TWI502619B

TWI502619B - 用於電漿處理設備之電極、電漿處理設備、以及使用電漿處理設備產生電漿的方法

Info

Publication number: TWI502619B
Application number: TW102142094A
Authority: TW
Inventors: Ikuo Sawada
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20140141619A1; TW201435962A; JP2016506592A; WO2014078393A1; KR20150086530A

Description

用於電漿處理設備之電極、電漿處理設備、以及使用電漿處理設備產生電漿的方法

本揭露內容關於工件之電漿處理，包含使用電容式耦合電漿系統之電漿處理。

在半導體元件製造程序中，像是蝕刻、濺鍍、CVD(化學氣相沉積)及類似者之電漿程序係經常在例如半導體晶圓之待處理基板上進行。在執行如此電漿程序之電漿處理設備之間，電容式耦合平行板電漿處理設備廣泛地受到運用。

在電容式耦合平行板電漿處理設備中，於腔室內設置一對平行板電極(一上部電極及一下部電極)，並將處理氣體引入該腔室。藉由對電極之至少一者施加射頻(RF)電功率，使高頻電場於電極之間形成，造成處理氣體之電漿藉由高頻電場而產生。接下來，電漿程序係藉由使用或操控電漿在晶圓上進行。

半導體晶圓之電漿蝕刻經常使用平行板電容式耦合電漿工具而執行。半導體工業正朝著在晶圓上製作更窄或更小節點(臨界特徵部)、以及使用更大晶圓尺寸發展。舉例來說，工業正從以直徑300mm之晶圓過渡到以直徑450mm之晶圓來作業。在更小的節點尺寸及更大的晶圓的情況下，為了避免所處理晶圓內之缺陷，電漿及自由基之巨觀及微觀的均勻度變得更加重要。

在電容式耦合電漿(CCP)中，主要的挑戰為電漿非均勻度。正變得更加希望在晶圓程序中使用超高頻電漿(30-300MHz)及在平面顯示器程序中使用射頻(RF)電漿(3-30MHz)。然而，由於電漿中所產生之駐波，如此較高頻電漿傾向於至少部份為不均勻。

處理CCP系統之非均勻度的習知嘗試包含使用帶有高斯透鏡結構之熱電極、及相位控制技術。然而，這些嘗試既複雜又昂貴。

在此揭露之技術包含電容式耦合電漿系統之帶有配置成協助產生均勻電漿之結構特徵的上部電極(熱電極)。如此結構特徵在面向電漿之表面上定義協助破壞駐波且/或避免駐波在電漿空間內形成之表面形狀。舉例來說，如此結構特徵可包含具有近似長方形之剖面、且從上部電極之表面突出的一組同心環。該等環之剖面尺寸、形狀、尺度、以及間隔皆被選定以造成產生均勻密度電漿之系統。

一實施例包含配置成用於平行板電容式耦合電漿處理設備之電極板。電漿處理設備包含形成處理空間以容納目標基板之處理腔室。處理氣體供應單元係受到包含且配置成供應處理氣體進入處理腔室。連接到處理腔室之排放口的排放單元從處理腔室之內部真空排放氣體。第一電極及第二電極在處理腔室內彼此相對而設置。第一電極為上部電極且第二電極為下部電極。第二電極配置成經由安裝台支撐目標基板。第一射頻(RF)功率施加單元配置成對第一電極施加第一RF功率，且第二RF功率施加單元配製成對第二電極施加第二RF功率。電極板可安裝到第一電極。電極板具有當安裝到第一電極時面向第二電極之表面區域。表面區域為實質上平坦且包含從表面區域突出之一組同心環。每一同心環具有預定剖面形狀，且每一同心環與相鄰之同心環間隔預定間隙距離。

另一實施例包含電漿處理設備。此可包含若干構件。處理腔室形成處理空間以容納目標基板。處理氣體供應單元配置成供應處理氣體進入處理腔室。排放單元連接到處理腔室之排放口以從處理腔室內部真空排放氣體。第一電極及第二電極在處理腔室內彼此相對而設置。第一電極為上部電極且第二電極為下部電極。第二電極配置成經由安裝台支撐目標基板。第一電極包含具有面向第二電極之表面的電極板。該表面為實質上平坦且具有預定形狀之外部邊界。該表面包含一組延長突出部。每一延長突出部自表面延伸出預定高度。每一延長突出部沿著第一電極之平坦表面並繞著第一電極之中心點延伸。延長突出部之至少一部分具有實質上類似於表面之外部邊界的延長形狀。該組突出部定位於表面上，使得突出部之一部分受到至少一其它突出部所圍繞。每一給定之延長突出部可定位於自相鄰之延長突出部起一預定距離處。第一射頻(RF)功率施加單元可配置成對第一電極施加第一RF功率。

另一實施例包含使用電漿處理設備產生供處理基板之均勻電漿的方式。電漿處理設備包含可真空排空之處理腔室、設於處理腔室內且做為供目標基板用之安裝台的下部電極、在處理腔室中面向下部電極而設置的上部電極、及連接到上部電極之第一射頻(RF)電源。第一RF功率施加單元供應第一RF功率至上部電極。將目標基板載入處理腔室並安裝於下部電極上。將起始氣體自處理腔室中排空。供應處理氣體進入處理腔室。電漿藉由對上部電極施加第一RF功率而由處理氣體產生。上部電極具有面向第二電極之表面區域。表面區域為實質上平坦且包含自該表面區域突出之一組同心環，該組同心環以預定之間隔分佈而定位，每一同心環具有預定剖面形狀。

當然，如在此所描述之不同步驟的討論順序係為求清楚而呈現。通常，這些步驟可以任何合適之順序執行。此外，儘管在此之不同特徵、技術、配置...等的每一者可能在本揭露內容之不同部份加以討論，但所意圖為概念之每一者可彼此獨立或與彼此合併而執行。因此，本發明可以許多不同方式實施或看待。

注意本發明內容部份並未具體敘明本揭露內容或請求之發明的每一實施例及/或略增新穎之實施態樣。反而是，本發明內容僅提供不同實施例及優於習知技術之相應的新穎性重點之初步討論。對於本發明及實施例之額外細節及/或可能之實施態樣，係將讀者引導至「實施方式」部份及如以下進一步討論之本揭露內容的相應圖式。

100‧‧‧電漿處理設備

110‧‧‧處理腔室

111‧‧‧接地導體

112‧‧‧絕緣板

114‧‧‧承受器支座

122‧‧‧DC(直流)電源

126‧‧‧內壁構件

128‧‧‧環狀之冷卻劑路徑

130a‧‧‧管線

130b‧‧‧管線

132‧‧‧氣體供應管線

146‧‧‧匹配單元

148‧‧‧上部功率饋入桿

150‧‧‧連接器

152‧‧‧功率饋入器

154‧‧‧第一高頻電源

156‧‧‧絕緣構件

170‧‧‧下部功率饋入桿

172‧‧‧可變電容器

174‧‧‧氣體排放口

176‧‧‧氣體排放管線

178‧‧‧氣體排放單元

180‧‧‧匹配單元

182‧‧‧第二高頻電源

184‧‧‧LPF(低通濾波器)

186‧‧‧HPF(高通濾波器)

200‧‧‧氣體供應系統

202‧‧‧處理氣體供應管線

210‧‧‧處理氣體供應單元

300‧‧‧上部電極

302‧‧‧內上部電極

304‧‧‧外上部電極

306‧‧‧介電部

308‧‧‧絕緣遮蔽構件

309‧‧‧上部電極

310‧‧‧電極板

312‧‧‧表面區域

314‧‧‧突出部

316‧‧‧外部邊界

318‧‧‧中心點

320‧‧‧電極支座

322‧‧‧緩衝腔室

324‧‧‧氣體注射開口

332‧‧‧圓角

334‧‧‧內圓角

336‧‧‧剖面寬度

338‧‧‧剖面高度

340‧‧‧間隙距離

400‧‧‧下部電極

410‧‧‧電極

416‧‧‧承受器

418‧‧‧靜電夾頭

424‧‧‧聚焦環

500‧‧‧控制單元

602‧‧‧電子密度差異

604‧‧‧電子密度差異

He‧‧‧氦

PS‧‧‧電漿空間、電漿產生空間

W‧‧‧晶圓

本發明不同實施例之更為完整的察知及其伴隨優點之許多者將在參照以下與隨附圖式共同考量之詳細描述的情況下變得顯而易見。圖式係未必等比例，而是將重點放在描繪特徵、原理及概念上。

圖1為顯示根據在此揭露之實施例的電漿處理設備之示意性配置的剖面圖。

圖2為根據在此揭露之實施例的上部電極之側剖面圖。

圖3為根據在此揭露之實施例的上部電極之底視圖。

圖4為根據在此揭露之實施例的上部電極之放大側剖面圖。

圖5為根據在此揭露之實施例的上部電極之立體剖面圖。

圖6A-6D顯示根據在此揭露之實施例的上部電極突出部範例之側剖面圖。

圖7A及7B顯示根據在此揭露之實施例的上部電極之形狀的側剖面圖範例。

圖8A及8B為顯示不同突出部圖形之上部電極的底視圖。

圖9A及9B為未使用在此實施例之電子密度的線圖。

圖10A及10C為在未使用在此實施例之電子密度的等值線圖。

圖10B及10D為根據在此實施例之電子密度結果的等值線圖。

圖11為根據在此揭露之實施例的上部電極之側剖面圖。

圖12為根據在此揭露之實施例的上部電極之底視圖。

在下列描述中說明特定細節，像是處理系統之確切幾何及其中所使用的各種構件與程序之描述。然而，應理解本發明可在自該等細節偏離之其它實施例中執行，且該等細節係為了解釋而非限制之目的。在此揭露之實施例將參照隨附圖式來描述。同樣地，針對解釋之目的，特定數字、材料、及配置係為了提供徹底之了解而提出。儘管如此，實施例仍可在沒有如此特定細節的情況下執行。具有實質上相等之功能性構造的構件係藉由相似的符號來代表，而因此可省略任何多餘的描述。

不同技術將描述為複數個別之操作俾以協助了解不同實施例。描述之順序不應被解讀成暗示該等操作必須為順序相依。的確，該等操作毋需依照呈現順序執行。所述之操作可依照與所述實施例不同的順序執行。可執行各種額外的操作且/或在額外實施例中省略所述之操作。

如在此所使用之「基板」或「目標基板」概括性地代表根據本發明而處理之物件。基板可包含元件(尤其是半導體或其它電子元件)之任何材料部份或結構，且可為例如基底基板結構(像是半導體晶圓)或是在基底基板結構上或覆蓋於其上之層(像是薄膜)。因此，基板不侷限於任何特定之基底結構、下方層或覆蓋層(圖形化或未圖形化的)，而是設想成包含任何如此層或基底結構、及任何層及/或基底結構之組合。底下之描述可能提及特定類型的基板，惟此僅為針對說明之目的。

在此所揭露之技術包含電漿處理系統及建構成容許均勻電漿產生之伴隨的電極板。電極板具有面向電漿產生空間之表面，且此面向電漿之表面包含即使當使用超高頻(VHF)RF(射頻)功率來產生電漿時亦提昇電漿均勻度的結構。如此表面結構可包含抬昇之同心環、嵌套迴圈、或提供徑向屏障之其它突出部。來自一組同心環的每一環可具有經過設計以提昇巨觀及微觀電漿均勻度兩者之剖面高度、剖面寬度、及剖面形狀、還有相鄰環之間隔。

存在著使用不同方式以產生電漿之複數不同電漿處理設備。舉例來說，不同方式可包含感應式耦合電漿(ICP)、輻射線槽孔天線(RLSA)、及電容式耦合電漿(CCP)，以及其它者。儘管其它使用電極之方式亦可伴隨不同實施例而使用，不過為求方便，在此所呈現之實施例將以平行板電容式耦合電漿(CCP)系統的背景加以描述。

圖1為顯示根據在此實施例之電漿處理設備的示意性配置之剖面圖。圖1中之電漿處理設備100為具有上部電極之電容式耦合平行板電漿蝕刻設備，該上部電極帶有突出部之圖形或自該上部電極突出到電漿空間的結構。注意在此之技術可伴隨像是用於電漿清洗、電漿聚合、電漿輔助化學氣相沉積...等其它電漿處理設備而使用。

更具體而言，電漿處理設備100具有定義處理容器之處理腔室110，該處理容器提供具有例如實質上圓柱狀之處理空間。處理容器可由例如鋁合金所形成，且可電性接地。處理容器之內壁可利用氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、或其它保護物加以塗覆。承受器416形成做為第二電極之範例的下部電極400(下部電極組件)之一部分，該第二電極當作使做為基板之晶圓W安裝於其上之安裝台。具體來說，承受器416係於承受器支座114上受到支撐，該承受器支座經由絕緣板112而實質上設置於處理腔室110中底部之中心。承受器支座114可為圓柱狀。承受器416可由例如鋁合金所形成。

承受器416在其上設有供固持晶圓W之靜電夾頭418(做為下部電極組件之一部分)。靜電夾頭418設有電極410。電極410與DC(直流)電源122電連接。靜電夾頭418經由當來自DC電源122之DC電壓施加於電極410上時所產生之庫侖力而吸引晶圓W到其本身。

聚焦環424設置於承受器416之上表面以圍繞靜電夾頭418。由例如石英所形成之圓柱狀內壁構件126附接至靜電夾頭418及承受器支座114之外部周圍側。承受器支座114包含環狀之冷卻劑路徑128。環狀之冷卻劑路徑128例如經由管線130a及130b與安裝在處理腔室110外部之冷卻器單元(未顯示)連通。環狀之冷卻劑路徑128係以循環通過管線130a及130b之冷卻劑(冷卻液體或冷卻水)供應。因此，安裝於承受器416上/上方之晶圓W的溫度可受控制。

穿過承受器416及承受器支座114之氣體供應管線132係配製成將熱傳送氣體供應至靜電夾頭418之上表面。像是He(氦)之熱傳送氣體(背側氣體)可經由氣體供應管線132供應至晶圓W及靜電夾頭418之間以協助加熱晶圓W。

其為第一電極之範例的上部電極300(亦即，上部電極組件)設於下部電極400之鉛直上方以平行地面向下部電極400。電漿產生空間或電漿空間(PS)定義於下部電極400及上部電極300之間。上部電極300包含具有圓盤狀之內上部電極302，而外上部電極304可為環狀並圍繞內上部電極302之外部。內上部電極302亦做為處理氣體入口，該處理氣體入口用於朝安裝於下部電極400上的晶圓W上之電漿產生空間PS注射特定量之處理氣體。上部電極300因而形成噴淋頭。

更具體而言，內上部電極302包含具有複數氣體注射開口324及突出部314之電極板310(其通常為圓形)。突出部314及其配置將在稍後更詳加描述。內上部電極302亦包含可拆卸式地支撐著電極板310之上側的電極支座320。電極支座320可形成為圓盤之形狀，該圓盤在電極板310為圓形時具有與電極板310實質上相等之直徑。在替代之實施例中，電極板310可為方形的、長方形的、多邊形的...等。電極支座320可由例如鋁所形成，且可包含緩衝腔室322。緩衝腔室322係用於使氣體擴散且具備擁有圓盤狀之空間。來自氣體供應系統200之處理氣體被引入緩衝腔室322。處理氣體可接著從緩衝腔室322移動到在該緩衝腔室下方空間之氣體注射開口324。內上部電極因而本質上地提供了噴淋頭電極。

具有環狀之介電部306介設於內上部電極302及外上部電極304之間。具有環狀且由例如氧化鋁所形成之絕緣遮蔽構件308氣密式地介設於外上部電極304及處理腔室110之內部周壁之間。

外上部電極304經由功率饋入器152、連接器150、上部功率饋入桿148、及匹配單元146與第一高頻電源154電連接。第一高頻電源154可輸出具有40MHz(百萬赫)或更高者(例如：60MHz)之頻率的高頻電壓，或是可輸出具有30-300MHz之頻率的超高頻(VHF)電壓。可將功率饋入器152形成為例如具有開放性下表面之實質上圓柱狀。功率饋入器可在其下端部連接到外上部電極304。功率饋入器152在其上表面之中央部藉由連接器150與上部功率饋入桿148之下端部電連接。上部功率饋入桿148在其上端部連接到匹配單元146之輸出側。匹配單元146連接到第一高頻電源154，且可將負載阻抗與第一高頻電源154之內部阻抗相匹配。然而，應注意外上部電極304為選擇性的且實施例可用單一上部電極而運作。

功率饋入器152在其外部受到可為圓柱狀且具有側壁之接地導體111所覆蓋，該側壁之直徑與處理腔室110之直徑實質上相等。接地導體111在其下端部連接到處理腔室110之側壁的上部。上部功率饋入桿 148穿過接地導體111之上表面的中央部。絕緣構件156介設於接地導體111及上部功率饋入桿148之間的接觸部。

電極支座320在其上表面與下部功率饋入桿170電連接。下部功率饋入桿170經由連接器150連接到上部功率饋入桿148。上部功率饋入桿148及下部功率饋入桿170形成從第一高頻電源154供應高頻電功率到上部電極300之功率饋入桿(共同稱為「功率饋入桿」)。可變電容器172設置於下部功率饋入桿170中。藉由調整可變電容器172之電容，當從第一高頻電源154施加高頻電功率時，形成於外上部電極304正下方之電場強度比上形成於內上部電極302正下方之電場強度的相對比例可受到調整。

氣體排放口174形成於處理腔室110之底部。氣體排放口174經由氣體排放管線176連接到可包含例如真空泵之氣體排放單元178。氣體排放單元178將處理腔室110之內部排空以藉此將處理腔室之內部壓力減壓至所期望的真空度。承受器416可經由匹配單元180與第二高頻電源182電連接。第二高頻電源182可輸出從2MHz到20MHz之範圍內(例如：2MHz)的高頻電壓。

上部電極300之內上部電極302與LPF(低通濾波器)184電連接。LPF 184在讓來自第二高頻電源182之低頻通到接地的同時阻斷來自第一高頻電源154之高頻。另一方面，形成下部電極之一部分的承受器416與HPF(高通濾波器)186電連接。HPF 186使來自第一高頻電源154之高頻通到接地。氣體供應系統200供應氣體至上部電極300。如圖1所示，氣體供應系統200包含例如供應用於在晶圓上執行特定程序(像是：成膜、蝕刻及類似者)之處理氣體的處理氣體供應單元210。處理氣體供應單元210與形成處理氣體供應路徑之處理氣體供應管線202連接。處理氣體供應管線202連接到內上部電極302之緩衝腔室322。

電漿處理設備100與控制電漿處理設備100之各構件的控制單元500連接。舉例來說，控制單元500除了控制氣體供應系統200之處理氣體供應單元210...等之外，亦控制DC電源122、第一高頻(或VHF)電源154、第二高頻(或VHF)電源182...等。

注意內上部電極302包含面向下部電極400之電極板310，藉此形成電容式耦合電漿工具之平行板。電極支座320與背向下部電極400的電極板310之背表面(在此，電極板之後表面)接觸，且可拆卸式地支撐著電極板310。在替代實施例中，電極板310可與上部電極300成為一體。然而由於電漿具有化學反應性而可侵蝕面向下部電極之表面區域，所以使電極板310具有可拆卸性具有益處。因此，可為了替換或是選擇適合特定電漿程序類型的各種不同類型材料之電極板而將電極板移除。

上部電極300亦可包含冷卻板或冷卻機構(未顯示)以控制電極板310之溫度。電極板310可由導體或半導體材料而形成，像是Si、SiC、摻雜Si、鋁等等。

在操作中，電漿處理設備100使用上部及下部電極在PS中產生電漿。所產生之此電漿可接著用於像是電漿蝕刻、化學氣相沉積、玻璃材料之處理及大型面板之處理...等各種類型的處理中處理像是晶圓W或任何待處理材料之目標基板。為求方便，此電漿產生將以蝕刻於晶圓上所形成之氧化物膜的背景來描述。首先，晶圓W在閘閥(未顯示)開啟後從負載鎖腔室(未顯示)載入處理腔室110，並安裝在靜電夾頭418上。接著，當從DC電源122施加DC電壓時，晶圓W係靜電式地附接至靜電夾頭418。隨後，閘閥關閉，且處理腔室110藉由氣體排放單元178抽空至特定真空位準。

其後，處理氣體從處理氣體供應單元210經由處理氣體供應管線202引入上部電極300內之緩衝腔室322，同時使處理氣體之流率藉由例如質流控制器加以調整。再者，引入緩衝腔室322之處理氣體均勻地從電極板310(噴淋頭電極)之氣體注射開口324排放到晶圓W，並接著使處理腔室110之內部壓力維持於特定位準。

在從3到150MHz之範圍內(例如：60MHz)的高頻電功率係從第一高頻電源154施加到上部電極300。藉此，高頻電場於上部電極300及形成下部電極之承受器416之間產生，然後處理氣體被解離並轉變成電漿。在從0.2到20MHz之範圍內(例如：2MHz)的低頻電功率係從第二高頻電源182施加到形成下部電極之承受器416。換言之，可使用雙重頻率系統。是故，電漿中的離子被吸往承受器416，而使蝕刻之非等向性藉由離子的協助而增加。

電容式耦合電漿工具之主要挑戰為電漿之非均勻度。若干電漿程序可從使用30-300MHz之範圍內的超高頻(VHF)電功率受益。然而，如此VHF電功率易於產生非均勻之電場。在較高的頻率下，波長減小但是非均勻度增加，尤其是當波長比起電極之直徑變得相對小時。如此非均勻度為有問題的，因為其造成晶圓W之不均勻曝露，該不均勻的曝露接著導致晶圓W內的缺陷。

產生均勻之電漿是複雜的。理想的電漿中具有相等之在電漿內運動的離子及電子之分佈。有不同涉及之變因可影響電漿之均勻度。該等變因包含功率、頻率、壓力、材料、及類似者。非均勻度之一量測為在不同位置之電漿內的電子密度。圖9A顯示電子密度(電漿強度)相對於電極板上位置的線圖。在此線圖中，X軸代表自(與電極板對齊之)晶圓中心點起的距離，以0為晶圓之中心。Y軸顯示相對電子密度。注意在晶圓的中心及邊緣之間具有顯著的電子密度差異602。有一尖銳的中央峰，因為晶圓中央之電子密度比邊緣之電子密度強大約3到4倍。

同樣地，圖9B中亦有類似的中央高峰或電子之中央高分佈。圖9B與圖9A有別於使用了較高的壓力。在較高壓力的情況下仍然有中央高峰，該中央高峰具有在邊緣者之3到4倍的電子密度(電子密度差異604)，但注意在此高壓下晶圓或電極邊緣附近亦有第二高峰。

圖10A為顯示電漿空間中相對於上部電極309及下部電極400之電子密度的等值線圖例。注意上部電極309(或電極板)如同習知之電極板而具有大致平坦的表面。圖10A與圖9A連動。等值線圖中較暗的空間代表較高之電子密度。因此，圖10A在電漿空間中央顯示高電子密度，而在朝向電極邊緣處顯示相對低之電子密度。除了圖10C與圖9B連動之外，圖10C與圖10A相似。就此來說，注意有高中央電子密度、以及在電漿空間邊緣的第二高峰(雖然較小)。

因此，構想將在此之技術藉由去除及/或控制此波來促進電漿內之均勻的電子密度。該等技術包含使用電極板310上之一或更多結構。如此結構位於電極板310之面向電漿的表面上。如此結構可配置成在徑向上、或確切地從電極板310之中心點向外提供一或更多屏障。

現在參照圖2，繪有電極板310之範例的側剖面圖。在表面區域312上具有複數突出部314。注意當從中心點318沿著表面區域312往外部邊界316移動時，這些結構(突出部)形成一類型之屏障。

圖3顯示電極板310之底視圖。在此視圖中，將突出部314顯示成一組以中心點318為中心之同心環。在一些實施例中，該組同心環可具有均分或等距離之間隔。在其它實施例中，間隔可有所變化。剖面的尺寸及形狀、還有同心環之間的間隙距離可基於電漿波長或所期望之電漿波長。同心環之數量亦可基於表面區域312之直徑加以變化。環或突出部314可安裝或附接(焊接、融合、固鎖)到表面區域312上，或是可像是藉由加工突出部或鑄造電極板而與電極板310成為一體。

圖4為電極板310之放大剖面圖。在此視圖中，突出部314係顯示成具有近似長方形、帶有圓角332及內圓角334的剖面形狀。如此修圓並非必要，但是可在控制波的行進上具有有益的效果。每一突出部可具有剖面寬度336及剖面高度338。相鄰之突出部以間隙距離340彼此分離。如此間隙距離340可從邊緣到邊緣、中心到中心、或以其它方式量測。這些尺寸的值可為絕對的或相對的。舉例來說，值可基於電極板直徑、基於特定蝕刻/沉積程序、或基於所產生電漿之電漿波長而從特定尺寸範圍加以選定。對於具有1到10公分之波長的VHF電漿而言，突出部尺寸及間隙距離可基於該波長而決定以產生最佳之電漿均勻度。

圖5為電極板310的放大立體剖面圖，顯示面向電漿空間的表面區域312。

有各種可選定用於在此實施例之剖面形狀。舉例來說，圖6A顯示相對薄的剖面形狀，使得突出部314本質上為從表面區域312突出之鰭片。圖6B顯示梯形之突出部314。在圖6C中，突出部314為修圓狀或半圓形。在圖6D中，突出部314為三角形。

除了突出部314之各種剖面形狀之外，電極板310亦可具有替代之剖面形狀。舉例來說，圖7A顯示具有高斯透鏡形狀之電極板310，其中表面區域312具有內凹之曲率(相對於電漿空間PS)。在圖7B中，電極板具有成階的表面區域312，其中表面區域312之不同部位為自下部電極400起之不同鉛直距離。

圖8A為電極板310之替代實施例的底視圖。圖8A顯示具有為長方形、帶有圍繞電極板中央之長方形及橢圓形延長突出部而非一組同心環的表面區域312之電極板310。在圖8B中，突出部314為非連續而具有開口之同心環，不過仍然使得突出部314在表面區域312上提供近乎垂直於給定徑向之屏障。在其它實施例中，環或突出部為連續。

利用相應電漿處理設備中之電極板上的如此突出部，即使處在VHF功率，電漿處理設備亦可提供均勻的電漿密度。圖10B及圖10D顯示使用具有同心環或其它延長突出部之電極板310的電漿處理設備中電子密度之等值線圖範例。注意如此電極板突出部之結果為橫跨該電漿空間之大致上均勻的電子密度。沒有在此之技術，電漿非均勻度可高到200%或更多，而在此之技術可提供少於10%之電漿非均勻度。

圖11及12說明電極板310之安排的替代範例。圖11為電極板310之範例的側剖面圖。圖12為電極板310之底視圖。在表面區域312上具有從該表面突出或以其它方式附接在該表面的複數突出部314(像是鰭片)。注意突出部314係安排在表面區域312的外部內。因此，表面區域312之內圓形部份不具有突出部，而表面區域312之外環形部份(邊緣區域)包含突出部314之複數同心環。亦注意突出部314具有近似三角形或錐形的剖面形狀。突出部314之側壁相對於表面區域312具有鈍角而非垂直於表面區域312。舉例來說，如此鈍角從表面區域312到相鄰之側壁可為介於大約100度及160度之間。具有傾斜之側壁可進一步促進電漿均勻度。舉例來說，可使在表面區域312附近或橫跨表面區域312移動之較高頻電磁波轉向進入電漿空間，藉此提昇均勻度。在此實施例中，如同典型情形，較高頻RF可從上部電極供應而較低RF頻率可從下部電極供應。然而，當從下部電極施加較高頻率、並從上部電極施加較低頻率時，此實施例亦可有效地發揮作用。

顯然，具有由在此之技術所提供的各種替代實施例。

一實施例包含用於電漿處理設備之電極。此電極可為可移除之電極或更為永久性之電極。電極包含配置成用於平行板電容式耦合電漿處理設備中之電極板。電漿處理設備包含形成處理空間以容納像是半導體晶圓或平面面板之目標基板的處理腔室。處理氣體供應單元配置成供應處理氣體進入處理腔室。排放單元連接到處理腔室之排放口，俾以從處理腔室內部真空排放氣體。第一電極及第二電極在處理腔室內彼此相對而設置。第一電極為上部電極(300)且第二電極為下部電極(400)。第二電極配置成經由安裝台而支撐目標基板。第一射頻(RF)功率施加單元配置成對第一電極施加第一RF功率。此第一RF功率施加單元可包含電源、或用以接收及施加外部電源的線路。第二RF功率施加單元配置成對第二電極施加第二RF功率。電極板可安裝於第一電極。電極板具有當安裝於第一電極時面向第二電極之表面區域。電極板之表面區域為實質上平坦並包含從表面區域突出之一組同心環。每一同心環具有預定之剖面形狀，且每一同心環與相鄰之同心環以預定之間隙距離(像是特定徑向距離)間隔。

每一同心環之剖面高度可大於大約0.5mm且小於大約10.0mm。又，每一同心環之剖面寬度可大於大約1.0mm且小於大約20.0mm。預定之間隙距離可大於大約1.0mm且小於大約50.0mm。其它實施例具有更狹窄的範圍。舉例來說，每一同心環之剖面高度大於大約1.0mm且小於大約3.0mm，且每一同心環之剖面寬度大於大約2.0mm且小於大約5.0mm，而預定之間隙距離大於大約6.0mm且小於大約20.0mm。

所施加之第一RF功率可介於3MHz及300MHz之間、或是針對VHF應用而介於30MHz及300MHz之間。在此之技術可對於RF頻率及更低者為有效。每一同心環之剖面高度、每一同心環之剖面寬度、及預定之間隙距離皆可基於電極板之表面區域的直徑而選定。舉例來說，與直徑450mm之晶圓相比，可針對直徑300mm之晶圓使用不同配置。每一同心環之剖面形狀可為近似長方形。此近似長方形之剖面形狀可具備帶有介於0.2mm及1.0mm之間之半徑的圓角，且具備帶有介於大約0.2mm及1.0mm之間之半徑的內圓角。

在另一實施例中，電漿處理設備包含形成處理空間以容納目標基板之處理腔室、配置成供應處理氣體進入處理腔室之處理氣體供應單元、連接到處理腔室之排放口以將氣體從處理腔室之內部真空排放之排放單元、第一電極及第一RF功率施加單元。第一電極及第二電極於處理腔室內彼此相對而設置。第一電極為上部(熱)電極且第二電極為下部電極。第二電極配置成經由可為靜電夾頭之安裝台來支撐目標基板。第一電極包含具有面向第二電極之表面的電極板，且該表面為實質上平坦並具有預定形狀之外部邊界。該表面包含一組延長突出部。每一延長突出部從該表面延伸或突出預定高度，每一延長突出部沿著平坦之表面並繞著第一電極之中心點延伸。延長突出部之至少一部分具有實質上類似於表面之外部邊界的延長形狀。因此，對於圓形電極，延長突出部為實質上圓形；對於橢圓形電極，突出部之至少少數者為橢圓形；而對於長方形電極，延長突出部之至少一部分為長方形。此部份可為延長突出部之整組或少於延長突出部之整組。該組延長突出部定位於表面上，使得突出部之一部份受到至少一其它突出部所圍繞。換言之，延長突出部之整體或一些者為嵌套的(若為長方形)或同心的(若為圓形)。每一給定之延長突出部可定位於自相鄰之延長突出部起之預定距離處。因此，每一延長突出部之間可具有相等或可變的間隔。第一射頻(RF)功率施加單元配置成對第一電極施加第一RF功率。第二RF功率施加單元亦可配置成對第二電極施加第二RF功率。

每一突出部之預定高度可大於大約0.5mm且小於大約10.0mm，且每一突出部之剖面寬度大於大約1.0mm且小於大約20.0mm，而相鄰突出部之間的間隙距離大於大約1.0mm且小於大約50.0mm。或者是，每一突出部之預定高度大於大約1.0mm且小於大約3.0mm，剖面寬度大於大約2.0mm且小於大約5.0mm，且相鄰突出部之間的間隙距離大於大約6.0mm且小於大約20.0mm。

電漿處理可以介於3MHz及300MHz之間的第一RF功率、或是介於30MHz及300MHz之間的第一RF功率來執行。每一突出部之預定高度及每一突出部之剖面寬度可基於第一RF功率之頻率範圍選定，使得經由電漿處理裝置所產生之電漿具有橫跨第一電極之實質上均勻的電子密度。高度亦可基於來自處理空間內所產生之電漿的電漿波波長而決定。該組延長突出部之至少一部分可具有實質上長方形之延長形狀。

電極板可包含選自由鋁、矽、及摻雜矽所組成之群組的材料。其它材料包含不鏽鋼、碳、鉻、鎢、或其它半導電或導電材料。電極板可包含防護性塗層。

其它實施例可包含使用帶有突出部之電極的電漿處理方法。舉例來說，在如上所述之電漿處理設備中，處理可藉由將目標基板載入處理腔室、並將目標基板安裝在下部電極上開始。將來自處理腔室之初始氣體抽空。因此可移除在裝載目標基板時所存在的任何氣體。接著將處理氣體供應進入處理腔室。電漿係藉由對上部電極施加第一RF功率而從處理氣體(像是氬)產生。此上部電極具有面向第二電極之表面區域。此表面區域為實質上平坦且包含從該表面區域突出之一組同心環。該組同心環以預定之間距分佈而定位，且每一同心環具有預定之剖面形狀。程序可包含使用連接到下部電極之第二RF電源，第二RF電源對下部電極施加第二RF功率，藉此使下部電極產生偏壓。第一頻率以及處理腔室內之操作壓力可受調整，使得所產生之電漿具有小於大約10%之橫跨第二電極的特定電子密度不均勻度。

在替代實施例中，電極上所包含之環的數目可基於電極之直徑。同樣地，突出部之剖面尺度可基於電極直徑。在一些實施例中，用於處理直徑300mm之晶圓的電極板包含介於大約2及30之間的環，而用於處理直徑450mm之晶圓的電極板則包含介於大約3及45之間的環。在一些實施例中，間隙距離(介於突出部之相鄰行或相鄰環之間的間隔距離)小於處理腔室內產生之電漿的波長或小於處理腔室內產生之電漿波長的頻率。在其它實施例中，尺寸可基於四分之一波長。

在一些實施例中，剖面尺寸及/或鰭片間隔可基於施加於上部電極之頻率。舉例來說，當電漿藉由使用施加於上部電極之3-30MHz的頻率而產生時，則鰭片間隔可具有第一預定鰭片間隔。然後，當電漿藉由使用施加於上部電極之30-300MHz的頻率而產生時，使用第二預定鰭片間隔，其中第二預定鰭片間隔小於第一預定鰭片間隔。對上部電極施加較高頻率可使得電漿波長明顯地小於電極板。舉例來說，在所施加頻率介於3-30MHz的情況下，產生之電漿可具有15公分或更大者之波長，而在所施加頻率介於30-300MHz(或更大)的情況下，所產生電漿可具有小於15cm的波長，且由於較高諧波之效應而甚至小於1-3cm。因此，上部電極板之尺寸可基於具有特定頻率之特別調整的施加功率。

選定突出部之最佳剖面高度具有助益。在相對小之突出部高度的情況下，仍然可能有中央高之電子密度。然而，假如突出部太高，則電子密度將維持邊緣高(edge high)。介於上部電極及下部電極之間之典型的間隔(介於電極板表面及目標基板表面之間的間隔)可介於大約10及100mm之間。上部電極之典型的功率範圍為介於50瓦及20000瓦，而壓力可在從1mTorr(毫托)到10Torr之範圍。

儘管僅有本發明之若干實施例已於以上詳加描述，該領域中具有通常知識者仍將輕易地察知許多修改在無顯著偏離自本發明之新穎教導及優點的情況下於實施例中為可能。因此，所意圖為所有如此修改皆被包含在本發明之範圍內。

310‧‧‧電極板

314‧‧‧突出部

316‧‧‧外部邊界

324‧‧‧氣體注射開口

Claims

一種用於電漿處理設備之電極，包含：一電極板，配置成用於一平行板電容式耦合電漿處理設備，該電漿處理設備包含：一處理腔室，形成一處理空間以容納一目標基板；一處理氣體供應單元，配置成供應一處理氣體進入該處理腔室；一排放單元，連接到該處理腔室之一排放口以從該處理腔室之內部真空排放氣體；一第一電極及一第二電極，在該處理腔室內彼此相對而設置，該第一電極為一上部電極且該第二電極為一下部電極，該第二電極配置成經由一安裝台支撐該目標基板；一第一射頻(RF)功率施加單元，配置成對該第一電極施加一第一RF功率；及一第二RF功率施加單元，配置成對該第二電極施加一第二RF功率，其中該電極板可安裝至該第一電極，該電極板在安裝至該第一電極時具有面向該第二電極之一表面區域，該表面區域為實質上平坦且包含自該表面區域突出之一組同心環，每一同心環具有一預定剖面形狀，且每一同心環與一相鄰之同心環間隔一預定間隙距離。
如申請專利範圍第1項之用於電漿處理設備之電極，其中每一同心環之一剖面高度大於大約0.5mm且小於大約10.0mm，且其中每一同心環之一剖面寬度大於大約1.0mm且小於大約20.0mm，且其中該預定間隙距離大於大約1.0mm且小於大約50.0mm。
如申請專利範圍第2項之用於電漿處理設備之電極，其中每一同心環之該剖面高度大於大約1.0mm且小於大約3.0mm，且其中每一同心環之該剖面寬度大於大約2.0mm且小於大約5.0mm，且其中該預定間隙距離大於大約6.0mm且小於大約20.0mm。
如申請專利範圍第1項之用於電漿處理設備之電極，其中該第一RF功率介於3MHz及300MHz之間。
如申請專利範圍第4項之用於電漿處理設備之電極，其中該第一RF功率介於30MHz及300MHz之間。
如申請專利範圍第1項之用於電漿處理設備之電極，其中每一同心環之一剖面高度、每一同心環之一剖面寬度、及該預定間隙距離皆基於該電極板之該表面區域的直徑而選定。
如申請專利範圍第1項之用於電漿處理設備之電極，其中每一同心環之一剖面形狀為近似三角形或梯形，使得每一同心環之側壁以相對於該表面區域之一鈍角而突出。
如申請專利範圍第1項之用於電漿處理設備之電極，其中每一同心環之一剖面形狀為近似長方形，且其中近似長方形之該剖面形狀具備帶有介於0.2mm與1.0mm之間的一半徑之一圓角，且具備帶有介於大約0.2mm及1.0mm之間的一半徑之一內圓角。
一種電漿處理設備，包含：一處理腔室，形成一處理空間以容納一目標基板；一處理氣體供應單元，配置成供應一處理氣體進入該處理腔室；排放單元，連接到該處理腔室之一排放口以從該處理腔室內部真空排放氣體；一第一電極及一第二電極，在該處理腔室內彼此相對而設置，該第一電極為一上部電極且該第二電極為一下部電極，該第二電極配置成經由一安裝台支撐該目標基板，該第一電極包含具有面對該第二電極之一表面的一電極板，該表面為實質上平坦且具有一預定形狀之一外部邊界，該表面包含一組延長突出部，每一延長突出部自該表面延伸一預定高度，每一延長突出部沿著該第一電極之平坦的該表面且繞著該第一電極之一中心點延伸，該延長突出部之至少一部分具有實質上類似於該表面之該外部邊界的一延長形狀，該組延長突出部定位於該表面上，使得該等延長突出部之一部分受到至少一其它突出部所圍繞，每一給定之延長突出部定位於自一相鄰之延長突出部起一預定距離處；及一第一射頻(RF)功率施加單元，配置成對該第一電極施加一第一RF功率。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，其中每一突出部之該預定高度大於大約0.5mm且小於大約10.0mm，且其中每一突出部之一剖面寬度以在該電極板之該表面的一剖面寬度大於在自該表面起之該預定高度的一剖面寬度的方式線性地變化，且其中相鄰突出部之間的一間隙距離大於大約1.0mm且小於大約50.0mm。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，其中每一突出部之該預定高度大於大約0.5mm且小於大約10.0mm，且其中每一突出部之一剖面寬度大於大約1.0mm且小於大約20.0mm，且其中相鄰突出部之間的一間隙距離大於大約1.0mm且小於大約50.0mm。
如申請專利範圍第11項之電漿處理設備，其中每一突出部之該預定高度大於大約1.0mm且小於大約3.0mm，且其中該剖面寬度大於大約2.0mm且小於大約5.0mm，且其中相鄰突出部之間的該間隙距離大於大約6.0mm且小於大約20.0mm。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，其中該第一RF功率介於3MHz及300MHz之間。
如申請專利範圍第13項之電漿處理設備，其中該第一RF功率介於30MHz及300MHz之間。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，其中每一突出部之該預定高度及每一突出部之一剖面寬度係基於該第一RF功率之一頻率範圍而選定，使得經由該電漿處理設備所產生之電漿具有橫跨該第一電極之一實質上均勻電子密度。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，其中該組延長突出部之至少一部分具有實質上長方形之一延長形狀。
如申請專利範圍第9項之電漿處理設備，更包含：一第二RF功率施加單元，配置成對該第二電極施加一第二RF功率，其中該第一電極之該電極板包含選自由鋁、矽、及摻雜矽所組成之群組的一材料。
一種使用一電漿處理設備產生供處理一基板之電漿的方法，該電漿處理設備包含可真空排空之一處理腔室；一下部電極，設於該處理腔室中且做為供一目標基板用之一安裝台；一上部電極，設於該處理腔室中而面對該下部電極；及一第一射頻(RF)電源，連接到該上部電極，該第一RF電源對該上部電極施加一第一RF功率，該方法包含下列步驟：將該目標基板載入該處理腔室，並將該目標基板安裝於該下部電極上；將一起始氣體自該處理腔室排空；供應一處理氣體進入該處理腔室；藉由對該上部電極施加該第一RF功率而產生該處理氣體之電漿，該上部電極具有面對該下部電極之一表面區域，該表面區域為實質上平坦且包含自該表面區域突出之一組同心環，該組同心環以一預定間隔分佈而定位，每一同心環具有一預定剖面形狀；及調整該第一RF功率且調整該處理腔室內之壓力，使得產生之電漿具有小於大約10%之橫跨該下部電極的一特定電子密度非均勻度。
如申請專利範圍第18項之使用一電漿處理設備產生供處理一基板之電漿的方法，其中該電漿處理設備更包含連接到該下部電極之一第二RF電源，該第二RF電源對該下部電極施加一第二RF功率，其中該方法更包含：藉由對該下部電極施加該第二RF功率而使該下部電極產生偏壓。