4 6 6 5 3 5, 五、發明說明（i) 發明之技術範圍： 本發明大致上有關於用以處理在一工作件夾持具上之 工作件之真空電衆處理器，以及尤特別地有關於用以控制 由一匹配網路耦合至工作件夾持具之一電極之ac源之一 種方法和裝置’因此，對一部分電力反射回至此源之中斷 之趨勢係藉變化此源之輸出電力而克服。 本發明之另一觀點有關於在一電漿處理器中用以確定 一電褒之抗阻分量之一種方法和裝置，以及更特別地有關 於為回應處理器之真空室之一固態表面和室内電衆之間之 一護套之旱度用以測定此阻抗分量之裝置和方法。 背景技藝之說明： 用以處理一工作件之真空處理器（亦即，蝕沖自工作件 之物質或澱積物質於此工作件上）典型地包括第—和第二 口分別地連接至一真空泵及一個或多個可離子化氣體源。 此氣體係藉電源激磁室内之電漿，此電源包括可回應於第 一a.c·源之電抗，典型地為一rf或微波源。一第—匹配網 路通常係經連接於第一 a.c.渌和電抗之間用以激磁此電漿 。如果此源係一r.f.源時，此電抗要就是一線圈用以供應磁 及電場經由一電介質窗口或一平行板電容性配置至室内部 ’用以供應一靜電場至室内部。 此工作件，它典型地係一半導體晶圓或一電介質片或 一金屬板，係被夹緊在—工作件夾持具上之適當位置，亦 即，失頭，它通常包括一由電介質所包覆之電極。直流電 壓典型地係應用於電極以提供一靜電夹緊力量以固定此工 五、發明說明（2) 作件在夹持具之適當位置。此工作件通常係藉應用冷卻劑 ’諸如氦氣體，至夹頭内之凹部所冷卻。要加速電漿中之 離子至工作件’一第二a.c.源係藉匹配網路之方式而連接至 此電極。每一匹配網路包括一對可變化之電抗之有值係由 馬達所變化者，典型地為步進馬達。 用於與電漿相關聯之電參數之感測器，如耦合至激磁 電抗以及如稱合至夾頭電極者，產生信號協助以控制可變 電抗之值。壓力和流速轉換器分別地在室内及一線内供應 氣體至產生信號之第二口以協助控制室内之真空壓力和通 過此第二口而流入室内之氣體之流速。 一控制器包括一微處理器和一記憶體系統，包括一硬 趙驅動裝置，隨意存取記憶體（RAM)和一唯讀記憶體（R0M) °回應於由此轉換器所產生之信號以及自一操作者輪入控 制台之信號以產生用以控制此可變電抗，兩個a.c.源之輸出 電力’室内之真空壓力以及通過此第二口供應至此室之氣 體之流速之信號。此記憶體系統貯存若干秘訣，各具有代 表用於不同情況之控制工作件之澱積和蝕刻之各種參數之 仏號之形態。每一種秘訣之參數’尤其是要予以供應至此 室之氣體種類.此類氣體之流速室内之真空壓力以及兩 個a'c,源之輸出電力，每一秘訣可包括其他參數，諸如用以 實施每一秘訣之時間以及/或正被澱積之層之厚度=此控制 器回應予秘訣之參數α控制闬於氣體進八此室内之凉量之 閥 '室壓力以及第一和第二a.c.源之輸出電力。在處理中， 政.控制器控制第一和第二匹配網路之電抗俾使第…和第 4 6 6 5 3 5 五、發明說明（3) 一 a.c •源及它們所堪動之負載之間有一電力之有效率之轉 移’因此，調查第一和第二源之輪出接頭所見到之阻抗， 係大逋上相等於藉審視自其輪出接頭進入連接至第一和第 二匹配網路之電纜内分別地所見之第一和第二源之阻抗。 處理時’室壓力和氣體流速上發生異常β此異常在電 漿阻抗耦合至激磁電抗和r.f.偏壓電極時會影響電漿阻抗 。此控制器回應這些異常所產生之電漿阻抗改變，以在經 常將反射回至第二和第二a.c·源之輪出接頭之電力減至最 小之嘗試中來改變第一和第二匹配網路之電抗。理想地是 此反射電力係零；實際情況t最小之電力反射回至a.c.源驅 動r.f.偏壓電極者係大約2%。當此源堪動之負載阻抗相等 於觀察入a.c.源之輸出接頭内所見之阻抗之複共軛時，由此 第一和第二a.c.源所驅動之負載所吸收之電力係最大而經 耦合回至a.c.源之反射電力係最小。（A+jB)之複共軛係 (A-jB)，因此，該負載有由真實及虛擬分量a和B所代表之 一輸出’有一 Va2 + B2之量和Θ之相位角=arctan会者，當它 驅動之負載有Va2 + B2之量和-0之相位角時係匹配）。 感測配置監控此匹配網路係如何良好地被調諧至此負 載，亦即’觀察r.f_源之輸出接頭内所見之阻抗和觀察此源 駆動之一電纜之輸入接頭内所見之阻抗，兩者間之匹配之 程度，以及它依序地驅動此匹配網路。此感測配置可計量 甚多之不同參數，例如，進入電纜内觀測所見之阻抗或經 反射回至a.c.發生器輸出接頭之電力之分量。此控制器回應 於此感測配置以繼續地依照一反饋原理而調整匹配網路之 6 五、發明說明（4) 電抗=甚多不同之調諧理論業已為匹配一電漿至—ac源而 開發’諸如揭露於共同被授予之美國專利案第5,689,215號 和5,793,162號中者。 在過去’曾經假設該計量之量，勿論是進入電纜輸入 接頭内觀測所見之阻抗抑或反射回至a.c‘源之輸出接頭之 電力均係匹配網路之可變電抗之值之一連續作用。換言之 ’先前之假設曾經要就是觀測入此電纜内所見之阻抗上之 小改變中之可變電抗結果，抑或此反射電力中之一小改變 3如果此電漿負載阻抗係正常不變時此假設即係真實β不 過’此電漿負載阻抗並非正常不變，取代者係輪送至電漿 之a.c.電力之一作用。 吾人業經觀察，即自第二源至r.f.偏壓電極之匹配網路 耦合電力之至少一個可變電抗之值上之小改變，在某些情 況下可產生一步級或進入電纜輸入接頭内觀測所見阻抗上 ’抑或電力反射回至第二a.c,源之輸出接頭上之中斷改變。 吾人相信此步級或中斷改變發生是因為此電漿負載阻抗耦 合至此r.f.偏壓電極者並非正常不變。取代者1此r.f.偏壓 電極釋出至電漿之a.c.電力有賴於此電漿負載阻抗，它依序 地有賴於r.f_偏壓電極輸送至此電漿之a.c.電力。此r.「偏壓 輸送至電漿之a.c.電力以及電漿負載阻抗影響此輸送之電 力之相互依賴.並在自第二a.c源進入電纜之輸入接頭中觀 測可見之阻抗上或反射回至此第二a c源之電力上導致急 速或中断之改變。 輪送之a.V.電力及負載阻抗之相互依糢性經常地阻礙 466535 五、發明說明（5) 早期技藝配置之不能保持一匹配之狀況及適當地操作。此 中斷發生至最具關鍵性之情況，因此，該一匹配網路係操 作以將r.f_偏壓電力之已反射回至第二a.c.源者減至最少者 ’為配網路電抗之一中之一非常小之改變而有一較大步 級改變或中斷。吾人已觀察該反射之r.f.偏壓電力基本上自 一零振幅改變至大約80%至90%之值，而以匹配網路電抗 上之一改變與電抗（ohms計）之值上改變之一步級相關聯（ 例如’呈一兆分之一法拉）。換言之，在匹配網路電抗之一 t一非常小之改變促使此反射之電力自一理想化之實際上 之零反射電力狀態進行至一全部失配。 此一匹配狀況t之突然改變可以在軀動此r.f.偏壓電 極之a.c.源上有一反效果。吾人業已觀測到反射之r.f.偏壓 電力之量上之此一突然改變造成電漿光放射上之火花。此 電漿放射光火花業經發現未觸發一光學终點指示器，並促 使工作件蝕刻過早地终結》 依此，本發明之目的係在提供一種新穎及改良之方法 和裝置用以控制一電漿處理器之電漿。 本發明之另一目的係在提供一種新賴和改進之方法和 裝置，以如此一方式用以控制一電漿處理器之電漿，以致 於避免一較大或中斷之改變發生於能量反射回至驅動此電 漿之a.c.源上》 本發明之另一目的係在提供一新穎和改良之方法和裝 置，用以防止由駆動一 r.f·偏壓電極之一 a.c.激磁源所見之 反射能量或阻抗上之突然改變，成為此a.c.源和r,f.偏壓電 五、發明說明（Ο 極之間所連接之一匹配網路之電抗上之一小改變之結果。 本發明之附加目的係在提供一新穎和改良之裝置用於 一電漿處理器之電漿以及用以控制此電漿之方法，俾使電 力經由一匹配網路反射回至驅動r.f.偏壓電極之a.c,源上之 突然改變不會產生過早終點之發生。 發明之概述： 依照本發明之一觀點，控制處理在一工作件失持具上 一工作件之a.c.電漿之方法，此夾持具有一電極在真空處理 室内者係依照一秘訣而實施，此秘訣包括一組有關供應至 此室之氣體種類，供應至此室之氣體流速，室内之壓力， 供應至用於此電漿之激磁電抗之電力，以及供應至此電極 之電力等之參數。此方法包含自第一ac源經由包括一 激磁電抗和含第一和第二可變電抗之第—匹配網路之第一 電路供應a，c.至此電漿；〇感測有關於包括如由第一電路 所見之電漿之一負載之一第一函數；（3)為回應於此感測之 第一函數而控制此第一和第二電抗以保持0)和（b)之兩種 函數之間之預 < 關係，⑷為第—源之輸出阻抗以及⑻為第 一源驅動之阻抗；（4)自第二ac源經由此電極和含第三和 第四可變電抗之—第二匹配網路供應&』至此電漿；。)感 測有關於電聚之阻抗之—第二函數；⑻為回應於此感測之 第一函數而控制第三和第四可變電抗以保持第二源之輸 出阻抗和第.：源驅動之版抗之間—大體上匹配之狀態經 反射回至第二源之雷；/7右 ^ , Λ . „ €刀有—種趨向，要使步級改變成為自 第和第四電拉.之僧/里1切· —~值、第二和第四電坑之至少一個值.....,L之 4 6 65 3 5 五、發明說明（〇 _小變化之結果，此將在第二源之輸出阻抗和第二源驅動 之負載之間提供一匹配。此至少一個小改變起因自參數之 至少一個中增大之改變，而同時此一參數之值保留在與此 秘訣相關聯之一範圍内β為此步級改變之趨勢係藉回應於 | Γ 電漿阻抗之一函數而變化第二源之輸出電力來克服。此第 二源輸出電力以一較第三和第四電抗改變之速度更快速之 速度來改變，以產生要使步級改變之趨勢。 在一較佳具體例中，電漿阻抗之函數之由於第二源之 輸出電力之變化所產生者，產生自電參數之計量，此計量 係以自第二源朝向匹配網路觀測所見者，以免除為第二匹 配網路和電極之間之探察電極之需要。 在另一較佳具體例中，此電漿阻抗之函數之由於第二 源變化之輸出電力所產生者，係電漿阻抗耦合至電極之一 計算值。電漿阻抗之計算值可以藉計量下述（1)、、（3) 所見之阻抗而測定：（1)進入匹配網路之輸入接頭内觀測所 見；（2)測定與第三和第四電抗之值有關聯之阻抗值；以及 (3)自下列（a)、（b)和（c)三項計算電漿阻抗，（幻以進入匹配 網路之輸入接頭内觀測所見之計量之阻抗，（b)在計量以進 入匹配網路之輸入接頭内觀測所見之阻抗之時刻，測定與 第三和第四電抗之值相關之阻抗之值，以及（c)匹配網路輸 入接頭和電極之間之阻抗之固定之值》 在另一較佳具體例中’第二源之輸出電力所產生之電 漿阻抗之函數係已反射回至第二源之輸出接頭之電力之一 計量。在此一情況中，第二源之輪出電力係經測定，以及 10 五、發明說明（8 ) 為回應於電力反射回至第二源之輸出接頭和第二源之輸出 電力之指不之比較，有第二源之輸出電力之控制。 第二源之輸出電力所產生之電漿阻抗之函數亦可以自 電漿當其已耦合至電極時之阻抗之計量值來獲得3電漿當 其輕合至電極時之阻抗之計量值可以自匹配網路之輸出接 頭進入電極内觀測所見之至少一個電參數來產生。 在本發明之-觀點中，它可以用於除控制第二源之輸 出電力以外之目的，電漿之阻抗之計量值係藉計量室内一 固態表面和電漿之間之—護套之厚度來產生。護套厚度係 與電漿負載相關聯。此護套厚度適當地以光學方式計量。 本發明之另一觀點係與用以處理一工作件之裝置有關 。此裝置包含-真空電漿處理器室有：⑷一工作件夾持具 I括-電極用於電容性地供應ae.電壓至1作件，⑻—第 _货您1雔于化氣體 〜太 VW. W ---川奶疋牧 -真空泵配置至此室。一激磁電抗供應充足之電和磁能至 ㈣子化氣體㈣發此氣體至電H —匹配網路經連 接於帛a.e.源和包括第—和第二可變電抗之激磁電抗 之間。-感測配置回應於此電漿阻抗…第二匹配網路經 連接於$-a.c.源和包括第三及第四可變電抗之電極之 間一控制器控制：⑷此真空聚配置以控制室内之真空 ㈦供應至第一 口之氣體之流速⑷第I。源之輸出電力 ，二源之輪出電力 '⑷第- ' 第二.第三及第四 :變電H控制ϋ包括...~輪八裝置和—記憶體貯存用於 室3不同狀況之若工秘麩1 -秘訣包括-組用於真空 4 b 65 3 5 五、發明說明（9) 流速，第一源輸出電力和第二源輸出電力之預先設定值之 參數。此控制器回應於輸入裝置用以存取此記憶體，俾使 室内之真空、氣體流速和第一及第二源之輸出電力係在所 選定一種之秘訣相關聯之預定範園内之預先設定值處。此 控制器回應感測配置用以控制：（a)此第一和第二電抗以獲 得一大體上阻抗匹配於第一源和當此電漿係裝載此激磁電 抗之同時自第一西配網路進入此激磁電抗内觀測所見阻抗 之間，以及（b)此第三及第四電抗以獲得一大體上阻抗匹配 於第二源和當此電漿係裝載此激磁電抗電極之同時自第二 匹配網路進入此電極觀測所見阻抗之間。此第二源有一趨 向要有一步級改變成為第三及第四電坑之至少一個之值上 之一小變化之結果，自此值它提供一匹配於第二源之輸出 阻抗和第二源驅動之負載之間。此小改變起因自參數之至 少一個上之增大改變’而同時此—參數仍保持在其用於為 此選定之秘訣之單組參數之範圍内。此控制器回應於此感 測配置回應於電聚阻抗之函數藉變化第二源之輸出電力來 克服為步級改變要發生之趨向。此第二源輸出電力係以較 第三和第四電抗改變之速度要快速很多之一速度作變化以 產生要有此步驟改變之趨向》 吾人知悉Patrick等人之待審之共同讓渡專利申請案， 標題為“用以控制電漿處理系統中之離子能量和電漿密度 之方法和裝置，’，1997年4月16曰提出並指定申請序號為 08/843,476者。此待審專利申請案透露一種電漿處理器， 包括一線圈用以激磁一真空電漿處理器室内之氣體至用以 12 五、發明說明（10 ) 處理一工作件之電漿，諸如處理一半導體晶圆者3此工作 件係安裝在一工作件夾持具上，它有一電極經由一匹配網 路供應以r，f.。r.f.源之輸出電力驅動此電極供應離子化能 量至此電漿。應用於電極之r.f.源之輸出電力係經控制以保 持電漿内分子之離子化所產生之d.c.電壓大想上正常不變 。一商業上可用之電極配置監控由驅動此電極之rf源產生 電漿離子化之一 <j.c.偏屋電壓》 待審共同被讓渡之專利申請案之發明人並未瞭解當匹 配網路之電抗上之小變化發生在匹配網路係被調整之時刻 時 '用於步級函數變化要發生之趨向，因此，有一大體上 之匹配在進入r.f.源之輸出接頭内觀測所見之阻抗和自r f 源之輸出接頭朝向匹配網路觀測所見之阻抗之間。亦即， 當有一最小量之電力反射回至r. f.源作為與一匹配狀況相 關聯。此待審共同被指定之專利申請案基本上控制rf之應 用至工作件夾持具之電極所產生之d.c.偏麼電壓。 此待審申請案未能透露控制（丨）和（2)兩項之相關速度 ，（1)為賦能應用於夾頭電極之r f偏壓源以及為經連接 於r_f‘偏壓源和夹頭電極之間之匹配網路之電抗。此推論係 控制此電抗之相同電腦程式控制應用於夾頭電極之rf，偏 壓源之電力3此即意指電抗和r f偏壓源電力之控制係在同 —頻率，待審申請案之方露内容沒有說出為什麼控制速度 應該不同之原因。. 因此’ Patrick等人之裝置之推論之操作係對本發明成 對〜尽發明以-較匹配網路電抗之控制吏快速之速度來 66535 4 6 663 5 五、發明說明（ι〇 控制r.f.偏壓電力。此外，本發明之裝置基本上控制電漿之 阻抗而不是d.c.偏壓電壓9 r.f,偏壓源之高速控制係對解決 申請人已發現要發生之步級函數問題為必須a電漿阻抗之 控制以取代此d.c.偏壓電屢提供更大程度之工作件處理之 控制。 監控d.c·電漿偏壓電壓僅可以一電極在室之緊密近區 中完成。有一定之困難與對電漿緊密靠近中監控電參數有 關聯’它係藉計量在非常接近於r,f,源内控制r f偏壓源之 輸出電力之參數而克服。 仍為本發明之另一觀點有關於同以計量一真空電漿處 理器内a.c.電漿之零負載阻抗之一電容性分量之_裝置。此 負載係耦合至供應電能量至此電漿之一電路。此電漿係如 此，即一護套係、經形成於室内之一表面和此電漿之間。此 裝置包含一量規用以計量此護套之厚度並用以產生一回應 。一查對結構回應於由此量規所產生之回應用以產生一有 一值與護套之電負載阻抗相關者之一信號》適當地此量規 係一光電裝置用以監控並映出此護套厚度者。 此光電裝置，當使用以監控電漿和一工作件夾持具上 一工作件之間之護套之電容性阻抗分量時，係經配置以有 一視野，自工作件之一處理之表面下之一點至護套和電漿 之間一邊界上面之一點之間之一區域伸展》 本發明之上述及仍為另外之目的，特徵和優點，於詳 關下列其若干特殊具艘例和說明，特別是當與附圖相關聯 地閱讀時，將變得更為彰顯。 14 五、發明說明（12) 圖式之簡要說明 第1圖係依照本發明之一較佳具體例之電聚處理器之 一總方塊圖； 第2圖依照早期技藝和本發明之一較佳具體例之ac.源 和r.f.偏壓電極之間所連接之一匹配網路，包括反射之偏壓 電力之測繪作為此網路之電容值之一函數； 第3圖包括回應曲線用於真實及虛擬電衆阻抗分量對 抗輸送之電力：以及 第4圖係真空電漿處理室之側視圊，以一光學成像裝置 用以測定護套之厚度，以及由是而在一 r f偏屋電極上一電 漿負載之電容性阻抗分量。 圖解之詳細說明 說明於第1圖内之工作件處理器包括真空電漿處理室 組合（10) ’ 一第一電路12用以驅動一電抗，用以激發室組 合10内可雜子化氣體成一電漿狀態，第二電路14用以應用 r.f.偏麼至室組合10内之一工作件夹持具，以及一控制器配 置16可回應於用於與室組合相關聯之各種不同參數之感 測器，用以產生控制信號供影響室組合1 〇内之電漿之裝置 用。控制器16包括微處理機20.它回應於各種與室組合1〇 有關之感測器以及電路12和i4 >以及自操作者輸入22之信 號。例如，這些可以呈一鍵盤之形態，微處理機2〇係經與 I?.憶體乐統2 4結合.包括硬碟2 6 '隨機存取記憶體2 8 ,和 唯讀1己憶體3〇 >微處理機2〇回應各種對其供應之信號以驅 動顯不器.32它可以是一典型之電腦監控器.： 五、發明說明（η) 硬碟26 ’ ROM 30貯存用以控制微處理機2〇之程式，並 預先設定與為室組合10内所實施之程序所用之不同秘訣相 關$資料。此不同秘缺有關氣艘種類和流速之於不同程序 中應用於室組合10者’電路12和14内所包括之a.c_源之輸出 電力’應用於室組合10之内部之真空，以及被包括於電路 12和14之匹配網路内之可變電抗之起始值。 此控制器配置亦包括一專屬控制器呈一微處理機34之 形態’用以控制被包括在電路14内之一 r.f_偏壓源之輸出電 力以幾乎是瞬間地為電路14控制r.f.偏壓源之輸出電力，亦 即，較微處理機16更快速地控制其所驅動之裝置，亦即， 此輸出電力處理器34以一速度較微處理機20控制其輪出信 號更快速之至少一數值之範圍來控制r.f_偏壓電力。例如， 如果微處理機20每20毫秒一次控制其輸出信號時，此微處 理機34每毫秒一次或更快速地控制其輸出信號a 電漿室組合10包括室40有金屬非磁性園筒形邊壁42， 和金屬非磁性底座44，兩者均係電接地線。電介質，典型 地為石英之窗口 46係固定地定置在壁42之頂部邊緣上。壁 42，底座44和窗口 46係相互堅固地以適當墊片相連接，以 便能使一真空建立於室40之内部中。平面之電漿激磁線圈 48，例如，一如Ogle之美國專利案第4,948,458號或Holland 等人之美國專利案5,759,280號中所構形者，座落在窗口 46 之上部界面上或對其非常接近。線圈46, 一電抗，可反應 地供應磁及電r.f.場至室40之内部，以激發室内可離子化氣 艎成電漿，以代號50示意性地說明於第I圖》 16 五、發明說明（14) 底座44之上部界面承載用於工作件54之夾持具52，此 工作件典型地為一圓形半導體晶圓，一長方形電介質板諸 如使用於平面顯示器中者或一金屬板。工作件夾持具52典 型地包括金屬板電極56 ’它負載電介質層5 8並座落在電介 質層60上，而此電介質層60則係由底座44之上部界面所承 載=一工作件操縱機構（圖中未顯示）放置工作件54於電介 質層58之上部界面上。工作件54係藉自一適當源62供應氦 氣趙經由導管64和電極56内之槽溝（圖中未顯示）至電介質 層5 8之底面而冷卻。以工作件在電介質層58上之適當位置 ’ d.c.源66供應一適當電壓通過一開關（圖中未顯示）至電極 56以夾緊，亦即夹頭，工作件54至失持具，亦即夾頭52。 以工作件54固定於夾頭52上適當位置，一種或多種可 離子化氣體自一個或多個源通過導管70和邊壁42内之口 72 而流入室40之内部中。為方便說明僅一個氣體源係被包括 於第1圊内α導管70之内部包括閥74和流速規76用以分別地 控制氣體通過口 72進入室40内之流速，並計量氣體通過口 72之流速。閥74回應微處理機20產生之信號，同時規76供 應此微處理機20以一指示氣體在導管70内之流速之電信號 纪憶體系統24為室40内所處理之每一工作件54之每一秘 诀貯存一可指示所要氣體在導管7 0内之流速之信號=微處 理機20回應於記憶體系统24為理想流速貯存之信號以及規 7 產生之監控之流速信號以依此而控制闊7 4 ' 真空泵8◦ 以導管84連接至室40之底座44内之□ 8 2 排空I C叫部至適當之壓力i典型地在1至！⑴:，m丨〇rr之 w·. 466535 五、發明說明（丨5) 範圍。壓力規86在室40之内部中者，供應微處理機2〇以一 可指示室40内真空壓力之信號* 記愧艘系統24為每一秘铁貯存可指示用於室4〇之内部 之理想真空壓力之一信號。微處理機20回應於記憶體系統 24為每一秘訣產生之貯存之理想壓力信號，以及自壓力規 86之一電信號以供應一電信號至真空泵80以保持室4〇内之 壓力在一設定點或為每一秘訣之預定值。 光譜儀90藉回應由電漿所放射之光能及經由邊壁42内 之窗口 92耦合至光譜儀而監控電漿50之光放射。光譜儀9〇 回應由電蓼50所放射之光能以供應一電信號至微處理機2〇 。微處理機20回應光譜儀90產生之信號以探測電漿5〇係實 施於工作件54上之程序（勿論是蝕刻抑或濺積）之一端點。 微處理機20回應光譜儀90產生之信號以及記德體系統24貯 存可指示與一端點有關之光譜儀之輸出之特徵之一信號， 以供應此記憶體以一適當信號以指示該秘訣業已完成。微 處理機20隨後回應自記憶體系統24之信號以停止與已完成 秘缺有關之某些活動，並起始一新秘缺在室内先前所處理 之工作件上，或者命令自夾頭52開釋工作件54並轉移一新 工作件至夾頭’緊接以另一系列之處理秘訣之推動》 用以驅動線圈48之激磁電路12包括正常頻率r.f·源1〇〇 ’典型地有一 13.56 MHz之頻率。源1〇〇驅動可變增益電力 放大器102 ’典型地有一輸出電力在1〇〇至3000瓦之範圍内 。放大器102典型地有一 50 ohms輸出阻抗，所有這些是阻 性而無一係反應性。因此，反觀入放大器102之輪出接頭内 18 '發明說明（1ό) 所見阻抗係典型地由（50勺·0) ohms所代表，以及電纜106係 經選擇以有一5 0 ohms之特性阻抗。 對任何特殊秘訣言，記憶體系統24為放大器102之理想 之輸出電力竚存一信號。記憶體系统24藉微處理機20之途 徑供應此理想之放大器102之輸出電力至此放大器。放大器 之輸出電力可以呈一張開環路方法來控制以回應記憶 體系統24内所貯存之信號，或者放大器102之輸出電力之控 制可以在一閉合環路返饋偏壓上，一如業界所熟知並，例 如5說明於前文提及之待審專利申請案中者。 放大器102之輪出電力經由電纜ι〇6和匹配網路1〇8而 驅動線圈48。匹配網路1〇8，構形如一 T字，包括兩個串聯 腿含可變電容器112和116*以及一分路腿包含固定之電容 器114。線圈48包括輸入和輸出接頭m2和124，分別地連接 至電容器U2之一電極並至串聯電容器ι26之第一電極，此 電容器126有一接地線之第二電極3電容器126之值係經適 當地選擇’ 一如共同委託，前文提及之H〇Uand等人之專利 案中所說明者。電馬達118和120適當地屬步進類型，回應 自微處理機20之信號以呈較小增大地控制電容器u 2和u 6 之值，以保持一阻抗匹配於以自放大器1〇2之輸出接頭進入 電纜106内觀測以及以自電纜1〇6進入放大器丨〇2之輸出接 頭内觀測所見阻抗之間=因此.對先前所說明之放大器1〇2 之!' 50~j0)〇hms輸出且抗和電瘦丨之5〇 ohms特性阻抗言 微處理機20控制馬達u 8和〗2〇，俾使自電纜丨〇6進入匹配 網路丨⑽内觀測所見之阻坑係儘可能地接近（50.—j〇i ohms .. 4 5 65 3 5 五、發明說明（l7) 要控制馬達118和120以為進入放大器132之輸出接頭 内觀測所見之阻抗和放大器132驅動之阻抗保持一匹配之 狀況，微處理機20回應自傳統式感測器配置104可指示自電 纜106進入匹配網路108内觀測所見阻抗之信號。另一可供 選擇方式為感測器可經提供用以產生可指示電力放大器 102供應至其輸出接頭之電力以及由匹配網路108反射回至 電纜106之電力之信號。微處理機20,以若干習知方法之一 ，回應此感測器配置104產生之感測之信號以控制馬達118 和120以獲得此匹配之狀況。 因為室40之内部中狀況上之變化影響電漿50，此電漿 有一可變阻抗。此等狀況係流動通過口 70之氣體之流速及 種類上之變異，室40内壓力上之變異以及其他因數之變異 〇此外，雜訊係有時供應至馬達118和120促使馬達來改變 電容器112和116之值》所有這些因數影響由負載所反映之 阻抗包括電漿50返回至放大器102之輸出接頭。微處理機20 回應方向性耦合器134之輸出信號以控制馬達118和120以 聳化電容器118和120以變化電容器112和116之值以保持由 玫大器102之輸出接頭所驅動之阻抗較正常地驅動。不過， 因為微處理機20之基本循環時間典型地係在20毫秒之範圍 上，以及若干操作循環係經常地需要在放大器102之輸出接 頭處恢復一匹配之狀況，故匹配網路對這些變化之回應時 間通常係至少40毫秒。 用以經由電極56供應r.f.偏壓至工作件54之電路14有 一有幾分類似電路12之構造。電路14包括正常頻率r.f.源 20 五、發明說明（ι〇 130 >典型地有一頻率諸如40〇KHz，2.0mHz或13.56mHz， 源130之正常頻率輸出驅動可變增益電力放大器132,它依 序地驅動一梯級配置之包括方向性耦合器134，電纜136和 匹配網路138者。匹配網路138包括一串聯腿含固定感應器 140和可變電容器U2之串聯結合，以及—分路腿包括固定 感應器144和可變電容器146。馬達148和150，適當地為步 進馬達，分別地變化電容器142和146之值以回應自微處理 機20之信號。 匹配網路138之輪出接頭，藉自d.c.源66之夾頭電壓隔 離匹配網路138之串聯耦合電容器154之途徑，供應一 rf 偏壓電壓至電極56 =此應用至電極56之r.f.能量電路14係經 由電介質層48，工作件54，和工作件及電漿之間之一電漿 護套而電容性地耦合至與夹頭52非常接近之電漿5〇之部分 。此r.f.能夾頭52耦合至電漿50在電漿中建立—dc偏壓； 此d‘c.偏壓典型地有值在50和1000伏特之間。此d.c.偏壓產 生自r‘f.能電路14者應用於電極52加速電漿50中之離子至 工作件54。 微處理機20回應可指示自電纜136進入匹配網路Π8内 觀測所見阻抗之信號，一如由一習知感測器配置Π9所產生 者•以類似於上文所說明有關匹配網路丨〇8之電容器1丨2和 ! 1 6之控制之方法1以控制馬達148和1 50以及電容器142和 146之值因此在電容器U2和i46之值上用於最+之改變 之最紐時間係微處理機2〇之—個循環時間，在上述範例中 為2 0毫秒 4 6 6 5 3 5 五、發明說明（I9) 為每一處理秘訣，記憶體系統24貯存一组點信號用於 自方向性耦合器134進入電纜136流動之淨電力自方向性 耦合器134進入電纜136内流動之此淨電力相等於放大器 132之輪出電力減去自負載和匹配網路138通過電纜136所 反射回至連接至電纜136之方向性耦合器134之接頭之電力 。記憶體系統28供應與電路14夸關之淨電力設定點信號至 微處理機20，它依序地供應此設定點信號至微處理機34。 微處理機34亦回應輸出信號之由方向性耦合器134供應至 電力感測器配置141者。電力感測器配置141產生可指示放 大器132之輸出電力及由電纜136朝向放大器132之輸出接 頭所反射回之電力之信號。 微處理機34以一較微處理機20之每一循環時間相當地 高之速度來操作。微處理機34回應此感測器配置141產生之 設定點和計量之信號’而此計量之信號係可指示放大器132 之輸出電力和反射回至放大器之電力者。微處理機34回應 於其輸入信號以控制放大器132之增益。放大器132有一電 子之增益控制具有一反應時間係在較微處理機20控制馬達 118和120以及電容器112和116之反應時間要快速之量之範 圍。因此，黴處理機34控制放大器132之增益較微處理機20 控制電容器112和116之值上之改變要快速甚多。微處理機 34可以一類比控制器來取代，它瞬間地回應可指示電力設 定點’放大器132之輸出電力以及由電纜136所反射回至玫 大器之電力之類比輸出信號。 在一具體例中微處理機34回應方向性耦合器134和微 22 五、發明說明（20) 處理機20對其供應之信號以控制放大器n2之增益，因此， 放大器132之輸出電力依照Pset=PG_pR之等式而變化，其中 Pset係一設定點電力’ Pg係放大器1 3 2之輸出電力，以及P R 係由電漿經由匹配網路138和電纜136所反射回至放大器 132之輸出終端之電力。由於電力耗失於匹配網路丨38，電 纜136及方向性耦合器134内者為任何特殊秘訣實際上.係相 同’故由方向性轉合器134所監控之反射之電力係易於與電 極56和電漿50之間所耦合之電力相關聯。微處理機2〇供應 微處機34之設定點信號包括為每一秘執用於這些電力耗失 之補償。微處理機34繼續地控制放大器132之增益於工作件 54係正依照一特殊秘缺作處理之全程中，亦即，直到微處 理機回應指示一終點之光譜儀90之輸出為止。 控制器16繼續地控制放大器132之增益，並以較電容器 142和146之值快速甚多之反應時間以能使此電容器為反射 回至放大器132之輸出接頭之電力對抗電容器142及146之 值之函數而改變值至接近理想之反應曲線。第2圖内虛線曲 線160係一理想化之反應曲線有關巴配網路13 8之串聯電容 器142之電抗之值對反射之偏壓電力，呈百分比 '亦即，自 電漿50和電極56反射回至放大器132之輸出接頭之電力之 以放大器132之輸出電力為準者之百分比：因此。反射之偏 壓電力（百分比在第2圖中者1 00 t —如前文所討論 者 微處理機20供應至微處理機34之設定點信號包括用於 方句性耦合器丨34供應至微處理機34之反射之電力信號之 4 S 65 3 5 五、發明說明（η ) 固定補償。此固定之補償係以方向性耦合器134，電境136 和匹配網路138為此特殊秘訣之耗失來測定。 理想化曲線160係根據氣氣逋以每分鐘1〇〇標準之方厘 米（seem)之速度流動通過口 72進入室40内，同時泵8〇排空 室40之内部至10 mTorr，以及發電機102有400瓦之輸出電 力《曲線160係亦根據此一前提•即微處理機20已啟動馬達 150,因此分路電容器146有一值要能使實際上一最佳阻抗 匹配予以達成於進入放大器132之輸出接頭内覲測所見阻 抗和放大器132之輸出接頭所見之阻抗之間。曲線160因此 代表呈百分比之反射之偏壓電力，作為電容器呈ohms之電 抗之函數。一類似之曲線為工作件54之每一處理秘訣之電 容器146之變化而存在。 曲線160有一最小值點162，當馬達148調整電容器142 時與一零反射之電力值有關，因此電容器有一值與22.33 ohms之一電抗有關。理想地是，曲線160係大約地以點162 為準而對稱。當徵處理機20和馬達148調整電容器142時， 因此電容器有值與係較22.33 ohms之電抗更大及更小之電 抗之有關，經反射回至放大器132之輸出接頭之電力量呈逐 漸地及連續之方式改變，一如由理想化反應曲線160之部分 164和166所指示者，它背離點162伸展於相反方向中。 不過，吾人已發現由曲線160所說明之理想位置，它假 定由放大器132所驅動之該電漿負載係正常不變，在實際情 況中並不發生，除非由微處理機34所提供之控制係被包括 。特別地，吾人已發現當r.f.放大器132釋出一正常量之電 24 五、發明說明（22) 力至方向性耦合器134該理想化之反應曲線丨60時並不發生 。如果放大器132之輪出電力係未以一高速之方法予以連續 地控制一如前文所討論時，因此它係相等於pG=Pset，電容 器142或146之一或兩者距最小反射點162之值上之小改變 即造成一中斷’亦即，反射偏壓電力上之變化，如由反應 曲線168之部分丨70所指示之步級。特別是反應曲線168之部 分170係一步級’最小反射點162和點172之間之中斷。為回 應電容器142之電抗值之自22.33 ohms(點162處）至22.4 ohms(點172處）之改變之一最小步級，曲線168自一零百分 比之反射偏壓電力躍進至大約85%之反射偏壓電力。因此 ，為回應電容器142之值上一最小步級改變，自一匹配之狀 況至一實際上完全不匹配狀況之一重大改變即發生^為回 收分路電容器146之值上一最小改變，一類似之改變亦發生 〇 吾人深信波形部分1 70之步級改變發生因為電漿50耦 合至電極58之阻抗和電阻輸送至此電漿之電力之間之一非 線性關係。如果此發電機輸出電力PG係正常不變時，此反 射之電力心係用於調諧電容器值之某一範圍之調諧電容器 值之三部分值之函數。此三個反射之電力值之中心係不穩 定·以及觀察之反射電力自較低至較高值不連續地改變， 曲線丨68以最小反射之偏壓電力點162為準係非常地不 對稱.因此：曲線168之部分丨74至點丨62之左邊較波部分17〇 有一更之斜度。部分1 74亦有一較理想化之反應曲線1 60 u士一部甘丨64或1 66之斜度有更’卜之斜度..吾人深信因 4 6 653 5 五、發明說明（23) 為有由電極56所軀動之電漿50之負載係電力供應至電極56 之作用。 吾人已發現反應168之中斷部分170之發生起因於較大 尖花在反射偏廢電力中作為一時間之作用，以及這些央花 係對工作件54之處理危害，特別是對蝕刻處理。吾人亦發 現這些危害之結果可以克服，以及該理想化之反應曲線丨6〇 可以藉連續地控制在一高速基礎上來達成，放大器132之輸 出電力因此係依照Ps=Pg-Pr —如前文所討論者。保持 Ps=Pg-Pr促使電極56供應至電聚50之電力要保持正常不變 。保持電择56供應至電漿50之電力正常即保持此電装阻抗 大體上正常。 電極56輸送至電漿56之電力以及電漿阻抗之真實和虛 擬部分之間之關係係經測燴於第3圖内，並由反應曲線Π5 和176所指示。反應曲線175和176分別地代表耦合至電極56 之電漿阻抗（以ohms計）之真實和虚擬部分，作為輸送之偏 壓電力之函數。每一反應曲線175和176係一平順，連續之 曲線，有一比較高值用於低輸送之偏壓電力以及一比較低 值用於高輸送之偏壓電力。反應曲線175和176代表蝕刻一 聚矽半導體晶圓以Cl2中所達成之實際計量，此以100 seem流入一真空室内，此室排空至10 mTorr，並具有共同 委託之Holland等人專利案中所透露之一類型線圈，以400 瓦驅動。這些係對與第2圖之反應曲線160和168有關之計量 奏效之相同條件。 第3圖，指示如果電極輪送至電漿之電力保持正常時， 26 五、發明說明（24) 耦合至電極56之阻抗電漿50之真實及虛擬部分即保持正常 不變。因此’保持電極56輸送至電漿之電力正常能使理想 化之反應曲線予以達成，並避免此不對稱反應曲線168有中 斷部分170之步驟^ 第1圖之裝置於方向性耦合器134處，放大器132之輸出 和電纜136遙距匹配網路138之殄端之間，監控反射之參數 a此一配置係有利，因為它避免讓電監控探針在匹配網路 138和電極56之間之引線内之需要。不過，應予瞭解者’本 發明之甚多原理同等地可應用於監控負載參數於連接匹配 網路138至電極56之引線中。其他裝置和技術亦可以用來監 控在電極56上電漿50之負載阻抗。 第4圖係一配置之示意圖，用以有效地監控電漿5〇之電 容性電抗當耗合至工作件54時。與第4圖内所說明之裝置有 關之原理係可應用以有效地計量電漿5〇和室4〇之内部之任 何表面之間之電容量。 第4圖之配置係根據此原理，即由於電漿護套厚度上之 改變而導致負載之電容量上之改變係主要地可為不對稱反 應曲線而負貴，包括第2圖之步級或中斷部分7〇。因此 •僅監控及控制電漿50給予電極56之負載阻抗之虛擬部分 係經常足夠以讓玫大器i 32之輸出電力之控制來達到 Ps-Pg Pr之關係以不同方式來說明，監控電漿5〇和工 rt件54之間護套之厚度能使可指示電漿阻抗之虛擬邹分之 信號予以獲得。可指示護套厚度之-信號控制故大器132 ;輸出電力以保持此護套厚度正常不變、，此—操作產生理 4 6 653 5 五、發明說明（25) 想化曲線160(第2圖）之接近實現，並防止操作與不對稱反 應曲線168相符合。 由於電漿護套係電漿和電漿所放置之真空室之鄰接表 面之間之一暗區，故此電漿沒有光放射。因此，電漿護套 之厚度可以藉使用第4圖内所說明之裝置計量工作件54和 光放射電漿50之間之暗區高度而作光學地監控。 第4圖包括室40之邊壁42内光學透明窗口 180»光學探 測器陣列182 ’定置於室40之外面與窗口 180呈直線對準者 ’探測電漿50之底部部分和工作件54之上部界面之間之電 漿護套184之厚度《陣列182包括五個垂直向配置之光電探 測器191至195 ’分別地耦合至兩面凸狀透鏡2〇1至205。光 電探測器191至195和透鏡201至205係經配置，俾使光電探 測器191之視野係有效地剛好在工作件54之頂部界面之上 面’而光電探測器195之視野係剛好在護套184之最大預期 厚度之下面》光電探測器192至194有視野在光電探測器191 和195之視野之間。 光電探測器191-195產生與視野是否與每一光電探測 器有關之相關雙級電輸出，包括或並不包括自電漿5〇之放 射。如果電漿50係未在一特定光電探測器之視野内時，此 光電探測器反應係暗，並係與此特定光電探測器視野成像 在護套184上相關聯。因此，若干光電探測器ι91_195有一 低輸出者，與護套184相關聯係在一特定光電探測器之視野 内者’指示為非常接近護套184之厚度》 記憶體系統24包括一查閱表，它貯存由光電探測器 28 五、發明說明（26) 191-195以工作件54上面護套之電容量所產之護套厚度指 示有關之信號。光電探測器191-195供應雙級信號至微處理 機24和34以如此地指示護套184之厚度。此電容微處理機2〇 回應記憶體系統有關由光電探測器19 1 -195以工作件54上 面護套之電容所產生之護套厚度指示之信號和光電探測器 191-195產生之護套厚度之信號;以計算可指示護套電容量 之信號。微處理機20供應可指示護套電容量之信號至顯示 器32 » 記憶體系統24亦貯存代表放大器132之輸出接頭和工 作件54之問電路中阻性及可反應性阻抗之信號（為電容器 140和146之不同值）’以及一程式用以計算此放大器132之 輸出接頭和工作54之間之容性阻抗。記憶體系統24亦貯存 可指示用於每一秘訣之理想（設定點）電容性阻抗之信號。 微處理機20回應此程式以及記憶體系統24内代表放大器 132之輸出接頭和工作件54之間之電路中阻性及反應性阻 抗之信號（為電容器140和146之不同值）’以及可指示理想（ 設定點）電容性阻抗之信號，以計算有關於放大器132之理 想之輸出電力之一設定點信號作為護套184之高度之作用。 微處理機34回應來自光學探測器191-195之信號，並回 應微處理機20供應至微處理機34之用於護套184之厚度之 設定點信號。此設定點信號係電容器142和146之瞬間值之 作用和正被處理之工作件3 4之特殊秘诀之作用.，微處理機 34包括一控制程式供放大器！ 32之增益用，作為微處理機2() 產生之讀.套高度設定點信號和計量之護套高度之函數一 4 6 653 5 五、發明說明（27) 如由光電探測器191-195產生之信镜所指示者。微處理機34 回應自光電探測器191-195之信號以及微處理機2〇產生之 護套高度設定點信號，藉變化放大器132之增益以控制放大 器132之輸出電力。 應予瞭解者’即第4圖包括五個光電探測器僅為說明之 目的。實際上’較五個更多之；1=目當數目之光電探測器係需 要來提供理想之答案》另一可供選擇方式為護套184之厚度 可以藉使用一連續光電探測器條之有一視野一如光電探測 器191-195相同者來監控，並以護套184之厚度所測定之電 阻來監控。在此一情況下’ 一類比/數位變換器變換條之電 阻成為一數位信號來堪動微處理機34。亦應瞭解者即各種 量規和計量裝置供應信號呈類比形態至微處理機2〇和34者 ，該等微處理機可變換這些類比信號成為數位信號。此處 理機亦包括數位/類比變換器，如有需要時，此驅動第1圈 内所說明之各種裝置，諸如閥74和真空泵80* 當本發明之特殊具體例業已說明及闡述時，至為清晰 考即在不背離本發明之真實精神和範圍（一如增列之專利 申請範圍中所界定者）時’所特別說明之闡述之具體例中之 細節上之變化仍能形成》 30 五、發明說明（28) 元件標號對照 10··· 真空電漿處理室組合 62". 源 12··· 第一電路 64·-· 導管 14··· 第二電路 66，.· 氣體源 16··· 控制器配置 70··· 導管 20… 微處理機 72··· □ 22··· 操作者輸入 74.·· 閥 24··· 記憶體系統 76··· 流速規 26··· 硬碟 80··· 真空泵 2 8.·· 隨機存取記憶體 82··· □ 30··· 唯讀記憶體 84··· 導管 32··· 顯示器 86 · 壓力規 34·** 微處堙機 90·*· 光譜儀 4〇." 室 92"· 窗口 42 · 邊壁 100· · r.f.源 44 · 底座 102, ·-放大器 46 ·· 窗口 106- ••電纜 48" 線圈 108· •匹配網路 50，， 電漿 112. 116…電容器 52-. 夾持具 114* …電容器 54.- 工作件 ί 1 8 j 20…馬達 56·· 電極 122. 124…輪出接頭 5 介質層 130 r f.源 4 6 653 5 五、發明說明（29) 132…放大器 134···方向性耦合器 136…電纜 138…匹配網路 139…感測配置 140…感應器 141…感測器配置 142…電容器 144…電容器 146…電答器 148,150…馬達 154…耦合電容器 160…曲線 162…曲線點 164，166…曲線部分 168,174…曲線上步級 170…波形部分步級 175,176…反應曲線 180…光學透明窗口 182…光學探測器陣列 184…護套 191-195…光電探測器 201-205…雙面凸透鏡 32