TWI382448B - 使用混合耦合電漿之裝置 - Google Patents

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Description

使用混合耦合電漿之裝置
本專利申請案主張2003年7月14日提交之第2003-0047847號韓國專利申請案之權利，且將該案以引用方式併入本文中。
本發明係關於一種用於製造半導體設備之裝置，具體而言，其係關於一種使用具有電感耦合電漿(ICP)及電容耦合電漿(CCP)屬性之混合耦合電漿(HCP)之裝置。
隨著與半導體設備相關聯之工業的發展，已研究出一種具有高容量及高功能的用於製造半導體設備之裝置。因此，需要於有限的區域中集成更多數目的元件。此外，於半導體設備製造領域中，已經研究並開發出超精細圖案化且高集成的技術。
為獲得具有超精細圖案化且高集成之半導體設備，一種使用藉由啟動反應氣體而獲得電漿之技術被廣泛應用於半導體設備之製造過程中。於半導體設備之製造過程中，處於電漿狀態之反應氣體的陽離子或根用來將一層沈積或蝕刻於基板的一預定區域中。一種半導體設備之製造裝置包括一形成電漿之腔室。根據形成電漿之方法，可將該裝置的腔室分類為電容耦合電漿(CCP)型與電感耦合電漿(ICP)型。
圖1為根據相關技術之半導體設備的ICP型製造裝置的示意圖。於圖1中，ICP型製造裝置包括一具有一排氣孔之腔 室10，一注氣單元20，一天線30及一靜電夾盤60。經注氣單元20將反應氣體噴入腔室10內，且向天線30提供一電源功率。將一基板"W"加載於一獲得偏壓功率之靜電夾盤60上。此外，將一電源射頻(RF)產生器50及一電源阻抗匹配盒40連接至腔室10。電源RF產生器50向天線30提供電源功率，且電源阻抗匹配盒40將一負載阻抗匹配到連接至電源RF產生器50之連接電纜的特性阻抗。而且，將一偏壓RF產生器80及一偏壓阻抗匹配盒70連接至靜電夾盤60。偏壓RF產生器80將偏壓功率提供至靜電夾盤60，且偏壓阻抗匹配盒70將一負載阻抗匹配到連接至偏壓RF產生器80之連接電纜的特性阻抗。
在將基板"W"設置於靜電夾盤60上之後，用靜電力將基板"W"固定於靜電夾盤60上。而後，將反應氣體注入腔室10中。同時，向天線30提供電源功率，且向靜電夾盤60提供偏壓功率。反應氣體被電源功率及偏壓功率啟動，以形成電漿"P"。電漿"P"中的陽離子沖上基板"W"，且與其碰撞而形成或蝕刻一層。
因為具有較高的電漿密度及較低的離子能量分佈，半導體設備的ICP型製造裝置具有較高的生產產量，且損壞基板的可能性更低。然而，電漿密度於腔室的中央部分為均勻的，且於腔室的邊界部分為不均勻的。隨著基板的擴大，位元於中央部分及邊界部分中的均勻度差別可能進一步惡化製造過程之可靠度。
圖2為根據相關技術之半導體設備的CCP型製造裝置的 示意圖。於圖2中，CCP型製造裝置包括一具有一排氣孔之腔室12、一注氣單元22、一板形之上電極32及一作為下電極之靜電夾盤62。經注氣單元22將反應氣體噴入腔室12內，且一向上電極32提供電源功率。將基板"W"加載於一獲得偏壓功率之靜電夾盤62上。此外，將一電源RF產生器52及一電源阻抗匹配盒42連接至腔室12。電源RF產生器52將電源功率提供至上電極32，且電源阻抗匹配盒42將一負載阻抗匹配到連接至電源RF產生器52之連接電纜的特性阻抗。此外，將一偏壓RF產生器82及一偏壓阻抗匹配盒72連接至靜電夾盤62。偏壓RF產生器82將偏壓功率提供至靜電夾盤62，且偏壓阻抗匹配盒72將一負載阻抗匹配至連接至偏壓RF產生器82之連接電纜的特性阻抗。
於將基板"W"設置於靜電夾盤62上之後，清空腔室12，且將反應氣體注入腔室12內。然後，通過將電源RF功率及偏壓RF功率分別應用至上電極32及靜電夾盤62，而於上電極32與靜電夾盤62之間產生一電場。
於半導體設備之CCP型製造裝置中，因為離子具有高能量，所以將由高強度電場產生之離子用於蝕刻過程。然而，因為其高能量，該等離子不能用於低壓下之化學氣相沈積(CVD)過程與濺鍍過程。具體而言，因為於CCP型裝置中產生之電漿具有高鞘電壓、高自偏壓及高電漿阻抗，所以該電漿可能進一步損壞基板。
因此，本發明針對一種混合耦合電漿型裝置，其可大體 上消除歸因於相關技術的限制及缺陷而引起的一或多個問題。
為克服上文描述之問題，本發明提供一種具有ICP型裝置及CCP型裝置之優點的混合耦合電漿(HCP)型裝置。
本發明之額外特點及優點將於下文的描述中得以闡明，且將部分地自描述中變得顯而易見，或可藉由本發明之實踐而獲悉。本發明之該等目的及其它優點將藉由書面描述及其申請專利範圍以及隨附諸圖中所特定指出之結構而實現且獲得。
為實現該等及其它目的，且根據本發明之目的，如具體實施例及廣義描述所示，一種混合耦合電漿型裝置包括：一具有一注氣單元之腔室；一位於該腔室中之靜電夾盤；一位於該注氣單元上之絕緣板；一高頻產生器；一連接至該高頻產生器之阻抗匹配電路；以並聯方式連接至該阻抗匹配電路之第一及第二天線，該高頻產生器的功率被提供至該第一及第二天線；一以串聯方式連接至該第一及第二天線中的一個上的板形電極，該高頻產生器的功率被提供至該電極；以及一位於該高頻產生器與該第一及第二天線中之一個之間的功率分配器。
於另一態樣中，一種混合耦合電漿型裝置包括：一腔室；一位於腔室中之夾盤；一位於靜電夾盤上之注氣單元；一位於該注氣單元上之絕緣板；一位於該絕緣板上之天線；一位於該天線上之電極；一連接至該天線及該電極之電源阻抗匹配電路；一連接至該電源阻抗匹配電路之電源產生 器；一位於該電源阻抗匹配電路與該天線之間的功率分配器；一連接至該夾盤之偏壓阻抗匹配電路；以及一連接至該偏壓阻抗匹配電路的偏壓產生器。
應理解，上文之大致描述及下文之詳細描述均為例示性及說明性，且旨在為申請專利範圍所主張之發明提供進一步的解釋。
現將具體參考於附圖中得以圖示說明之本發明的實施例。將盡可能於各附圖中使用相同的參照數字表示相同或相似之部件。
圖3為根據本發明之一實施例的混合耦合電漿(HCP)型裝置的示意圖。
於圖3中，HCP裝置包括一具有一排氣孔之腔室100，一靜電夾盤600，一注氣單元200，一絕緣板320，一天線340及一板形電極360。可將該靜電夾盤600設置於腔室100的底部，且將基板"W"加載於靜電夾盤600上。可將注氣單元200設置於腔室100的頂部，且將絕緣板320設置在注氣單元200上。此外，將一電源射頻(RF)產生器500及一電源阻抗匹配盒(I.M.B.)400連接至天線340及電極360，且將一偏壓RF產生器800及一偏壓阻抗匹配盒700連接至靜電夾盤600。藉由注氣單元200將反應氣體噴入腔室100內。將絕緣板320用於產生最佳狀態之電漿。因為RF電場的傳輸取決於介電材料之介電常數，所以可藉由絕緣板320控制到達反應氣體之功率傳輸。舉例而言，絕緣板320可由陶瓷製成。
向天線340及電極360提供一電源RF功率，且向靜電夾盤600提供一偏壓功率。可藉由一可變電容器380將天線340連接至電源阻抗匹配盒400。
圖4A為根據本發明之一實施例的HCP型裝置之天線的示意圖，且圖4B為圖4A之等效電路圖。
在圖4A及4B中，天線340包括以並聯方式連接至一電源匹配盒400之第一及第二子天線340a及340b。將該第一及第二子天線340a及340b設置於絕緣板320上，且可構成同心環，其中第二子天線340b圍繞第一子天線340a。該第一子天線340a包括第一及第二端341及342，且該第二子天線340b包括第一及第二端343及344。該第一子天線340a之第一端341為接地的，且該第一子天線340a之第二端342穿過天線340上之電極360的一個孔被連接至電源阻抗匹配盒400。因為該第一子天線340a於電極360的孔處接觸到電極360，所以該第一子天線340a電連接至電極360。此外，該第二子天線340b之第一端343為接地的，且該第二子天線340b之第二端344連接至可變電容器(CR )380。可變電容器(CR )380起到一功率分配器之功能，其將電源RF產生器500之電源RF功率分配給第一與第二子天線340a與340b及電極360。
該第一及第二子天線340a及340b可由一中空管製成，且該第一及第二子天線340a及340b之一表面上可塗覆有銀。此外，可將該第一及第二子天線340a及340b設置於一單一平面上。電極360對應於CCP型裝置之上電極，且電極360 之形狀可根據絕緣板320及天線340之排列而變化。電極360可平行於由該第一及第二子天線340a及340b所構成的平面。
可變電容器(CR )380控制流經天線340的電流，以自ICP型、CCP型以及HCP型中選擇一種類型，用來自腔室100中之反應氣體形成電漿。HCP型具有ICP型及CCP型兩者之屬性。與ICP組件相對應之平行諧振電感耦合型電漿阻抗及與CCP組件相對應之電容耦合型電漿阻抗可能藉由可變電容器(CR )380而在絕對值及相位方面發生變化。因此，ICP組件以及CCP組件之電流及電壓可藉由可變電容器(CR )380加以控制。
第一子天線340a之電阻、電容及電感可由一第一阻抗602及電阻所代表，第二子天線340b之電容及電感可由第二阻抗604所代表。電極360及靜電夾盤600之間的電容可由第一電容器"CF "所代表，且電極360及天線340之間的雜散電容可由第二電容器"CS "所代表。
圖5A為根據本發明之另一實施例的HCP型裝置之天線的示意圖，且圖5B為圖5A之等效電路圖。
於圖5A及5B中，天線340包括以並聯方式連接至一電源匹配盒400之第一、第二及第三子天線340a、340b及340c。將該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c設置於絕緣板320上，且可構成同心環，其中該第三子天線340c圍繞該第一子天線340a，而該第二子天線340b包圍第三子天線340c。因此，將第三子天線340c設置於第一及第二子天線 340a及340b之間。該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c中的每個均包括第一及第二端。將第一及第三子天線340a及340c之第二端342及346穿過電極360的孔連接至電源阻抗匹配盒400，且該第一及第三子天線340a及340c之第一端341及345均為接地的。因為第一及第三子天線340a及340c於電極360之孔處接觸到電極360，所以該第一及第三子天線340a及340c電連接至電極360。此外，該第二子天線340b之第一端343為接地的，且該第二子天線340b之第二端344連接至可變電容器(CR )380。可變電容器(CR )380起到一功率分配器之功能，其將電源RF產生器500之電源RF功率分配給第一子天線340a、第二子天線340b、第三子天線340c以及電極360。
該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c可由一中空管製成，且該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c之一個表面上可塗覆有銀。此外，可將該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c設置於一單一平面上。電極360對應於CCP型裝置之上電極，且電極360之形狀可根據絕緣板320及天線340之排列而變化。電極360可平行於由該第一、第二及第三子天線340a、340b及340c所構成的平面。
可變電容器(CR )380控制流經天線340之電流，以自ICP型、CCP型及HCP型中選擇一種類型，用以自腔室100中之反應氣體形成電漿。HCP型具有ICP型及CCP型兩者之屬性。與ICP組件相對應之平行諧振電感耦合型電漿阻抗及與CCP組件相對應之電容耦合型電漿阻抗可藉由可變電容器 (CR )380而於絕對值及相位方面發生變化。因此，ICP組件及CCP組件之電流及電壓可藉由可變電容器(CR )380加以控制。
該第一子天線340a之電阻、電容及電感可由第一阻抗602及電阻所代表，該第二子天線340b之電容及電感可由第二阻抗604所代表。而且，該第三子天線340c之電阻、電容及電感可由第三阻抗612所代表。電極360與靜電夾盤600之間的電容可由第一電容器"CF "所代表，且電極360與天線340之間的雜散電容可由第二電容器"CS "所代表。
圖6為根據本發明之另一實施例的HCP型裝置之天線的等效電路圖。
儘管未在圖6中顯示，但天線可包含以並聯方式連接至一電源匹配盒400之第一、第二、第三及第四子天線。該第一、第二、第三及第四子天線可構成同心環，其中將該第三及第四子天線設置於第一與第二子天線之間。該第一、第二、第三及第四子天線中之每個均包含第一及第二端。該第一、第三及第四子天線之第一端可穿過該電極的孔而連接至電源阻抗匹配盒400，且該第一、第三及第四子天線的第二端為接地的。由於該第一、第三及第四子天線於該電極的孔處接觸到電極，因此，該第一、第三及第四子天線電連接至該電極。此外，該第二子天線之第一端可為接地的，且該第二子天線之第二端可連接至可變電容器"CR "。該可變電容器"CR "起到功率分配器之功能，其將電源RF產生器500之電源RF功率分配至該第一子天線、第二子天線、第三 子天線、第四子天線以及電極。
每一個子天線可由一中空管製成，且每一個子天線之一個表面上可塗覆有銀。此外，可將該第一、第二、第三及第四子天線設置於一單一平面上。該電極對應於CCP型裝置之上電極，且該電極之形狀可根據絕緣板及天線之排列而變化。該電極可平行於由該第一、第二、第三及第四子天線所構成的平面。
可變電容器"CR "控制流經天線之電流，以自ICP型、CCP型及HCP型之中選擇一種類型，用以自腔室中之反應氣體形成電漿。該HCP型具有ICP型及CCP型兩者之屬性。與ICP組件相對應之平行諧振電感耦合型電漿阻抗及與CCP組件相對應之電容耦合型電漿可藉由可變電容器"CR "而於絕對值及相位方面發生變化。因此，ICP組件及CCP組件之電流及電壓可藉由可變電容器"CR "加以控制。
該第一子天線之電阻、電容及電感可由第一阻抗602來代表，且該第二子天線之電阻、電容及電感可由第二阻抗604來代表。此外，該第三子天線之電阻、電容及電感可由第三阻抗612來代表，該第四子天線之電阻、電容及電感可由第四阻抗622來代表。電極與靜電夾盤之間的電容可由第一電容器"CF "來代表，且電極與天線之間的雜散電容可由第二電容器"CS "來代表。
儘管未在圖中顯示，但可將兩個以上的多個子天線設置於第一與第二子天線之間，且可將可變電容器連接至除第二子天線之外的其他子天線。
參考圖3至圖6，根據本發明之HCP型裝置的操作將於後文加以說明。在將基板"W"置於一靜電夾盤600上之後，藉由一靜電力將該基板固定於靜電夾盤600上。而後，藉由注氣單元200將反應氣體注入腔室100中。同時，向天線340提供一電源功率，且向靜電夾盤600提供一偏壓功率。該靜電夾盤600及該天線340起到對應於相關技術ICP型裝置之電漿產生單元的作用，且該電極360及該靜電夾盤600起到對應於相關技術CCP型裝置之電漿產生單元的作用。因此，電源功率及偏壓功率將反應氣體啟動，以於腔室100中形成電漿"P"。該電漿"P"可具有強氧化力。電漿"P"中之陽離子沖上基板"W"並與其碰撞以形成或蝕刻一層。
根據本發明之HCP型裝置可用作ICP型、CCP型及具有ICP型與CCP型兩者之屬性的HCP型中之一種類型，此為藉由基於基板之種類與尺寸及/或反應氣體之種類來控制連接至一天線上的可變電容器而實現的。例如，當可變電容器具有高電容時，電漿可接近一ICP型電漿，且當可變電容器具有低電容時，電漿可接近一CCP型電漿。因此，根據本發明之HCP型裝置可藉由一可變電容器而於ICP型、CCP型及HCP型中的一種類型上進行操作。
熟習此項技術者將瞭解，於不脫離本發明之精神或範疇的前提下，可對本發明進行各種修正及變更。因此，其意欲涵蓋本發明之該等修正及變更，限制條件為該等修正及變更屬於隨附之申請專利範圍及其對等內容的範疇之內。
10，12，100‧‧‧腔室
20，22，200‧‧‧注氣單元
30，340‧‧‧天線
32‧‧‧上電極
320‧‧‧絕緣板
340a，340b，340c‧‧‧第一、第二及第三子天線
341，342‧‧‧第一及第二端
343，344‧‧‧第一及第二端
345，346‧‧‧第一及第二端
360‧‧‧板形電極
380‧‧‧可變電容器(CR )
40，42，400‧‧‧電源阻抗匹配盒
50，52，500‧‧‧電源射頻(RF)產生器
60，62，600‧‧‧靜電夾盤
602‧‧‧第一阻抗
604‧‧‧第二阻抗
612‧‧‧第三阻抗
622‧‧‧第四阻抗
70，72，700‧‧‧偏壓阻抗匹配盒
80，82，800‧‧‧偏壓RF產生器
CF ‧‧‧第一電容器
CS ‧‧‧第二電容器
P‧‧‧電漿
W‧‧‧基板
圖1為根據相關技術之半導體設備的ICP型製造裝置的示意圖；圖2為根據相關技術之半導體設備的CCP型製造裝置的示意圖；圖3為根據本發明之一實施例的混合耦合電漿(HCP)型裝置的示意圖；圖4A為根據本發明之一實施例的HCP型裝置之天線的示意圖；圖4B為圖4A之等效電路圖；圖5A為根據本發明之另一實施例的HCP型裝置之天線的示意圖；圖5B為圖5A的等效電路圖；以及圖6為根據本發明之另一實施例的HCP型裝置之天線的等效電路圖。
100‧‧‧腔室
200‧‧‧注氣單元
320‧‧‧絕緣板
340‧‧‧天線
360‧‧‧板形電極
380‧‧‧可變電容器
400‧‧‧電源阻抗匹配盒
500‧‧‧電源射頻(RF)產生器
600‧‧‧靜電夾盤
700‧‧‧偏壓阻抗匹配盒
800‧‧‧偏壓RF產生器
P‧‧‧電漿
W‧‧‧基板

Claims (14)

  1. 一種混合耦合電漿型裝置，其包括：一具有一注氣單元之腔室；一位於該腔室中之靜電夾盤；一位於該注氣單元上之絕緣板；一高頻產生器；一連接至該高頻產生器之阻抗匹配電路；一第一天線及一第二天線，其為同心環形狀，且以並聯方式連接至該阻抗匹配電路，該高頻產生器之一功率被提供至該第一天線及該第二天線；一板形電極，其設置於該第一天線與該第二天線上，且以串聯方式連接至該第一天線及該第二天線其中之一，該高頻產生器之該功率被提供至該電極；以及一可變電容器，其作為一功率分配器，該可變電容器連接該阻抗匹配電路及該第一天線及該第二天線其中之一之間，且控制一電流，該電流在該高頻產生器與該第一天線及該第二天線之其中一者之間及在該高頻產生器及該電極之間，其中該可變電容器控制該電流以於一ICP型及一CCP型中選擇其中一者以自該腔室中的反應氣體形成一電漿。
  2. 如請求項1之裝置，其中將一基板加載於該靜電夾盤上。
  3. 如請求項1之裝置，其中該高頻產生器為一射頻產生器。
  4. 如請求項1之裝置，其中將該電極設置於該第一天線與該第二天線上，以與一由該第一天線與該第二天線所構成 之平面平行。
  5. 如請求項1之裝置，其中該可變電容器具有一用於一電感耦合電漿的第一電容及一用於一電容耦合電漿的第二電容，且該第一電容高於該第二電容。
  6. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一連接至該夾盤之偏壓阻抗匹配電路；以及一連接至該偏壓阻抗匹配電路之偏壓產生器。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第二天線圍繞該第一天線。
  8. 如請求項7之裝置，其中該電極具有一孔，且使得該第一天線之一第一端穿過該孔被連接至該電源阻抗匹配電路，使得該第一天線電連接至該電極。
  9. 如請求項8之裝置，其中將該第二天線之一第一端連接至該功率分配器。
  10. 如請求項9之裝置，其中該第一天線及該第二天線之第二端為接地的。
  11. 如請求項1之裝置，其進一步包含至少一個位於該第一天線與該第二天線之間的第三天線。
  12. 如請求項11之裝置，其中將該至少一個第三天線、該第一天線及該第二天線以並聯方式連接至該阻抗匹配電路。
  13. 如請求項8之裝置，其中該電極在該天線上水平延伸。
  14. 一種混合耦合電漿型裝置，其包括：一腔室；一位於該腔室中之靜電夾盤； 一位於該靜電夾盤上之注氣單元；一位於該注氣單元上之絕緣板；一設置於該絕緣板上之天線；一設置於該天線上之電極；一連接至該天線及該電極之電源阻抗匹配電路；一連接至該電源阻抗匹配電路之電源產生器；一連接至該靜電夾盤之偏壓阻抗匹配電路；以及一連接至該偏壓阻抗匹配電路之偏壓產生器，其中該天線包含以並聯方式連接至該電源阻抗匹配電路之一第一子天線及一第二子天線，其中該電極具有一板形，且該電極以串聯方式連接至該第一子天線及該第二子天線之其中一者且亦連接至該電源阻抗匹配電路，其中該第一子天線及該第二子天線具有一同心環形狀，其中該電極平行於該第一子天線及該第二子天線構成的一平面，其中該第二子天線圍繞該第一子天線，其中該電極具有一孔，且該第一子天線之一第一端穿過該孔被連接至該電源阻抗匹配電路，以使得該第一子天線電連接至該電極，一可變電容器作為一功率分配器，該可變電容器於該阻抗匹配電路與該第一子天線及該第二子天線之其中一者之間連接，且控制一電流，該電流在該高頻產生器與 該第一子天線及該第二子天線之其中一者之間及在該高頻產生器及該電極之間，其中該可變電容器控制該電流以於一ICP型及一CCP型中選擇其中一者以自該腔室中的反應氣體形成一電漿。
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