TWI575554B - 電漿設備 - Google Patents

Description

電漿設備

本發明是有關於一種半導體製程設備，且特別是有關於一種電漿設備。

目前，一般電漿設備，例如反應性離子(Reactive Ion Etching，RIE)蝕刻設備的均勻性約為90%。若要進一步提升位於設備腔體之中央區域之處理區的電漿系統的均勻性，通常需將製程腔體放大，以使得電極遠離腔體側壁(通常為接地極)，藉此提升腔體中央區域之處理區的電漿系統均勻性。

擴大腔體的方式雖可使位於腔體中央區域的處理區得到較均勻的電漿強度分布，但所需之腔體材料費用、與需對應提升泵的抽氣效率的費用，都會使得硬體成本大幅增加。而且，此種方式也需占用更大的無塵室空間，這樣對於目前寸土寸金的無塵室而言，並非改善電漿系統均勻度的較佳方式。

另一種提升腔體中央區域之處理區之電漿系統的均勻性的方式為拉大上電極與下電極之間的距離。此種方式雖可提升處理區之電漿系統的均勻度，但處理區的電漿強度卻因上電極與下電極之距離的增加而減弱，如此一 來，會大幅降低電漿對位於下電極之上表面之待處理物的處理速率。因此，此種方式並無法兼顧電漿系統均勻度與電漿處理效率。

因此，亟需一種可兼顧電漿處理效率與提升處理區之電漿系統均勻度的電漿設備。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種電漿設備，其上電極與下電極之間，設有輔助電極，而可加強輔助電極所對應區域的電場，進而可提升此對應區域的電漿強度。

本發明之另一態樣是在提供一種電漿設備，其輔助電極穿設有許多孔洞，而可產生電漿中空陽極(hollow anode)效應，可進一步提升電場強度。

本發明之又一態樣是在提供一種電漿設備，其可局部性的提升電場強度，因此可在無需提高電漿設備之占地面積且不損及電漿處理效率下，有效提升電漿系統之均勻性。

根據本發明之上述目的，提出一種電漿設備。此電漿設備包含腔體、下電極、上電極以及至少一輔助電極。腔體具有反應室，其中至少一氣體入口以及至少一氣體出口分別穿設於腔體之頂部與底部中。下電極設於反應室內，且具有承載面，適用以承載待處理物。上電極設於反應室內，且位於承載面之上方。前述至少一輔助電極設於上電極與下電極之間，其中此至少一輔助電極及上電極之電位均不同於下電極之電位。

依據本發明之一實施例，上述至少一輔助電極之材質為金屬。

依據本發明之另一實施例，上述至少一輔助電極之厚度為1mm至10mm。

依據本發明之又一實施例，上述至少一輔助電極之數量為複數個，且這些輔助電極由上電極朝下電極之方向依序排列。

依據本發明之再一實施例，上述至少一輔助電極為平板、弧形板、環狀線香形線圈或彈簧形線圈。

依據本發明之再一實施例，上述至少一輔助電極穿設有複數個孔洞。

依據本發明之再一實施例，上述孔洞的形狀為圓形或方形。

依據本發明之再一實施例，上述孔洞均勻布設在輔助電極中。

依據本發明之再一實施例，上述孔洞不均勻布設在輔助電極中，對應於所需電漿強度愈大之孔洞的設置密度愈高。

依據本發明之再一實施例，上述每一孔洞之尺寸為1mm至30mm。

100‧‧‧電漿設備

100a‧‧‧電漿設備

102‧‧‧腔體

104‧‧‧反應室

106‧‧‧氣體入口

108‧‧‧氣體出口

110‧‧‧頂部

112‧‧‧底部

114‧‧‧下電極

116‧‧‧承載面

118‧‧‧待處理物

120‧‧‧上電極

122‧‧‧輔助電極

122a‧‧‧輔助電極

122b‧‧‧輔助電極

122c‧‧‧輔助電極

122d‧‧‧輔助電極

122e‧‧‧輔助電極

122f‧‧‧輔助電極

124‧‧‧側壁

126‧‧‧輔助電極

128‧‧‧輔助電極

130a‧‧‧孔洞

130b‧‧‧孔洞

132‧‧‧導電條

134‧‧‧導電條

136‧‧‧導電線

138‧‧‧導電線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿設備的裝置示意圖。

第2圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種電漿設備的裝置示意圖。

第3A圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

第3B圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

第3C圖係繪示依照本發明之又一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

第3D圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

第3E圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

第3F圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿設備的裝置示意圖。在本實施方式中，電漿設備100可例如為電漿蝕刻設備、電漿鍍膜設備或電漿清潔設備。在一示範例子中，電漿設備100為反應性離子蝕刻設備。

在一些實施例中，電漿設備100主要包含腔體102、下電極114、上電極120、以及一或多個輔助電極122。 腔體102之材料包含導電材料，例如金屬。腔體102具有反應室104，晶圓或工件等待處理物118可在此反應室104中進行電漿處理。腔體102具有至少一氣體入口106與至少一氣體出口108。在一些示範例子中，氣體入口106穿設於腔體102之頂部110，且氣體出口108穿設於腔體102之底部112。製程氣體可從氣體入口106導入反應室104中，而多餘的氣體或反應所產生的氣體可從氣體出口108導出反應室104，以使反應室104維持製程所需壓力。

下電極114設置在腔體102內部之反應室104中。下電極114具有承載面116，此承載面116可用以承托待處理物118。下電極114之材料包含導電材料，例如金屬。在一些實施例中，下電極114之承載面116之面積大於待處理物118之尺寸，以利穩固承托待處理物118。在一示範例子中，下電極114與射頻(RF)電源電性連接。

上電極120同樣設置在腔體102內部之反應室104中。在一些例子中，上電極120之周緣接合在腔體102之側壁124上，且與腔體102具有相同電位。舉例而言，上電極120與腔體102均接地。然，在另一些例子中，上電極120可非接地，亦即上電極120之電位可非為接地電位。上電極120亦位於下電極114之承載面116之上方。由於電漿產生在上電極120與下電極114之間，因此這樣的設置可使產生的電漿對設於承載面116上之待處理物118進行所需之蝕刻、鍍膜與清潔等處理。上電極120之材料可包含導電材料，例如金屬。在一些例子中，除了導電材料 外，上電極120尚包含有絕緣材料，即上電極120包含導電材料與絕緣材料的搭配組合。上電極120亦可稱為導流板(shower head)，且上電極120上穿設有許多孔洞(未繪示)。

輔助電極122亦設置在腔體102內部之反應室104中，且位於上電極120與下電極114之間。在一些實施例中，輔助電極122與上電極120電性連接，且輔助電極122與上電極120具有相同之電位，例如接地電位。在另一些實施例中，輔助電極122與上電極120之電位彼此並不相同。在這樣的實施例中，上電極120之電位可高於輔助電極122之電位；或者，上電極120之電位可低於輔助電極122之電位。而下電極114則與輔助電極122及上電極120的電位均不相同，例如下電極114之電位均較輔助電極122與上電極120之電位高。輔助電極122之材料可包含導電材料，例如金屬。在一些例子中，輔助電極122之材料為鋁或不鏽鋼。此外，輔助電極122之尺寸，例如圓形輔助電極122之直徑或方形輔助電極122之長度，可例如為2吋至18吋。因此，電漿設備100可適用於對2吋至18吋的待處理物118進行電漿處理。在特定例子中，如圖1所示，上電極120與下電極114之間除了輔助電極，即輔助電極122外，並未具有其他電極結構。

藉由在上電極120與下電極114之間設置的輔助電極122，可強化輔助電極122與下電極114之間的電場強度，進而可提升輔助電極122與下電極114之間的電漿強度。因此，可將輔助電極122設置在待處理物118上方電 漿強度較弱區域處，藉此可提高反應室104內電漿系統的均勻性。舉例而言，在一般情況下，當待處理物118為晶圓時，由於晶圓之邊緣較靠近腔體102之側壁124，電場較強，因此電漿處理效率較高；而晶圓中央因距離腔體102之側壁124較遠，導致電漿處理的效率低於晶圓邊緣。然而，藉由本實施方式之輔助電極122的設置，可增強晶圓中央之電場，而可增進晶圓中央的電漿強度，進而可使晶圓中央之電漿強度趨於邊緣，達到較佳之電漿系統均勻度。在一示範例子中，運用電漿設備100，可在不增加占地面積的情況下，將反應室104內之電漿系統的均勻度有效提升至95%左右。

請一併參照第2圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種電漿設備的裝置示意圖。在一些實施例中，如第1圖所示，電漿設備100具有單一個輔助電極122。在另一些實施例中，如第2圖所示，電漿設備100具有多個輔助電極，即三個輔助電極122、126與128。這些輔助電極122、126與128均設置在上電極120與下電極114之間，且輔助電極122、126與128由上電極120朝下電極114的方向依序排列。在特定例子中，如圖2所示，上電極120與下電極114之間除了輔助電極，即輔助電極122、126與128外，並未具有其他電極結構。在一些例子中，輔助電極122、126及128均與上電極120具有相同之電位，例如接地電位、或非接地電位。在另一些例子中，輔助電極122、126及128均與上電極120具有不同之電位，其中這些輔助 電極122、126及128之電位可彼此相同、或彼此均不相同、或部分電極相同，例如輔助電極122、126及128其中二電極的電位相同而剩下一電極之電位與此二電極之電位不同。在又一些例子中，這些輔助電極122、126及128中有部分電極之電位與上電極120之電位相同，另一部分電極之電位與上電極之電位不同。舉例而言，輔助電極122之電位與上電極120之電位相同，而輔助電極126與128之電位均與上電極120之電位不同，且輔助電極126與128可具有相同電位或可具有不同電位。這些輔助電極122、126與128可為相同型態，或者可為不同型態；亦或者可為相同型態，但不同尺寸；或者為不同型態，且不同尺寸。

在本實施方式中，輔助電極之結構可有多種型態與變化，例如輔助電極可為具平整上下表面之平板、弧形板、環狀線香形線圈、或彈簧形線圈。此外，輔助電極可為圓形、方形、多邊形、繞線形、或不規則形。以下舉數個示範例子來進行說明。

請參照第3A圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122a為圓形平板結構。此輔助電極122a之厚度可例如為1mm至10mm。此外，此輔助電極122a具有許多孔洞130a穿設其中。在一例子中，這些孔洞130a可為圓形孔洞，如第3A圖所示。而且，這些孔洞130a係均勻地布設在輔助電極122a中。每個圓形之孔洞130a的尺寸，即孔徑，可例如為1mm至30mm。在另一些例子中，輔助電極122a亦可設置方形 孔洞、多邊形孔洞、星形孔洞、橢圓形孔洞或不規則形孔洞。在本實施例中，輔助電極122a的孔洞130a可在電漿處理操作期間，產生電漿中空陽極的效應，而可進一步強化電場，進而更提高電漿強度。

請參照第3B圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122b為多重環狀結構。此輔助電極122b之厚度可例如為1mm至10mm。此外，此輔助電極122b具有許多孔洞130b穿設其中。在一例子中，這些孔洞130b係均勻地布設在輔助電極122b中。每個孔洞130b的尺寸可例如為1mm至30mm。而且，這些孔洞130b可為圓形孔洞、方形孔洞、多邊形孔洞、星形孔洞、橢圓形孔洞或不規則形孔洞。在本實施例中，輔助電極122b的孔洞130b同樣可在電漿處理操作期間，產生電漿中空陽極的效應，而可進一步強化電場，進而更提高電漿強度。

上述實施例之輔助電極122a之孔洞130a與輔助電極122b之孔洞130b均係分別均勻設置在輔助電極122a與122b中。然，在另一些實施例中，孔洞亦可以不均勻的方式布設在輔助電極中。在這樣的實施例中，於輔助電極上，對應於所需電漿強度愈大之處的孔洞設置密度愈高。

請參照第3C圖，其係繪示依照本發明之又一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122c係由導電條132所捲繞成之環狀線香形線圈。此輔助電極122c之導電條132的厚度可例如為1mm至10mm。此 外，導電條132之材料可例如為金屬。

請參照第3D圖，其係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122d係由導電條134所捲繞成之彈簧形線圈。此輔助電極122d之導電條134的厚度可例如為1mm至10mm。此外，導電條134之材料可例如為金屬。

請參照第3E圖，其係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122e係由導電線136所捲繞成之環狀線香形線圈。此輔助電極122e之導電線136的直徑可例如為1mm至10mm。此外，導電線136之材料可例如為金屬。

請參照第3F圖，其係繪示依照本發明之再一實施方式的一種輔助電極之示意圖。在此實施例中，輔助電極122f係由導電線138所捲繞成之彈簧形線圈。此輔助電極122f之導電線138的直徑可例如為1mm至10mm。此外，導電線138之材料可例如為金屬。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點為本發明之電漿設備的上電極與下電極之間，設有輔助電極，而可加強輔助電極所對應區域的電場，進而可提升此對應區域的電漿強度。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點為本發明之電漿設備的輔助電極穿設有許多孔洞，而可產生電漿中空陽極效應，因此可進一步提升電場強度。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點為本發 明之電漿設備可局部性的提升電場強度，因此可在無需提高電漿設備之占地面積且不損及電漿處理效率下，有效提升電漿系統之均勻性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100‧‧‧電漿設備

102‧‧‧腔體

104‧‧‧反應室

106‧‧‧氣體入口

108‧‧‧氣體出口

110‧‧‧頂部

112‧‧‧底部

114‧‧‧下電極

116‧‧‧承載面

118‧‧‧待處理物

120‧‧‧上電極

122‧‧‧輔助電極

124‧‧‧側壁

Claims (10)

1. 一種電漿設備，包含：一腔體，具有一反應室，其中至少一氣體入口以及至少一氣體出口分別穿設於該腔體之頂部與底部中；一下電極，設於該反應室內，且具有一承載面，適用以承載一待處理物，其中該下電極與一射頻電源電性連接；一上電極，設於該反應室內，且位於該承載面之上方，其中該上電極接地；以及至少一輔助電極，設於該上電極與該下電極之間，其中該上電極與該下電極之間除了該至少一輔助電極外，並未具有其他電極結構，每一該至少一輔助電極與該上電極具有相同之電位，且該至少一輔助電極及該上電極之電位均不同於該下電極之電位。
2. 如請求項1所述之電漿設備，其中該至少一輔助電極之材質為金屬。
3. 如請求項1所述之電漿設備，其中該至少一輔助電極之厚度為1mm至10mm。
4. 如請求項1所述之電漿設備，其中該至少一輔助電極之數量為複數個，且該些輔助電極由該上電極朝該下電極之方向依序排列。
5. 如請求項1所述之電漿設備，其中該至少一輔助電極為一平板、一弧形板、一環狀線香形線圈或一彈簧形線圈。
6. 如請求項1所述之電漿設備，其中該至少一輔助電極穿設有複數個孔洞。
7. 如請求項6所述之電漿設備，其中該些孔洞的形狀為圓形或方形。
8. 如請求項6所述之電漿設備，其中該些孔洞均勻布設在該至少一輔助電極中。
9. 如請求項6所述之電漿設備，其中該些孔洞不均勻布設在該至少一輔助電極中，對應於所需電漿強度愈大之該些孔洞的設置密度愈高。
10. 如請求項6所述之電漿設備，其中每一該些孔洞之尺寸為1mm至30mm。