TWI633572B - Plasma processing device - Google Patents

Plasma processing device Download PDF

Info

Publication number
TWI633572B
TWI633572B TW105135255A TW105135255A TWI633572B TW I633572 B TWI633572 B TW I633572B TW 105135255 A TW105135255 A TW 105135255A TW 105135255 A TW105135255 A TW 105135255A TW I633572 B TWI633572 B TW I633572B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
reaction chamber
magnetic
disposed
plasma
magnetic shielding
Prior art date
Application number
TW105135255A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201724167A (zh
Inventor
黄允文
劉季霖
狄 吳
Original Assignee
大陸商中微半導體設備（上海）有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商中微半導體設備（上海）有限公司 filed Critical 大陸商中微半導體設備（上海）有限公司
Publication of TW201724167A publication Critical patent/TW201724167A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI633572B publication Critical patent/TWI633572B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本發明提供一種等離子體處理裝置，用以改善磁遮罩效果。等離子體處理裝置包括：反應腔，內部設置有處理空間；基座，設置在反應腔內，用於放置基片；等離子體產生單元，用於將處理空間內的氣體解離為等離子體；磁遮罩件，位於處理空間的週邊，包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層。

Description

等離子體處理裝置
本發明有關於用於加工半導體元件的等離子體處理裝置，如等離子體刻蝕裝置、等離子體沉積裝置等。
為了提高等離子體處理裝置(如等離子體刻蝕裝置)加工的一致性，需要消除或抑制地磁等外部磁場對等離子體的干擾。目前主流的解決方案是在等離子體處理裝置反應腔的外部覆蓋一層高磁導率金屬板或層，來實現對反應腔內部的磁遮罩。具體技術細節可參2007年3月22日公佈的美國專利申請公開US 2007/0062449 A1。
然而，該技術目前仍主要存在以下問題：要用單層磁遮罩層實現大於90%的磁遮罩效果，既需要採用高磁導率材料(相對磁導率通常需要大於10000)，也需要該磁遮罩層具有較大的厚度(通常需要大於2mm)和嚴格的密封。由於高磁導率材料價格高昂，進一步增加厚度雖然能提升磁遮罩效果，但是成本迅速上升。
根據本發明的一個方面，提供一種等離子體處理裝置，包括：反應腔，內部設置有處理空間；基座，設置在反應腔內，用於放置基片；等離子體產生單元，用於將處理空間內的氣體解離為等離子體；磁遮罩件，位於處理空間的週邊，包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層。
較佳地，磁遮罩件包括相互隔離的反應腔側壁與內襯，內襯位於反應腔內，並包圍處理空間，至少一磁遮罩層設置在反應腔側壁，至少一磁遮罩層設置在內襯。
較佳地，磁遮罩層設置在反應腔側壁的內表面、外表面或內部；磁遮罩層設置在內襯的內表面、外表面或內部。
較佳地，磁遮罩層以夾層的方式設置在反應腔側壁或內襯的內部。
較佳地，磁遮罩件包括反應腔側壁，磁遮罩層設置在反應腔側壁的內表面、外表面或內部。
較佳地，磁遮罩件包括內襯，內襯位於反應腔內，並包圍處理空間，磁遮罩層設置在內襯的內表面、外表面或內部。
較佳地，用於隔離相鄰磁遮罩層的介質包括導體、半導體、絕緣體、空氣或真空。
較佳地，相鄰兩磁遮罩層之間的間距大於兩磁遮罩層中的每一個的厚度。
較佳地，等離子體產生單元包括相對設置的上電極、下電極，及與該上電極及該下電極中的至少一個相連的射頻源。
較佳地，等離子體產生單元包括設置在反應腔頂壁上方的耦合線圈，及與耦合線圈相連的射頻源。
根據本發明的另一個方面，提供一種等離子體處理裝置，包括：反應腔，內部設置有處理空間；等離子體產生單元，用於將處理空間內的氣體 解離為等離子體；金屬外殼，設置在反應腔的週邊，並與反應腔相隔一段距離；磁遮罩件，位於處理空間的週邊，包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層。
較佳地，金屬外殼設置有磁遮罩層。
較佳地，金屬外殼的內表面、外表面或內部設置有磁遮罩層。
較佳地，磁遮罩件的磁遮罩層設置在金屬外殼、反應腔壁或內襯，內襯位於反應腔內，並包圍處理空間。
2‧‧‧反應腔
20‧‧‧處理空間
21‧‧‧側壁
23‧‧‧頂壁
232‧‧‧上電極
25‧‧‧底壁
3‧‧‧基座
42‧‧‧耦合線圈
44‧‧‧射頻源
6‧‧‧內襯
8‧‧‧磁遮罩層
W‧‧‧基片
第1圖是本發明一個實施例的等離子體處理裝置的結構示意圖。
第2圖是本發明另一實施例的等離子體處理裝置的結構示意圖。
第3圖是單層磁遮罩層的磁遮罩效果的示意圖。
第4圖是兩層磁遮罩層的磁遮罩效果的示意圖。
以下結合實施例及圖式，對本發明等離子體處理裝置進行說明。需強調的是，這裡僅是示例型的闡述，不排除有其它利用本發明的實施方式。
第1圖是本發明一個實施例的等離子體處理裝置的結構示意圖。在該實施例中，其為一種電感耦合等離子體(ICP)處理裝置。如第1圖，等離子體處理裝置包括由多個壁(側壁21、頂壁23與底壁25)圍合而成的反應腔2，反應腔2的內部設置有處理空間20。用於放置基片W的基座3設置在反應腔2內，並位於處理空間20的下方。用於將處理空間20內的氣體解離為等離子體的等離子體產生單元，包括設置在反應腔頂壁23上方的耦合線圈42，以及與耦合線圈42相連、用以為耦合線圈42提供電力的射頻源44。所形成的等離子體可對基片W進行處理。
在處理空間20的週邊設置有磁遮罩件，用以消除或減弱外部磁場對反應腔2內等離子體的干擾。為提高磁遮罩材料的遮罩效果，磁遮罩件包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層8。這裡的磁遮罩層應作廣義的理解，其既可以是塗覆或濺鍍在物體表面的塗層(該塗層不可自該物體表面脫離或拆除，否則塗層將遭受破壞)，也可以是由磁遮罩材料預先形成的磁遮罩板(該磁遮罩板既可安裝或固定在物體表面或物體內部，也可自該物體脫離或拆除)。另外，用於隔離相鄰磁遮罩層的介質(或者說，位於相鄰磁遮罩層之間的材質)可以是導體、半導體、絕緣體、空氣或真空等。實驗表明，不管是上述的何種材質介於兩磁遮罩層之間，均可大幅提高磁遮罩效果。
在第1圖給出的實施例中，磁遮罩件包括相互隔離的反應腔側壁21與內襯6。反應腔側壁21與內襯6大致平行，或者說兩者大致沿相同方向(豎直方向)延伸。內襯6位於所述反應腔2內，並包圍(或者說限定)處理空間20。內襯6可呈圓柱形或類圓柱形，以使得等離子體在水平面各方向上的分佈儘量均勻。內襯6通常是可方便更換的。在加工過程中，等離子體或其它粒子不可避免地會在內襯6表面形成沉積膜，該沉積膜太厚的話，會嚴重影響等離子體加工的一致性。因而，通常會定時更換內襯6。
為產生磁遮罩效果，反應腔側壁21設置有至少一磁遮罩層8，內襯6設置有至少一磁遮罩層8。設置磁遮罩層8的方式可以有多種。比如，磁遮罩層8可設置在反應腔側壁21(或內襯6)的內表面，也可以設置在反應腔側壁21(或內襯6)的外表面。另外，磁遮罩層8更可以設置在反應腔側壁21(或內襯6)的內部。如，可自反應腔側壁21(或內襯6)的上方在其內部挖出一空隙，而後將一由磁遮罩材料製成的板裝入該空隙。
通常而言，相隔離的磁遮罩層的層數越多，磁遮罩的效果越好。在本實施例中，反應腔側壁21的內外表面及內部，內襯6的內外表面及內部均設置有磁遮罩層8。但是，一般而言，只要有相隔離的兩遮罩層就大致可滿足遮罩效果了。因而，在其它實施例中，磁遮罩層的數目可以是2個、3個、4個、5個或7個等。另外，也可選擇只在反應腔側壁21而不在內襯6上，或只在內襯6而不在反應腔側壁21上設置磁遮罩層8。當磁遮罩層8設置在反應腔側壁21的內表面或內襯6的內表面和外表面等經常暴露於等離子體的環境時，可在磁遮罩層8表面設置一層抗蝕層，如氧化釔層等，以避免磁遮罩層被等離子體腐蝕。
發明人更進一步發現，當相鄰兩磁遮罩層之間的間距(指的是它們相鄰的表面之間的距離)大於該兩磁遮罩層中的每一個的厚度時，磁遮罩效果也會明顯較佳。因此，在實際實施時，相鄰磁遮罩層的間距可按該原則設置。
對於如上所述的電感耦合等離子體處理裝置而言，除反應腔的頂壁23通常不可設置磁遮罩層(由於耦合線圈42產生的磁場要藉由頂壁23進入反應腔2，因而頂壁23不能具有磁遮罩的性質)外，其它的壁(側壁21、底壁25)均可設置隔離的磁遮罩層8，以提高磁遮罩效果。
第2圖是本發明另一實施例的等離子體處理裝置的結構示意圖。在該實施例中，其為一種電容耦合等離子體(CCP)處理裝置。其與第1圖實施例的區別僅在於等離子體產生單元與頂壁23。相同結構的介紹可參照第1圖實施例的描述，後文不再贅述。以下僅介紹兩者的不同之處。
如第2圖，等離子體產生單元包括相對設置的上電極232、下電極(下電極是基座3的一部分)，及與上下電極中的至少一個相連的射頻源(未圖 示)。由於頂壁23不再必需具有透磁性，因而，本實施例中的頂壁23可設置磁遮罩層8。
補充說明一點，上述各實施例的等離子體處理裝置通常更可包括一金屬外殼(未圖示)，所述金屬外殼設置在反應腔2的週邊，並與反應腔2相隔一段距離(或者說兩者間形成有間隙)。為提高磁遮罩效果，所述金屬外殼可設置有如上所述的磁遮罩層。所述磁遮罩層設置的方式不限，其既可設置在金屬外殼的內表面、外表面，又可設置在金屬外殼的內部，更可同時設置在以上所有地方或其中的任意兩處或多處。
第3圖是單層磁遮罩層的磁遮罩效果的示意圖。第3圖的(a)中所示為待測結構的示意圖，它的磁遮罩層為單層結構(即，從外部磁場到磁遮罩區域只有一層磁遮罩層)。磁遮罩層的材質為坡莫合金1J85。位於外部的、恒定的豎直磁場自上方穿過磁遮罩層進入磁遮罩區域。藉由測量磁遮罩區域的磁場強度即可衡量磁遮罩層的磁遮罩效果。第3圖的(b)所示的是對應的測試結果。磁遮罩層厚度為0.2毫米(mm)時，測得的磁場強度為約0.5高斯(Gauss)；磁遮罩層厚度增加至1.0毫米(mm)時，測得的磁場強度降低為約0.2高斯(Gauss)。
第4圖是雙層磁遮罩層的磁遮罩效果的示意圖。第4圖的(a)中所示為待測結構的示意圖，它的磁遮罩層為雙層結構(即，從外部磁場到磁遮罩區域具有兩層相互隔離的磁遮罩層)。兩層磁遮罩層的材質也為坡莫合金1J85。每層磁遮罩層的厚度維持在0.5毫米(mm)，兩層的總厚度為1毫米(mm)。兩層磁遮罩層之間的介質為空氣(或稱空氣夾層)。位於外部的、恒定的豎直磁場(該磁場的強度與第3圖中相同)自上方穿過雙層磁遮罩層進入磁遮罩區 域。藉由測量磁遮罩區域的磁場強度即可衡量雙層磁遮罩層的磁遮罩效果。第4圖的(b)所示的是對應的測試結果。空氣夾層的厚度為1毫米(mm)時，測得的磁場強度為約0.15高斯(Gauss)。空氣夾層的厚度增加至8毫米(mm)時，測得的磁場強度降低為約0.05高斯(Gauss)-其遠遠小於第3圖中同樣厚度單層磁遮罩層的0.2高斯(Gauss)；即磁遮罩效果提升了75%。
儘管本發明的內容已經藉由上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬領域具通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

Claims (10)

  1. 一種等離子體處理裝置，包括：反應腔，內部設置有處理空間；基座，設置在該反應腔內，用於放置基片；等離子體產生單元，用於將該處理空間內的氣體解離為等離子體；以及磁遮罩件，位於該處理空間的週邊，包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層，其中，相鄰兩該磁遮罩層之間的間距大於兩該磁遮罩層中的每一個的厚度；其中該磁遮罩件包括反應腔側壁與/或內襯，該內襯位於該反應腔內，並包圍該處理空間，至少一該磁遮罩層設置在該反應腔側壁，至少一該磁遮罩層設置在該內襯，該磁遮罩層設置在該反應腔側壁的內表面、外表面或內部；該磁遮罩層設置在該內襯的內表面、外表面或內部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該反應腔側壁與內襯相互隔離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該磁遮罩層以夾層的方式設置在該反應腔側壁或該內襯的內部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中用於隔離相鄰該磁遮罩層的介質包括導體、半導體、絕緣體、空氣或真空。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該等離子體產生單元包括相對設置的上電極、下電極，及與該上電極及該下電極中的至少一個相連的射頻源。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中，該等離子體產生單元包括設置在反應腔頂壁上方的耦合線圈，及與該耦合線圈相連的射頻源。
  7. 一種等離子體處理裝置，包括：反應腔，內部設置有處理空間；等離子體產生單元，用於將該處理空間內的氣體解離為等離子體；金屬外殼，設置在該反應腔的週邊，並與該反應腔相隔一段距離；以及磁遮罩件，位於該處理空間的週邊，包括相互隔離的至少兩個磁遮罩層；其中，相鄰兩該磁遮罩層之間的間距大於兩該磁遮罩層中的每一個的厚度；其中該磁遮罩件包括反應腔側壁與/或內襯，該內襯位於該反應腔內，並包圍該處理空間，至少一該磁遮罩層設置在該反應腔側壁，至少一該磁遮罩層設置在該內襯，該磁遮罩層設置在該反應腔側壁的內表面、外表面或內部；該磁遮罩層設置在該內襯的內表面、外表面或內部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之等離子體處理裝置，其中該金屬外殼設置有該磁遮罩層。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之等離子體處理裝置，其中該金屬外殼的內表面、外表面或內部設置有該磁遮罩層。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之等離子體處理裝置，其中該磁遮罩件的該磁遮罩層設置在該金屬外殼、該反應腔壁或內襯，該內襯位於該反應腔內，並包圍該處理空間。
TW105135255A 2015-12-31 2016-10-31 Plasma processing device TWI633572B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
??201511015613.3 2015-12-31
CN201511015613.3A CN106937475A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 等离子体处理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201724167A TW201724167A (zh) 2017-07-01
TWI633572B true TWI633572B (zh) 2018-08-21

Family

ID=59442183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105135255A TWI633572B (zh) 2015-12-31 2016-10-31 Plasma processing device

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN106937475A (zh)
TW (1) TWI633572B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI820374B (zh) * 2020-12-23 2023-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 感應耦合電漿設備及其操作方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109961996B (zh) * 2017-12-14 2021-05-07 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理设备及用于其上的高导电导磁复合材料
CN109994359B (zh) * 2017-12-29 2022-11-18 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理腔室

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200501213A (en) * 2003-05-19 2005-01-01 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus
CN103732788A (zh) * 2012-08-15 2014-04-16 中外炉工业株式会社 等离子体处理装置
US20140212994A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Applied Materials, Inc. Self aligned dual patterning technique enhancement with magnetic shielding
TW201438056A (zh) * 2013-03-15 2014-10-01 Applied Materials Inc 電漿處理腔室的磁屏蔽
TWI513856B (zh) * 2014-10-20 2015-12-21

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060024451A1 (en) * 2004-07-30 2006-02-02 Applied Materials Inc. Enhanced magnetic shielding for plasma-based semiconductor processing tool
CN102573429B (zh) * 2010-12-09 2015-09-02 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 屏蔽装置、加工方法及设备、半导体设备
WO2012110465A2 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 Mapper Lithography Ip B.V. System for magnetic shielding
US20120291955A1 (en) * 2011-05-17 2012-11-22 Cho Young Kyu Large area icp source for plasma application
CN103854945A (zh) * 2012-12-05 2014-06-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 等离子体设备及其反应腔室
KR20150130647A (ko) * 2014-05-13 2015-11-24 주식회사 탑 엔지니어링 플라즈마 처리장치용 안테나 구조

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200501213A (en) * 2003-05-19 2005-01-01 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus
CN103732788A (zh) * 2012-08-15 2014-04-16 中外炉工业株式会社 等离子体处理装置
US20140212994A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Applied Materials, Inc. Self aligned dual patterning technique enhancement with magnetic shielding
TW201438056A (zh) * 2013-03-15 2014-10-01 Applied Materials Inc 電漿處理腔室的磁屏蔽
TWI513856B (zh) * 2014-10-20 2015-12-21

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI820374B (zh) * 2020-12-23 2023-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 感應耦合電漿設備及其操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201724167A (zh) 2017-07-01
CN106937475A (zh) 2017-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI633572B (zh) Plasma processing device
CN104022008B (zh) 电容耦合等离子体反应器的有嵌入式rf 电极的陶瓷喷头
JP5606821B2 (ja) プラズマ処理装置
US20150179415A1 (en) Substrate processing apparatus
KR20190036566A (ko) 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 플라즈마 스크린
JP6593004B2 (ja) プラズマ処理装置
TWI702650B (zh) 電漿處理裝置及使用於此之排氣構造
WO2015172549A1 (zh) 反应腔室及半导体加工设备
TW202013429A (zh) 電漿處理裝置
TW201810354A (zh) 基板支撐組件、具有其之處理腔室以及處理基板之方法
KR102488946B1 (ko) 프로세스 키트 및 기판을 프로세싱하기 위한 방법
KR101358780B1 (ko) 히터가 설치된 유도 결합 플라즈마 소스를 구비한 플라즈마반응기
US9799497B2 (en) Patterned processing kits for material processing
TW201438056A (zh) 電漿處理腔室的磁屏蔽
JP2012138411A (ja) プラズマ処理装置
TW201501170A (zh) 感應耦合電漿處理裝置
KR100980287B1 (ko) 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마반응기
KR100845917B1 (ko) 대면적 플라즈마 처리를 위한 유도 결합 플라즈마 반응기
US20150371825A1 (en) Plasma processing apparatus
CN109994359A (zh) 一种等离子体处理腔室
TWI538048B (zh) A plasma processing apparatus and a processing gas supply structure thereof
KR101755768B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
KR101827472B1 (ko) 절연물 타겟
KR20130108801A (ko) 플라즈마 처리장치
JP2003068723A (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法