TWI458012B - 基材處理設備 - Google Patents

Description

基材處理設備

本發明大體上關於在腔室中產生電漿的基材處理設備，其中電漿是用來處理基材的表面。

如本領域中具有通常知識者所知，製造諸如大型積體(large scale integrated；LSI)電路或平板顯示器(flat panel display；FPD)的電子裝置通常需要經過處理，諸如基材之真空處理。

在真空處理方法中，供應氣體至腔室中，並藉由高壓放電產生電漿。電漿粒子的加速力實體上將物質濺射至基材上。基材上的物質藉由電漿的自由基而化學分解。

使用電漿的基材處理設備依據產生電漿的方法可分為電容耦合電漿(capacitively coupled plasma；CCP)設備以及感應耦合電漿(inductively coupled plasma；ICP)設備。

CCP方法包括施加RF功率至面向彼此的平行平坦電極，並使用在兩個電極之間垂直形成的RF電場形成電漿。ICP方法包括使用RF天線引發之感應電場將原料改變成電漿。

一般而言，使用ICP方法的基材處理設備包括設置在腔室之下部分的下電極。將基材放置於下電極上。該設備進一步包括天線，其提供於腔室上或耦接至腔室殼體的蓋體構架上。施加RF功率至天線。藉由供應反應氣體至腔室中以在腔室產生電漿的方式來處理基材表面。

在使用ICP方法的基材處理設備中，天線大大地影響電漿的生成以及製程的效能。因此，已提出各種天線，例如螺旋RF天線、平行RF天線等。再者，已進行許多研究來控制天線之間的距離，或改變介電板的厚度或形狀以使電漿的密度均勻。

然而，在習知技術中，因為天線之間的距離必須受到控制，或者介電板的厚度或結構必須被改變，以在腔室中均勻地產生電漿，導致設備的結構複雜並使製程效能的改良受到限制。

應了解，前述的習知技術為本案發明人在推導本發明之前便已知的資訊，或為在推導本發明之期間所獲得的資訊，且應了解實際上並未暗示習知技術的結構在申請日前便為已知。

因此，本發明在謹記著上述發生在先前技術中的問題下而完成，且本發明之一目的便是提供其中具有天線平行設置在腔室外側及內側的基材處理設備，使得電漿密度均勻位在腔室中，因而增進了處理效能。

為了達成上述目的，在一態樣中，本發明提供一種基材處理設備，其包括：腔室，在其中處理基材的表面；第一天線，提供在腔室的外側，腔室中有視窗，其設置於腔室與第一天線之間；以及第二天線，提供在腔室的內側，第二天線圍繞著第一天線提供於其中的部分。

第一天線可位在腔室之上部分的中央部分上，且第二天線可位在腔室之上部分的周緣，並圍繞第一天線提供於其中的部分。

可在安裝於該腔室中的介電層內提供第二天線。

介電層可藉由在彼此之上堆疊複數個具有不同材料的層所形成。該等層可堆疊在彼此之上，使得其介電常數隨著從其中含有第二天線的層至最外層而增加。介電層可從腔室內側朝向腔室外側依序包含模鑄層及陶瓷層。

再者，可在連接至第二天線的RF供應線路，或用於接地第二天線的接地線路中之至少一者上提供電容器。

在另一態樣中，本發明提供一種基材處理設備，包括：腔室殼體；蓋體構架，其耦接至腔室殼體的上端，使得腔室可藉由腔室殼體及蓋體構架所界定，且第一安裝部分形成在蓋體構架之上部分的中央部分中，第一安裝部分具有一開放的孔形狀(holed shape)；第一天線，布置於蓋體構架的第一安裝部分中；視窗，提供在蓋體構架的第一安裝部分中，視窗將第一天線與腔室的內側隔開，使得第一天線位於腔室的外側；以及第二天線，提供在蓋體構架的內側，並圍繞第一安裝部分。

蓋體構架可具有第二安裝部分，其圍繞第一安裝部分而形成，使得第二天線安裝在第二安裝部分中。第二安裝部分可具有凹陷形狀。

此外，可於蓋體構架中提供隔板構件。隔板構件可將第一安裝部分與第二安裝部分隔開。

較佳地，可設置在蓋體構架的上部分中提供套座，套座從腔室的外側連接至第二天線，且可將連接器連接至套座。

再者，可在第二安裝部分中提供介電層，且第二天線可安裝在介電層中。

此外，可以環狀布置方式於第一安裝部分與第二安裝部分之間提供噴淋頭。噴淋頭可將製程氣體注射至腔室中。

噴淋頭具有向下注射孔以及水平注射孔，水平注射孔經定向而朝向蓋體構架的中央部分。

另外，製程氣體供應單元可耦接至第一安裝部分的中央部分，且可在蓋體構架上提供噴淋頭，使得製程氣體被注射至第一安裝部分與第二安裝部分之下表面的整個區域上。

本發明之上述關鍵技術方案可從下文的詳細描述以及隨附圖式而變得更加清楚，並可根據本發明提出及解釋其他各種技術方案。

此後，將參照隨附圖式詳細地描述本發明的較佳實施例。

現將參照圖式，其中在不同圖式中使用的相同參考元件符號代表相同或相似的部件。

第1至3圖為根據本發明第一實施例之具有天線布置結構之基材處理設備的視圖。第2圖為蓋體構架的截面圖，其繪示天線布置結構。第3圖為繪示天線布置結構的平面圖。

如第1圖所示，根據本發明的基材處理設備包括腔室殼體11、基材支撐台15、下電極17、蓋體構架20、視窗30、介電層35、複數個天線41及45、RF功率供應器50以及製程氣體供應單元60及63。在腔室殼體11中提供基材支撐台15及下電極17，並將基材S放置於基材支撐台15及下電極17上。蓋體構架20耦接至腔室殼體11的上端。視窗30及介電層35提供於蓋體構架20中。天線41及45分別位於蓋體構架20的外側與內側。製程氣體供應單元60及63將製程氣體供應至藉由腔室殼體11及蓋體構架20所界定的腔室10中。

可藉由習知技術體現腔室殼體11、基材支撐台15及下電極17，並因而將省略對這些部件的詳細描述。下文將主要詳細解釋蓋體構架20(本發明的關鍵部分)，及在蓋體構架20中所提供之天線41及45的布置結構。

蓋體構架20耦接至腔室殼體11的開放上端。在腔室10的中央部分已經被分隔成上腔室與下腔室的例子中，蓋體構架20耦接至上腔室。可使用蓋體構架20的結構輕易地體現上腔室，因此將主要解釋蓋體構架20的結構。

蓋體構架20經配置使得兩組天線之一位於腔室10的外側(換言之，在大氣中)，且另一組位於腔室10的內側(處於真空)。於後文中，在兩組天線之中，位於腔室10外側的天線指的是第一天線41，且位於腔室10內側的天線指的是第二天線45。

第一天線41位於蓋體構架20的中央部分，其為腔室10的***部分。第二天線45位於蓋體構架20的周緣，並位於第一天線45的外側及下方。

為了體現上述的天線布置結構，蓋體構架20大體上具有矩形的平板形狀。此外，參照平面圖，第一安裝部分21位於蓋體構架20的中央部分上，且第二安裝部分25在水平方向上位於第一安裝部分21的外側。

第一安裝部分21具有一開放的孔形狀(holed shape)，其形成於蓋體構架20的中央部分之中。較佳地，第一安裝部分21具有矩形的孔形狀，因為腔室10通常是六角形。

第一天線41在水平方向上布置於第一安裝部分21中。在第一天線41的下方提供視窗30。理想的視窗30包含由諸如陶瓷等材料製成的絕緣體31。

視窗30將第一天線41自腔室10的內部分隔，使第一天線21位於腔室10的外側，使得感應耦合電漿藉由第一天線41在腔室10中產生。

第二安裝部分25形成在蓋體構架20的下表面，其位於腔室10的內側。第二安裝部分25具有凹陷(depressed)的形狀。由於第二安裝部分25係圍繞具有矩形孔形狀之第一安裝部分21而提供，第二安裝部分25較佳包含具有矩形環狀的凹陷。

第二天線45在水平方向上安裝於第二安裝部分25中。

詳言之，介電層35提供於第二安裝部分25中。第二天線45係埋入介電層35並因而固定在第二安裝部分25中。

介電層35可包含在彼此之上堆疊的數個由不同材料製成的層。較佳地，該等堆疊於彼此之上的層使得其介電常數隨著從其中含有第二天線45的層至最外層(或最上層)而增加。

介電層35可從腔室10的內側依序包含模鑄層37及陶瓷層39。可在模鑄層37下方設置絕緣層36，且可在陶瓷層39下方設置PTFE層38。理想的模鑄層37為聚矽氧(Si)製成，而絕緣層36以陶瓷製成。可於絕緣層36下方提供由非傳導材料製成的覆蓋膜。

大致上來說，就各個材料的介電常數(電容率)而言，聚矽氧的範圍從2至2.3，PTFE的範圍從4至6，且陶瓷範圍從9至9.4。

在此實施例中，供應RF供率至第二天線45的電路是經由第二安裝部分25的頂部連接到蓋體構架20。詳細地說，套座55安裝在蓋體構架20的頂部中。連接器57耦接至套座55，且RF供應線路51連接至連接器57。由於此將電路連接至第二天線45的結構包含將連接器57連接至構架20的頂部，因而有利於檢查及維修，且可顯著的降低當施加功率至第二天線45時可能發生的RF雜訊。

同時，噴淋頭61以矩形布置方式而提供於第一安裝部分21與第二安裝部分25之間。噴淋頭61注射製程氣體至腔室10中。

各個噴淋頭61可具有朝下定向(在垂直方向上)的向下注射孔，以及經定向而朝向腔室10之中央部分(在水平方向上)的水平注射孔。或者各個噴淋頭61可僅具有向下注射孔。

在第2圖中，元件符號60代表製程氣體供應線路，且元件符號63代表在第一安裝部分21與第二安裝部分25之間形成於蓋體構架20中的供應孔，以便將製程氣體從製程氣體供應線路供應至噴淋頭61。

再者，第2圖的元件符號24代表形成在蓋體構架20之周緣中的流動通道，使得加熱流體沿著流動通道流動。

第3圖為繪示第一天線41與第二天線45之布置結構的平面圖。第一天線41穿過第一安裝部分21暴露至外側。第二天線45位於蓋體構架20內側。

再者，第一天線41或第二天線45可包含複數個彼此組合且大體上以螺旋形式布置的天線。在第3圖所示的實施例中，第一天線41包含兩個天線，且第二天線45包含四個天線，其形成放射狀結構並以逆時鐘方向規則布置。

除了此天線布置結構之外，也可依需要以各種形狀及組合來布置天線。

在具有根據本發明之上述天線布置結構的基材處理設備中，於基材處理操作期間，因為一些天線及其他剩下的天線係個別地平行布置在大氣與真空中，可使用最大的功率量圍繞腔室10之壁及角落均勻地形成電漿。

再者，當兩組天線之間的頻率相變化可根據第一天線41及第二天線45間之安裝位置的差異來控制時，可回應基材處理操作的情況來適當地控制整個製程。因此，可增進處理效率。

第4圖為根據本發明第二實施例之天線布置結構的詳細視圖。

根據第二實施例之通用天線布置結構是相似於第一實施例的天線結構。然而，不像第一實施例，隔板構件71從第一安裝部分21的視窗30延伸至圍繞視窗30周圍而設置之蓋體構架20的上部分，使得第一安裝部分21與第二安裝部分25隔開。

換言之，不像在第一實施例中以蓋體構架20本身來隔開第一安裝部分21與第二安裝部分25，第二實施例經配置使得第一安裝部分藉由個別隔板構件71與第二安裝部分25分隔。

理想地，隔板構件71由絕緣材料製成，特別是如PTFE。

隔板構件71在其中央部分具有凹陷結構以形成第一安裝部分21。第二安裝部分25是藉由蓋體構架20以及隔板構件71的周圍部分形成，第二安裝部分25圍繞第一安裝部分21而提供。

在具有隔板構件71與蓋體構架20的第二實施例中，諸如第一天線41、第二天線45、介電層35等的其他部件可以如第一實施例之該等部件的相同方式體現。因此，將省略進一步的解釋以避免重複描述。

不像第一實施例，可僅配置一噴淋頭61’，使製程氣體被注射至第一安裝部分21及第二安裝部分25之下表面的整個區域上。在此例中，噴淋頭61’較佳由諸如陶瓷或其類似物的絕緣材料製成。

用於將製程氣體供應至噴淋頭61’的供應線路63’可穿過隔板構件71的中央部分形成。

在第4圖中，元件符號75代表設置在隔板構件71與蓋體構架20之間的密封構件，且元件符號80代表將隔板構件71緊固至蓋體構架20之上部分的緊固構架。

第5圖為根據本發明第三實施例之具有天線布置結構之基材處理設備的截面圖。

除了具有電容器81及82之外，第三實施例其餘部分的大致構造相同於第一實施例的構造。

在本發明的第三實施例中，電容器81提供在RF供應線路51的中間(medial)部分上，其中RF供應線路51從RF功率供應器50連接至天線45。再者，電容器82是提供在天線45的接地線路46上。

各個電容器81、82較佳包含電容可被控制之真空可變電容器(vacuum variable capacitor；VVC)。

分別在RF供應線路51以及接地線路46上提供的電容器81與82可控制RF功率，使得當施加RF功率至天線45時可最佳化阻抗匹配，而可適當地形成處理基材所需的電漿。

除了這些部件之外，第三實施例的部件與上述實施例的部件相同，因而使用相同的參考元件符號，且將省略重複的描述。

上述之本發明可應用至任何以及所有使用電漿的基材處理設備，例如，乾蝕刻器、化學氣相沉積設備等。

如上所述，根據本發明的基材處理設備具有以下功效。

在腔室的外側(大氣)及內側(真空狀態)提供天線。在腔室外側提供的天線位在腔室的中央部分。在腔室內側提供的天線位於鄰近腔室壁處。因此，不僅可在腔室的中央部分也可在鄰近腔室壁的部分中使功率最大化，使得形成在腔室中的電漿密度增加並均勻分布在腔室的整個區域，因而增進處理基材的效率。

進一步而言，當在腔室的內側及外側提供之兩組天線的頻率相變化得以控制時，可回應基材處理操作的情況適當地控制整個製程。因此，可增進處理效率。

另外，在本發明中，在蓋體構架的中央部分中提供單一視窗。因此，即使腔室的尺寸增加，仍可輕易地設計及體現天線及視窗的構造。

描述於本發明實施例的技術精神可獨立地實施或可結合。儘管本發明已明確地參照其範例實施例圖示及描述，應了解習知技藝者可在不悖離本發明實施例之精神及範疇的情況下對本發明進行形式及細節的改變。因此，本發明的精神及範疇須由隨附申請專利範圍界定。

10．．．腔室

11．．．腔室殼體

15．．．基材支撐台

17．．．下電極

20．．．蓋體構架

21．．．第一安裝部分

24．．．流動通道

25．．．第二安裝部分

30．．．視窗

31．．．絕緣體

35．．．介電層

36．．．絕緣層

37．．．模鑄層

38．．．PTFE層

39．．．陶瓷層

41．．．天線

45．．．天線

46．．．接地線路

50．．．RF功率供應器

51．．．RF供應線路

55．．．套座

57．．．連接器

60．．．製程氣體供應單元

61、61’．．．噴淋頭

63、63’．．．製程氣體供應單元

71．．．隔板構件

80．．．緊固構件

81．．．電容器

82．．．電容器

第1圖為根據本發明第一實施例之具有天線布置結構之基材處理設備的截面圖。

第2圖為根據本發明第一實施例之天線布置結構的詳細視圖。

第3圖為根據本發明第一實施例之天線布置結構的平面圖。

第4圖為根據本發明第二實施例之天線布置結構的詳細視圖。

第5圖為根據本發明第三實施例之具有天線布置結構之基材處理設備的截面圖。

10．．．腔室

11．．．腔室殼體

15．．．基材支撐台

17．．．下電極

20．．．蓋體構架

21．．．第一安裝部分

25．．．第二安裝部分

30．．．視窗

35．．．介電層

41．．．天線

45．．．天線

50．．．RF功率供應器

60．．．製程氣體供應單元

Claims (14)

1. 一種基材處理設備，包含：一腔室，在其中處理一基材的一表面；一第一天線，其提供在該腔室的外側，該腔室具有一視窗，其設置於該腔室內且在該腔室與該第一天線之間；以及一第二天線，其提供在該腔室的內側，該第二天線圍繞著該第一天線提供於其中的一部分。
2. 如申請專利範圍第1項之基材處理設備，其中該第一天線位在該腔室之一上部分的一中央部分上，且該第二天線位在該腔室之該上部分的一周緣，並圍繞該第一天線提供於其中的該部分。
3. 如申請專利範圍第1項之基材處理設備，其中該第二天線提供在安裝於該腔室中的一介電層內。
4. 如申請專利範圍第3項之基材處理設備，其中該介電層是藉由在彼此之上堆疊複數個具有不同材料的層所形成，其中該等層是堆疊在彼此之上，使得其介電常數隨著從其中含有該第二天線的一層至一最外層而增加。
5. 如申請專利範圍第4項之基材處理設備，其中該介電層從該腔室的內側朝向該腔室的外側依序包含一模鑄層與一陶瓷層。
6. 如申請專利範圍第1項之基材處理設備，其中一電容器提供在連接至該第二天線的一RF供應線路，或用於接地該第二天線的一接地線路中之至少一者上。
7. 一種基材處理設備，包含：一腔室殼體；一蓋體構架，其耦接至該腔室殼體的一上端，使得一腔室藉由該腔室殼體及該蓋體構架所界定，且一第一安裝部分形成在該蓋體構架之一上部分的一中央部分中，該第一安裝部分具有一開放的孔形狀(holed shape)；一第一天線，其布置於該蓋體構架之該第一安裝部分中；一視窗，提供在該蓋體構架之該第一安裝部分中，該視窗將該第一天線與該腔室的內側隔開，使得該第一天線位於該腔室的外側；以及一第二天線，提供在該蓋體構架的內側，並圍繞該第一安裝部分。
8. 如申請專利範圍第7項之基材處理設備，其中該蓋體構架具有一第二安裝部分，該第二安裝部分圍繞該第一 安裝部分而形成，使得該第二天線安裝在該第二安裝部分中，該第二安裝部分具有凹陷的形狀。
9. 如申請專利範圍第8項之基材處理設備，其中一隔板構件提供於該蓋體構架中，該隔板構件將該第一安裝部分與該第二安裝部分隔開。
10. 如申請專利範圍第8項之基材處理設備，其中一套座提供於該蓋體構架的該上部分中，該套座從該腔室的外側連接至該第二天線，且一連接器連接至該套座。
11. 如申請專利範圍第8項之基材處理設備，其中一介電層提供於該第二安裝部分中，且該第二天線安裝於該介電層中。
12. 如申請專利範圍第8項之基材處理設備，其中一噴淋頭以環狀布置方式提供於該第一安裝部分與該第二安裝部分之間，該噴淋頭將製程氣體注射至該腔室中。
13. 如申請專利範圍第12項之基材處理設備，其中該噴淋頭具有一向下注射孔以及一水平注射孔，該水平注射孔經定向而朝向該蓋體構架的該中央部分。
14. 如申請專利範圍第12項之基材處理設備，其中一製 程氣體供應單元耦接至該第一安裝部分的一中央部分，且該噴淋頭提供在該蓋體構架上，使得製程氣體被注射至該第一安裝部分與該第二安裝部分之下表面的整個區域上。