TW201203359A - Integrated capacitive and inductive power sources for a plasma etching chamber - Google Patents

Description

201203359 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電漿蝕刻室用之整合電容性及電感性電源。 【先前技術】 在半導體系裝置(如積體電路或平面顯示器)之製造期間，材料 層會被交替地沈積至基板表面上並自基板(例如，半導體晶圓或玻 璃板)表面受到蝕刻。如此領域中人所熟知，材料層之沈積與钮刻 可藉由各種技術所完成’包含電聚增強沈積及钱刻。在電裝增強 餘刻期間，基板的真實沈積係於電漿處理室内部進行。在處 理期間，電漿係自適當的蝕刻源氣體所形成，以蝕刻未受到蝕刻 遮罩保護的工作件區域，並留下期望之圖案。 ,在電漿蝕刻基板期間，由光阻或被蝕刻材料層與蝕刻化學品 所形成之聚合物所構成的蝕刻副產物主要會沈積在周圍之處理 ，體上◊沈積後之副產物會隨著接續之基材蝕刻而累積。 二，板製造之裝置良率，維持可再現之處理室是很重要的了其 S常=二====嶋_來達成。 :，當在基板_使==以 靜電夾頭。靜衫性耗合電疲會轟擊裸t 處露理的;=導致 靜 理_)物域^ 4 201203359 最佳化。 -理需要一種方法及設備來提供較佳的處理室 。 靜電夾頭的壽命，改善基板良率，並增加製造 【發明内容】 忠、式= H、本發明之實施例藉由提供改良的處理室清理機制 ίίϋϊί求1此1卜’本發明之實施例提供了額外的調節器來 ;、ί L i 本發明可以多種方式來加以實施，包含 處理裝^线。以下將敘述本發明之數個新穎性實施例。 —貫施例巾’—麵以產生賴的鎌處理室包含了具有 —亦勺極組件’其中釘電極伽以容納基板。電装處理 it用Sit，繞上電極之感應線圈的上電極組件。感 用以在處理室内所定義之區域中將氣體轉變為電聚，盆 中该區域位^皮定義在下電極之上表面上方的面積的外部。^ 在另-實施例巾’—翻以產生f漿的㈣處理室包含呈 ^介^下電極組件’其中該下電極制以容納基板^電襞處理 危亦Οέ上電極組件’上電極組件包含上電容性電極、設置 電容性電極之上方的内與外感應線圈。夕卜感應線 = Ϊ定義於下電極之圓周的外部。上電容ί 置在下電極的正上方。下電極及上電容性電極係用以 葉轉變為第一電漿。外感應線圈係用以將第二氣體轉變為 在更另-實施例中，-種在電漿處理室中產生電聚的方 吞了將處理氣體供給至電漿處理室的步驟。該產生電漿之 含藉由供電予錢線_產生銶。錢線圈為上電極之^ 部分且圍繞上電極組件之上電極關邊。感應、_亦設 面上方，此表面被定義在設置於上電容性電極之 圓周的外部。 之 201203359 二下結合附圖以本發明之原理實例的方式加 以說月，本t月之八他態樣及優點將愈形清晰。 【實施方式】 站有效率且較彈性之處理室清理及侧系 數例示性實施例。熟知此技術者應瞭解:在 =本中述之部分或全部特定細節的情況下，仍可施行本 如=述，祕刻每片基板後之再現性處理室縣 3關ίϊΓϊίΓ清理已成為了下個世代之電装飯刻“ =Γίΐϊ理ΐ 實施例提供圍燒基板支稽件的第二電 :源狄處理至之周邊的第二電漿源可在基板侧 其具有圍$嫩侧邮二橫=’ -τ 部分。在-實施例中， .此觸6G _ = ==131被輸送至處理室内的氣體時產:了 s。： 源輸送上至約1瓦至㈣瓦的kp電力等ί。 板支撐件==ίί _133之赠__，其使基 麵極⑶具有適合容納彻 基剩示)並用以在i板峨作 201203359 r^(chuck)J ^ 〇 ,b 電屢電極(未圖示)的介魏n匕3 了夾持及去夾持目的用之高 100包含經由接地件13祕=覆下電極⑶。電漿處理設備 材料136來與下電極131^離^至壁140。接地件135係藉由介電 第一上電極Ul俜兮 第上電極1U為上電極 峰成以避免万染。 並提供即電力用之完㈣路的一雷=刀，其連接至接地件148 不同於下電極131之表 弟上電極所具有之表面積可 件118接地之處理室罩¥ '電^組件110係耦合至經由接地 一上電極llu系由導 :曰由山例示性而非限制性的方式，第 示性而非限制性的方式，第一°上雷 所構成。此外，藉由例 至約3 cm處。 上電極111係位於距離下電極約2 cm n2 ^ __，而RP 電^ 113中。線圈U2係麵合至 中，即電源127可供給混合頻^至源127。在一實施例 2000瓦之間。 ％耦口電氷的電力係介於約〇瓦至約 的是導電ί:二料113下方。圍繞介電材料113 拉第屏蔽1U之外緣的為哪下方且圍繞法 Π6係由石英所構成。 1電衣116。在一貫施例中，介電環 徑。ί=ί:ί二③：二巧之Γ,力的M接地路 間的面積比’以使電容性輕合電 201203359 隨著感應線圈112的導入而改變。維持相同的面積比使得蝕刻處 理即使在導人感應線11 112時仍然維持—致。此外，法拉第屏蔽 114阻擔了來自電感源的電場，以將電感性電敷處理期μ自感應線 圈112之電容性耦合最小化，以避免處理室元件受到濺射。如何 設計法拉第屏蔽的更進一步細節可在申請於2〇〇2年8月3〇曰之 共讓渡之美國專利申請號10/232,564之名為「Faraday Shield Di^osed within an Inductively Coupled Plasma Etching Chamber」及 申凊於2003年1月15日之美國專利申請?虎1〇/345,582之名為 「Dual Interleaved Faraday Shields F0r An Inductively Coupled

Plasma Etching Chamber」中找到。在處理室清理期間，卯電源 127供應線圈112電力以在區域150中產生電感性耦合電漿。在處 理室清理期間，導電環133係接地且下電極為浮接，因此區域15〇 中之電感性搞合電漿係主要集中在感應線圈1丨2與導電環133之 間。 圍繞第一上電極111與第二上電極112的為絕緣體120。絕緣 體120下方的為電漿限制環121、122、123。應注意:此處可為一 或多個電漿限制環。限制環12卜122、123對處理室内所產生的 電漿提供限制。在一實施例中，限制環121、122及123係由石英 所構成。在2004年6月1日發證之共讓渡之美國專利號6,744,212 之名為「Plasma Processing Apparatus And Method For Confining An RF Plasma Under Very High Gas Flow and RF Power Density Conditions」中及在2005年3月29日發證之美國專利號6,872,28i 之名為「Chamber Configuration For Confining A Plasma」中可找到 有關電榮限制壤之更進·—步細節。 ,氣體饋送件128係連接至上電極組件11〇之中央。由氣體饋 送件^28供應進入處理室空間18〇之氣體可為單一氣體或多種^ 肢的氣體混合物。在一實施例中，一旦氣體到達上電極組件U〇 後，氣體饋送件128自第一上電極111之中央及邊緣將氣體供應 至處理室。在-實施例中，第—上電極ηι亦為氣體分散喷淋^。 201203359 藉，例示性而非關性之方式’總氣體流量係上至觸w在 搞極組件n〇亦具有加熱板(未圖示），加熱板可被 用來將上電極ln之溫度維持在介於22 °C至約200 〇C之間。 =早先所述，上電極111係經由接地件148而接地。丄電極 亦可耦合至RF電源(未圖示)或Dc電源(未圖示第 間1電1性耦合電漿所用之電源可來自於耦 ;、雷ϊί/ 31的電源。當自上電極111供 i源你u 131係接地。此外，上及下電極可交替供給即 及咖^極⑴之奸電源亦可具有2MHz、2雇 處理在周邊區域i5Q中產生雜度電_不會對 之进射“染處理室二早以 作J f =了產生處理室清理電漿之處理流程的實施例。在摔 2處畔減體如〇2、μ供給至 供電至處理室空間180之感應線圈112，以 ί 室清理賴來清理處理 理室清理觸 性電極112與導電環133之間。 面中之電感 在儀刻處理期間’典型的平行板 (或晶_緣處顯示了賴密度下降 勻度控制調㈣。在侧處理_ 了=向均 緣提供額外的電聚密度而不影塑主電容性在基板邊 瞭解：由於偵用半如楚私4c j電合性電力的处接地路徑。應 外，電感權村響。此 子能量的_,如齡糧丨-介 201203359 此’使用電感源電漿可增加反應室之蝕刻製程窗。 圖ic顯示了產生飯刻電極之處理流程的實施例。在操作171 處’將蝕刻氣體例如高縱橫比之接觸插塞蝕刻(HARC)用之Ar、 〔而及〇2，或氧化物姓刻用之Ar、CF4、CHF3及〇2供給至電装 處理室。在蝕刻氣體進入處理室後，將RF供電至電容性電極及電 感性電極’以在操作173處產生独刻電漿。所產生之钮刻電漿具 有電容性成分及電感性成分。如上所述，靠近基板邊緣之電感性 成分可增加基板邊緣處之電漿密度，以補償基板邊緣處造成電衆 进度之下降。因此猎由在基板邊緣處添加電感性成分’可使钱刻 電毁在整個基板表面上變得更均勻。 圖2顯示了圖1A之前一實施例1〇〇的變化型2〇〇。兩組感應 線圈212A、212B係没置在上電極組件210中。兩組感應線圈係 由一内線圈212A及一外線圈212B所構成。法拉第屏蔽214係'設 置在整個上電極211上，以覆蓋内線圈212A及外線圈212B兩i J技第屏蔽214具有與上圖1A所述之法拉第屏蔽114類似的功 能。兩組線圈212A及212B係耦合至RP匹配226,而RF匹配226 係耦，至RF電源227。由於設置了兩組線圈212A、212B，因此 處理氣體係經由中央氣體饋送件228B及邊緣氣體饋送件228A而 ，給至亦可為噴淋頭的上電極211。圖2中之其他元件係類似於 1A中已述者。 ' ' hi 在處理室清理期間，可供電至兩感應線圈212人及2126 外線圈212B ’以產生清理電聚。若在處理室清理期間 ί兩線例如可將〇%至5〇%的電力百分比供給至内線圈八 ΓΓί的剩餘f力供給至外線圈。應注意：軟式電感= 會在清理期間靜電夾頭。更應注意：額外的内感應線 率處理室清理處理用之額外處理調整調節器。可以i同頻 要分離的^源。可增加額外的電源。 从外線圈而 在一實施例中，區域250中之電感性電漿係藉由下列方式所 201203359 ίί :先Ϊ清理氣體(或清理氣體混合物)供給至電衆處理室，接著 錯由將=電力供給至線圈獅來供電至感應線圈H至及接者 電室清理_間’可將下電極231維持浮接並將導 不合辟電競源可在周邊區域中產生高密度電毁而 何大幅的_ ’此種濺射會污染處理 亦可供電至感應線圈212Α、薦之“Km 以調整_電_勻度。除了在上電極211與下 2==曰1/^電雜轉合電聚外，亦可開啟感應電源職、 :££以二==:= 整 外線圈以調整電漿密度。如上所述，可將草 圈2=在至内線圈2ΐ2Α並將剩餘之電力供給至外線、 額外處理^=卜線圈胳、2ΐ2Β提供了钱刻處理用之 營處理ι調㈣。對於某些應用 (内、外或兩者)的鶴電力來魅電餘錢使料自感應線圈 感源；不會影響处接地路徑。此外，電 ;;^4Ξ(^2Λ4 a"tss ΐ線 A、212B)所取代外，藉由圖2中所示之每 ^ 的處理流程係類似於圖1C之處理流Λ 紐 本發明之另-實施例3〇〇係顯示於圖3八中。在圖从中，除 11 201203359 了内極331夕卜，外部下電極係— & 方。内部下電極331传用.:置於導電裱333之下 :電極3⑽合至:====部 件330之一部分。;rf^、、店3 σ丨卜電極“為下電極組 範圍間之單—_衫頻率。RF電ΪβΓ9 H力舰 極331及外部下電極335，並連接至rf匹内部下電 控制了待供給至4力下至電’開關336 下«極335可麵合至接地件3好2 理期間，外部 -331之^^== 源_給至内; 内部下電極331之rf ^六勺、ί 性接地。例如’若被供給至 由貯調整區塊套件357的^ ^允^2及6〇 MHz。藉 ⑻麻接地，以調整蝴處或兩個特定頻率如 331及/卜部下H替供給電力予内部下電極 示者。在處、、主/ 中之，、他元件係類似於圖1A中已 域350中提供供給至外部下電極335，以在區 電容性麵合電聚係產生於理室。區域350中之 壞性之作用被維 因此電容彳蝴合清理電襞及其破 因此，清理電默不會^擊^ UH331(或靜電夾頭)之處。 部下電極(或靜電夹 下電夾頭），因此延長了内 容性輕合電襞時不會像先^清===自下電極33i之電 邊處=上的聚合物(或:刻倾 361處，將Ϊ;ίίί=電製之處理流程的 實施例。在操作 月亂k 〇2、CF4等供應至電聚處理室。在操 12 201203359 作363處’將RP電力供應至 理室清理賴。接討使用處 。卩下電極，以產生處 ，清理期間’維持内部下電極的浮接電理處理室。在處 清理電漿係實質上遠離下電 周邊區域中之處理室 之間。 u在外部下電極與上電極 此外，周邊電容性雷％、、语担版7 A A 的能力。在蝕刻處理期間V開啟肩邊勻度控制調節器 電谷性輕合電_之電極邊義蝴電_=:⑽善靠近主 圖3C顯示了產生侧錢 ：° 處，將侧氣體例如高縱橫比之接^/^的貫_。在操作371 處理室。在操作373處，將即供雷及〇2供給至電漿 電極⑽，以產生钱刻電下電極(331)及外部下 基板邊緣處之電漿密度。 ^ 。卩下電極幫助增加靠近 —S Ϊ顯示i本發明之另—實施例。在圖4中，由 下方。^極435可3及法拉第屏㈣4 源。RP電源439將RP電1處之相_電 435，並受到開關436的控制p 或第二下電極 至約60 MHz範圍供應單-頻率或複^、 °二)=勺400此 力至内部下電極43i及外頻率。肝電源439供應電 ，P,|| ""43δ〇 =門開_控制待供應至内部電 外部下電極335麵合至接地_㈣ 用分離的RF電源，以將郎電力提供予下電極43i及

4二^極，。在基板钱刻期間，將電力供應至下電極43卜圖 4之其他兀件係類似於圖1A中已述者。 M 在處理室清理期間，首先將清理氣體供應至電漿處理室。之 13 201203359 ί雪應气第二下電極435，以提供區域450中之電感性轉 邊處理室硬體。區域45Q中之電感性轉合電㈣ 室之㈣ϊ極^11與第一下電極435之間，且主要存在靠近處理 於電漿靠近處理室之邊緣處，且係自電感源(低離 =)斤生成’因此電漿不會大幅地轟擊下電極(或靜電夾頭广 下電極或靜電夾頭之壽命。此外，賴不會像來自第-下電極431之電容性耦合電漿般產生許多粒子。 合料電感性_源可在周邊區域產生高密度電毁卻不 二j处里材料產生任何大幅的濺射，此濺射可污染處理室或 难Γ曰^*命。€祕賴源可有·清理沈積在触刻處理電 理室频上㈣合物(或_副產物）’卻沒有先 宮之ΐΪΞί理躺，典獅平行板電容㈣合賴在靠近處理 了電浆密度降低。上述之電感性賴源提供徑向 句勻度控制轉器。在侧處理期間可開啟電感性電衆，以 ^邊緣處提供額外的電襞密度，卻不會影響主電容性電力的卯 =路徑。此外，電感源電漿可提供賴至在基板上需要高電聚 ^及極健子能量的處理’例如，光關除或低介電常數介電 广钱刻。因此，使用額外的周邊電極可增加钱刻處理用之 窗以及在蝕刻操作間更有效地清理處理室。 ^ 〜亡述之電漿處理室對廣泛的處理應跡雙鎮嵌多步戰處理、 南縱橫比接觸插塞細(HARC)、剝除等提供了一系列的電漿 子⑨量及化學品控制，以及結合了電容性及電感性電衆源 的有效處理f清理。在-實酬巾，有效的處理室清理可被應用 至下一世代之粒子控制，以改善良率並延長蝕刻室中所用之^ 夾頭的壽命。 ％ 上述之電漿處理室提供調節器來控制基板上之處理參數的妒 向均勻度。使用多步驟配方之處理應用牵涉到—系列的處理壓工 力、RF電力及化學品，此些參數產生中央至邊緣之廣大均句度範 14 201203359 圍。現場控制調節器的可 供了隨著特徵部尺寸持病 子於使用了多步驟配方的處理提 性。 持、遍小而能夠維持嚴格均勻度控制的彈 雖然為了清楚瞭解太蘇 本發明，但應明白：在&就某些細節敘述了 行某些改變及修正。因此，:f利乾圍之乾嚀内可對本發明實 且本發明財輕齡κ、+、應被視為朗性而非限制性， 物内可對本發明進行變化㈣、、、田’在中請專利範圍之範#及均勻 【圖式簡單說明】 類似 之夂圖之詳細敘述，本發明將更容易瞭解 β亏彳不號係彳日不類似之結構元件。 示了基板蝕刻系統之-實施例的示意圖。 示了在鍋統中產生清理議處崎呈。 ，扣了在電漿系統+產生侧電漿的處理流程 圖2顯胃不_了基板钱刻系統之另一實施例的示意圖。 圖3Α顯;^ 了基板蝕刻系統之另一實施例的示意圖。 圖3Β顯示了在電漿系統中產生清理電漿的處理流程。 圖3C顯示了在電漿系統中產生蝕刻電漿的處理流程 圖4顯示了基板钱刻系統之更另一實施例的示意圖。 【主要元件符號說明】 100 110 111 112 113 114 115 電漿處理設備 上電極組件 第一上電極 第二上電極(感應線圈） 介電材料 法拉第屏蔽 導電性擋件 15 201203359 116 :介電環 117 :處理室罩蓋 118 :接地件 120 :絕緣體 121 :電漿限制環 122 :電漿限制環 123 :電漿限制環 126 : RJF 匹配 127:RF電源 128 :氣體饋送件 131 :下電極 132 :介電環 133 :導電環 135 :接地件 136 :介電材料 138 : RF(射頻)匹配 139 : RF電源 140 :室壁 148 :接地件 150 :區域 161 :將處理室清理氣體供應至電漿處理室 163 :供應RF電力至感應性電極，以產生清理電漿 171 :將蝕刻清理氣體供應至電漿處理室 173 :供應RF電力至電容性及電感性電極，以產生蝕刻電漿 180 :處理室空間 200 :電漿處理設備 211 :上電極 212A :内線圈 212B :外線圏 16 201203359 214:法拉第屏蔽 226 : RP匹配 227 : RF電源 228B :中央氣體饋送件 228A :邊緣氣體饋送件 233 :導電環 300 :電漿處理設備 331 :内部下電極 333 :導電環 335 :外部下電極 336 :開關 337 :接地件 338 : RF匹配 339 : RF電源 357 : RF調整區塊套件 350 :周邊區域 361 :將處理室清理氣體供應至電漿處理室 363 :供應RP電力至外部下電極，以產生清理電漿 371 :將蝕刻氣體供應至電漿處理室 373 :供應RP電力至内部及外部下電極，以產生蝕刻電漿 414 :法拉第屏蔽 431 :第一下電極 433 :導電環 435 :第二下電極 .436:開關 437 :接地件 438:RF匹配 439 : RP電源 457 : RF調整區塊套件 17

Claims (1)

1. 201203359 201203359 七、申s月專利範圍： 1_ -種電聚處理室，用以產生，其包含 _ 一 压土电眾，具包含： ί ίΐ組二極’其中該下電極係用以容納-基板; 該下H離 其中該導電環係藉由一介電環而與 電源；以及 配f接上至’該感應線圈圍繞該上 燃么“—請&用在界構該處理室内之—區域巾將氣體韓 ;門之ΐ邊該區域係位在介於該應線圈與圍繞該下電極之導電 極二==實質上係位於該下電 2·如申請專利範圍第1項之《處理室，更包含： 法拉第屏蔽，設置在該感應線圈的下方。 .如申請專利範圍S 1項之電漿處理室，更包含： 限制結構，圍繞於該電裝處理t中之—容積。 牽專利範圍第1項之電漿處理室，其中該RF電源供仏哺 s 約4GGkHz至約27廳之單—頻率或多ίίί 5.如申請專利範圍第i m夕重頻率。 介電材料祕赴電極錄電水處h其巾軸麟圈係藉由 6理ίί請專利範圍第1項之賴處理室，其中該電衆為處理室清 連第1項之賴處理室，其+該魏處理室包含 分離。接件之壁體’且該接地件係藉由介電材料而與該下電極 8· 一種電漿處理室，用以產生電漿，其包含： 極組件，具有下電極，其中該下電極細以料 該下繞該下電極，針料電環_由—介w而與 18 201203359 Rf電源；以及 ㈣具有触至接地件之上電極及錢線11，該感 ίΐ=、、、堯電極並透過处匹配連接至該处電源，其中當受 ’該感應線圈係肋在界定於該處理室内之一區 下雷搞ϊΐίΐ為電蒙，該區域係位在介於該感應線圈與圍繞該 表面與該上電極間所界定之範圍以外。”、電和之上 9.如申請，利範圍第8項之電聚處理室，更包含： 1〇 置在_麟圈的下方並與該導電環相對。 .如申μ專利砣圍第8項之電漿處理室，更包含： 限制結構，圍繞於該電漿處理室中之一 圈受該RF電源供電而進行一清 ，胃該感應線 ::;1:?自關結構之表面舆該魏 介:料電裝處理室’其中該感應線圈係藉由 Hi申請專利範圍第8項之電漿處理室，其中該電聚為處理室清 、·如申清專利範圍第8項之電带虛 連接至接地件之壁體，且义、中該電漿處理室包含 分離。 該接地件係猎由介電材料而與該下電極 15·—種電漿處理室，包含： 上，極(311)，連接至接地件(148); 部與下卿功，該内 奸電源(339);以及 丁， 開_)，該開關用以將即電源連接至下列任一者：連接 19 201203359 ，内部下電極以進行半導體晶_ 圓時’連接至外部下電極以處理室中不 表面的電漿清理。 延仃电漿處理室之内部 16·如申請專利範_ 15項之電毁處理室 :調整區塊套件(357)，連接於該開關與3下 7.如申請專利範圍第16項之雜處理室，其二之^ 調電極時，該外部下電極係連接至接蝴337)或即刀 8.如申明專利乾圍第16項之電聚處理室，其中該外部下電極為 線圈(435) ’且一法拉第屏蔽(414)設置於該外部下電極之上，並且 一導電環(433)設置於該法拉第屏蔽之上。 八、圖式： 20