TW201842529A - 感應耦合電漿天線及包括該天線的基板處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種ICP天線使用於一電漿處理裝置中。該ICP天線包含一天線線圈其一端部經由一阻抗匹配電路連接至一RF電源及另一端部接地；以及一可變電容器並聯該天線線圈之一部分。

Description

感應耦合電漿天線及包括該天線的基板處理裝置

發明領域 本發明係有關於一感應耦合電漿(ICP)天線以及包含該天線之一基板處理裝置且，更特定地，係有關於一ICP天線而該天線具有一結構其中一可變電容器係並聯該ICP天線之一部分以便能夠改良一基板處理表面上之電漿密度的均勻性，以及包含該天線之一基板處理裝置。

發明背景 在一新近半導體製程中所使用之基板處理裝置內，一半導體電路已極度地微縮，用於製造該半導體電路之一基板已擴大，以及一液晶顯示器已具有一寬廣面積。因此，趨勢為整體處理面積已擴大，然而一內部電路已微縮。據此，有必要將更多元件整合至一有限面積內，以及亦執行用以改良整體擴大表面上所設置之元件之均勻性的研究與發展。

充作基板處理裝置之電漿處理裝置係乾式處理裝置其中一腔室內側之一反應氣體係進行活化以形成電漿且接著一基板藉由所形成之電漿來處哩，以及依據一電極之型式，該等電漿處理裝置係分成一電容耦合電漿(CCP)方法與一電桿耦合電漿(ICP)方法。

該CCP方法施加一高頻至一對板形電極，該等板形電極通常係相互平行，以藉由該等電極間之一空間中所產生之一電場來產生電漿，且因此該CCP方法，相較於該ICP方法而言，具有之優點為其擁有準確電容量(capacity)耦合調整與離子調整之效能以提供高度製程生產力。另一方面，因為射頻電力之能量通常係經由該電容量耦合而專屬地傳送至電漿，所以該電漿離子密度僅可藉由增加或減少電容耦合射頻電力來調整。因此，高射頻電力需要用以產生高密度電漿。然而，射頻電力增加導致離子衝擊能量增加。因此，為了防止因離子衝擊所致之損害，對於增加將要供應之射頻電力而言係有一限制存在。

另一方面，該ICP方法施加一高頻至一通常為螺旋形之天線，且藉由依據引入至該天線之高頻電流所導致之一磁場變化而感應之一電場來加速一腔室內側之電子。因此，已知該ICP方法係適合產生高密度電漿，因為該方法可隨著射頻電力增加容易地增加離子密度惟由射頻電力增加所導致之離子衝擊卻相當低。因此，在使用電漿之基板處理裝置中，通常之趨勢係該ICP方法用以產生高密度電漿。圖1係一示意視圖顯示習知技藝之一電感耦合電漿處理裝置之一組態，以及圖2係一視圖顯示有關於習知技藝之電感耦合電漿處理裝置中之一天線之一組態。

參看圖1，習知技藝之電感耦合電漿處理裝置100包含：一腔室110其中設置將藉由電漿P處理之一基板W；一氣體噴灑配件120供應一源頭氣體至腔室110之內側俾處理該基板；一氣體洩出孔130而處理該基板之後的一殘餘氣體與一未反應氣體係經由該氣體洩出孔洩出；一基座140係設置在腔室110內且待處理基板係設置在該基座上；一天線150係安置在腔室110之一上部或一側表面上以提供一磁場與一電場俾於該腔室內產生電漿P；一高頻振盪器160(RF產生器)用以施加電源至該天線；以及一阻抗匹配電路170用以將連接至高頻振盪器160之一連接纜線之特性阻抗與負載阻抗相匹配。

此一電漿處理裝置依據一天線之一形狀及一介電窗可分類為一扁圓(pancake)形天線、一圓柱形天線、以及一圓頂(dome)形天線。就習知技藝之一電感耦合電漿處理裝置而言，圖2a顯示扁圓形天線之一形狀，以及圖2b顯示圓柱形天線之一形狀。

然而，因為ICP方法導致基於一天線線圈形狀與一頻率所致之不均勻電漿，所以設計該天線線圈有困難，且增加一頻率存有一限制。另，因為一電漿源與一基板間之距離大於該CCP方法之距離，所以電漿之行為係由散布來決定，此造成電漿之均勻性係依待處理之基板來決定。

發明概要 本發明係提供一種ICP天線其中一可變電容器係並聯該ICP天線以便能夠改良一基板處理表面上之電漿的均勻性，以及包含該天線之一基板處理裝置。

本發明進一步之另一目的將參考下列詳細說明及圖式而變得明顯。

依據本發明之一示範性實施例，一種ICP天線包含：一天線線圈其一端部經由一阻抗匹配電路連接至一RF電源及另一端部接地；以及一可變電容器並聯該天線線圈之一部分。

ICP天線可包含一電阻器並聯該可變電容器。

天線線圈可為一圓柱形天線線圈。

在天線線圈係圓柱形天線線圈之情況下，該天線線圈其一端部可設置在該天線線圈之一上部中及另一端部設置在該天線線圈之一下部中，以及可變電容器可連接至具有該天線線圈之該一端部之一上線圈部分或具有該天線線圈之該另一端部之一下線圈部分。

天線線圈可為一扁圓形天線線圈。

在天線線圈係扁圓形天線線圈之情況下，該天線線圈其一端部可設置在外側及另一端部設置在內側，以及可變電容器可連接至具有該天線線圈之該一端部之一外側線圈部分或具有該天線線圈之該另一端部之一內側線圈部分。

依據本發明之另一示範性實施例，一種基板處理裝置包含：一腔室其中設置將藉由電漿處理之基板；一氣體噴灑配件供應一源頭氣體至該腔室之內側俾處理該待處理基板；一氣體洩出孔而處理該待處理基板之後的一殘餘氣體與一未反應氣體係經由該氣體洩出孔洩出；一基座其上設置該待處理基板；請求項1至6中之任一項之該ICP天線；一高頻振盪器用以施加電源至該ICP天線；以及一阻抗匹配電路連接在該ICP天線與該高頻振盪器之間。

基板處理裝置可進一步包含一可變電容器調整配件用以調整ICP天線之一可變電容器。

實施例之詳細說明 下文中，將參考圖3至9更詳細說明本發明之較佳實施例。本發明可以不同型式體現且不應闡釋為限制此處所陳述之實施例。相反地，該等實施例係提供用來對熟悉本發明相關技藝人士更完整地解釋本發明。因此，圖式中所顯示之每一組件之尺寸係基於說明之清楚性而放大。

圖3係一概念視圖顯示依據本發明之一ICP天線之一組態。如圖3中所說明者，依據本發明之一ICP天線可概念性視為，就實質上一線圈而言，阻抗係相關於一特定點分成二個阻抗以藉此形成一電路其中二個阻抗係相互串聯。一第一阻抗Z1係指一線圈部分之一端部經由一阻抗匹配電路270連接至一RF電源260之阻抗，以及一第二阻抗係指一線圈部分之另一端部接地之阻抗。

在此情況下，當第二阻抗Z2增加時，整體線圈之阻抗增加，以及流經ICP天線之整體線圈電流減少。當該線圈電流減少時，施加至第一阻抗Z1之電力減少，以及因此對應第一阻抗Z1之一線圈部分所產生之電漿亦減少。然而，當阻抗增加時，電漿電力增加。在對應第二阻抗Z2之一線圈部分中，當藉由一LC並聯且一可變電容器之一電容量調整達到一諧振條件時，依據該諧振條件之電感器電流及電容器電流流動，以及阻抗增加。在此情況下，雖然一線圈輸入端部所測量之線圈電流減少，然而電漿可藉由第二阻抗Z2之阻抗增加而減少、保持、或增加。

如上所述，本發明中，ICP天線係假設為一天線其中二個阻抗係相互串聯，以及二個阻抗中之一阻抗係受到控制以調整二個阻抗。如下文所述，一待處理基板(下文中，詳細說明中之”待處理基板”係稱為”一目標基板”)之一表面上之電漿均勻性可藉由區域之阻抗調整來控制。

下文中，將參考圖4至6說明依據本發明之一實施例之一ICP之一組態及一效果。圖4係一視圖顯示依據本發明之一實施例之一ICP天線之一組態。圖4a顯示習知技藝之一圓柱形ICP天線之一組態。圖4b顯示依據本發明之一實施例之一天線組態其中一可變電容器係並聯一下天線。圖4c顯示一天線組態其中進一步包含一電阻器並聯圖4b之該可變電容器。圖4d顯示一天線組態其中一可變電容器係並聯一上天線。圖4e顯示一天線組態其中進一步包含一電阻器並聯圖4d之該可變電容器。

圖5係一視圖顯示來自圖4b中所說明之ICP天線組態之電漿分布之一變化。圖5a示意地顯示目標基板之一表面上之電漿之密度分布，其係藉由習知技藝之圓柱形ICP天線所產生者。圖5b示意地顯示目標基板之一表面上之電漿之密度分布，其係藉由圖4b中所說明之ICP天線所產生者。

通常，感應至圓柱形ICP天線之一電場產生具有一預定半徑之環形電漿，以及該產生之電漿朝向一腔室及該腔室之一下部中所設置之目標基板之中心散布。因此，因為一散布距離較長，所以中心部分之電漿密度變得較高。

如參考圖5a可見者，在習知技藝之圓柱形ICP天線之情況下，一上線圈所產生之電漿，當散布至一腔室之一下部中所設置之一基板時，呈現一山形之密度分布其中高密度係顯示在該基板之中心處。然而，一下線圈所產生之電漿具有一短散布距離，以及因此到達一目標基板之一表面時具有一環形密度分布，如同一感應電場所產生之電漿中者一般。因此，電漿密度分布，其具有一形狀其中該上線圈所產生之電漿與該下線圈所產生之電漿相互重疊，係形成在該目標基板之該表面上。參考圖5a，可確認該目標基板之該表面上之該電漿密度在該基板之中心處具有一高密度。

因此，如圖4b中所說明者，依據本發明之一實施例之ICP天線係藉由將一可變電容器並聯下天線來調整整體電漿密度。如上文參考圖3所說明者，當可變電容器並聯下天線時，對應該下天線之第二阻抗Z2增加，此造成天線之整體阻抗增加，以及因此流經該天線之整體線圈電流減少。因此，施加至該上天線之電漿電力減少，導致該上天線中所產生之電漿密度減少。另一方面，對該下天線而言，雖然該線圈電流因阻抗增加而減少，然而電漿電力可保持，以及因此防止所產生之電漿密度減少。

如上文所述，當採用依據本發明之一實施例之ICP天線時，電漿密度，其係由上天線所產生且接著進行散布者，係如圖5b中所說明者減少。因此，可確認目標基板之表面上之電漿密度，當相較於習知技藝之ICP天線時，可在一徑向上均勻地分布。

圖6係一視圖顯示來自圖4d中所說明之ICP天線組態之電漿分布之一變化。圖6a示意地顯示目標基板之一表面上之電漿之密度分布，其係藉由習知技藝之圓柱形ICP天線所產生者。圖6b示意地顯示目標基板之一表面上之電漿之密度分布，其藉由圖4d中所說明之ICP天線所產生者。

如參考圖6a可見者，在如圖5a中之習知技藝之圓柱形ICP天線之情況下，一上線圈所產生之電漿在一目標基板之一表面上形成一山形之密度分布，以及一下線圈所產生之電漿在該基板之該表面上形成一環形之密度分布。然而，在圖6a之情況下，該上天線所產生之該電漿密度係相對地低於圖5a者，以及因此可確認該目標基板之該表面上之整體電漿密度具有分布其中該基板之中心處之密度係低的。

因此，如圖4d中所說明者，依據本發明之一實施例之ICP天線可藉著將一可變電容器並聯上天線來調整整體電漿密度。如上文參考圖3所說明者，當該可變電容器並聯該上天線時，對應該上天線之第一阻抗Z1增加，此造成該天線之整體阻抗增加，以及因此流經該整體天線之整體線圈電流減少。因此，施加至該下天線之電漿電力減少，導致該下天線中所產生之電漿密度減少。另一方面，對該上天線而言，雖然該線圈電流因阻抗增加而減少，然而電漿電力可保持，以及因此防止所產生之電漿密度減少。

如上文所述，當採用依據本發明之一實施例之ICP天線時，電漿密度，其係由下天線所產生且接著進行散布者，係如圖6b中所說明者減少。因此，目標基板之表面上之整體電漿密度，當相較於習知技藝之ICP天線時，係在徑向上均勻地分布。

如圖4c與4e中所說明者，依據本發明之另一實施例之一ICP天線可進一步包含一電阻器並聯一可變電容器。因為該電阻器係進一步納入者，調整阻抗之可變性可進一步擴充。在實施例中，係說明具有一預定數值之該電阻器將並聯該可變電容器，然而該實施例並未受限於此。對另一實例而言，一可變電阻器可並聯該可變電容器。

圖7係一視圖顯示依據本發明之另一實施例之一ICP天線之一組態。除了係應用扁圓形天線以外，圖7之該ICP天線係類似於圖4中所說明者。圖7a顯示習知技藝之一扁圓形ICP天線之一組態。圖7b顯示依據本發明之一實施例之一天線組態其中一可變電容器係並聯一外側天線。圖7c顯示一天線組態其中一可變電容器係並聯一內側天線。雖然未顯示於圖7中，然而一電阻器或一可變電阻器可並聯該可變電容器，如同圖4c與圖4e一般。

如同圓柱形天線一般，整體天線之阻抗係藉由將一可變電容器並聯外側天線而使其為高，如圖7b中所說明者，以及因此可減少一山形之電漿密度，其係藉由內側天線產生且接著進行散布。另，一電容器係連接至該內側天線，如圖7c中所說明者，以及因此可減少一圈餅形之電漿密度，其係藉由該外側天線產生且接著進行散布。

如上文所述，本發明具有之效果為可變電容器係並聯ICP天線之一部分，以及因此目標基板之表面上之電漿密度可在徑向上為均勻者。

圖8係一視圖顯示依據本發明之一實施例之實際上實現之一ICP天線之一形狀。實施例中，使用一300 mm之ICP天線，以及使用以一耦數匝捲繞之一線圈(4匝捲繞式線圈)以供徑向電漿密度均勻之用。一分接頭係形成在一位置N處而第二繞組中止於該位置N，該位置N係在4匝捲繞線圈之中心部分，以及接著一可變電容器係連接至該分接頭。另，雖然未說明，然而一控制旋鈕係連接至該可變電容器，以及因此可調整該可變電容器之電容。

如上文所說明者，本發明之ICP天線可進一步包含電阻器並聯可變電容器。當此電阻器係一可變電阻器時，該電阻器可藉由一控制旋鈕調整該可變電阻器之電阻，如同該電容器之情況一般。

圖9係一圖式顯示應用一可變電容器之前及之後，一目標基板之一表面上所測量之電漿分布。圖9中，一水平軸代表距離目標基板之中心的徑向距離，以及一垂直軸代表電漿密度。圖式中，一實心圓(solid circle)代表來自習知技藝之ICP天線之電漿密度(一比較性實例)，該ICP天線未設置可變電容器。另一方面，一開口圓(open circle)代表ICP天線(實施例)，該ICP天線係設置可變電容器。

如圖9中所說明者，在如同習知技藝之ICP天線之相同條件下，本發明可僅僅藉由將可變電容器並聯天線線圈之部分以調整該可變電容器之數值來改良目標基板之表面上之電漿密度的均勻性。

本發明具有之效果為可變電容器並聯天線之部分以便能夠改良基板處理表面上之電漿的均勻性。

100‧‧‧電感耦合電漿處理裝置

110‧‧‧腔室

120‧‧‧氣體噴灑配件

130‧‧‧氣體洩出孔

140‧‧‧基座

150‧‧‧天線

160‧‧‧高頻振盪器

170、270‧‧‧阻抗匹配電路

260‧‧‧RF電源

P‧‧‧電漿

W‧‧‧基板

Z1‧‧‧第一阻抗

Z2‧‧‧第二阻抗

C‧‧‧可變電容器

R‧‧‧電阻器

N‧‧‧位置

示範性實施例可由下列說明連同隨附圖式而更詳細理解，其中：

圖1係一示意圖顯示依據習知技藝之一電感耦合電漿處理裝置之一組態；

圖2係一視圖顯示依據習知技藝之有關於電感耦合電漿處理裝置中之一天線之一組態；

圖3係一概念視圖顯示依據本發明之一ICP天線之一組態；

圖4係一視圖顯示依據本發明之一實施例之一ICP天線之一組態；

圖5係一視圖顯示來自圖4b中所說明之該ICP天線組態之電漿分布之一變化；

圖6係一視圖顯示來自圖4d中所說明之該ICP天線組態之電漿分布之一變化；

圖7係一視圖顯示依據本發明之另一實施例之一ICP天線之一組態；

圖8係一視圖顯示依據本發明之一實施例之實際上實現之一ICP天線之一形狀；以及

圖9係一圖式顯示應用一可變電容器之前及之後，一待處理基板之一表面上所測量之電漿分布。

Claims (8)

1. 一種ICP天線使用於一電漿處理裝置中，該ICP天線包含： 一天線線圈其一端部經由一阻抗匹配電路連接至一RF電源及另一端部接地；以及 一可變電容器並聯該天線線圈之一部分。
2. 如請求項1之ICP天線，進一步包含一電阻器並聯該可變電容器。
3. 如請求項1之ICP天線，其中該天線線圈係一圓柱形天線線圈。
4. 如請求項3之ICP天線，其中該天線線圈其一端部設置在該天線線圈之一上部中及另一端部設置在該天線線圈之一下部中，以及 該可變電容器係連接至具有該天線線圈之該一端部之一上線圈部分或具有該天線線圈之該另一端部之一下線圈部分。
5. 如請求項1之ICP天線，其中該天線線圈係一扁圓形天線線圈。
6. 如請求項5之ICP天線，其中該天線線圈其一端部設置在外側及另一端部設置在內側，以及 該可變電容器係連接至具有該天線線圈之該一端部之一外側線圈部分或具有該天線線圈之該另一端部之一內側線圈部分。
7. 一種基板處理裝置包含： 一腔室其中設置將藉由電漿處理之一基板； 一氣體噴灑配件供應一源頭氣體至該腔室之內側俾處理該待處理基板； 一氣體洩出孔而處理該待處理基板之後的該腔室內側之一殘餘氣體與一未反應氣體係經由該氣體洩出孔洩出； 一基座其上設置該待處理基板； 請求項1至6中之任一項之該ICP天線； 一高頻振盪器用以施加電源至該ICP天線；以及 一阻抗匹配電路連接在該ICP天線與該高頻振盪器之間。
8. 如請求項7之基板處理裝置，進一步包含一可變電容器調整配件用以調整該ICP天線之一可變電容器。