間沒有電流且使瓣片群與電漿之間的電容耦合更為均勻。這樣的對稱連接可定義為自每一瓣片群的起始點具相等角度。
靜電屏蔽可為如鎢、銅、銀、鋁、鉭、或鉬的導電材料。靜電屏蔽可被支撐用的介電材料盤夾於其中。
圖2為靜電屏蔽150的俯視圖。在此實施例中，靜電屏蔽包含第一瓣片群204、第二瓣片群208、第三瓣片群212、與第四瓣片群216。複數瓣片群204、208、212、216包含複數實質徑向瓣片220與導電環224的扇形部，該扇形部連接瓣片群204、208、212、216的徑向瓣片220。屏蔽電源154透過濾波/匹配網路以電引線228於每一瓣片群內相對應的實質均等電位位置244電性並聯至每一瓣片群204、208、212、216。實質均等電位位置244係處理期間當通電時彼此在10伏特之內的位置。在此實施例中，實質均等電位位置為每一瓣片群內的對稱位置。在此範例中，對稱位置鄰近逆時針方向上每一瓣片群204、208、212、216的第二瓣片。其他實施例可使用其他對稱位置，像是在導電環224的每一扇形部中間、或在其末端、或其他相似位置。在此範例中，靜電屏蔽150係平的或實質平的。此外，非導電空間232位於每一瓣片群204、208、212、216之間，使得瓣片群彼此隔離。如圖所示，徑向瓣片220和瓣片群204、208、212、216繞著靜電屏蔽150的中心有實質徑向對稱性，此形成中心軸。如圖所示，非導電空間232為徑向狹縫的形式。
「瓣片為徑向的」係定義為：瓣片以基板半徑的至少80%的徑向分量自內部點延伸至外部點。在此實施例中，靜電屏蔽150的半徑以雙箭頭虛線R表示。在此實施例中，靜電屏蔽的半徑約等於基板160的半徑。在一範例中，基板可具有約150mm的半徑。導電環224可具有約40mm的半徑。因此，每一徑向瓣片的徑向分量約110mm，其大於基板半徑的80%。在此範例中，每一徑向瓣片220的徑向分量為每一徑向瓣片220的長度。因此，如圖所示，每一徑向瓣片220的徑向分量大於基板半徑的80%。此外，環的厚度或徑向分量不大於基板半徑的10%。這樣的小徑向分量減少環的渦電流。
激勵徑向網格(ERG)為可被感應耦合電漿(ICP)裝置中感應線圈110與介電窗112夾於其中的徑向網格。激勵徑向網格(ERG)可為接地的、浮接的、或透過導電環224的扇形部以射頻(RF)驅動。
圖3為實施例的流程圖。將基板164放置在電漿處理室104(步驟304)中。於基板164上執行電漿製程，此情況下的靜電屏蔽150係浮接的(步驟308)。在此範例中，屏蔽電源154作為開關以允許靜電屏蔽150切換成浮接的狀態1。其他類型或獨立式開關可在其他實施例中使用。圖4為釔(Y)的介電窗112的放大示意圖。如圖所示，當執行電漿製程時，氟離子(F)被導引朝向介電窗112。浮接的靜電屏蔽使將氟離子轟擊分佈於介電窗112表面上，以取代允許轟擊集中在線圈110下方。若製程持續，釔氟化物將產生粒子，該粒子將汙染基板或後續的基板。將基板自電漿處理室移除(步驟312)。以通電的靜電屏蔽執行窗清洗(步驟316)。在這樣的實施例中，使窗清洗氣體流入電漿處理室。在此實施例中，窗清洗氣體包含氬Ar、氧、與三氟化氮。將線圈110通電以使窗清洗氣體形成電漿。可將屏蔽電源154切換至狀態2，使得靜電屏蔽通電。來自線圈110與靜電屏蔽的功率導致氬離子濺射介電窗112。圖4B為氬離子濺射介電窗112以使改質的窗表面剝離而將釔氟化物粒子移除的示意圖。圖4C為所得到的氟化物粒子移除的示意圖。圖4D概略說明重整的釔介電窗112表面。
於半導體處理室使用ERG具有二明顯的優點。一方面，當生產晶圓存在於腔室中時，浮接的ERG可弭平感應線圈正下方之窗上的高電壓區域(由於線圈與電漿鞘之間的電容耦合)，而減少在窗上這些「熱點」的濺鍍，因而減少晶圓上掉落的粒子。另一方面，在無晶圓的清洗步驟期間，RF驅動的ERG可使整個窗上之有意圖的濺鍍加速與增強。進一步使這些清潔步驟與特定化學品的情況下，該清潔步驟可使窗的損傷層剝離，因此重整其面向電漿的表面。此兩實施態樣皆改善ICP處理工具的粒子性能，尤其在掉落粒子的減少上。
此為首次將靜電屏蔽用於重整ICP電漿中的介電窗。特定的Ar/NF3/O2化學性質亦被發現在重整窗面向電漿的表面上有效，且當其與ERG結合時更加可靠。
圖5顯示在初步測試中ERG可減少Y粒子。TCP窗之面向電漿的表面以氧化釔完全塗覆，因此每晶圓(尺寸＞=38nm)含釔添加劑的數量可用以評估不同構造下的粒子性能。KIYO® EX-PTK腔室上之兩TCP窗的粒子性能呈現於此：「好」窗繪製於最右側組，其以基準線構造(無ERG)在高達82RF小時一致顯示每晶圓＜2.0Y；而「壞」窗繪製於第一組，顯示在基準線中(至62RF小時)快速向上漂移且每晶圓平均5.6Y。下列的ERG與Ar/NF3/O2雞尾酒燃燒(cocktail burn)試驗以此「壞」窗執行。在無ERG的情形下，所達到最佳性能為以雞尾酒燃燒之預先條件執行30分鐘。在此構造中，Y添加劑減至每晶圓2.8(顯示於第二組)。如第三組所示，在有ERG的情形下且於晶圓清洗之間***的30秒混合步驟期間使其通電，Y添加劑的水準可媲美「好」窗。
在一些實施例中，靜電屏蔽於晶圓處理期間浮接。在其他實施例中，靜電屏蔽於晶圓處理期間通電。這樣的RF通電將提供另一調節鈕。
各種實施例可能具有不同的瓣片群數量。瓣片群可對稱於相關的線圈。例如，對於雙折方位角對稱線圈，可使用兩瓣片群靜電屏蔽。
在其他實施例中，徑向瓣片可不形成徑向輻條，但可具有其他像是有角度的或非直線的(如彎曲的)構造。在這樣的實施例中，徑向瓣片的方向分量將為徑向的，且如以上定義：徑向分量將沿基板半徑的至少80%延伸。在其他實施例中，介電窗可由取代釔的其他材料作成。可使用其他介電陶瓷材料。可使用其他金屬氧化物。
在其他實施例中，靜電屏蔽由偏壓電源供電，此容許去除獨立式屏蔽電源。在其他實施例中，瓣片群可能具有疊加在其他徑向瓣片上且以介電層分離之額外的徑向瓣片。
雖然本發明已就數個較佳實施例加以描述，但有變更、置換、與各種替代等同物，其均落入本發明範疇內。執行在此揭露的方法與設備有許多替代方式。因此，欲使下列附加的申請專利範圍解釋為：包含所有這樣的變更、置換、與各種替代均等物皆落入本發明之真正精神與範疇內。
100‧‧‧電漿處理室
102‧‧‧電漿反應器
104‧‧‧電漿處理限制室
106‧‧‧電漿RF電源
108‧‧‧匹配網路
110‧‧‧線圈
112‧‧‧介電窗
114‧‧‧電漿
116‧‧‧偏壓RF電源
118‧‧‧匹配網路
120‧‧‧電極
124‧‧‧控制器
130‧‧‧氣體源
140‧‧‧氣體注入器
142‧‧‧壓力控制閥
144‧‧‧泵
150‧‧‧靜電屏蔽
154‧‧‧屏蔽電源
155‧‧‧濾波/匹配網路
160‧‧‧邊緣環
164‧‧‧基板
204‧‧‧瓣片群
208‧‧‧瓣片群
212‧‧‧瓣片群
216‧‧‧瓣片群
220‧‧‧徑向瓣片
224‧‧‧導電環
228‧‧‧電引線
232‧‧‧非導電空間
244‧‧‧實質均等電位位置
304‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
312‧‧‧步驟
316‧‧‧步驟
所揭發明係以隨附圖式之圖中的實例之方式而非以限制方式說明，其中類似的參考標號表示相似的元件，且其中：
圖1為在窗上具有屏蔽的電漿室的示意立體圖。
圖2為屏蔽的示意俯視圖。
圖3為實施例的高階流程圖。
圖4A到D為氟化面向電漿窗表面之剝離的示意圖。
圖5為顯示在各種腔室構造中，每一晶圓大於38nm的釔粒子添加劑(adders)的數量的圖。
150‧‧‧靜電屏蔽
154‧‧‧屏蔽電源
155‧‧‧濾波/匹配網路
204‧‧‧瓣片群
208‧‧‧瓣片群
212‧‧‧瓣片群
216‧‧‧瓣片群
220‧‧‧徑向瓣片
224‧‧‧導電環
228‧‧‧電引線
232‧‧‧非導電空間
244‧‧‧實質均等電位位置

Claims (17)

  1. 一種用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，包含： 　　複數瓣片群，每一瓣片群包含一實質平坦結構，其中每一瓣片群與任何其他瓣片群隔離，且其中每一瓣片群電性連接至該複數電引線之至少一電引線，且其中該複數瓣片群形成圍繞一垂直軸的一徑向對稱；且 　　該每一實質平坦結構包含一導電環的一扇形部、與複數導電瓣片，每一導電瓣片連接至該導電環的扇形部，且除了該導電瓣片連接至該導電環的扇面之處外，每一導電瓣片皆與其他導電瓣片隔離，其中該至少一電引線連接至每一瓣片群中之實質均等電位位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該每一瓣片群的導電環的扇形部位於該瓣片之徑向朝內的末端。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該每一瓣片群的導電環的扇形部位於該瓣片之徑向朝外的末端。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該複數瓣片群係實質上共平面的。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該瓣片由徑向方向上的狹縫形成，該狹縫內的空間係不導電的，且其中與任何其他瓣片群隔離之該每一瓣片群係藉由在該瓣片群之間提供非導電空間所達成，其中該瓣片群之間的該非導電空間亦包含徑向方向上的狹縫。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，更包含連接至該引線之每一者的一射頻源。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該射頻源用以將實質上相等大小的同相功率傳送至該複數瓣片群之每一者。
  8. 如申請專利範圍第7項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該複數瓣片群之每一者的引線藉由一電導體並聯連接至該射頻源。
  9. 如申請專利範圍第6項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，更包含具有狀態1與狀態2的一開關，其中該靜電屏被配置成在狀態1時，該靜電屏未通電且電性浮接；及在狀態2時，該靜電屏連接至該射頻源。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該實質均等電位位置係彼此在10伏特之內。
  11. 如申請專利範圍第1項之用於具有複數電引線之電漿處理室中的靜電屏，其中該導電環的每一扇形部具有不大於該電漿處理室中處理的一基板之半徑的10%的徑向尺寸，且其中徑向之該瓣片具有該電漿處理室中處理的該基板之半徑的至少80%的徑向尺寸。
  12. 一種用於電漿處理室中的射頻窗，包含： 　　一介電材料之一盤； 　  如申請專利範圍第1項之靜電屏，該靜電屏係定位於該介電窗。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於電漿處理室中的射頻窗，其中該盤與該靜電屏藉由共燒結而一體形成。
  14. 如申請專利範圍第13項之用於電漿處理室中的射頻窗，其中該靜電屏包含鎢、鉭、銅、銀、鋁、或鉬之一或更多者。
  15. 一種使用與維持電漿處理室的方法，包含：         將一基板放置在感應耦合之一電漿處理室中；         使一處理氣體流入該電漿處理室；         透過浮接的一靜電屏蔽與一介電窗將感應耦合功率提供至該電漿處理室；         停止該處理氣體的流動與該感應耦合功率的提供；         將該基板自該電漿處理室移除；         使一窗調節氣體流入該電漿處理室；         透過該靜電屏蔽與該介電窗將感應耦合功率提供至該電漿處理室；              提供RF功率至該靜電屏蔽；及         停止該窗調節氣體的流動及該感應耦合功率與該RF功率的提供。
  16. 如申請專利範圍第15項之使用與維持電漿處理室的方法，其中該電漿處理室具有複數電引線，且其中該靜電屏蔽包含： 複數瓣片群，每一瓣片群包含一實質平坦結構，其中每一瓣片群與任何其他瓣片群隔離，且其中每一瓣片群電性連接至該複數電引線之至少一電引線，且其中該複數瓣片群形成圍繞一垂直軸的一徑向對稱；及 該每一實質平坦結構包含一導電環的一扇形部、與複數導電瓣片，每一導電瓣片連接至該導電環的扇形部，其中該至少一電引線連接至每一瓣片群中之實質均等電位位置。
  17. 如申請專利範圍第16項之使用與維持電漿處理室的方法，其中該提供RF功率至該靜電屏蔽包含將實質上相等大小的同相功率傳送至該複數瓣片群之每一者。
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