TWI418262B - 產生中空陰極電漿之方法及使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種使用電漿處理基板的方法，特別是關於一種產生中空陰極電漿的方法與一種使用中空陰極電漿處理大面積基板的方法，其可適用於半導體晶片基板或玻璃基板上進行灰化製程、清洗製程及蝕刻製程。
本發明係關於一種使用電漿處理基板的方法，特別是關於一種產生中空陰極電漿的方法與一種使用中空陰極電漿處理大面積基板的方法，其可適用於半導體晶片基板或玻璃基板上進行灰化製程、清洗製程及蝕刻製程。整體而言，製造半導體元件須運用各種如蝕刻製程、灰化製程及清洗製程，目前均使用電漿來執行上述製程。電漿源選用感應耦合電漿源(ICP)及遠距離電漿源。
第1圖係為一感應耦合電漿(ICP)乾蝕刻裝置之截面圖。在產生感應耦合電漿的方法中，當在腔室11上設置圓形導線或螺旋導線12，並以電源供應裝置13供給高頻電源至導線12時，由於電流沿著線圈流動而在線圈週圍產生電場，因此腔室11內便受此電場影
響而產生感應電場，因此電子即被加速而產生電漿。
在產生感應耦合電漿的方法中，可於非常低壓之條件下產生電漿，因此十分有利於蝕刻精密圖樣。此外，更可於晶片座電極供給一偏壓電源14以微調蝕刻速率。然而，由於在產生感應耦合電漿的方法中，以高壓控制主要自由基的密度十分困難，因此精密圖樣之成形製程便主要於低壓條件下進行。近來隨著半導體基板面積增大，而又必須將製程氣體均勻地分佈在基板上，因此在運用感應耦合電漿源之電漿蝕刻裝置中，便難以在高壓條件下進行大面積蝕刻之製程與控制電漿。
第2圖係為一遠空隙電漿灰化裝置之截面圖。圖中，遠空隙電漿灰化裝置中，腔室21外之反應氣體入口上設置有遠空隙電漿產生器22。藉由遠空隙電漿產生器22供給反應氣體能量以活化反應氣體。活化之反應氣體經由氣體注入管23注入腔室21內以進行灰化製程。反應氣體主要為四氟化碳、氨、氮氣及氧氣。此外，處理大面積基板十分困難，且遠距離電漿灰化裝置中之電漿密度過低。在灰化製程中，在利用氣氧與氮氣移除基板之具有低介電常數(low-K)之介電質上所塗佈之光阻時，具有低介電常數之介電質亦與光阻同時被大量移除。此外，在使用氧氣及氮氣移除氧化物上之高劑量離子佈植光阻時，更會產生大量光阻殘留物，因此在使用氧氣及氮氣進行灰化製程時，基板中之金屬物便十分容易被氧化，尤其當其金屬物為銅時特別容易被氧化。
本發明係揭露一種產生中空陰極電漿之方法。本發明亦揭露一種使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中可有效運用電漿
進行基板處理製程、其中可增加電漿密度及可改善電漿均勻度。
本發明之目的非僅限於上述說明，但熟諳此藝者將可從下列敘述中了解其他未敘述之目的。
本發明之第一實施例揭露產生中空陰極電漿之方法，其方法包括：在一中空陰極與一電極中注入氣體以於中空陰極與電極中產生一中空陰極電漿，中空陰極之底部表面設置有複數個產生電漿之下溝槽，且電極與中空陰極間留有空隙，其中各下溝槽包含流入導孔，此流入導孔通過下溝槽之上端並於上端向上延伸至中空陰極之頂端表面，且經由流入導孔注入氣體至各下溝槽。
其中，僅有部份下溝槽具有流入導孔。
其中，具有流入導孔之下溝槽分別設置於不具有流入導孔之下溝槽間。
其中，電極更包含一加熱器。
其中，一電源供應裝置供給中空陰極高頻電力且電極接地。
其中，電源供應裝置分別供給中空陰極一高頻電力及供給電極高頻電力。
其中，供給中空陰極電力之高頻電源頻率範圍約介於100kHz至27.12MHz間，供給中空陰極電力之高頻電源功率範圍約介於100W至10kW間，且供給電極之高頻電源頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給電極之高頻電源功率範圍約介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
其中，氣體包含一氫氣。
其中，氣體包含一混合氣體，此混合氣體由氫氣與一氮氣混合形成。
本發明之第二實施例係揭露使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，包含：藉由在中空陰極與隔板間注入氣體以產生中空陰極電漿，此中空陰極之底部表面設置有複數個產生電漿之下溝槽，且隔板設置有複數個注入導孔；以及使用中空陰極電漿處理設置於基板支撐裝置上方之基板，此中空陰極電漿通過注入導孔。
其中，處理基板包含移除基板上之一光阻。
其中，光阻包含一高劑量離子佈植光阻。
其中，光阻塗佈於一具有低介電常數之介電質上。
其中，具有低介電常數之介電質於一銅質層上形成。
其中，基板支撐裝置更包含一加熱器。
其中，基板支撐裝置更包含一下電極，用以增加通過隔板且位於隔板與下電極間之電漿的密度。
其中，電源供應裝置分別供給中空陰極高頻電力及供給下電極高頻電力，且隔板接地。
其中，供給中空陰極電力之高頻電源頻率範圍約介於100kHz至27.12MHz間，供給中空陰極電力之高頻電源功率範圍約介於100W至10kW間，且供給電極之高頻電源頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給電極之高頻電源功率範圍約介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
其中，氣體包含氫氣。
其中，氣體包含混合氣體，此混合氣體由氫氣與氮氣混合形成。
其中，中空陰極更包含流入導孔，此流入導孔於各下溝槽之上端向上延伸至中空陰極之頂端表面。
其中，僅有部份之下溝槽具有流入導孔。
其中，具有流入導孔之下溝槽分別設置於不具有流入導孔之下溝槽間。
其中，氣體自中空陰極及隔板間側向供給。
其中，氣體經由中空陰極之上部供給至流入導孔。
本發明之第三實施例係揭露使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，包含：解離注入製程腔室中之氣體，此製程腔室提供以一第一電漿源進行基板處理製程之空間，第一電漿源係由中空陰極效應所產生之一第一電漿氣體；以及第二電漿源係利用增加第一電漿氣體密度，產生第二電漿氣體。
其中，第一電漿源包含中空陰極，此中空陰極由一電源供應裝置供給電力，且中空陰極之底部表面設有下溝槽。
其中，第二電漿源包含電容耦合電漿源。
其中，電容耦合電漿源包含隔板及下電極，此隔板具有複數個注入導孔，且此下電極係設置於基板支撐裝置中，基板係放置於此基板支撐裝置上。
其中，基板支撐裝置更包含加熱器。
其中，供給中空陰極電力之高頻電源頻率範圍約介於100kHz至27.12MHz間，供給中空陰極電力之高頻電源功率範圍約介於100W至10kW間，且供給電極之高頻電源頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給電極之高頻電源功率範圍約介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
其中，氣體包含氫氣。
其中，氣體包含混合氣體，此混合氣體由氫氣與氮氣混合形成。
其中，中空陰極更包含流入導孔，此流入導孔於各下溝槽之上端向上延伸至中空陰極之頂端表面。
其中，僅有部份下溝槽具有流入導孔。
其中，具有流入導孔之下溝槽分別設置於不具有流入導孔之下溝槽間。
本發明之第四實施例係揭露使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法包含：於中空陰極及基板支撐裝置間供給氣體，此中空陰極設置於製程腔室上端內部中，且此基板支撐裝置包含下電極；以及以電源供應裝置供給高頻電源至中空陰極及下電極產生電漿。
其中，供給中空陰極電力之高頻電源頻率範圍約介於100kHz至27.12MHz間，供給中空陰極電力之高頻電源功率範圍約介於100W至10kW間，且供給電極之高頻電源頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給電極之高頻電源功率範圍約介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
其中，基板支撐裝置更包含加熱器。
其中，氣體包含氫氣。
其中，氣體包含混合氣體，此混合氣體由氫氣與氮氣混合形成。
其中，中空陰極更包含流入導孔，此流入導孔於各下溝槽之上端向上延伸至中空陰極之頂端表面。
其中，僅有部份下溝槽具有流入導孔。
其中，有流入導孔之下溝槽分別設置於不具有流入導孔之下溝槽間。
100、200、300、400、500‧‧‧基板處理裝置
110、210、310、410、510‧‧‧製程腔室
111、211、311、411‧‧‧排氣孔
120、220、320、420、520‧‧‧氣體供給裝置
130、230、330、430、530‧‧‧基板支撐裝置
131、231‧‧‧支撐板
132、232‧‧‧傳動軸
133、233‧‧‧驅動裝置
140、40、240、340、440、540‧‧‧中空陰極
141、141a、141b、41、241、341、441、441’、541‧‧‧下溝槽
142、42、242、342、442、542‧‧‧流入導孔
150、250、350、450‧‧‧隔板
151、251、351、451、551‧‧‧注入導孔
160‧‧‧加熱器
260、360、460、560‧‧‧下電極
11、21‧‧‧腔室
12‧‧‧圓形天線或螺旋天線
14‧‧‧偏壓電源
13、170、61、62、271、272、371、372、471、472、571、572‧‧‧電源供應裝置
22‧‧‧遠空隙電漿產生器
23‧‧‧氣體注入管
31‧‧‧銅
32‧‧‧蝕刻障礙層
33‧‧‧低介電常數介電質
34‧‧‧電容
35、41‧‧‧光阻
43‧‧‧光阻殘留物
420‧‧‧第一氣體供應元件
420’‧‧‧第二氣體供應元件
50‧‧‧電極
51、561‧‧‧加熱器
A‧‧‧氣體流入區
B‧‧‧第一電漿源產生區
C‧‧‧第二電漿源產生區
d1‧‧‧空隙
W‧‧‧基板
為提供對本發明之進一步理解，請參見以下附圖，且附圖亦納入本詳細說明之一部份。附圖闡釋本發明之實施例，並且連同詳細說明用於說明本發明之規範。如圖所示：第1圖係為感應耦合電漿蝕刻裝置之截面圖；第2圖係為遠空隙電漿灰化裝置之截面圖；第3圖係為本發明之中空陰電漿產生器之截面圖；第4圖係為本發明之第一實施例之使用中空陰極電漿處理大面積基板裝置之截面圖；第5圖係為本發明之第二實施例之使用中空陰極電漿處理大面積基板裝置之截面圖；第6圖係為本發明之第三實施例之使用中空陰極電漿處理大面積基板裝置之截面圖；第7圖係為本發明之第四實施例之使用中空陰極電漿處理大面積基板裝置之截面圖；第8圖係為本發明之第五實施例之使用中空陰極電漿處理大面積
基板裝置之截面圖；第9A至9D係為本發明之實施例之中空陰極之截面圖；第10圖 係為本發明之基板處理製程中使用之基板之截面圖；以及第11圖 係為本發明之基板包含塗有高劑量離子佈植光阻之基板。
本發明的較佳實施例更詳細地以將在下述中參照該等隨附的圖式而更詳細地說明。然而，本發明可以被具體化為許多不同的形式，而不應該被解釋為係侷限於在此所說明的具體例中。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
現在將說明本發明中之中空陰極電漿產生器。
第3圖係為本發明之中空陰極電漿產生器之截面圖。圖中，一中空陰極電漿產生器包含一中空陰極40、一電極50及一電源供應裝置61與一電源供應裝置62。
此中空陰極40為圓形板狀，且設有複數個下溝槽41以及複數個流入導孔42。下溝槽41設於中空陰極40之底部表面，下溝槽41係提供以中空陰極效應產生之電漿之空間。下溝槽41中分別設有流入導孔42，此流入導孔自各下溝槽41之上端向上延伸至中空陰極40之頂端表面，氣體並經由流入導孔42注入至下溝槽41中。
雖然細節於稍後才加以敘述，但各流入導孔42之一端可逐漸變細，故流入導孔42之截面積由下往上逐漸增加。各下溝槽41之一端可逐漸變細，故下溝槽41之截面積由上往下逐漸增加。此外，下溝槽41僅部份具有流入導孔42。具有流入導孔42之下溝槽41分別設置於不具有流入導孔42之下溝槽41間。
電極50與中空陰極40間保有空隙。電源供應裝置61及電源供應裝置62連接至中空陰極40與電極50中至少其中之一以供給電力。電極50中具有加熱器51以加熱基板，此時，電源供應裝置供給高頻電源至中空陰極40，且電極50接地。此外，電源供應裝置亦分別供給高頻電源至中空陰極40及電極50，此時，加熱器51可選用或不選用。
以下將藉由本發明中電漿處理裝置實施例以說明使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法。
本發明中使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法可適用於各式製程，如蝕刻製程、灰化製程、清洗製程以及使用電漿之表面改質製程。請參見本發明中之第一至第四實施例以及第五實施例。其中第一至第四實施例與遠空隙電漿源相關，第五實施例與即時電漿源相關。現在將說明本發明第一實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法。
第4圖係為本發明第一實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置之截面圖。圖中，本發明之基板處理裝置100包含製程腔室110、氣體供給裝置120、基板支撐裝置130、中空陰極140、隔板150以及電源供應裝置170。
製程腔室110提供進行基板處理製程之空間，且製程腔室110之底部表面設有排放氣體之排氣孔111。排氣孔111係連接至一排氣管路，排氣管路中設置有一幫浦以排放製程腔室110中產生之副產物，且此幫浦可維持製程腔室110中之製程壓力。氣體供給裝置120供給製程腔室110中基板處理製程所需之氣體。
基板支撐裝置130係設製程腔室110中並支撐基板W。基板支撐裝置130包含靜電夾頭及機械夾頭。在第一實施例中，設有加熱器160因此基板支撐裝置130可作為加熱夾頭。電源供應裝置170僅供給中空陰極140電力，且不必另外供給基板支撐裝置130電力。基板支撐裝置130中設有加熱器160以加熱基板W。此時，供給高頻電源至中空陰極140，且基板支撐裝置130接地，此時，加熱器160溫度約介於25℃至400℃。此外，高頻電源亦可分別供給至中空陰極140及基板支撐裝置130。此時，加熱器160可選用或不選用。
基板支撐裝置130可選擇性地固定或旋轉或從相對於水平面進行垂直移動。基板支撐裝置130包含支撐板131、傳動軸132以及驅動裝置133以支撐基板W。基板W係放置於支撐板131上，且與支撐板131平行。傳動軸132之一端連接至支撐板131之下端部份，其另一端連接至驅動裝置133。驅動裝置133所產生之轉動力係傳送至傳動軸132，且傳動軸132與支撐板131一起旋轉。
製程腔室110中設有中空陰極140。中空陰極140之底部表面設有複數個產生電漿之下溝槽141。隔板150與中空陰極140間保有空隙，隔板150中設有複數個注入導孔151。製程腔室110上方設置有氣體供給裝置120，而氣體供給裝置120下方設置有中空陰極
140，且中空陰極140下方設置有隔板150，隔板150下方設置有基板支撐裝置130。
氣體供給裝置120將氣體注入中空陰極140中，此時中空陰極140功能為陰極電極，而隔板150功能為陽極電極。注入之氣體於經過中空陰極140時，藉由中空陰極效應被解離並產生電漿。所產生之電漿經隔板150之注入導孔151注入，並與由加熱夾頭160加熱之基板W相互反應以進行基板處理製程。加熱夾頭160加熱至約250℃。
當製程腔室110為一般圓柱狀時，中空陰極140及隔板150可為圓形平板。為產生電漿，中空陰極140及隔板150間之空隙d1約為10公厘至100公厘。可從氧化物、氮化物或介電質中擇一塗覆於中空陰極140上。
在第一實施例中，藉由中空陰極效應解離中空陰極140中下溝槽141內已注入之氣體以產生電漿，隔板150由通過中空陰極140之密度均勻氣體產生反應電漿。
以下將說明隔板150之操作方法。在中空陰極140產生之電漿所內含之元素中，與使用電漿之製程相關之兩項元素係為自由分解物與離子。自由分解物具有不完整鍵結合且為電中性。因此，自由分解物因具有不完整鍵結而具有高活性。自由分解物主要透過與基板W上物質之化學反應進行製程。然而由於離子帶電，且在某個方向會因電位差而加快離子移動速度。因此，離子主要透過與基板W上物質之物理反應進行製程。中空陰極140產生之電漿中亦含有自由分解物與離子。自由分解物朝基板W之上方移動而與基
板W上之電阻產生化學反應。另一方面，已帶電之離子朝基板W加速移動而與基板W上之電阻碰撞，而產生物理反應。此時，當朝基板W加速移動之離子與電阻圖樣碰撞時，可能會因碰撞而使圖樣受損。基板W上之圖樣具有為下一製程而預先設定之電荷。然而，當離子與基板W上之圖樣碰撞時，預先設定之電荷量可能會有所改變而對下一製程產生影響。隔板150可預防預先設定之電荷量發生改變。朝隔板150上方移動之電漿自由分解物會透過隔板150中之注入導孔151向基板W上移動。另一方面，由於離子已被接地之隔板150阻隔，因此不會朝基板W上移動。因此，由於只有電漿自由分解物移至基板W，而可預防基板W之圖樣受到離子損害。
隔板可能由金屬物質構成，或由塗覆了非金屬物質之金屬物質構成，例如，隔板150可由鋁構成或由電鍍鋁之物質構成。隔板150包含複數個注入導孔151，此注入導孔間已預先以同心圓周之空隙設定間隙以便均勻地供給分解物。隔板150中之各複數個注入導孔均具一圓形剖面，其直徑約為0.5公厘至3公厘。隔板150由複數個如螺栓之連接器元件固定於製程腔室110之上端部份之角落。如先前所述，電源供應裝置170供給高頻電源至中空陰極140，且隔板150接地。
中空陰極140所產生之電漿通過隔板150中之注入導孔151，並向基板支撐裝置130上之基板W移動。此時，由鋁構成或由電鍍之鋁物質構成之隔板150不會將已帶電的粒子，如電子或離子，引至隔板150之下端部份。只有不帶電之中性粒子，如氧分解物，會根據其使用目的而移至基板支撐裝置130上之基板W以處理基板W
。
請一併參見第9A到9D圖，以下將說明實施例中中空陰極140。請參見第9A圖，中空陰極140更包含流入導孔142，此流入導孔自各下溝槽141之上端向上延伸至中空陰極140之頂端表面。各下溝槽141之截面積較各流入導孔142之截面積大。亦即，當下溝槽141具有圓形剖面時，其直徑約為1公厘至10公厘，而下溝槽141之高度為其直徑之一至二倍。此外，當流入導孔142具有圓形剖面時，直徑d2約為0.5公厘至3公厘，因此流入導孔142不會對中空陰極效應有所影響。雖然下溝槽141與流入導孔142分別具圓形剖面，本發明並不僅限於此。例如，下溝槽141與流入導孔142可能分別具各式剖面。
請參見圖9B，中空陰極140包含複數個下溝槽141，部份下溝槽分別具有自下溝槽上端向上延伸至下溝槽之流入導孔142。此時，具流入導孔142之下溝槽141b分別設置於不具流入導孔142之下溝槽141a間。透過先前說明之氣體供給裝置120注入之氣體會在分別具流入導孔142之下溝槽141b中先被解離並產生電漿，然後，透過氣體供給裝置120注入之氣體會在不具流入導孔142之下溝槽141a中被解離並產生電漿。各下溝槽141之截面積較各流入導孔142之截面積為大。當下溝槽141具有圓形剖面時，其直徑約為1公厘至10公厘，而下溝槽141之高度為其直徑之一至二倍。此外，當流入導孔142具有圓形剖面時，直徑d2約為0.5公厘至3公厘，因此流入導孔142不會對中空陰極效應有所影響。雖然下溝槽141與流入導孔142分別具圓形剖面，本發明並不僅限於此。例如，下溝槽141與流入導孔142可能分別具各式剖面。
請參見第9C圖，流入導孔142之一端逐漸變細，故此流入導孔142之截面積由下往上逐漸增加，因此易於將氣體藉由流入導孔142導入。
請參見第9D圖，下溝槽141之一端逐漸變細，故此下溝槽141之截面積由上往下逐漸增加，因此可大範圍地散佈已產生之電漿。當然，下溝槽141之結構與流入導孔142可以不同形式相互結合。
現在將說明本發明第二實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置。
第5圖係為本發明第二實施例中一使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置之截面圖。圖中，本發明之使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置200包含製程腔室210、氣體供給裝置220、基板支撐裝置230、中空陰極240、隔板250、下電極260以及電源供應裝置271及272。
製程腔室210提供進行基板處理製程之空間，製程腔室210之底部表面設有排放氣體之排氣孔211。排氣孔211連接至排氣管路，排氣管路中設置有一幫浦以排放製程腔室210中產生之副產物，且此幫浦可維持製程腔室210中之製程壓力。氣體供給裝置220供給製程腔室210中基板處理製程所需之氣體。
基板支撐裝置230置於製程腔室210中並支撐基板W。下電極260設置於基板支撐裝置230中，且更包含靜電夾頭及機械夾頭。當然，如在第一實施例所示，基板支撐裝置230中設有加熱器以加熱基板W。基板支撐裝置230可選擇性地固定或旋轉或進行相對於水平表面的垂直移動。基板支撐裝置230包含支撐板231、傳動軸
232以及驅動裝置233以支撐基板W。基板W係放置於支撐板231上，且與支撐板231平行。傳動軸232之一端連接至支撐板231之下端部份，而另一端則連接至驅動裝置233。驅動裝233所產生之轉動力傳送至傳動軸232，且傳動軸232與支撐板231一起旋轉。
製程腔室210中設有中空陰極240，且中空陰極240之底部表面設有複數個產生電漿之下溝槽241。隔板250與中空陰極240間保有空隙，且隔板250中設有複數個注入導孔251。其中，第二實施例中與第一實施例相異之處在於，基板處理裝置200包含一上方電源供應裝置271及下方電源供應裝置272。上方電源供應裝置271供給中空陰極240電力，而下方電源供應裝置272供給下電極260電力。
製程腔室210上方設置有氣體供給裝置220，而氣體供給裝置220下方設置有中空陰極240，且中空陰極240下方設置有隔板250，隔板250下方設置有基板支撐裝置230。
氣體供給裝置220供給氣體流入區A氣體，氣體流入區A為製程腔室210之頂部表面與中空陰極240間之一空間，如圖所示，此中空陰極240設置於製程腔室210之上端內部。基板處理方法包含利用第一電漿源之中空陰極效應將已引入至製程腔室中之氣體解離，以及產生第二電漿氣體，其中係藉由第二電漿源來增加第一電漿氣體之密度。
第一電漿源係包含中空陰極240及隔板250，而中空陰極240及隔板250間之空隙為一第一電漿源產生區B。此時中空陰極240功能為陰極電極，而隔板250功能為陽極電極。已注入氣體流入區A之氣體則經由中空陰極240並利用中空陰極效應被解離而產生電漿
。第一電漿產生區B包含中空陰極240之下溝槽241內之空隙以及中空陰極240與隔板250間之空隙。
隔板250與基板支撐裝置230間之空隙為一第二電漿源產生區C。在第一電漿產生區B中產生之電漿氣體由隔板250與下電極260二次產生出來(此為第二第實施例與第一實施例間重要之不同處)。此時，通過第一電漿產生區B之氣體電漿，其於第二電漿產生區C中之密度更高且更均勻地佈於第二電漿產生區C中。
當製程腔室210為一般圓柱狀時，中空陰極240及隔板250可為圓形平板。為產生電漿，中空陰極240及隔板250間之空隙d1約為10公厘至100公厘。可從氧化物、氮化物或介電質中擇一塗覆於中空陰極240上。
在第二實施例中，藉由中空陰極效應解離中空陰極240中下溝槽241內已注入之氣體以產生電漿，隔板250由通過中空陰極240之均勻密度氣體產生反應電漿，而下電極260則作為電容耦合電漿(CCP)源。
如上述說明，電源供應裝置271、272供給高頻電源至中空陰極240以及下電極260，且隔板250接地。中空陰極240所產生之電漿通過隔板250中之注入導孔251，並向基板支撐裝置230上之基板W移動。此時，藉由上述說明中隔板250之附加功能，由鋁構成或由電鍍鋁之物質構成之隔板250不會將已帶電的粒子，如電子或離子，引至第二電漿生產區C。只有不帶電之中性粒子，如氧自由基，會根據其使用目的而移至基板支撐裝置230上之基板W以處理基板W。
請參見第9A及9D圖，由於第二實施例中之中空陰極240之構造與第一實施例中之中空陰極140之構造相同，重複之說明將在此省略。
第6圖係為本發明第三實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置之截面圖。圖中，使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置300包含製程腔室310、氣體供給裝置320、基板支撐裝置330、中空陰極340、隔板350、下電極360以及電源供應裝置370及372。製程腔室310提供進行基板處理製程之空間，且製程腔室310之底部表面設有排放氣體之排氣孔311。氣體供給裝置320將氣體供給至製程腔室310中。
基板支撐元件330支撐基板W，且基板支撐裝置330中設有下電極360。在本實施例中，基板支撐裝置330之構造與第二實施例中之基板支撐裝置230相同。基板支撐裝置330設置於製程腔室310之下端內部，中空陰極340設置於製程腔室310之上端內部，且中空陰極340之底部表面設有產生電漿之複數個下溝槽341。
隔板350與中空陰極340間保有空隙，並設置於基板支撐裝置350上方，且隔板350中設有複數個注入導孔251。上方電源供應裝置371供給中空陰極340電力，而下方電源供應裝置372供給下電極360電力。氣體供給裝置320設置於製程腔室310側邊表面以在中空陰極340與隔板350間注入氣體。
在第三實施例中，藉由中空陰極效應解離中空陰極340中下溝槽341內已注入之氣體以產生電漿，隔板350由通過中空陰極340之均勻密度氣體產生反應電漿，而下電極360則作為電容耦合電漿
源。由於本實施例中之隔板350之構造與第二實施例中之隔板250之構造相同，重複之說明將在此省略。中空陰極340之下溝槽341提供空間以解離經由氣體供給裝置320注入之氣體中之電漿。在第三實施例中，與第一、第二實施例不同的是，因為氣體由製程腔體310的側面注入，故下溝槽341中不必設置分開的注入孔。當下溝槽341具有圓形剖面時，其直徑約為1公厘至10公厘，而下溝槽341之高度為其直徑之一至二倍。雖然下溝槽341分別具圓形剖面，本發明並不僅限於此。例如，下溝槽341可能分別具各式剖面。各下溝槽341之一端逐漸變細，故下溝槽341之截面積由上往下逐漸增加。可從氧化物、氮化物或介電質中擇一塗覆於中空陰極340上。中空陰極340及隔板350可分別為圓形平板。中空陰極340及隔板350間之空隙d1約為10公厘至100公厘。
現在將說明本發明第四實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置。
第7圖係為本發明第四實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置之截面圖。圖中，本發明之使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置400包含製程腔室410、第一及第二氣體供給裝置420及420’、基板支撐裝置430、中空陰極440、隔板450、下電極460以及電源供應裝置471及472。
製程腔室410提供進行基板處理製程之空間，製程腔室410之底部表面設有排放氣體之排氣孔411。第一及第二氣體供給裝置420、420’將氣體注入製程腔室410。基板支撐裝置430支撐基板W並置於製程腔室410。在本實施例中，基板支撐裝置430之構造與第二實施例中基板支撐裝置430之構造相同。製程腔室410中設有中空
陰極440。中空陰極440之底部表面設有複數個產生電漿之下溝槽441。隔板450與中空陰極440間保有空隙，隔板450中設有複數個注入導孔451，且基板支撐裝置430中設有下電極460。上方電源供應裝置471供給中空陰極440電力，而下方電源供應裝置472供給下電極460電力。在第四實施例中，氣體供給裝置包含製程腔室410上端內部之第一氣體供給裝置420以及製程腔室410側邊表面之第二氣體供給裝置420’，以將氣體注入中空陰極440及隔板450間之空隙。氣體供給裝置420下方設置有中空陰極440，且中空陰極440下方設置有隔板450，隔板450下方設置有基板支撐裝置430。
與第一實施例相似的是，中空陰極440及隔板450可分別為圓形平板。中空陰極440及隔板450間之空隙d1約為10公厘至100公厘。可從氧化物、氮化物或介電質中擇一塗覆於中空陰極440上。
由於本實施例中之中空陰極440及隔板450之構造與第一實施例中之中空陰極140及與第二實施例中之隔板250之構造相同，重複之說明將在此省略。
現在將說明本發明第五實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置。
第8圖係為本發明第五實施例中使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置之截面圖。圖中，本發明之使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置500包含製程腔室510、氣體供給裝置520、基板支撐裝置530、中空陰極540、下電極560以及電源供應裝置571及572。製程腔室510提供進行基板處理製程之空間，且製程腔室
510之底部表面設有排放氣體之排氣孔511。排氣孔511連接至排氣管路，排氣管路中設置有一幫浦以排放製程腔室510中產生之副產物，且此幫浦可維持製程腔室510中之製程壓力。氣體供給裝置520供給製程腔室510中基板處理製程所需之氣體。基板支撐裝置530支撐基板W並置於製程腔室510中。下電極560設置於基板支撐裝置530中，且更包含靜電夾頭及機械夾頭。當然，必要時，基板支撐裝置530中更設有加熱器561以加熱基板W。此時，電源供應裝置571供給高頻電源至中空陰極540，且基板支撐裝置530接地。此外，高頻電源亦分別供給至中空陰極540及基板支撐裝置530，此時，加熱器560可選用或不選用。
基板支撐裝置530可選擇性地固定或旋轉或相對於水平表面進行垂直移動。基板支撐裝置530包含支撐板531、傳動軸532以及驅動裝置533以支撐基板W。製程腔室510中設有中空陰極540，且中空陰極540之底部表面設有複數個產生電漿之下溝槽541。
和第四實施例不同的是，第五實施例中未設置隔板。上方電源供應裝置571供給中空陰極540電力，而下方電源供應裝置572供給下電極560電力。製程腔室510上方設置有氣體供給裝置520，而氣體供給裝置520下方設置有中空陰極540，且製程腔室下端內部設置有基板支撐裝置530。氣體供給裝置520將氣體注入中空陰極540中，藉由中空陰極效應經中空陰極540解離由氣體供給裝置520注入之氣體以產生電漿。當製程腔室510為一般圓柱狀時，中空陰極540可為圓形平板。可從氧化物、氮化物或介電質中擇一塗覆於中空陰極540上。
在第五實施例中，藉由中空陰極效應解離中空陰極540中下溝槽
541內已注入之氣體以產生電漿。
請參見第9A及9D圖，由於第五實施例中之中空陰極540之構造與第一實施例中之中空陰極140之構造相同，重複之說明將在此省略。
如上述說明，在第一至第四實施例中之基板處理方法，藉由在中空陰極與隔板間注入氣體以產生中空陰極電漿，此中空陰極之底部表面設置有複數個產生電漿之下溝槽，且隔板設置有複數個注入導孔。藉由通過注入導孔之中空陰極來處理基板支撐裝置上之基板。
在第五實施例之基板處理方法中，在製程腔室下端內部之中空陰極與包含下電極之基板支撐裝置間注入氣體，且供給高頻電源至中空陰極及下電極以產生電漿。
以下將詳細描述本發明之製程條件。
本發明以一種氫氣或是氫氣與氮氣之混合氣體作為製程氣體。此時，氫氣與氮氣含量分別約為1SLM(每分鐘標準升)至20SLM。亦即，在本發明中，氫氣可用於灰化製程。氫氣與氮氣比例可視需求選用9：1、8：2、7：3、6：4、5：5、4：6、3：7、2：8以及1：9。此外，若不用氫氣與氮氣，亦可用氫氣與氦氣，或氫氣、四氟化碳與氦氣，或氫氣與四氟化碳。此時，四氟化碳可以約為1000sccm(每分鐘標準立方公分)之流速供給，而氦氣可以約為1000sccm之流速供給。供給中空陰極電力之電源頻率範圍約介於100kHz至27.12MHz間，供給中空陰極電力之電源功率範圍約介於100W至10kW間。供給電極之電源頻率範圍約介於2MHz
至4MHz間或13.56MHz，供給電極(或下電極)之電源功率範圍約介於100W至2kW之間。
供給一般上電極之電源頻率約為13.56MHz，但供給本發明之中空陰極之電源頻率可超過13.56MHz以增加電漿密度。
此外，由於本發明之基板處理壓力條件範圍約為1mTorr至10Torr，因此可在高壓及低壓條件中進行本發明之製程。
產生中空陰極電漿之方法及使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法中所使用之中空陰極電漿，係為一高密度電漿(約為1012/cm3)。此外，由於此中空陰極電漿相當均勻，故此基板處理製程便可適用於處理大面積基板之半導體製程。此外，本發明更可在分別於高壓及低壓條件中進行基板處理製程。使用中空陰極電漿時，由於電子溫度低於5eV，因此可將基板之受損程度降至最低。
第10圖與第11圖係為基板處理製程中使用之基板之截面圖。本發明之基板處理製程包含移除基板上之光阻之製程，即灰化製程。此時，光阻係塗佈於具有低介電常數之介電質上，而此具有低介電常數之介電質係設於一銅質層上。
請參見第10圖，本發明中灰化製程使用之基板係為一具有銅31、蝕刻障礙層32、低介電常數介電質33、電容34以及光阻35依序垂直排列之基板。在基板上使用氫氣與氮氣進行灰化製程時，可將具有低介電常數之介電質之受損程度降至最低。
請參見第11圖，係為本發明之基板包含塗有高劑量離子佈植光阻之基板。此時，若使用氫氣、氮氣及中空陰極電漿以移除氧化物
41上之光阻，可將光阻殘留物43降至最低，此外，亦可避免基板上之一層金屬物(特別是銅)被移除。
在使用中空陰極電漿產生中空陰極電漿及處理大面積基板之方法中，可藉由因具下溝槽之中空陰極所產生的中空陰極效應供給高密度之電漿。中空陰極及隔板之注入導孔可產生並供給均勻且高密度的電漿。由於電漿可均勻地分佈於大面積中，因此可適用於處理大面積面板之半導體製程。電漿之電子溫度相對較低，故可將基板之受損程度降至最低。而在灰化製程中，可藉由氫氣及氮氣產生中空陰極電漿以處理基板，且可在分別在低壓或高壓條件下進行基板處理製程。使用氫氣及氮氣做為製程氣體則可將具有低介電常數之介電質的受損程度降至最低。當高劑量離子佈植光阻被移除時，光阻殘留物也可輕易地移除，以避免在灰化製程中金屬基板上之金屬層(特別是銅質層)被氧化。
以上所述均為舉例性，而非限制性者。任為未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
100‧‧‧基板處理裝置
110‧‧‧製程腔室
111‧‧‧排氣孔
120‧‧‧氣體供給裝置
130‧‧‧基板支撐裝置
131‧‧‧支撐板
132‧‧‧傳動軸
133‧‧‧驅動裝置
140‧‧‧中空陰極
141‧‧‧下溝槽
142‧‧‧流入導孔
150‧‧‧隔板
151‧‧‧注入導孔
160‧‧‧加熱器
170‧‧‧電源供應裝置
d1‧‧‧空隙
W‧‧‧基板
Claims (32)
- 一種產生中空陰極電漿之方法，其包含：由一中空陰極之一流入導孔供給一氣體；藉由在該中空陰極與一電極中注入該氣體以於該中空陰極與該電極中產生一中空陰極電漿，該中空陰極之一底部表面設置有複數個產生電漿之下溝槽，且該電極與該中空陰極間留有空隙；其中，該流入導孔通過該下溝槽之一上端並於該上端向上延伸至該中空陰極之一頂端表面，該氣體經由該流入導孔注入該複數個下溝槽；其中僅有部份之該複數個下溝槽具有該流入導孔，使得具有該流入導孔之該複數個下溝槽係分別設置於不具有該流入導孔之該複數個下溝槽間。
- 如申請專利範圍第1項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中該電極更包含一加熱器。
- 如申請專利範圍第1項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中包含以一電源供應裝置供給一高頻電源至該中空陰極電力且該電極接地。
- 如申請專利範圍第1項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中包含以複數個電源供應裝置分別供給複數個高頻電力至該中空陰極及該電極。
- 如申請專利範圍第4項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中供給該中空陰極電力之該高頻電源之頻率範圍係約介於100kHz至27.12MHz間，供給該中空陰極電力之該高頻電源之功率範圍係約介於100W至10kW間，且供給該電極之該高頻電源之頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給該電極之該高頻電源之功率範圍約係介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
- 如申請專利範圍第1項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中該氣體包含一氫氣。
- 如申請專利範圍第6項所述之產生中空陰極電漿之方法，其中該氣體包含一混合氣體，該混合氣體係由該氫氣與一氮氣混合形成。
- 一種使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中包含：由一中空陰極之一流入導孔供給一氣體；藉由在該中空陰極與一隔板間注入該氣體以產生一中空陰極電漿，該中空陰極之一底部表面設置有複數個產生電漿之下溝槽，且該隔板設置有複數個注入導孔，其中該流入導孔於各該下溝槽之一上端向上延伸至該中空陰極之一頂端表面；以及使用該中空陰極電漿處理設置於一基板支撐裝置上方之一基板，該中空陰極電漿係通過該注入導孔；其中僅有部份之該複數個下溝槽具有該流入導孔，使得具有該流入導孔之該複數個下溝槽係分別設置於不具有該流入導孔之該複數個下溝槽間。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中處理該基板之該方法係包含移除該基板上之一光阻。
- 如申請專利範圍第9項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該光阻包含一高劑量離子佈植光阻。
- 如申請專利範圍第9項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該光阻係塗佈於一具有低介電常數之介電質上。
- 如申請專利範圍第11項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該具有低介電常數之介電質係於一銅質層上形成。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該基板支撐裝置更包含一加熱器。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法 ，其中該基板支撐裝置更包含一下電極以增加位於該隔板與該下電極間之一通過隔板之電漿密度。
- 如申請專利範圍第14項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中更包含以複數個電源供應裝置分別供給複數個高頻電力至該中空陰極及該下電極，且該隔板接地。
- 如申請專利範圍第15項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中供給該中空陰極電力之該高頻電源之頻率範圍係約介於100kHz至27.12MHz間，供給該中空陰極電力之該高頻電源之功率範圍係約介於100W至10kW間，且供給該下電極之該高頻電源之頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給該下電極之該高頻電源之功率範圍約係介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一氫氣。
- 如申請專利範圍第17項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一混合氣體，該混合氣體係由該氫氣與一氮氣混合形成。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體自該中空陰極及該隔板間側向供給。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體經由該中空陰極之一上部供給至流入導孔。
- 一種使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中包含：由一中空陰極之一流入導孔供給一氣體；解離注入一製程腔室中之該氣體，該製程腔室提供一空間，在該空間中以一第一電漿源進行基板處理製程，該第一電漿源係利用一中空陰極效應所產生之一第一電漿氣體進行基板處理製程，其中該第一電漿源係由該中空陰極產生，該中空陰極係由一電源供應裝置供給電力，且該中空陰極之一底部表 面設置有複數個下溝槽，且其中該流入導孔於各該下溝槽之一上端向上延伸至該中空陰極之一頂端表面；以及產生一第二電漿氣體，該第二電漿氣體係以一第二電漿源增加一第一電漿氣體密度而產生；其中僅有部份之該複數個下溝槽具有該流入導孔，使得具有該流入導孔之該複數個下溝槽係分別設置於不具有該流入導孔之該複數個下溝槽間。
- 如申請專利範圍第21項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該第二電漿源包含一電容耦合電漿源。
- 如申請專利範圍第22項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該電容耦合電漿源包含一隔板及一下電極，並於該隔板設置有一複數個注入導孔，且該下電極係設置於一基板支撐裝置中，該基板係放置於該基板支撐裝置上。
- 如申請專利範圍第23項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該基板支撐裝置更包含一加熱器。
- 如申請專利範圍第23項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中供給該中空陰極電力之該高頻電源之頻率範圍係約介於100kHz至27.12MHz間，供給該中空陰極電力之該高頻電源之功率範圍係約介於100W至10kW間，且供給該下電極之該高頻電源之頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給該下電極之該高頻電源之功率範圍約係介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
- 如申請專利範圍第21項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一氫氣。
- 如申請專利範圍第26項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一混合氣體，該混合氣體係由該氫氣與一氮氣混合形成。
- 一種使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中包含： 由一中空陰極之一流入導孔以一氣體供給裝置供給一氣體至該中空陰極及一基板支撐裝置間，該中空陰極係設置於一製程腔室之上端內部中，且該基板支撐裝置包含一下電極，其中該中空陰極之一底部表面設置有複數個下溝槽，且該流入導孔於各該下溝槽之一上端向上延伸至該中空陰極之一頂端表面；以及以複數個電源供應裝置供給複數個高頻電源至該中空陰極及該下電極以產生電漿；其中僅有部份之該複數個下溝槽具有該流入導孔，使得具有該流入導孔之該複數個下溝槽係分別設置於不具有該流入導孔之該複數個下溝槽間。
- 如申請專利範圍第28項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中供給該中空陰極電力之該高頻電源之頻率範圍係約介於100kHz至27.12MHz間，供給該中空陰極電力之該高頻電源之功率範圍係約介於100W至10kW間，且供給該下電極之該高頻電源之頻率範圍約介於2MHz至4MHz間或13.56MHz，供給該下電極之該高頻電源之功率範圍約係介於100W至2kW之間，且壓力條件係約介於1mTorr至10Torr間。
- 如申請專利範圍第28項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該基板支撐裝置更包含一加熱器。
- 如申請專利範圍第28項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一氫氣。
- 如申請專利範圍第31項所述之使用中空陰極電漿處理大面積基板之方法，其中該氣體包含一混合氣體，該混合氣體係由該氫氣與一氮氣混合形成。
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