多样性操作与有效rf电源耦合用的带状天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电浆制造装置及方法，其容许在E及H操作模式之间的切换，以及也增加RF电源对电浆的耦合效率。此装置可藉由对于特定功率输出约1.25-1.65的因子来增加电浆密度。由于其高效率，因而可同时减免其冷却天线的需求。使用增加对特定体积的总表面积的新式的天线几何形状，藉以利用与RF电流相关的表面效应。在一些实施例中，具有单一循环的天线减少邻近效应。天线亦可嵌入于亚铁盐材料，藉以更进一步增进其效能。
【专利说明】多样性操作与有效RF电源耦合用的带状天线
【背景技术】
[0001]电浆制造装置在腔室(chamber)中产生电浆，而此腔室能用以处理在处理室(process chamber)中由平台所支托的工件(workpiece)。在一些实施例中，产生电衆的腔室即为处理室。此电浆制造装置可包括掺杂(doping)系统、蚀刻(etching)系统以及沉积(deposit1n)系统，但并不限于此。在一些电浆制造装置中，例如离子辅助沉积(1nassisted deposit1n),提取出来自电衆的离子且接着导向工件。在电衆掺杂装置中，可将离子加速至所要求的能量，以在工件的物理结构中产生出特定程度的掺杂物深度剖面，例如半导体基板。
[0002]在一些布植机(implanter)中，可从一腔室中产生用以提取出离子的电衆,而在相异的处理室中处理工件。此类配置的一范例即为束线离子布植机(beam line 1nimplanter),且其离子源(1n source)乃是利用感应稱合电衆(ICP, inductively coupledplasma)源。
[0003]参照图1，此为说明使用感应I禹合(inductive coupling)的示范性的电衆制造装置100的方块图。电浆掺杂装置100包括用来产生离子的电浆反应腔101以及用来植入半导体晶圆的处理腔室104。介电质窗(dielectric window) 102 (通常以石英、氧化招或蓝宝石制成)用来将电力从RF产生器151稱合至工作气体(working gas)。在电衆反应腔101的对侧，具有提取狭缝105或是具有相异几何形状的提取狭缝的数组的提取平板103用以执行离子的提取。工作气体是透过进气口 106来引入至电浆反应腔101中，此进气口 106对称地对着提取狭缝105分布，从而藉由此几何形状的配置来确保电浆反应腔101横截面中的均匀气流。
[0004]藉由将RF电源从RF产生器151 I禹合至薄饼式(pancake type)或平面天线152来产生电衆于电衆反应腔101内。可变电衆阻抗藉由匹配网络(matching network) 153而匹配50欧姆(Ω)的产生器阻抗。
[0005]可藉由以磁铁107所构成的多尖峰的磁性配置来增进电浆均匀度，磁铁107可以是永久磁铁。钢轭(steel yokes) 108使电衆反应腔101外的场线密集来增强磁铁107的磁场强度。磁铁107是以交替的方式来配置，以使磁化方向交替地指向电浆反应腔101的内部及外部。以此方式，多尖峰(multicusp)的场线几何形状可避免带电粒子从壁上遗失，藉以增加电浆密度及均匀度。为了降低电浆中来自壁的喷镀(sputtering)所导致的杂质的程度，可使用喷涂(sprayed)有招的碳化娃、石英或娃所制成的薄槽衬(thin liners) 109。
[0006]根据所欲的掺杂物种类(典型上是以磷来做η型掺杂以及以硼来做P型掺杂，然而亦可使用其他的种类如砷、锗、镓、铟等)，能将含有相异掺杂微量物的进料(feedstock)气体以可变流率来藉由气体岐管(gas manifold) 111送入电浆反应腔101。气体岐管是由气体容器112、气门113以及质量流量控制器114所构成。藉由旋转泵浦116所支持的涡轮分子泵浦115来透过提取狭缝105执行抽真空。在其他实施例中乃要求独立控制电浆反应腔101中的流率及压力，因而可使用分离式的泵浦管线于电浆反应腔101。由于现在芯片上的光阻(photoresist)在植入过程期间会释放大量的氢，所以除了涡轮分子泵浦115以及旋转泵浦116之外，可使用低温泵浦117来对处理腔室104进行泵浦运作，因为低温泵浦117在抽取氢有高效率的表现。电浆反应腔101以及处理腔室104内的压力分别是藉由真空压力计(Baratron gauge) 118以及巴雅-爱泊特量测计(Bayard-Alpert gauge) 119来监测。
[0007]为了提取出正离子，电浆反应腔101藉由提取电源供应器121来保持在正电位，而处理腔室104可位于接地电位。高电压绝缘套122用以确保电浆反应腔101及处理腔室104之间的电性绝缘。
[0008]藉由以面板103所组成的三极管(三电极静电透镜)来从电浆源提取出离子束130，抑制电极131及接地电极132藉由陶瓷高电压绝缘体133来让彼此电性绝缘。在其他实施例中，四极管(四电极透镜)或五极管(五电极透镜)可用来做离子束提取。由于电浆反应腔101位于正电位，因此藉由接地电极132来将正离子从腔室101拉出。大多数所提取的离子将穿过接地电极132中的狭缝134，但有些将击中接地电极132。当此情况发生时，便产生了次电子(secondary electron)。为了避免次电子回流向源头,此抑制电极131乃插入于提取电极103及接地电极132之间并且藉由抑制电源供应器135而极化为负电位。透过高电压导引(high voltage feedthrough) 136来达成抑制电源供应器135与抑制电极132间的连接。
[0009]所提取的离子束130将导向配置于平台142上的芯片143，且平台142可接地。平台142可适于来回的移动，来让整个芯片表面暴露于离子束130。
[0010]由于此乃位于离子源侧，所以整个RF系统是浮动于提取电位。天线152具有耦接至匹配网络153的输出的分支(leg)，以及位于升高的接地端的其他分支。在一些实施例中，高电压电容(未显示于图中)插入至接地分支中，以使在整个天线152的长度中有均等的电压分布。一旦施加RF电源，RF电流开始流过天线152。RF电流产生随时间而变化的磁场，且根据马克斯威尔(Maxwell)第三电动力学定律,此磁场感应(induce)天线152接邻中的电场。由于在电浆反应腔101中较低的压力导致长的平均自由路径(mean freepath)，因此电场能将自由电子加速至特定程度的能量来与气体粒子(原子、分子)碰撞而导致离子化过程。大多数用于沉积的RF电源以及隐含的离子化过程，发生于少数德拜长度(Debye length)的表层中的介电质窗102的邻近处中。
[0011]连续的操作可导致芯片电荷堆积，进而造成对芯片143特征的灾难性的损坏。因此，在一些实施例中，离子束130是以脉动的方式来产生。脉冲调变器161能同步地驱动提取电源供应器121以及抑制电源供应器135两者，藉以容许脉冲频率以及责任周期(dutycycle)的改变。
[0012]在一些实施例中，平面天线152可具有如图2A所示的螺旋形状，或是如图2B所示的蛇纹形状。在所有的情况中，天线152皆以导电性材料制成，如铝、铜或是镀银铜(silverplated copper),其最好是管状以便进行水冷(water cooling)。在其他实施例中，整个天线152是浸在介电树脂(dielectric resin)中，从而使天线152及介电质窗102之间直接接触。
[0013]感应耦合电浆源操作乃是基于透过天线152从RF电源产生器151至电浆电子的能量传送。然而，在放电的初始阶段中，RF电源是电容式地耦合(E模式操作)，因此以天线152做为电容平面。在此情形中，电子透过欧姆加热(ohmic heating)又或透过随机加热而以垂直于包含天线152的平面的方向来从电场获得能量。较大的平面面积创造出较佳的电容率禹合以及隐含较易达成的气体解离(gas breakdown)。一旦电衆引燃，RF f禹合逐步形成为感应耦合模式(H模式操作)，但仍剩余一些电容耦合。由于在天线152及匹配电路153中会有固有的损失，所以天线152的耦合效率(η)通常在0.6及0.8之间的范围。事实上，较高耦合效率代表较佳的电子(electron)加热，较多的离子化事件数量，以及较高电浆密度及隐含较高所提取的离子束电流。假设在匹配电容中的理想的RF匹配(例如，零反射功率)以及其损失可忽略不计，天线效率是藉由所传送至电浆(Pp)的功率量对上产生器(Pe)所传送的总功率量的比例来给定。其亦能相关于在天线(Pltjss)中的功率损耗
【权利要求】
1.一种电浆产生装置，其特征在于包括: 腔室，具有介电质窗， 天线，接邻所述介电质窗，所述天线由材料所建构，所述天线具有厚度、宽度与截面积，所述截面积为所述宽度与所述厚度所定义的乘积；以及 电源供应器，操作于频率以及通信于所述天线， 其中，所述材料与所述频率决定出表层深度，所述表层深度在所述天线中负载大部分的电流，以及其中所述表层深度与所述宽度的乘积大于0.0Ol乘以所述天线的所述截面积。
2.根据权利要求1所述的电浆产生装置，其中所述乘积大于0.01乘以所述截面积。
3.根据权利要求1所述的电浆产生装置，其中所述乘积大于0.05乘以所述截面积。
4.根据权利要求1所述的电浆产生装置，更进一步包括亚铁盐材料，围绕所述天线。
5.根据权利要求4所述的电浆产生装置，更进一步包括装填材料，配置于所述天线以及所述亚铁盐材料之间。
6.根据权利要求1所述的电浆产生装置，其中所述天线实质上包括两平行部以及两半圆形端。
7.根据权利要求6所述的电浆产生装置，其中所述半圆形端的其中之一包括中断处，藉以产生所述天线的两分支。
8.根据权利要求7所述的电浆产生装置，其中所述分支中的第一分支通信于所述电源供应器，以及所述分支中的第二分支通信于开关，其中于所述开关的第一位置所述第一分支与所述第二分支电性连接，以及其中于所述开关的第二位置所述第二分支电性连接至相异于所述第一分支的电位。
9.根据权利要求8所述的电浆产生装置，其中当产生电浆时，所述开关启动于所述第一位置以及所述第二位置之间。
10.根据权利要求1所述的电浆产生装置，其中所述天线包括带状天线。
11.一种电浆产生装置，其特征在于包括: 腔室，具有介电质窗； 天线，具有第一端与第二端； 电源供应器，操作于频率以及通信于所述天线的所述第一端；以及 开关，具有通信于所述天线的所述第二端的输出，所述开关具有第一位置与第二位置，于所述第一位置所述输出耦接至所述电源供应器，于所述第二位置所述输出耦接至所述电源供应器的接地。
12.根据权利要求11所述的电浆产生装置，其中当产生电浆时，所述开关被启动于所述第一位置与所述第二位置之间。
【文档编号】H01J37/32GK104081492SQ201380006416
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月8日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】科斯特尔·拜洛, 奎格·钱尼 申请人:瓦里安半导体设备公司