TWI672725B - 製程腔室以及電容耦合電漿裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露提供了一種製程腔室以及電容耦合電漿裝置，製程腔室包括腔室本體、內襯和磁性組件。內襯設置於腔室本體內，限定形成處理晶片的製程區域；磁性組件設置於製程區域外，其所產生的磁場能夠在該晶片處理製程中，縮小晶片的邊緣區域與中心區域的蝕刻速率的差距。

Description

製程腔室以及電容耦合電漿裝置

本揭露涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種製程腔室以及電容耦合電漿裝置。

在半導體蝕刻製程中，晶片的蝕刻均勻性是其重要的技術指標。為了防止支撐盤被蝕刻從而污染晶片，電漿蝕刻裝置的下電極尺寸通常都小於晶片尺寸。因此在晶片的邊緣存在著遠高於中心區的電場，導致該邊緣區域電漿密度較高，到達晶片邊緣的離子通量很大，造成晶片邊緣蝕刻速率偏高，嚴重影響晶片的蝕刻均勻性，這種效應叫做邊緣電場效應，在電容耦合電漿（CCP）的蝕刻裝置中尤為嚴重，有時晶片邊緣的蝕刻速率甚至是中心區的一倍以上。

目前主要是通過特定結構的聚焦環（focus ring）來解決邊緣電場效應問題。聚焦環直徑略大於晶片。聚焦環的介電常數要儘量大，常採用石英晶體或陶瓷，所選材料要與蝕刻製程相容。這種結構的聚焦環可以改善邊緣電場的分佈，可以通過調整聚焦環的高度、內徑來限制到達晶片邊緣的離子通量，從而降低晶片邊緣的蝕刻速率。

然而，在實現本揭露的過程中，申請人發現先前技術存在如下缺陷： 在電容耦合電漿蝕刻裝置中，邊緣電場效應非常強烈，增大聚焦環的高度以及調整聚焦環內徑難以有效解決邊緣蝕刻速率過高的問題；並且，如果聚焦環的高度過大，蝕刻副產物容易沉積在聚焦環的內側，從而影響製程的穩定性。

本揭露旨在至少部分地解決先前技術中存在的技術問題，提出了一種製程腔室以及電容耦合電漿裝置。

根據本揭露的一個方面，提供了一種製程腔室，包括： 腔室本體； 內襯，設置於該腔室本體內，該內襯限定形成處理晶片的製程區域； 磁性組件，設置於該製程區域外，該磁性組件所產生的磁場能夠在該晶片處理製程中，縮小該晶片的邊緣區域與中心區域的蝕刻速率的差距。

在本揭露的一些實施例中，該磁性組件與該晶片的邊緣區域相對應，以使得該磁性組件所產生的磁場分佈於該晶片的邊緣區域，以降低該晶片的邊緣區域的蝕刻速率。

在本揭露的一些實施例中，該磁性組件包括：沿徑向分佈內層磁鐵和外層磁鐵；其中，該內層磁鐵的極性與該外層磁鐵的極性相反。

在本揭露的一些實施例中，該內層磁鐵和該外層磁鐵均呈環狀結構。

在本揭露的一些實施例中，該環狀結構由複數圓柱形磁鐵等間距排列形成。

在本揭露的一些實施例中，該環狀結構由複數弧形磁鐵等間距排列形成。

在本揭露的一些實施例中，該環狀結構為一體成型的環形磁鐵。

在本揭露的一些實施例中，該磁性組件的材質為N38SH或者N40SH。

在本揭露的一些實施例中，該內層磁鐵的直徑大於該晶片的直徑，該內層磁鐵與該外層磁鐵的徑向間距小於30mm。

在本揭露的一些實施例中，還包括支撐組件，該支撐組件包括基座和聚焦環，該聚焦環耦接到該基座並環繞該基座的外周壁，該基座包括支撐盤和絕緣盤； 該支撐盤用於承載該晶片，該絕緣盤用於將該支撐盤與該內襯絕緣。

在本揭露的一些實施例中，該內襯包括頂襯和底襯，該頂襯和該底襯共同限定形成該製程區域； 該支撐組件設置於該底襯的背離該腔室本體的底壁的表面，該磁性組件設置於該底襯的朝向該腔室本體的底壁的表面，且該磁性組件對應於該支撐組件的邊緣區域，以使得該磁場分佈於該基座的邊緣部分以及該聚焦環所在的區域。

在本揭露的一些實施例中，該內層磁鐵的直徑大於該晶片的直徑，該內層磁鐵與外層磁鐵的徑向間距等於該支撐盤的背離該腔室本體的底壁的表面與該底襯朝向該腔室本體的底壁的表面的垂直間距。

根據本揭露的另一個方面，提供了一種電容耦合電漿裝置，包括上述製程腔室。

在本揭露的一些實施例中，該電容耦合電漿裝置為電容耦合電漿預清洗裝置。

本揭露通過設置與晶片邊緣區域相對應的磁性組件，可以有效降低晶片邊緣的蝕刻速率，縮小與晶片中心區域蝕刻速率的差距，從而提高了晶片的蝕刻均勻性，解決了邊緣電場效應問題，並且不會導致蝕刻副產物沉積在聚焦環內側，能夠保證製程長時間穩定。

為使本揭露的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本揭露進一步詳細說明。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本揭露的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本揭露的概念。

本揭露實施例提供了一種製程腔室，其可以應用於電容耦合電漿裝置，尤其是可以應用於電容耦合電漿預清洗裝置，如第1圖所示，該製程腔室100包括：腔室本體110、內襯120和磁性組件130。

如第1圖所示，腔室本體110包括側壁111以及與側壁111連接的底壁112，底壁112設置有抽氣口112a，用於將製程氣體及蝕刻副產物排出。內襯120設置於腔室本體110內，用於防止腔室本體110被電漿污染腐蝕，該內襯120限定形成處理晶片（圖中未示出）的製程區域S。該內襯120可以是分體的結構，如第1圖所示，內襯120可以包括底襯121和頂襯122，頂襯122和底襯121一起限定形成製程區域S。當然，除此以外，內襯120也可以是一體的結構。

磁性組件130設置於製程區域S外，例如，如第1圖所示，該磁性組件130可以設置於製程區域S的下方。磁性組件130能夠產生磁場，並且，其所產生的磁場能夠在晶片處理製程中，縮小晶片的邊緣區域與中心區域的蝕刻速率的差距。

正如先前技術部分記載的那樣，在晶片的邊緣區域存在著遠高於中心區域的電場，導致該邊緣區域電漿密度較高，到達晶片邊緣的離子通量很大，造成晶片邊緣蝕刻速率偏高，嚴重影響晶片的蝕刻均勻性。因此，發明人設計出了本揭露的製程腔室100的結構，即在製程區域S外設置磁性組件130，例如，如第1圖所示，可以將磁性組件130設置在晶片的邊緣區域。這樣，製程時，磁性組件130所產生的磁場主要分佈於磁性組件130的上方和下方，從而可以使得部分電漿會被約束在磁場的分佈區域內，同時使得垂直於磁場的電場分量也難以有效耦合到電漿中，晶片邊緣的電漿密度降低。上述兩種因素導致到達晶片邊緣的離子通量減少，從而降低晶片邊緣的蝕刻速率。同時，在晶片的中心區域，磁場強度迅速衰減，幾乎不會對晶片中心的蝕刻速率造成影響，從而改善了晶片蝕刻的均勻性。

如第1圖所示，具體來說，磁性組件130可以設置於底襯121的朝向腔室本體110的底壁112的表面，較佳地磁性組件130可以與晶片的邊緣區域相對應，以使得磁性組件130所產生的磁場分佈於晶片的邊緣區域，以降低晶片邊緣區域的蝕刻速率。

具體地，如第1圖所示，磁性組件130包括：沿徑向分佈的內層磁鐵131和外層磁鐵132。內層磁鐵131的極性與外層磁鐵132的極性相反，以便兩者之間能夠形成磁迴路。例如，如第1圖所示，內層磁鐵131的S極朝上、N極朝下，相應地，外層磁鐵132的S極朝下、N極朝上。當然，也可以是內層磁鐵131的S極朝下、N極朝上，相應地，外層磁鐵132的S極朝上、N極朝下。

一般地，晶片為圓形結構，因此，為了適應晶片的結構，內層磁鐵131和外層磁鐵132均呈環狀結構。

如第2圖所示，在本實施例中，內層磁鐵131和外層磁鐵132均為複數（第2圖中為20個）圓柱形磁鐵等間距排列形成的同心環狀結構，圓柱形磁鐵的一端固定於內襯120的下表面，圓柱形磁鐵的一端可以固定於底襯121的下表面，並應當與底襯121的下表面接觸良好，以防止出現打火。內層磁鐵131所有圓柱形磁鐵的極性排列一致，外層磁鐵132所有圓柱形磁鐵的極性排列一致，並且內層磁鐵131圓柱形磁鐵的極性與外層磁鐵132圓柱形磁鐵的極性相反，以使內層磁鐵131和外層磁鐵132形成磁迴路。在一個示例中，內層磁鐵131的圓柱形磁鐵S極朝上固定於底襯121的下表面、N級朝下面向腔室本體的底壁112；外層磁鐵132的圓柱形磁鐵S極朝下面向腔室本體的底壁112、N級朝上固定於底襯121的下表面。在另一個示例中，也可以與上述情況相反，即內層磁鐵131的圓柱形磁鐵N極朝上、S級朝下，外層磁鐵132的圓柱形磁鐵N極朝下、S級朝上。

如第3圖所示，本實施例的磁性組件130形成磁場，磁場主要分佈於磁性組件130上方和下方、並且位於內層磁鐵131和外層磁鐵132之間的區域。由於磁性組件130對應晶片的邊緣區域，磁性組件130上方的磁場也就分佈於晶片的邊緣區域。製程時，由於晶片的邊緣區域存在磁場，部分電漿會被約束在該邊緣區域，同時使得垂直於磁場的電場分量也難以有效耦合到電漿中，晶片邊緣的電漿密度降低。上述兩種因素導致到達晶片邊緣的離子通量減少，從而降低晶片邊緣的蝕刻速率。同時，在離晶片邊緣區域較遠的區域，即晶片的中心區域，磁場強度迅速衰減，幾乎不會對晶片中心的蝕刻速率造成影響，從而改善了晶片蝕刻的均勻性。

可選地，磁性組件130的材質為N38SH或者N40SH，這些材質的磁性組件130能夠耐150℃的高溫，能夠用於真空環境。內、外層磁鐵均位於製程區域外部，其不與電漿接觸，不會被電漿污染腐蝕。

如第2圖所示，內層磁鐵131的直徑W可以略大於晶片直徑，內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h較佳地可以小於30mm。在上述尺寸範圍內，內層磁鐵131的直徑W、內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h均可以調節。另外，還可以選用不同磁場強度的磁鐵，通過調節內層磁鐵131的直徑W、內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h及磁鐵的磁場強度，可以控制晶片邊緣的蝕刻速率。

如第1圖所示，製程腔室100還包括支撐組件140，支撐組件140包括基座141和聚焦環142。聚焦環142耦接到基座141並環繞基座141的外周壁。基座141包括支撐盤141a和絕緣盤141b。支撐盤141a用於支撐晶片。絕緣盤141b用於將支撐盤141a與內襯120絕緣。聚焦環142防止晶片滑出支撐盤141a，並將電漿約束在支撐組件140上方，起到抑制邊緣電場效應的作用。

具體地，如第1圖所示，支撐組件140設置於底襯121的背離腔室本體110的底壁112的表面，更具體地來說，絕緣盤141b和支撐盤141a依次設置在底襯121的上表面。磁性組件130設置於底襯121的朝向腔室本體110的底壁112的表面，並且，該磁性組件130對應於支撐組件140的邊緣區域，以使得磁場分佈於基座141的邊緣部分以及聚焦環142所在的區域。

具體地，如第3圖所示，內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h約為支撐盤141a與內層磁鐵131的間距，即支撐盤141a上表面至底襯121的下表面的距離a，a較佳小於30mm。在上述尺寸範圍內，內層磁鐵131的直徑W、內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h均可以調節。例如在第3圖中，內層磁鐵131位於支撐盤141a和絕緣盤141b邊緣的下方，外層磁鐵132位於聚焦環142下方。也可以如第1圖所示，內層磁鐵131位於聚焦環142下方，外層磁鐵132位於聚焦環142的外側，其內層磁鐵131的直徑W要大於晶片的直徑。另外，同樣地，還可以選用不同磁場強度的磁鐵，通過調節內層磁鐵131的直徑W、內層磁鐵131與外層磁鐵132的徑向間距h及磁鐵的磁場強度，可以控制晶片邊緣的蝕刻速率。

一般地，支撐盤141a可以為金屬材質，通常選用鋁。為防止金屬材質的支撐盤141a被電漿蝕刻而污染晶片，支撐盤141a的尺寸略小於晶片，即支撐盤141a的直徑小於晶片直徑。絕緣盤141b可以採用陶瓷等絕緣材料。除支撐盤141a外其餘部件均與地接觸良好。

此外，如第1圖所示，支撐組件140還包括波紋管143，波紋管143設置於腔室本體110的底壁112與底襯121之間，用於支撐底襯121，並可帶動底襯121升降。

此外，如第1圖所示，製程腔室100還包括勻氣板150、匹配器160和射頻電源170。勻氣板150可以設置在頂襯122的頂面，可以使由進氣口（圖中未示出）進入製程區域S中的氣體分佈更均勻。射頻電源170經由匹配器160與支撐組件140電連接，以向支撐組件140提供射頻電壓。

由此可見，本實施例通過設置與晶片邊緣區域相對應的磁性組件，可以有效降低晶片邊緣的蝕刻速率，縮小與晶片中心區域蝕刻速率的差距，從而提高了晶片的蝕刻均勻性，解決了邊緣電場效應問題，並且不會導致蝕刻副產物沉積在聚焦環內側，能夠保證製程長時間穩定。

本揭露另一實施例的製程腔室，在以下描述中，為了達到簡要說明的目的，上述實施例中任何可作相同應用的技術特徵敘述皆並於此，無需再重複相同敘述。如第4圖所示，內層磁鐵131和外層磁鐵132為同心的環形磁鐵，內層環形的極性與外層環形磁鐵的極性相反。內層環形磁鐵的S極朝上固定於底襯121的下表面、N級朝下面向腔室本體110的底壁112；外層環形磁鐵的S極朝下面向腔室本體110的底壁112、N級朝上固定於底襯121的下表面，或者相反。

本實施例的磁性組件同樣可以提高晶片的蝕刻均勻性，並且相對於複數圓柱形磁鐵的形式，部件個數少，更易於加工。

以上只是示例性說明，在其他示例中，內層磁鐵131和外層磁鐵132可以不是完整的環形磁鐵，而是由複數弧形磁鐵等間距排列形成的、整體呈環形的環狀結構。弧形磁鐵的個數並無限制，這同樣可以提高晶片蝕刻均勻性。

本揭露另一實施例提供了一種電漿裝置，其包括上述實施例的製程腔室。該電漿裝置是電容耦合電漿裝置，進一步地，是電容耦合電漿預清洗裝置。同時該電漿裝置也可以是電感耦合電漿裝置。

以上所述的具體實施例，對本揭露的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上該僅為本揭露的具體實施例而已，並不用於限制本揭露，凡在本揭露的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本揭露的保護範圍之內。

還需要說明的是，實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，並非用來限制本揭露的保護範圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在可能導致對本揭露的理解造成混淆時，將省略常規結構或構造。

除非有所知名為相反之意，本說明書及所附申請專利範圍中的數值參數是近似值，能夠根據通過本揭露的內容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用於說明書及申請專利範圍中表示組成的含量、反應條件等等的數字，應理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達的含義是指包含由特定數量在一些實施例中±10%的變化、在一些實施例中±5%的變化、在一些實施例中±1%的變化、在一些實施例中±0.5%的變化。

再者，單詞“包含”不排除存在未列在申請專利範圍中的元件或步驟。位於元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在複數這樣的元件。

說明書與申請專利範圍中所使用的序數例如“第一”、“第二”、“第三”等的用詞，以修飾相應的元件，其本身並不意含及代表該元件有任何的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚區分。

類似地，應當理解，為了精簡本揭露並幫助理解各個揭露方面中的一個或複數，在上面對本揭露的示例性實施例的描述中，本揭露的各個特徵有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，並不應將該揭露的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本揭露要求比在每個申請專利範圍中所明確記載的特徵更多的特徵。更確切地說，如下面的申請專利範圍所反映的那樣，揭露方面在於少於前面揭露的單個實施例的所有特徵。因此，遵循具體實施方式的申請專利範圍由此明確地併入該具體實施方式，其中每個申請專利範圍本身都作為本揭露的單獨實施例。

100‧‧‧製程腔室

110‧‧‧腔室本體

111‧‧‧側壁

112‧‧‧底壁

112a‧‧‧抽氣口

120‧‧‧內襯

121‧‧‧底襯

122‧‧‧頂襯

130‧‧‧磁性組件

131‧‧‧內層磁鐵

132‧‧‧外層磁鐵

140‧‧‧支撐組件

141‧‧‧基座

141a‧‧‧支撐盤

141b‧‧‧絕緣盤

142‧‧‧聚焦環

143‧‧‧波紋管

150‧‧‧勻氣板

160‧‧‧匹配器

170‧‧‧射頻電源

a‧‧‧距離

h‧‧‧徑向間距

S‧‧‧製程區域

W‧‧‧直徑

通過以下參照附圖對本揭露實施例的描述，本揭露的上述以及其他目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中： 第1圖是本揭露實施例的製程腔室的結構示意圖； 第2圖是本揭露實施例的製程腔室磁性組件的仰視圖； 第3圖是本揭露實施例的製程腔室的磁場分佈圖； 第4圖是本揭露另一實施例的製程腔室磁性組件的仰視圖。

Claims (12)

1. 一種製程腔室，其特徵在於，包括：一腔室本體；一內襯，設置於該腔室本體內，該內襯限定形成處理一晶片的一製程區域；一磁性組件，設置於該製程區域外，該磁性組件所產生的磁場能夠在該晶片處理製程中，縮小該晶片的邊緣區域與中心區域的蝕刻速率的差距；以及一支撐組件，該支撐組件包括一基座和一聚焦環，該聚焦環耦接到該基座並環繞該基座的外周壁，該基座包括一支撐盤和一絕緣盤，該支撐盤用於承載該晶片，該絕緣盤用於將該支撐盤與該內襯絕緣，其中，該內襯包括一頂襯和一底襯，該頂襯和該底襯共同限定形成該製程區域，該支撐組件設置於該底襯的背離該腔室本體的底壁的表面，該磁性組件設置於該底襯的朝向該腔室本體的底壁的表面，且該磁性組件對應於該支撐組件的邊緣區域，以使得該磁場分佈於該基座的邊緣部分以及該聚焦環所在的區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述的製程腔室，其中，該磁性組件與該晶片的邊緣區域相對應，以使得該磁性組件所產生的磁場分佈於該晶片的邊緣區域，以降低該晶片的邊緣區域的蝕刻速率。
3. 如申請專利範圍第2項所述的製程腔室，其中，該磁性組件包括：沿徑向分佈的一內層磁鐵和一外層磁鐵，其中，該內層磁鐵的極性與該外層磁鐵的極性相反。
4. 如申請專利範圍第3項所述的製程腔室，其中，該內層磁鐵和該外層磁鐵均呈一環狀結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述的製程腔室，其中，該環狀結構由複數圓柱形磁鐵等間距排列形成。
6. 如申請專利範圍第4項所述的製程腔室，其中，該環狀結構由複數弧形磁鐵等間距排列形成。
7. 如申請專利範圍第4項所述的製程腔室，其中，該環狀結構為一體成型的環形磁鐵。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的製程腔室，其中，該磁性組件的材質為N38SH或者N40SH。
9. 如申請專利範圍第3項至第7項中任一項所述的製程腔室，其中，該內層磁鐵的直徑大於該晶片的直徑，該內層磁鐵與該外層磁鐵的徑向間距小於30mm。
10. 如申請專利範圍第1項所述的製程腔室，其中，當該磁性組件包括一內層磁鐵和一外層磁鐵時，該內層磁鐵的直徑大於該晶片的直徑，該內層磁鐵與該外層磁鐵的徑向間距等於該支撐盤的背離該腔室本體的底壁的表面與該底襯朝向該腔室本體的底壁的表面的垂直間距。
11. 一種電容耦合電漿裝置，其特徵在於，包括申請專利範圍第1項至第10項中任一項申請專利範圍所述的製程腔室。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電容耦合電漿裝置，其中，該電容耦合電漿裝置為一電容耦合電漿預清洗裝置。