TW202329191A - 用於薄介電膜沉積的變壓器耦合電漿源設計 - Google Patents

Abstract

提供電漿產生器系統。電漿產生器或電漿源可使製程氣體流入電漿中，以產生離子、中性顆粒、及/或自由基，其可用於物理的及/或化學的改變基板。在一些實施方式中，電漿源可設計成改善相關的製造操作。

Description

用於薄介電膜沉積的變壓器耦合電漿源設計

電漿源用於產生電漿，當製程氣體流入電漿源中時，產生製程氣體的中性顆粒、離子、及/或自由基。這些顆粒然後可流動，以與關注的基板進行物理及/或化學反應。電場可用於產生電漿，其中電場係由一或更多線圈產生。

本文所包括的背景描述和上下文描述僅用於概括的呈現本揭露內容脈絡的目的。本揭露內容的大部分內容呈現發明人的工作，且僅因為如此的工作在背景部分中描述或在本文其他地方呈現並不意味著其被承認為先前技術。

本文揭露系統及方法，其關於射頻(radio frequency，RF)產生器的設計及使用。在本文實施例的一實施態樣中，提供一設備，該設備包括製程腔室，其中該製程腔室包括窗部，其中該窗部包括介電材料，該介電材料對射頻(RF)能量呈透射性，其中該窗部具有第一側和與該第一側相對的第二側；套環組件，該套環組件定被窗部覆蓋的孔部，其中套環組件支撐窗部的第一側；以及一或更多RF線圈，該一或更多RF線圈位於窗部的第二側上方，其中，當沿垂直於窗部的第一軸觀察時，一或更多RF線圈的最外部分與套環組件的導電部分的最內部分之間的徑向距離大於或等40mm，其中套環組件的導電部分的該最內部分與第一參考平面相交，該第一參考平面垂直於第一軸且位於窗部的第一側與一或更多RF線圈之間。

在一些實施例中，介電材料具有小於10的介電常數。在一些實施例中，介電材料是鋁氮化物、鋁氧化物、或兩者。在一些實施例中，一或更多射頻線圈包括4個或更少的總匝數。在一些實施例中，一或更多射頻線圈包括3個或更少的總匝數。在一些實施例中，平坦窗部的直徑小於350mm。在一些實施例中，設備更包括外殼，該外殼係機械耦合到套環組件，其中一或更多RF線圈係在外殼的內部容積內。在一些實施例中，套環組件包括非周向連續的環形結構。在一些實施例中，環形結構包括一或更多間隙。在一些實施例中，設備更包括一或更多冷卻結構，該一或更多冷卻結構將空氣引導向平坦窗部。在一些實施例中，窗部具有介於20mm和25mm之間的厚度。在一些實施例中，孔部具有介於350mm和400mm之間的直徑。

在一些實施例中，設備更包括一或更多處理器和連接到該一或更多處理器的一或更多記憶體，該一或更多記憶體儲存電腦可執行指令，當一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以：使包括氫氣的第一製程氣體流入窗部下方的電漿容積中；以及利用第一製程氣體使一電漿被激發，其中該電漿是藉由向一或更多RF線圈提供功率而產生。在一些實施例中，當由一或更多處理器執行電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以：使第一製程氣體流入電漿容積中，且沒有伴隨的氦流。在一些實施例中，電漿是電感耦合電漿。在一些實施例中，一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以在一或更多RF線圈的功率小於1000W的情況下，使電漿轉換成電感耦合電漿。在一些實施例中，一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以使製程腔室保持電漿容積的壓力大於1 Torr。在一些實施例中，一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以使製程腔室保持電漿容積的壓力介於1 Torr和3 Torr之間。在一些實施例中，製程腔室更包括位於窗部下方的噴淋頭。在一些實施例中，製程腔室更包括配置成支撐基板的基座。

所揭露實施例的這些和其他特徵將在下文參考相關附圖加以詳細描述。

本揭露內容涉及製程腔室，其具有用於電漿製程的射頻(RF)源。在諸多製程中，電漿可用於物理的及/或化學的改變工件的表面。例如，電漿可用於將材料層沉積或噴塗到工件上，以從工件蝕刻或濺射掉不需要的材料，或在工件上執行灰化或剝離製程。電漿可由電漿產生器系統產生。電漿產生器系統可使製程氣體流入受電場影響的電漿容積中。電場可使製程氣體分解成中性顆粒、離子、及/或自由基，然後其可流向工件，從而化學的及/或物理的改變工件。

圖1是根據本發明例示性實施例的電漿產生器系統100的簡化的剖面圖。電漿產生器系統100被配置為產生電漿，該電漿可用於沉積或從工件102移除材料。例如，電漿產生器系統100可與用於諸多電漿處理技術的系統或元件結合使用，例如電漿增強化學氣相沉積、電漿蝕刻、電漿剝離或灰化、濺射、電漿噴塗等。因此，工件102可為基板，其可經受一或更多的前述製程。例如，工件102可由相對純的矽、鍺、砷化鎵、或半導體產業中常用的其他半導體材料製成，或者由混合了一或更多額外元素(在一實施例中，例如鍺、碳等)的矽製成。在另一實施例中，工件102可為具有覆層的半導體基板，該覆層在習知半導體製造製程期間已經沉積在半導體基板上。在又一實施例中，工件102可為進行電漿處理的元件，例如玻璃片、陶瓷、或金屬。

電漿產生器系統100可為遠端設備或結合於處理系統的原位模組(例如製程腔室)。根據本發明的例示性實施例，電漿產生器系統100包括外殼101、窗部104、線圈108、能量源110、控制器111、氣流分配器106、和噴淋頭112。在一些實施例中，電漿產生器系統100可為製程腔室103的一部分或連接到製程腔室103，使得噴淋頭112向基板102分配製程氣體。在圖1所示的實施例中，基板102位於噴淋頭112下方，且顯示為設置在可移動基座130上。將察知，噴淋頭112可具有任何合適的形狀，且可具有用於將製程氣體分配到基板102之任何合適數量和佈置的埠口186。雖然圖1顯示噴淋頭112為電漿產生器系統100的一部分，但在一些實施例中，噴淋頭112可為製程腔室103的一部分或可省略，即基板102曝露電漿，而基板102和電漿之間沒有噴淋頭。

窗部104及套環組件116及噴淋頭112可定義電漿容積118，該電漿容積118被配置為接收處理氣體，該處理氣體可藉由電場進行離子化，以及轉化為電漿，電漿包括例如電子、離子、和反應性自由基的物質，用於將材料沉積到工件102上或從工件102移除材料。在一些實施例中，窗部104可具有面向電漿容積118的第一側156，以及與第一側156相對且面向線圈108的第二側157。關於此，窗部104由能夠傳輸電場的材料製成。根據例示性實施例，窗部104可包括一或更多具有上述特性的材料。例如，窗部104可由絕緣材料製成，例如介電材料，包括但不限於鋁氮化物、二氧化矽、鋁氧化物、或其他陶瓷。在一些實施例中，窗部104可包括介電常數小於10的介電材料。在一些實施例中，窗部可為20mm厚，或20mm和25mm之間厚。

在任何情形中，為了將電漿容納在電漿容積118中，套環組件116可定義孔部，該孔部充當側壁且部分定義電漿容積118。套環組件116可具有適合於在電漿容積118內容納電漿且不干擾由線圈108所產生之電場的任何厚度。在例示性實施例中，套環組件116具有在從4mm到6mm範圍內的厚度。在另一例示性實施例中，套環組件116沿其整個軸向長度具有實質上均勻的厚度(例如，±0.5mm)。在又一實施例中，套環組件116沿其軸向長度具有變化的厚度。在一些實施例中，套環組件的孔部可具有370mm的直徑。在一些實施例中，套環組件的孔部可具有350mm和400mm之間的直徑。

在一些實施例中，套環組件116可包括環形結構121。環形結構在電漿產生器系統的操作期間可與O形環132一起固定窗部104。在一些實施例中，環形結構可為連續的環，其具有390毫米的內直徑。在一些實施例中，環形結構可具有380mm和400mm之間的內直徑。如將在下文進一步討論，在一些實施例中，環形結構可為非周向連續的，其包括一或更多間隙。

為了在電漿容積118內提供電場，一或更多線圈108位於窗部104上方。在例示性實施例中，線圈108由例如銅或銅合金的導電材料製成，且每一線圈可具有第一端和第二端。第一端可電性耦合到能量源110，且第二端可電性耦合到電接地。在一些實施例中，一或更多線圈108可在窗部104上方3mm處，或在窗部104上方2mm和4mm之間處。這可容許冷卻氣體(例如空氣)在線圈108下方和周圍流動。

在一些實施例中，線圈108可定尺寸為裝配在或內接在具有內直徑和外直徑的環形區域內。在一些實施例中，線圈的內直徑為170mm(即，由線圈108所外接的圓的直徑)。在一些實施例中，線圈的內直徑在160mm和180mm之間。內直徑可定義成為氣流分配器106和冷卻結構109留出空間。氣流分配器106可延伸穿過窗部104且使製程氣體流入電漿容積，而冷卻結構109可使冷卻氣體127對著窗部104向下流動。然後，冷卻氣體127可流過窗部104及線圈108，以在系統的操作期間冷卻線圈108及/或窗部104。

相反的，如將在下文進一步討論，線圈108的外直徑可限制成減少線圈108與環形結構121或套環組件116之間的電容耦合。在一些實施例中，線圈的外直徑是300mm(即，環繞線圈108的圓的直徑)。在一些實施例中，線圈的外直徑在290mm和310mm之間。

在一些實施例中，外殼101覆蓋一或更多線圈，以及覆蓋可能位於窗部104上方的其他元件。在一些實施例中，藉由諸多緊固件，外殼101可機械耦合到環形結構。在一些實施例中，外殼可為環形結構的一部分，例如，外殼係焊接到環形結構，或此元件兩者係製造為一體。在一些實施例中，外殼101係經由環形結構121耦合到套環組件。外殼101與窗部104可一起可定義內部容積，其中一或更多線圈及諸多其他元件(例如，用於製程氣體的閥件和管件)可位於內部容積內。

為了控制能量源110操作的方式，操作性的將控制器111耦合到能量源110。控制器111可為類比控制器、離散邏輯控制器、可程式化陣列控制器(PAL，programmable array controller)、可程式化邏輯控制器(PLC，programmable logic controller)、微處理器、電腦、或能夠執行下述方法700所列事件序列的任何其他裝置。在一例示性實施例中，控制器111判定要供應到一或更多線圈108的功率大小，且向能量源110提供命令。除了控制能量源110之外，控制器111亦可操作性的耦合到處理氣體源177，且可向其提供命令，以將一定量的處理氣體供應到電漿容積118。雖然控制器111、氣體源177、和能量源110係顯示在外殼101內，但應理解，這些元件可位於外殼之外，且連接到外殼內部的元件(例如，線圈108或氣流分配器106)。

處理氣體源177可包括一或更多氣體源和相應的一或更多閥或其他流動控制元件(例如，質流控制器或液體流動控制器)。控制器111可連接到一或更多閥或其他流動控制元件，以使它們切換狀態，以及從而容許不同的氣體或氣體組合以不同的時間及/或流速流動。在一些實施例中，一或更多氣體源可流體連接到混合容器，用於在輸送到氣流分配器106之前進行混合及/或調節製程氣體。

能量源110可為射頻(RF)能量源或能夠向線圈108供電和激勵線圈108以形成電場的其他能量源。在例示性實施例中，能量源110包括RF產生器，該RF產生器被選擇具有以下的能力：以期望頻率操作且向線圈108提供訊號。例如，RF產生器可被選擇為操作於0.2MHz至20.0MHz的頻率範圍。在一例示性實施例中，RF產生器可在操作於13.56MHz。在例示性實施例中，能量源110可包括設置在RF產生器和線圈108之間的匹配網路。匹配網路可為阻抗匹配網路，其配置為將RF產生器的阻抗與線圈的阻抗進行匹配。關於此，匹配網路可由例如以下者的元件的組合構成：相位角偵測器和控制馬達。然而，在其他實施例中，將察知，也可包括其他元件。

在註入電漿容積118之前，處理氣體可在氣流分配器106內擴散。這樣，氣體可實質上均勻分佈到電漿容積118中。在一些實施例中，窗部104可包括通往電漿容積118的入口148，其容許氣體流入電漿容積118。在一些實施例中，氣流分配器106設置在電漿容積入口148中。根據一例示性實施例，氣流分配器106由以下材料製成：不導電，且當曝露於處理氣體時能夠抵抗腐蝕。合適的材料包括例如介電材料，例如二氧化矽。

繼續參考圖1，當能量源110為線圈108供能時，在電漿容積118的選定部分中形成電場，從而使可能流過其中的處理氣體離子化，以形成離子化氣體。如本文所用，用語「離子化氣體」可包括但不限於帶電顆粒、離子、電子、中性物質、反應性物質、反應性自由基、離解自由基、以及在處理氣體時流過電場時可能產生的任何其他物質。為了控制離子化氣體在工件102範圍內的分散，噴淋頭112可定位在電漿容積和工件之間。在一例示性實施例中，噴淋頭112可由對電漿相對呈惰性的任何合適的材料製成，例如鋁氮化物、鋁氧化物、或其他陶瓷。通常，噴淋頭定尺寸成將氣體分佈在整個工件102上，且因此具有相應合適的直徑。

噴淋頭112可具有通孔，以容許氣體通過。特別地，噴淋頭112包括通孔186，通孔186具有合適的尺寸，且間隔成將離子化氣體以實質上均勻的方式分散在工件102上。在一例示性實施例中，通孔186具有從2mm到10mm的範圍內的直徑。此外，在一例示性實施例中，通孔186以實質上均勻的圖案設置在噴淋頭112上，但在另一例示性實施例中，通孔186以不均勻的圖案設置，例如中心集中的孔分佈或邊緣集中的孔分佈。

在本發明的例示性實施例中，噴淋頭112可直接耦接到套環組件 116，如圖1所示。例如，噴淋頭112可經由螺栓、夾、黏合劑、或其他緊固機制而耦接到套環組件116。在另一實施例中，噴淋頭112可與套環組件116為一體。

應察知，雖然圖1顯示電漿產生器系統100的實施例包括某些元件，但是可替代性的採用額外的元件或與圖1所示不同形狀的元件。

圖2根據例示性實施例呈現形成電漿的方法200的流程圖，其可與系統100和控制器(例如控制器111)一起使用，且可用於使系統100執行方法700的一或更多步驟。例如，控制器可用於向例如能量源110的能量源提供命令，以執行以下諸多步驟，及/或控制器可用於向處理氣體源(例如處理氣體源177)提供命令，以執行以下諸多步驟中的一或更多者。在例示性實施例中，在步驟202，在電漿容積內形成第一電漿。

在一些實施例中，步驟202可包括在形成電場(步驟206)之前、之後、或同時使製程氣體流入電漿容積(步驟204)。製程氣體可通過入口148及/或氣流分配器106注入電漿容積。在一些實施例中，氣流分配器可具有複數開口，以將製程氣體分配在整個電漿容積中。

選擇作為處理氣體的特定氣體可取決於可使用電漿的特定製程。在例示性實施例中，處理氣體包括含氟氣體。適用的含氟氣體的範例包括三氟化氮(NF ₃)、六氟化硫(SF ₆)、六氟乙烷(C ₂F ₆)、四氟甲烷(CF ₄)、三氟甲烷(CHF ₃)、二氟甲烷(CH ₂F ₂)、八氟丙烷(C ₃F ₈)、八氟環丁烷(C ₄F ₈)、八氟[1-]丁烷(C ₄F ₈)、八氟[2-]丁烷(C ₄F ₈)、八氟異丁烯(C ₄F ₈)、氟(F ₂)等。在另一實施例中，處理氣體可包括含氫氣體，例如H ₂。在另一實施例中，處理氣體可包括含氧氣體。例如，含氧氣體可包括但不限於氧氣(O ₂)和N ₂O。在其他實施例中，處理氣體可額外包括惰性氣體，例如氮(N ₂)、氦、氬等。在其他實施例中，可使用不同的氣體和不同的比率。在一些實施例中，製程氣體可在沒有惰性氣體的情形中流動，例如在沒有氦氣的情形中流動。

在一些實施例中，方法200可在真空壓力下執行。在一些實施例中，壓力可在0.5 torr和10 torr之間，或在1 torr和3 torr之間。

根據另一例示性實施例，步驟202可更包括在電漿容積中形成電場以形成第一電漿(步驟206)。在電漿產生器系統100的操作期間，能量源110連接到每一線圈，且為線圈供電以形成電場。根據本發明的例示性實施例，步驟206可包括向系統的線圈提供第一大小的功率，以形成電場。在一實施例中，第一大小的功率是足夠使系統以電感模式操作的大小，系統是從初始的電容模式轉換到該電感模式。這樣，第一大小的功率可為以下範圍內的數值，該範圍具有的下限為適用於將系統從電容模式轉換至電感模式的功率大小。

在操作期間，產生兩不同的電場配置，即電容耦合電場(電容分量)和電感耦合電場(電感分量)。電容耦合電場係由以下電場線定義：在線圈的相鄰匝之間延伸且具有垂直於窗部表面的分量。當線圈中的電流產生射頻磁場時，產生電感耦合電場，其中該射頻磁場穿透窗部且感應出法拉第定律(Faraday’s Law)所描述的電場，電感耦合電場具有以下電場線：通常不具有垂直於腔室表面之分量的電場線。

當系統通電且初始向線圈供電時，電容分量的電場相對強度大於電感分量的強度。在如此情形中，系統處於「電容模式」。當功率增加時，電感耦合電場的強度增加，而電容耦合電場的相對強度降低。這可能是由於電漿吸收的功率增加，從而導致帶電顆粒的數量增加來增加線圈中電流的大小，以及導致更大百分比的功率耦合到電感分量中。在某個功率水平時，系統可經歷模式轉換(在本領域中也稱為「模式跳轉」)，其中電感分量快速增加，以及電容分量相關的快速減小。在如此情形中，系統處於「電感模式」。

適合從電容模式轉換為電感模式的特定功率大小可取決於系統設計。具體的，產生電容及/或電感模式所需的特定電流、電壓、和功率很大程度上取決於窗部、電漿容積、和線圈的配置和尺寸、製程化學、和製程參數。

根據例示性實施例，系統可被配置為類似於圖1。在此情形中，系統可設計成使得第一大小的功率具有600瓦特或1000瓦特的下限，這可用於將系統從電容模式轉換為電感模式。

形成第一電漿之後，其可用於諸多製程中，其中可使用電漿來改變工件的表面(步驟208)。根據例示性實施例，連續供應的處理氣體可饋入電漿容積，且容許其與第一電漿進行循環且通過電場，以及連續供應RF電流到線圈，使得電感模式在腔室內產生RF電場。當處理氣體循環時，構成電漿的帶電顆粒在電漿容積內加速，導致至少一部分的處理氣體離解成反應性自由基，其可流向設置在電漿容積之噴淋頭下方的工件。例如，在處理氣體包括含氟氣體的實施例中，部分的含氟氣體離子化以形成電子、氟離子、和反應性氟自由基。在本發明的例示性實施例中，一些反應性氟自由基可從電漿容積流過噴淋頭，且可沉積在工件上，而另一部分的反應性氟自由基可在沉積到工件上之前在電漿容積內再循環。工件進行處理之後，其可移動到系統的另一部分。

如上所述，在諸多實施例中，在圖2的製程期間使用的製程氣體可包括惰性氣體，例如氦。氦作為電子供體氣體(即，具有低離子化能的物質)可用於穩定電漿。在一些實施例中，氦可能不是製程氣體的一部分。在如此的實施例中，電漿可具有增加的蝕刻特性，特別是對於由包括H ₂或NF ₃之製程氣體所形成的電漿而言如此。在如此的實施例中，相較於由含氦製程氣體形成的電漿，窗部104可能受到來自電漿的額外腐蝕，導致窗部104的壽命降低。在一些實施例中，窗部104包括以下材料：對H ₂或NF ₃電漿耐腐蝕，同時亦可透射RF能量，例如鋁氮化物。

此外，在諸多實施例中，在RF產生器操作於高功率(例如3000W或更高)的情形中，可使用方法200。在一些實施例中，高功率操作增加面向電漿容積之窗部的溫度，在窗部104中於面向電漿側與相對側(該相對側係藉由冷卻結構109加以冷卻)之間導致更顯著的熱梯度。在一些實施例中，窗部104包括具有高導熱性的材料，以降低窗部104中熱應力裂紋的風險，該熱應力裂紋起因於窗部104範圍內由窗部104的不均勻加熱引起的熱應力。例如，在3000W的射頻功率下，窗部104可包括操作方法2時具有低於 200°C之溫度的導熱材料。在一些實施例中，導熱材料可包括鋁氮化物。

如上所述，線圈的配置和尺寸可影響使系統在電容模式和電感模式之間轉換所需的功率。圖3呈現圖1的一部分的放大圖。在電漿產生器系統100的操作期間，向線圈提供功率，以形成電場，以及藉由線圈的配置，可至少部分的控制引起模式跳轉的第一大小的功率。在一些實施例中，特別是那些使用純H2製程氣體或不含氦製程氣體的實施例中，第一大小的功率將增加至例如1000W或更高，這是不樂見的，原因在於：以更高功率進行操作會增加諸多元件的磨損且因此降低元件的壽命，降低電漿產生器系統的效率。由於功耗增加，成本也更高。發明人測試複數的線圈設計來改善電漿產生器系統的效率，特別的降低在如此系統中模式跳轉所需的功率臨界值。通常，增加線圈的數量使線圈產生的感值增加，這降低第一大小的功率的下限，即系統從電容模式轉換為電感模式的臨界值功率。此外，減小線圈之間的間距也可增加感值，且因此降低第一大小的功率。然而，如此的間距具有下限，這是因為線圈之間可能會發生電弧，使其短路，或者雜散電容(stray capacitance)可能抑制線圈導致的感值，從而增加引起模式跳轉所需的功率。

然而，在例如圖1範例所示的系統的情況下，當發明人將線圈的數量增加到例如6個總匝數時，模式跳轉需要額外的功率。此外，當發明人增加線圈之間的間距以減少線圈間耦合時，模式跳轉功率臨界值仍未降低，且有時增加。相反的，發明人判定，減少線圈的數量及/或減小線圈的外直徑會降低轉換功率臨界值。

在不受理論約束的情形中，在操作期間，線圈可與環形結構及/或套環組件感應耦合，產生渦流，該渦流轉移原本用於產生電漿的電能。需要額外的功率來抵消渦流損耗，以及達成向電漿傳輸所需的功率量，從而增加模式跳轉的射頻功率臨界值。如上所述，線圈108的內直徑可能受到位於系統100中心附近的元件的限制，例如氣流分配器106或冷卻結構109。因此，增加線圈的數量或線圈之間的間距(同時保持線圈寬度/厚度相同)可減小線圈108和環形結構113或套環組件116(其通常可包括例如鋁的導電金屬)之間的徑向距離122。減小的徑向距離增加這些元件中的一或兩者中渦流的形成，從而增加導致模式跳轉的射頻功率需求。此外，在一些實施例中，窗部104下方之套環組件116的部分中的渦流較小(或者，具有更低的影響)。因此，雖然套環組件116的一些部分可能比環形結構121的任何部分更接近線圈108，但增加環形結構121(或窗部104的第一側156上方的任何元件)與線圈108之間的距離可顯著的降低電漿從電容模式轉換為電感模式的RF功率臨界值。

因此，在一些實施例中，徑向距離122是在線圈108和環形結構121的內邊緣之間(如虛線所示)。在一些實施例中，徑向距離122是一或更多線圈108的最外部分144(如與線圈108外接之虛線圓所示)與套環組件116之導電部分的最內部分146(包括環形結構121且如虛線所示)之間的徑向距離，該最內部分146與參考平面113相交，其中該參考平面113位於窗部104的第一側156之上，或位於窗部104的第一側和線圈108之間。返回圖3，參考平面113與環形結構121的頂部表面及窗部104的第二側157重合，但在其他實施例中，環形結構121的頂部表面可在窗部104的第二側157之上或之下。在一些實施例中，參考平面113在窗部104的第一側之上。在一些實施例中，參考平面113可垂直於第一軸114，該第一軸114垂直於窗部104的頂部表面。在一些實施例中，徑向距離122是沿著與第一軸線114相交的線量測，及/或沿著與參考平面113重合的線測量。

在諸多實施例中，徑向距離122可為至少40mm、至少50mm、至少60mm、40mm和60mm之間、或60mm。通常，線圈108的外直徑越小，徑向距離122越大。

圖4呈現電漿產生器系統100的俯視圖。如上文關於圖3所述，在線圈108的最外部分和環形結構121之間存在徑向距離122。在一些實施例中，為了減少環狀結構中渦流的形成，環狀結構可為非連續環件。在一些實施例中，環形結構121中存在一或更多間隙124。雖然圖4顯示一間隙，但可存在一個以上的間隙。在一些實施例中，複數間隙可圍繞環形結構121的圓周均勻間隔開。藉由抑制電流在環形結構周圍的流動，間隙可減少渦流的形成。在一些實施例中，間隙在環形結構的導電部分中。在一些實施例中，間隙可為空氣，而在其他實施例中，間隙可為電性間隙，例如填充有用來抑制電流流動的塑膠絕緣體或電介質。在一些實施例中，外殼101可具有與環形結構類似的間隙，即空氣間隙或電性間隙。

如上所述，一或更多線圈108位於窗部104上方，且可被供能以形成電場。在圖4的實施例中，存在第一線圈140a和第二線圈140b，然而在諸多實施例中，可存在更多或更少的線圈。每一線圈可具有第一端136a和136b，以及第二端137a和137b。第一端136a~b可電性耦合到能量源110。第二端137a~b可電性耦合到電接地，從而終止線圈。應理解，其他的連接配置亦在本揭露內容的範圍內。

每一線圈繞一中心軸(如圖1所示的軸114)繞圈。線圈繞中心軸的每一實質上完整的一圈(儘管圈的末端被徑向間隙隔開)可被認為是一匝。因此，在圖4的範例中，線圈136a和136b的每一者具有兩匝。在諸多實施例中，一或更多線圈的總匝數可包括每一線圈的匝數的和(因此，在圖4中，線圈108可具有4個總匝數)。雖然圖4中所示的線圈關於中心軸實質上對稱，但在其他實施例中，其可不對稱。例如，在實施複數線圈的實施例中，第一線圈可具有比第二線圈更多或更少的匝數，例如，總匝數可為奇數(例如，具有1匝的第一線圈和具有2匝的第二線圈，可具有總匝數為3)。在一些實施例中，線圈可具有實質上螺旋形狀，例如圖4中所示者。

在諸多實施例中，在線圈的導線之間存在線圈間間距129。若線圈的匝太靠近在一起，則線圈之間可能發生電弧或雜散電容，其使線圈短路或以其他方式降低線圈產生的感量。最小的線圈間間距可抑制這些影響，且如此的線圈間間距可取決於連接到線圈的射頻源的頻率。在一些實施例中，線圈間間距至少為6mm。

在一些實施例中，線圈的一部分可遵循非螺旋的路徑，例如，具有居間直線部分的弓形部分。圖5呈現具有直線部分509的線圈508。在如此的實施例中，可有複數直線部分，每一直線部分與另一直線部分旋轉180度。在一些實施例中，線圈可不具有螺旋形狀。在使用複數線圈的一些實施例中，一線圈可為「內線圈」，其具有的外直徑小於「外線圈」內直徑，使得內線圈比外線圈更靠近中心軸。此外，在一些實施例中，每一線圈可能不完成一完整的迴轉或迴旋。例如，兩線圈可各完成1.5迴轉，各具有1.5迴旋，且總共有3匝。其他實施例在本揭露內容的範圍內。如上所述，可具有一或更多線圈，例如，2線圈或3線圈。

如上所述，在一些實施方式中，控制器111是系統的一部分，該系統可為以上描述範例的一部分。如此系統可包括半導體處理設備，該半導體處理設備包括(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理平台、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、以及之後，控制該等系統的操作。該電子設備可稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的諸多元件或子部件。取決於處理條件及/或系統類型，控制器111可程式設計成控制本文揭露製程的任何者，包括處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、一些系統中的射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統相連接或相接合之工具及其他轉移工具及/或裝載鎖)。

廣泛地講，控制器可定義為電子設備，其具有用以接收指令、發佈指令、控制操作、啟動清洗操作、啟動終點量測以及類似者的諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體。積體電路可包括：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP，digital signal processors)、定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits )的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以諸多單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式檔案)為實行特定的製程(在半導體晶圓上，或針對半導體晶圓)定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可為由製程工程師為了在一或更多以下者的製造期間實現一或更多處理步驟而定義之配方的一部分：層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、迴路、以及/或者晶圓的晶粒。

在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他網路的方式接至系統、或其組合的方式而接至系統。舉例而言，控制器可在「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中，其可容許遠端存取晶圓處理。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造操作的目前進度、檢查過去製造操作的歷史、自複數的製造操作而檢查其趨勢或效能度量，以改變目前處理的參數、設定目前處理之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包括局域網路或網際網路。遠端電腦可包括使得可以進入參數及/或設定、或對參數及/或設定進行程式設計的使用者界面，然後該參數及/或設定自遠端電腦而傳達至系統。在一些範例中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為即將於一或更多操作期間進行執行之處理步驟的每一者指定參數。應理解，參數可特定的針對待執行之製程的類型、以及控制器與之接合或加以控制之工具的類型。因此如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包括以網路的方式接在一起、且朝向共同之目的(例如，本文所描述之處理及控制)而運作的一或更多的分離的控制器。用於如此目的之分散式控制器的範例將是腔室上與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者相結合以控制腔室上之製程。

例示性系統可包括但不限於以下者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積沉積(PVD，physical vapor deposition)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD ，chemical vapor deposition )腔室或模組、原子層沉積(ALD ，atomic layer deposition )腔室或模組、原子層蝕刻(ALE ，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、追蹤腔室(track chamber)或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯的、或使用的任何其他半導體處理系統。

如以上所提及，取決於待藉由工具而執行之(複數)製程步驟，控制器可與半導體加工工廠中之一或更多的以下者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、叢集工具(cluster tools)、其他工具界面、鄰近的工具、相鄰的工具、遍及工廠而分布的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中使用之工具，該材料輸送中使用之工具將晶圓容器帶至工具位置及/或裝載埠，或自工具位置及/或裝載埠帶來晶圓容器。

結論。現在已提供系統和方法，其提供相較於習知系統改善的電漿產生能力。與習知系統相比，上述電漿產生器系統在電漿產生製程之間經歷減少的停機時間，且其這樣做同時減少周圍系統元件對大功率的曝露。因此，改善的電漿產生器系統現在包括例如RF元件、氣流分配器及管的元件，其相較於習知電漿產生器系統的元件具有具有改善的使用壽命。此外，也降低系統的維護成本。

對於本領域技術人員來說，對本揭露內容中描述的實施方式的諸多修改是顯而易見的，以及在不背離本揭露內容的精神或範圍的情況下，本文定義的一般原理可應用於其他實施方式。因此，申請專利範圍不意圖受限制於本文所示的實施方式，而是被賦予與本揭露內容、本文揭露原理及新穎特徵一致的最寬範圍。

本說明書中在複數單獨實施例的內容中描述的某些特徵也可在單一實施例中組合實施。相反的，在單一實施例的內容中描述的諸多特徵也可在分別的複數實施例中實施，或以任何合適的子組合方式來實施。此外，儘管特徵可如上述在某些組合中進行作用且甚至最初如此進行申請專利，但在一些情形中，可從申請專利範圍的組合中移除一或更多特徵，且申請專利的組合可相關於子組合或子組合的變化。

類似的，雖然在附圖中以特定順序描述操作，但這不應被理解為要求這些操作以所示的特定順序或依序執行，或者要求執行所示的全部操作來達成期望的結果。進一步講，圖式可以流程圖的形式示意性的繪示一或更多例示性製程。然而，未繪示的其他操作可包括在示意性繪示的例示性製程中。例如，在任何所示操作之前、之後、同時、或之間，可執行一或更多額外的操作。在某些情形中，複數任務和並行處理可能是有利的。此外，上述實施方式中諸多系統元件的分離不應被理解為在全部實施方式中都需要這種分離，而且應理解，所述程式元件和系統通常可在單一軟體產品中整合在一起，或整合到複數軟體產品中。此外，其他實施方式在以下申請專利範圍的範疇內。在某些情形中，申請專利範圍中所述的動作可以不同的順序執行，且仍達到期望的結果。

100:電漿產生器系統 101:外殼 102:基板 103:製程腔室 104:窗部 106:氣流分配器 108:線圈 108:線圈 109:冷卻結構 110:能量源 111:控制器 112:噴淋頭 113:平面 114:軸 116:套環組件 118:電漿容積 121:環形結構 122:距離 124:間隙 127:冷卻氣體 129:間距 130:基座 132:O形環 144:部分 146:部分 148:入口 156:第一側 157:第二側 177:氣體源 186:通孔 200:方法 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 508:線圈 509:部分 136a:第一端 136b:第一端 137a:第二端 137b:第二端 140a:線圈 140b:線圈

圖1呈現根據本文諸多實施例的電漿產生器系統的剖面圖。

圖2呈現根據本文諸多實施例的方法的製程流程。

圖3呈現圖1所示電漿產生器系統的一部分的放大圖。

圖4是圖1所示電漿產生器系統的一部分的俯視圖。

圖5是根據本文諸多實施例的替代線圈設計。

100:電漿產生器系統

101:外殼

102:基板

103:製程腔室

104:窗部

106:氣流分配器

108:線圈

109:冷卻結構

110:能量源

111:控制器

112:噴淋頭

113:平面

114:軸

116:套環組件

118:電漿容積

121:環形結構

122:距離

127:冷卻氣體

130:基座

132:O形環

148:入口

156:第一側

157:第二側

177:氣體源

186:通孔

Claims (21)

1. 一種設備，包括： 一製程腔室，其中該製程腔室包括： 一窗部，其中該窗部包括一介電材料，該介電材料對射頻能量呈透射性，其中該窗部具有一第一側和與該第一側相對的一第二側； 一套環組件，該套環組件具有被該窗部覆蓋的一孔部，其中該套環組件支撐該窗部的該第一側；以及 一或更多射頻線圈，該一或更多射頻線圈位於該窗部的該第二側上方，其中，當沿垂直於該窗部的一第一軸觀察時，該一或更多射頻線圈的一最外部分與該套環組件的一導電部分的一最內部分之間的一徑向距離大於或等40mm，其中該套環組件的該導電部分的該最內部分與一第一參考平面相交，該第一參考平面垂直於該第一軸且位於該窗部的該第一側與該一或更多射頻線圈之間。
2. 如請求項1的設備，其中該一或更多射頻線圈包括4個或更少的總匝數。
3. 如請求項1的設備，其中該一或更多射頻線圈包括3個或更少的總匝數。
4. 如請求項1的設備，其中平坦的該窗部的直徑小於350mm。
5. 如請求項1的設備，更包括一外殼，該外殼係機械耦合到該套環組件，其中該一或更多射頻線圈係在該外殼的一內部容積內。
6. 如請求項1的設備，其中該套環組件包括一環形結構，該環形結構包括一或更多間隙。
7. 如請求項6的設備，其中該一或更多間隙包括空氣。
8. 如請求項6的設備，其中該一或更多間隙包括一介電材料。
9. 如請求項1的設備，更包括一或更多冷卻結構，該一或更多冷卻結構將空氣引導向平坦的該窗部。
10. 如請求項1的設備，其中該窗部具有介於20mm和25mm之間的一厚度。
11. 如請求項1的設備，其中該孔部具有介於350mm和400mm之間的一直徑。
12. 如請求項1的設備，其中該介電材料具有小於10的一介電常數。
13. 如請求項1的設備，其中該介電材料是鋁氮化物、鋁氧化物、或兩者。
14. 如請求項1的設備，更包括： 一或更多處理器和連接到該一或更多處理器的一或更多記憶體，該一或更多記憶體儲存電腦可執行指令，當該電腦可執行指令藉由該一或更多處理器加以執行時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以： 使包括氫氣的一第一製程氣體流入該窗部下方的一電漿容積中；以及 利用該第一製程氣體使一電漿被激發，其中該電漿是藉由向該一或更多射頻線圈提供功率而產生。
15. 如請求項14的設備，其中當由該一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以： 使該第一製程氣體流入該電漿容積中，且沒有伴隨的氦流。
16. 如請求項14的設備，其中該電漿是一電感耦合電漿。
17. 如請求項16的設備，其中該一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由該一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以： 在該一或更多射頻線圈的功率小於1000W的情況下，使該電漿轉換成一電感耦合電漿。
18. 如請求項14的設備，其中該一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由該一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以： 使該製程腔室保持該電漿容積的一壓力大於1 Torr。
19. 如請求項14的設備，其中該一或更多記憶體更儲存電腦可執行指令，當藉由該一或更多處理器執行該電腦可執行指令時，該電腦可執行指令控制該一或更多處理器以： 使該製程腔室保持該電漿容積的一壓力介於1 Torr和3 Torr之間。
20. 如請求項1的設備，其中該製程腔室更包括一噴淋頭，該噴淋頭位於該窗部的下方。
21. 如請求項1的設備，其中該製程腔室更包括一基座，該基座係配置成支撐一基板。

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