TW494490B - Integrator and plasma processing apparatus - Google Patents

Description

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本發明係有關於一種用以將電漿等之高頻負載之阻抗 與傳送路阻抗相匹配之整合器及一使用有該整合器之電漿 處理裝置。 例如在半導體元件之製程中，對被處理基板之半導體 晶圓係多採用蝕刻、濺射、CVD(化學氣相成長）等之電漿 處理。 用以施行如此之電漿處理之電漿處理裝置係使用有各 種設備’其中以容量結合型平行平板電漿處理裝置為主流。 容量結合型平行平板電漿處理裝置，係用以於室内配 置一對平行平板電極（上部及下部電極），且將處理氣體導 入室内，並朝電極中至少之一供給高頻電力，於電極間形 成一高頻電場，藉該高頻電場形成處理氣體之電漿，而對 半導體晶圓施行電漿處理者。 藉如此之容量結合型平行平板電漿處理裝置，對半導 體晶圓上之膜諸如氧化膜施行蝕刻時，先將室内形成中壓 狀怨，形成中密度電漿，以進行最適R控制，藉此可得到 一適切電漿之狀態，且以高的選擇比，實現一安定性且再 現性南之餘刻。 然而，近年來，ULSI中之設計規則愈來愈微細化，通 道形狀之縱橫比之要求也進一步提高，在習知之條件下， 已逐漸無法滿足所需了。 在此’嚐試將須施加之高頻電力之頻率提高到 60MHz，形成一高密度電漿，且以較低壓之條件形成適當 之電聚’以因應其微細化者’然而在60MHz左右之頻率 本紙張尺度適巧國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ 297公爱 -4- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線·

、發明說明（2) - | 您濟部智慧財產局員工消費合作社印製 下’要以10mTorr以下之真空度生成高密度電漿者是很難 的因此0寸如何將所施加之高頻電力之頻率進一步 提昇到100MHz以上者。 ^ 惟，按此施加一高頻以形成電漿之容量結合型平行平 板電漿處理裝置，係於高頻電源及上部電極間使用有一用 以將高頻電力負載之電漿阻抗與傳送路阻抗匹配之整合 器。習知之整合器係具有一諸如第16圖所示之構造。即， 整合裝置101係設於高頻電源100及上部電極1〇2間，且 具有一接地之直方體之箱子101a，於該箱子101a中相對 於一用以由高頻電源100朝上部電極1〇2供電之供電棒 103，以串聯方式由上游側設有線圈丨丨j及可變電容器 114，進而於線圈丨丨丨之上游側連接有一接地之固定電容器 110，而於該線圈111之下游側則連接有一接地之可變電容 器112及一固定電容器113。其等零件係藉銅板或線材等 連線，並構成為以馬達等使可變電容器丨〗2、114之值變 化’俾可變化匹配範圍者。也可使用一可變線圈代替該可 變電容器。 但，將如此構造之整合器使用於超過1 〇〇MHz之頻帶 上時，將使用以連接零件之銅板或用以連接整合器及電極 等之供電棒等之感應性電抗成份之影響變大，除此之外， 容量性電抗係與頻率成反比，而使共振與匹配用之電容器 容量形成一極小者，造成一般市售的可變電容器之利用上 變得困難。 為避免如此不便，而考慮在於超過100MHz頻帶之電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494490 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3) 漿處理裝置中使用一整合器，其係通常用以於處於vhf 頻帶後半部至UHF頻帶（300MHz_3GHz)之殘段方式者。如 第17圖所示，屬殘段（stub)方式之整合器121，係於用以 連接高頻電源120及上部電極122且具同軸構造之供電線， 131上連接有與該供電線131垂直且於2處以上具同軸電 纜構造之調整線132，使於其等調整線132上移動短路元 件133，以調整阻抗者。 但是如此之殘段整合器121須確保短路元件133之衝 程在1/4波長以上，且在150MHz以下時，須令調整線132 之長度在500mm以上，而使整合器本體變成一非常大之裝 置。又，使短路元件133之移動時間變長，而使自投入高 頻電力後迄至匹配間之時間拉長。進而，一考慮以馬達驅 動短路元件133時，就無法避免諸如由旋轉運動轉換成直 線運動等複雜度。 另一方面，習知整合器固然藉數1〇〜1〇〇mm左右之供 電棒而連接於電極，而整合器内之零件係藉銅板等連接， 但如此這般機械連接部分很多，增加了電氣特性不能連續 之部位，也造成駐波呈不連續之狀態，致使電漿不均勻， 又因R成份所引起之損失也很大。又，藉高頻化而使供電 棒之感應性電抗也變得很大，因此使處於整合器出口之電 極非常高，且為絕緣之強化，而需要將絕緣物、空間等之 尺寸加大者。 本發明係有鑑於上述問題而所構建成者，其目的在於 提供一種整合為、及使用該整合器之電漿處理裝置，即使在

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五、發明說明（4) 用以供給_z以上之高頻電力時，也不會造成大型 ^且不會使匹配時間變長，並可充分地將高頻負載之阻 抗與傳送路阻抗匹配者。 又 理裝置 損失， ，目的在提供一種整合器及使用該整合器之電漿處 ，可減少因電氣特性之不連續所致之不均勻或能量 且可小型化者。 為解決上述課題，依本發明之第丨觀點，乃提供一種 整合器，係設於高頻電源及高頻負載導入部間，且用以將 同頻負載之阻抗與傳送路阻抗相匹配者，包含有： 一共振棒，係用以將來自高頻電源之高頻能量傳送至 高頻負載導入部者； 可k電容器，係用以串聯連接於前述共振棒及前述 同頻負載導入部，且進行阻抗複數中虛部之調整者； 一盧體’係設於前述共振棒之外周且接地者；及 可變結合供電部，係用以使前述共振棒激發高頻能 置’且進行阻抗複數中實部之調整者； 並調整前述可變電容器及前述可變結合供電部，以構 成一串聯共振電路，且使由前述高頻電源迄至高頻負載間 處於一使尚頻負載之阻抗和傳送路阻抗匹配之狀態者。 依本發明之第2觀點，乃提供一種整合器，其係用以 设於一高頻電源及一電漿生成電極間，且將高頻負載之阻 抗與傳送路阻抗匹配者，且直接安裝於前述電漿生成電極 上者。 依本發明之第3觀點，乃提供一種電漿處理裝置，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公爱) 494490 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 A7 五、發明說明（5) 係包含有：一處理室，係用以收容被處理基板者； 第1及第2電極，係於該處理室内設置成相對向者·， 一高頻電源，係用以於前述第丨電極供給高頻電力者； 一整合器，係設於前述高頻電源及前述第丨電極間， 且用以將電數阻抗與傳送路阻抗相匹配者； 一排氣機構，係用以將前述處理室内維持在一預定減 壓狀態下者；及 ' 一處理氣體導入機構，係用以朝前述處理室内導入處 理氣體者； & 並藉前述高頻電力而於前述第丨電極及第2電極間形 成一高頻電場，藉此，俾使處理氣體電漿化，以進行電漿 處理者； 7 而’前述整合器係包含有： -共振棒，係用以將來自高頻電源之高頻能量傳送至 第1電極者； 一可變電容器’係串聯連接於前述共振棒及前述第i 電極，且進行阻抗複數中虛部之調整者； 筐k，係设於前述共振棒之外周且接地者丨及 旦一可變結合供電部’係用以對前述共振棒激發高頻能 里，且進行阻抗複數中實部之調整者；

並調整前述可蠻雷交¥ 0 ‘、π W I」又％合态及刖述可變結合供電部，以 f一串聯共振電路，且使由前述高頻電源迄至高頻負栽間 處於一使而頻負載之阻抗及傳送路阻抗相匹配之狀態者。 依本發明之第4觀點，乃提供一種電漿處理裝置，_ 本紙張尺度刺T關家鮮（CNS)A4規格⑵G x i_i---+---------------^---------線—»---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494490 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明說明（6) 處理室，係用以收容被處 第1及第2電極，係於該處理室内設置成相對向者； 一高頻電源，係用以於前述第1電極供給高頻電力者 一整合器，係設於前述高頻電源及前述第丨電極間 且用以將電漿阻抗和傳送路阻抗匹配者； 一排氣機構，係用以將前述處理室内維持在 預〜、 壓狀態下者；及 /; 一處理氣體導入機構，係用以朝前述處理室内導入石 理氣體者； 並藉前述高頻電力而於前述第i電極及第2電極間子 成一高頻電場，藉此，使處理氣體電漿化，以進行電漿石 理者； μ 其中S玄整合為係直接安裝於前述第1電極者。 按上述本發明之第丨觀點，乃構成一包含有一於外J 配置筐體之共振棒及一可變電容器之串聯共振電路，即4 供給100ΜΗΖ以上之高頻電力，也不會導致諸如殘段方j 般之大型化，利用一般市面上之可變電容器，就可充分土 將高頻負載之阻抗與傳送路阻抗匹配者。即，為用以將3 合器與共振棒及可變電容器配置成串聯形態之簡單構造』 使於由高頻電源迄至高頻負載間以匹配狀態構築一串聯^ 振電路，本質上可行小型化，χ，藉設_接地之筐體，^ 將共振棒之電感成份縮小，只要調節共振棒與筐體間之足 離，就可輕易管理共振電路之感應性電抗成份，因此可餐 電容器也可使用—般市f &，就足以將高頻負載之阻抗岁 --------I I I I » ---I I I I I 訂· —I------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（7) 傳适_路阻抗匹配。又，亚4ε /、 /、振‘作為線圈作動時，可將共振 棒之長度縮短到比高頻頻率之1/4波長還小，可行更:型 :匕。進而’在共振電路上接合點少，因此可使内部耗損減 構建成耗損且鬲性能之共振電路。進而又，與習 幵:L同樣’可於基本上採用可變電容器以行匹配，不致 像殘&方式般使匹配時間加長。進而，藉望體之存在，可 將掩蔽效果提高。 a按上述本發明之帛2觀點，乃將整合器直接安裝於電 漿生成電極上，因此不需供電棒，且減少阻抗不連續之部 位。疋故，可減少因電氣特性之不連續狀態而所造成之不 均勻及此置耗損。又，沒有供電棒之感應性電抗成份之影 響，因此不會在整合器出口提高電壓。是故，不須為絕緣 之強化而將絕緣物或空間等尺寸加大，可行小型化。 按上述本發明之第3觀點，乃構成一使用有上述本發 明第1觀點之整合器之電漿處理裝置，因此在供給1〇〇mhz 以上高頻電力以生成電漿時，也不致像殘段方式般造成大 型化，且可利用一般市售可變電容器，就可足以將電漿之 阻抗與傳送路阻抗相匹配。 按上述本發明之第4觀點，乃構成一使用有上述本發 明第2觀點之整合器之電漿處理裝置，因此可減少因電氣 特性形成不連續狀態所造成之電漿不均及能量耗損者。 在上述本發明第1觀點之整合器中，可使用電漿生成 電極作為前述高頻負載導入部。此時，前述高頻負載為電 漿。 本紙張尺度適財闘家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公髮· y -10- IA---Λ------------I---ti----I — ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 了

、發明說明（8) 濟 部 智_ 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 又’在上述本發明第1觀點之整合器中，藉設置一用 乂控制則述可變電容器及前述可變結合供電部之控制機 構，以使於自高頻電源迄至高頻負載間以匹配狀態構成一 串聯共振電路，俾可自動調整者。 進而’前述共振棒及前述筐體係宜同軸設置者。藉此， 可使共振棒與筐體間之距離不依位置而有變動，且可將電 磁場刀布均勻’因此使共振棒之阻抗預估之管理變得容易 之形態。 進而又，前述可變結合供電部係可藉電磁感應而形成 於刚述共振棒上具有一用以供給高頻電力之連結線圈之 形L。藉此，可將共振棒上之高頻電力之輸入部分形成非 接觸之狀悲’且可減少電力之消冑。此時，藉調整前述連 :吉線圈與前述共振棒間之距離，也可調整阻抗複數之實 P又更具有一業已連接於前述連結線圈之可變電容5|， 藉調整該可變電容器，也可調整阻抗複數之實部電進而 °， 將呈筒狀之連結線圈設置成可圍繞共振棒，且藉調整可變 電容器，構成可調整阻抗複數之實部之形態時，即使在大 電力下，也可容易進行感應結合者。 進而又，前述可變結合供電部也可構成為，具有一可 朝前述共振棒移動且與該共振棒相接續並用以於前述共振 棒輸入-高頻電力之接續構件，及—可使該接續構件沿前 述共振棒之長向移動之銘勒妓4 — ϋ i u 助之私動^構，糟由該移動機構調整前 述接續構件之位置，以調整阻抗複數之實部者。 進而又，前述可變結合供電部也可構成為，具有一可 本紙張尺度_適用中國國家標準（cnG_A4規格（2ι〇 χ 297公^ _____________^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合Ά印1

振續且用以於前述共振棒輸入-高頻電力之 器，並夢，敕一與接續構伴以串聯方式配置之可變電容 、稭δ周整該可變電容器以調整阻抗者。 二而又’將與前述共振棒及前述電衆生成電極以串聯 軸Ur之可變電容11之馬達透過設置於共振棒中之旋轉 -於另-端側時’該部份乃為接地電 成絕緣者。 π y 、上=而又，前述高頻電源之頻率宜為100MHZ以上者。 、从圍内之頻率’可有效發揮出本發明之效果。 進而又，與則述共振棒及前述電漿生成電極以串聯方 工、接、κ之可變電容器宜直接安裝於前述電漿生成電極。藉 此，/與上述本發明第2觀點之形態同樣，可減少因電氣特 2形成不連續狀態所造成之不均勾及能量耗損，且可小型 述本t明之第2觀點中，在將整合器直接安裝在電 聚生成電極時’宜將可變電容器直接安裝在電㈣極上。 …在上述本發明之第1觀點及第2觀點中，如此將可變 電容器直接安裝在電襞生成電極時，宜透過具有多數接觸 子之多面接觸構件而安裝成可裝卸之形態。藉此可提高操 作11及保固性。又，在此形態下，形成使可變電容器之一 電極作為前述電漿生成電極之一部分，且透過絕緣層之空 氣而設有另一電極之構造，就可將構成簡化，且可縮小電 容器之容量。 v度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------線· •12-

發明說明（10) 圖式之簡單說明 第1圖係顯示本發明所適用之電漿處理裝置之模式載 面圖q 第2 用以顯示一用以於第1圖之電漿處理裝置 之整合态%截丨面圖及一用以顯示出連結線圈之結合度調整 方法之模私丨。 第3圖祿顯示弟2圖之整合器之等價電路圖。 第4圖係顯示使用同軸構造之共振棒時之長度及阻抗 間之關係。 第5圖係顯示整合器之第1變形例之截面圖。 第6圖係顯示弟5圖之整合器之等價電路圖。 第7圖係顯示整合器之第2變形例之截面圖。 第8圖係顯示整合器之第3變形例之截面圖。 第9圖係顯示第8圖之整合器之等價電路圖。 第10圖係顯示整合器之第4變形例之截面圖。 第11圖係顯示第10圖之整合器之等價電路圖。 第12圖係顯示本發明另一實施形態之整合器之截面 圖。 第13圖係顯示用以於第12圖之整合器之接續之多面 接觸構件之平面圖。 第14圖係顯示一使用可變電容器之例之模式圖，該電 谷杰係使一電極作為上部電極之一部分，而透過絕緣層之 空氣設置另一電極之構造。 第1 5圖係顯示另一使用可變電容器之例之模式圖， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱了 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（11 電容器係使~ φ J.7T /L. ^ . Μ 和作為上邛電極之-部分，而透過絕緣層 玉軋设置另一電極之構造。 θ 第Μ圖係顯示用以於習知之電漿處理裝置之整合器 圖。 第1 7圖係顯示殘段方式整合器。 圖中元件標號說明表 1 ... …電蒙處理裝置 25... ..絕緣材 2 ... …處理室 26... ..氣體導入口 3 ... .· ·絕緣板 27... ..氣體供給管 4 ... …基座支持台 28... •.閥 5 ... …基座 29... ..質量流量控制器 6 ... ···阿通濾波器（HPF) 30... ..處理氣體供給源 7 ... …冷媒室 31 ... ..排氣管 8 ... …冷媒導入管 32... ..閘閥 9 ... ···排出管 35... ..排氣裝置 11·· …靜電夾盤 40"· ..第1高頻電源 12·. • ·.電極 40a . • •傳送路（供電線） 13·· .· ·直流電源 41 ... ..整合器 14·· …氣體通路 4Γ.. ..整合器 15·· • ·.聚焦環 42... .低通濾波器（LPF) 21·· …上up電極 50"· .第2高頻電源 22.. …電極支持體 51 ... .整合器 23.. …電極板 61 ... 共振棒 24·. ···吐出孔 62.·· 玎變電容器 -14- • J ^ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494490 A7 B7 五、發明說明（12) 63.... ..筐體 64··., ..連結線圈 65.… ，.控制單元 66____ ..馬達 67____ ，.馬達 68.... ..齒輪機構 69·… ..控制器· 71.... ，，連結線圈 72.... ..可變電容器 7 3____ 馬達 74·… ，.連結線圈 75.... ，.滑動構件 76·… ..驅動機構 77·… ..馬達 78.... ..接續構件 79·… ..可變電容器 80..., ..馬達 91.... ..可變電容器 91a .. ..下部電極 92.·., ..接合 93... ..多面接觸構件 93a . ..接觸子 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 94.....可變電容器 .9 4 a ...電極 94b…電極 95…電容器 95a ...電極 9 5 b ...電極 100 ...高頻電源 101…整合裝置 101a..箱子 102…上部電極 103…供電棒 .110 ...固定電容器 111 ...線圈 112…可變電容器 113…固定電容器 114…可變電容器 120 ...高頻電源 121 ...整合器 122 ...上部電極 1 3 1 ...供電線 132 ...調整線 .133 ...短路元件 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明說明（I3) 本發明之最佳實施形態 以下’參考添附圖式，說明本發明之實施形態。 第1圖係顯示本發明所適用之電漿處理裝置之模式截 面圖。忒電漿處理裝置i係構造成一容量結合型平行平板 姓刻裝置，係使電極板上下平行相對，一方連接一電聚生 成用電源，另一方則與一離子引進用電源相連接者。 該電水處理裝置1係具有一處理室2，該處理室2係表 面施有耐酸紹處理(陽極氧化處理），由銘形成且成形為圓 ，者，又該處理室2係保安接地者。在前述處理室2内 隔者一陶究等絕緣才反3而設有一用以载置被處理體諸如半 導體晶圓(以下稱為晶圓)W且略呈圓柱狀之基座支持台 4’進而在該基座支持台4上方設有一 x ^ 用以構成下部電極之 基座5。該基座5上連接有-高通壚波器（HPF)6。 前述基座支持台4内部係設有—冷媒室7，在該冷媒室 7上係使冷媒透過冷料人管.δ導人而由排“ 德核’該冷熱係透過基座5而朝前述晶圓w傳熱，藉此可 將晶圓W之處理面控制在預定之溫度。 曰 前述基座5上係設有一與晶圓w 习略冋形之靜電夾盤 11。該靜電夾盤11係於絕緣材間卩 丨网有一電極12，藉由連 接於電極12之直流電源13施加一 星机電壓，以藉庫倫力 而將晶圓W靜電吸著。 然後，在前述絕緣板3、基座支持二 ^ x_ 、σ 、基座5、進而 刚返#電夾盤1 1上，在被處理體之 ^ m ^ . w w畏面形成有一 用以供給傳熱媒體諸如He氣體等之氣 孔體通路14，透過該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------線. -16 五、發明說明（Μ) 傳熱媒體而使基座5之冷熱傳達到晶圓w，俾 持在預定溫度者。 日日圓W維 在前述基座5之上端周緣部係配 15,可包圍靜電夹盤"上所載置之晶圓w者：= ^係由發等導電性材料所形成，藉此可將㈣之均勾^ 4 在前述基座5上方係設有一與該基座5平行對向之上 «極2卜該上部電極21係隔著絕緣材^而被支持於處 理至2上部’係構成有一與基座5之對向面且具有多數吐 出孔24。例如藉一電極板23及一電極支持體η所構成， 該電極板23係由諸如石夕、Sic，或非晶質碳所構成，而該 電極支持體22係用以支撐該電極板”,且由導電性材料， 例如表面施有耐_處理之紹所形成之水冷構造。此外， 基座5與上部電極21係隔開有諸如至⑼⑺瓜左右。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 前述上部電極21中之電極支持體22上設有-氣體導 入口 26進而忒氣體導入口 26連接有一氣體供給管27， 該氣體供給管27係以閥28、及質量流量控制器29為中介 而連接有一處理氣體供給源3〇。由該處理氣體供給源 供給電漿蝕刻用之處理氣體。 處理氣體係可採用習用各種氣體，例如可適當使用敗 石厌亂體（CXFY)及氫氟碳氣體（CpHqFr)等含有鹵素之氣體。另 外也可添加Ar、He等稀有氣體及N2等等。 刚述處理室2底部連接有一排氣管3丨，該排氣管3 i 係連接有一排氣裝置35。該排氣裝置35係具有一渦輪分 本紙張尺錢时關家標準（CNiX4祕 -17- A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（l5) 子泵寺之真空栗，藉此可構成將處理室2内抽真空至預定 減壓每境’諸如〇. 1 mTorr以下之預定壓力者。又，處理室 2之側壁設有一閘閥32,在將該閘閥32打開之狀態下，可 使晶圓W在相鄰接之室（未圖示）間搬送者。 ， 上部電極21係連接有一第1高頻電源4〇，且於第1 南頻電源40與上部電極21間設有整合器41。該整合器41 具有一功能，即，係於處理室2内形成有電漿時，可將電 漿之阻抗與由高頻電源4〇延伸之同軸構造之傳送路4〇a 之阻抗匹配者。由高頻電源40所看到之傳送路4〇a之阻抗 通常為50Ω。又，朝上部電極21之供電乃由其上面中央 進行。又上部電極21連接有一低通濾波器（LpF)42。該 第1高頻電源40係具100MHz以上之頻率。如此施加高頻 率可形成高密度之電漿，可進行所謂1〇mT〇rr以下之低壓 條件下之電漿處理，且可對應於設計規則之微細化。 _在下邛電極之基座5連接有第2高頻電源5 〇，另於供 電線上間設有一整合器51。該第2高頻電源5〇係可朝晶 圓W引進離子，並對晶圓w不致造成傷害之狀態下而附 予一適當之離子作用，其頻率為2MHz。 其次，說明上述整合器41。 如第2(a)圖所示，整合器41係如上述，於處理室2内 形成有電漿時可將電漿之阻抗與傳送路4〇a之阻抗匹配 者包3有·一用以將來自高頻電源40之高頻能量傳送至 上部電極2；[之共振棒61、一與共振棒61及前述上部電極 21串聯連接之可變電容器62、設於共振棒61外周且接地 本紙張尺適財關家標準（CNS)A4規格γ21 碧- ---^----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18· 發明說明（16) = 與共振棒61感應結合，作為結合度為可變之 可變'口口供电部作動之連結線圈64、及，設於筐體W上 方之控制單元65。然後調整可變電容器62及連結線圈64, 使；生成电水％，由兩頻電源4〇電漿透過電漿到達接地間 以匹配狀態構成串聯共振電路。 在此，令電聚（高頻負載）之阻抗為Z，Z可為一複數顯 現者，即， Z = R + jX 〇 在該式中，R係阻抗之實部，為一純抵抗成份。又，χ係 阻抗之虛部，為電抗成份。其中為阻抗實部之R係藉結合 又可周正而為阻抗虛部之X則可以串聯可變電容琴62 ㈣調整。在共振狀態下，調整串聯可變電容^/之6容2 里’使阻抗虛部以及串聯可變電容器62之容量之值形成 同值異唬者。又’結合度可藉連結線圈64調整，包括電漿 阻抗貝邛R在内’由高頻電源所看到之全部之阻抗實部可 藉連結線圈64調整。因此，藉由可變電容器62及連結線 圈64進行阻抗之調整，以使電聚之阻抗與傳送路阻抗匹 酉己® 控制單元係具有用以進行可變電容器62容量調整 之馬達66、用以使連結線圈旋轉之馬達67,及控制其等 達之控制器69。然後’藉該控制器的，配合電漿之阻抗”: 以控制可變電容器62 <容量及連結線圈64之結合度几之 —^外連、線圈64係藉馬達67經由齒輪機構68，如 弟2(b)圖所示般進行旋轉，隨著其旋轉，使與共振棒61 4V4490 A7 B7 五、發明說明（Π) 之距離變化，俾使結合度成可變者。 前+述連結線圈64上係藉傳送線術而連接有高頻電源 4〇，藉感應結合，可將高頻電力供予共振棒61。然後，藉 』-°動P之馬達67及齒輪機構68，使連結線圈μ移動， /周查:…、振棒61之距離，使結合度成可變，藉此形成可進 行阻抗之調整。將兮敕人抑 态41之等價電路示於第3圖。 /、午係由電氣特性及另一特性之觀點而言，宜使 ! 一於銅上施有鑛銀者。共振棒6丨及憧體63係同轴配置。 错此可使共振棒61與筐體63間之距離不受位置影響， 為疋值’可使電磁場分布均勾，因此使共振棒^之阻抗 預估之管理變得容易。尤其係藉使共振棒61與外周望體 63 一起形成中空圓筒狀’而配置成同筒同軸之形離，可將 更進—步均勻化。當然，筐體63不_狀構造 了為角向狀者，也未必完全要包覆共振棒61的全部。 =共振棒61也可不必形成圓筒形態。又，共振棒61之 線 專價電抗係可依其長度、其直徑與外周筐體63 行估計。 且k比進 說明針對如上述構造之電漿處理裝置1中之處理動作進行 首先，被處理體之晶圓w係於使閘閥32打開後， 未圖示之加載互鎖室搬往處理室2’i载置於靜電爽盤= 上然後，藉由高壓直流電源1 3施加一直流電壓，以 圓W靜電吸著於靜電夾盤上。其次，將閘閥μ關閉：：： 排氣機構3 5，可將處理室2内抽真空到一預定之真办声藉 本紙張尺i翻(CNS)A4規格（210 X 297公爱 .20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -----------B7____ 五、發明說明（18) " ^ 、六旦隨後，將閥28打開，由處理氣體供給源3〇，並藉質量 =控制裔29调整處理氣體之流量，使氣體通過處理氣體 供、口 & 27、氣體導入口 26而朝上部電極21内部導入，進 7步透過電極板23之吐出孔24，如第1圖之箭頭標印所 不’對晶圓W均勻吐出，使處理室2内之壓力維持在 定之值。 然後，隨即由第1高頻電源40透過整合器41朝上部 電極21上施加一 1〇〇MHz以上，諸如l5〇MHz之高頻。藉 此在上u卩電極2 1及下部電極之基座5間產生高頻電場， 使解離處理氣體而成電漿化，藉該電漿化，而朝晶圓W施 以钱刻處理。 另一方面，由第2高頻電源50係有一 2MHz之高頻施 加於下部電極之基座5。藉此，使電漿中之離子朝基座5 側引進藉著该離子之協助，而提高姓刻之各向異性。 如此’藉使一將施加於上部電極2 1之高頻之頻率為 100MHz以上，可提高電漿密度，且可進行一更低壓之電 裝處理，並可因應於設計規則之微細化。 如此’ 一使高頻之頻率形成i 〇〇MHz以上時，在習知 整合器時’必須將可變電容器之值減低至極小，難以使用 一般市面上之裝置，又在殘段整合器時將導致大型化且在 匹配時也花時間。 對此，在上述整合器41上，係構造成一包含有於外周 上同轴配置有筐體63之共振棒61及一可變電容器62之串 聯共振電路。具體而言，為使於自高頻電源4〇迄至電製間 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21. Μ--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494490 A7 五、發明說明（l9) 以匹配狀態構成一串聯共振電路，乃藉控制器的控制可變 電谷裔62及連結線圈64。如此，將整合器4丨作為一使共 振棒61及可變電容器62串聯配置之簡易構造，使由高頻 電源40至電漿間以匹配狀態構成串聯共振電路，因此本質 上可小型化。 又，藉設置筐體63，可縮小共振棒61之阻抗成份，調 整共振棒61及筐體63間之距離後可容易管理共振電路之 感應性電抗成份，因此可變電容器62可使用一般市面上之 裝置，即可足以將電漿之阻抗與傳送路4如之阻抗匹配。 在此，將同軸構造之共振棒61之特性阻抗為ζ〇時， 則在長度X時之阻抗Ζ可以下（1)式表示： Z = jZOtan β χ ..........⑴ 在此，/3為相位常數，令波長為λ時，則石=2疋/入。 因此，長度與阻抗（即共振棒61之電抗）之關係乃成第4圖 所示者。此外，特性阻抗Ζ0係形成為共振棒61與外周筐 體63之截面尺寸比（直徑比）之對數關係。在第4圖中，χ 不到1/4波長時，共振棒61則作為線圈（電感）作用，與串 聯可變電容器62之組合，以形成串聯共振電路。在此時， 共振棒61係被接地之筐體63所包圍，因此應波長短縮率 (速度係數）之考慮，以便設定長度，如此，共振棒61之長 度不到高頻之1/4之波長時，在波長1〇〇ΜΗζ以上時，也 可將共振棒61之實際長度形成為極短者，至約i〇〇mni左 右，足以將整合器41小型化。此外，電漿之負載之電抗在 感應性大時，也可將共振棒61長度加長比1/4波長還長， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 22- 494490 A7 B7 五、發明說明（20) 濟 部智」 慧 財 員 工 消 費

S :共：棒61作為一電容器作用，以構成串聯共振電路。此 61之長度加長比未到上述1/4波長之形態還 長，其正合器不會像殘段式般大型化。 因二’二構造成一共振電路’而可銷除電装負載之電抗， 匕可將由南頻電源所顯見之表觀電流除去，使不 電漿形成之無效電力成約略殆盡。 b ^ ^ 疋敌，能量效率高。進 而^振電路上接合點少，可使内部耗損減少，構造成一 餘知向性能之共振電路。進而又，與習知同樣，基本上 ^用可變電容器以取匹配者，因此不會像殘段式般匹配時 加長。進而藉值體63之存在，可提高掩蔽效果。此 ’整合益41係'一不含控制單元之部分，可形成直徑 16〇咖左右、高度雇随左右之圓筒形狀可作成比習 知之整合器還小。 又，利用連結線圈64，且透過感應結合，可將高頻電 力供予共振棒6卜因此可避免因接觸所造成之耗損，可減 低整合器内部之消費電力。 進而’可變電容器62之容量調㈣馬達66係配置於 接地電位即0V之共振棒61之上端側，使馬達66之絕緣 容易。 如以上所述，整合器41乃為一於高頻電源4〇之頻率 形成100MHz以上時可發揮優異效果者，因此只要是沒有 尺寸之限制下（共振棒超短時將產生安裝上之問題）並無上 限，惟由進行足夠之匹配之觀點而言，宜為4〇〇mHz程度 以下者。在高頻電源40之頻率在3〇〇MHz以上時，因波長 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 494490 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π A7 B7 五、發明說明（21) 很短，不僅將共振棒61形成1/4波長不到之長度，以超過 2n/4波長至（ι+2η)/4不到（η=ι ' 2、…）中實用長度，也可 得到同樣效果。 其次’就整合器41之第！變形例進行說明。 在此，如第5圖所示，整合器41係具有一設成固定式 之連結線圈71，在此安裝有一可變電容器72。可變電容器 72之容量調整用馬達73係與馬達66同樣地藉控制器69 而控制。鬲頻電力係透過供電線40a及連結線圈7 1到達可 麦電谷為72 ’且藉感應結合而供予共振棒6丨。其構成係第 2圖同樣’在相同構件上附上相同標號並省略其說明。在 如此構造上，乃藉可變電容器72以調整阻抗，因此不須藉 移動連結線圈71，在短時間内就可進行阻抗之調整。將此 時之等價電路示於第6圖。 接著，說明整合器之第2變形例。 在此，如第7圖所示，在共振棒61外側同軸配置圓筒 狀連結線圈74,於該連結線圈74上連接有可變電容器72。 其餘構成係與第5圖同樣，在相同構件上附上相同標號並 省略其說明。在如此構成上，乃將形成筒狀之連結線圈74 配合共振棒之心軸同心設置於共振棒61之周圍，即使在大 電力下，也可容易進行感應結合。此外，此形態在等價電 路上係與第6圖同樣。 以上之第2圖、第5圖、第7圖之整合器在構造上稍 有相異處，但作為電路，在原理上是同樣的。 其次，就整合器41之第3變形例進行說明。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------^. -24- 494490 A7

訂 I k k A7 五、發明說明（23 ) B7 部 智 慧 員 工 消 費 印 ，、人針對本發明之另一實施形態進行說明。 在此’整合器與上部電極之連接狀態係與習知不同， 體而丄2圖所示，整合器41，係直接連接於上部電極21。罝 在於整合W下端部之可變電容器91之下部 91之下=與上部電極21相連接。此時，該可變電容器 91之下部電極係嵌入有一接合器92,以該I㈣ 構件：極21連接整合器41，用而所安裝之多面接觸 一"亥夕面接觸構件93係固定於上部電極2 1 ,如第 二圖所示人係呈環狀，於内側係設有多數表面球狀之接觸 心3a。“接觸子93a係藉彈簧而附與有__朝内侧之勢月匕’在將接合器92纟入時，藉彈簧力可進-步確實地將固持’且可實現-確實的電接。又，藉朝上方拉引，可 易將之取出。 1而，因接合器92之存在，可使構建成一使電接形成 更確貫之形態。此外，將接合器92作為多面接觸構件，也 :與電容器91之電極91a相連接。又，不用該多面接觸構 件93，也可使用螺止等另一安裝機構。 ，整合态乃藉數1〇〜1〇〇mm左右之供電棒而連接 於電極’而發生了因電氣特性不能連續所造成之電漿不 勻之問題、因R成份所引起之耗損的問題、藉高頻化而 供電棒之L成份增大所造成的整合器之大型化之問題▼ 等，但如前述將整合g 41，之一部》直接連接於上部電I 21 ’就不需要供電棒，也可減少阻抗不連續之部位，也因 此可減少駐波所造成之電漿不均勻及能量耗損。又，沒有 ： 均 使 等 --------^---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中關家標準—規格⑵Q χ 297公髮" •26- 494490 A7 B7 經· 濟 部 智· 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（24) 供電棒之L成份之影響，因此在整合器41，出π處不須將 電I提网也不須為強化絕緣而將絕緣物及空間等之尺寸 加大，且可小型化。 但疋’可變電容器係通常在電介體陶瓷筒兩端形成電 極在保持真空狀悲之陶瓷筒之内部中使電極間之距離產 生變化，也可如第14圖所示，也可構成可變電容器94， 其係具有一形成環狀凹凸之一方電極9乜係成為上部電極 21之σ卩分，並透過絕緣層之空氣，設有一可與電極94a 之％狀凹凸相嚙合之形成有環狀凹凸之另一方之電極9朴 者，藉使電極94b上下移動，以使容量改變者。藉此，不 須使用元件般之電容器，且可將構造簡化，進而無須使用 電介體陶瓷筒，因此可將電容器之容量縮小。X，所需之 谷量少時，如第15圖所示，可製作一使電極95a、95b平 坦化之電容器95，可進一步簡化構造。 此外，本發明並不限於上述實施形態，可作各種變形。 例如，在上述實施形態中係將用以施加於上部電極之高頻 電力之頻率為10〇MHz以上者，在1〇〇MHz以下時也可適 用。又，顯不了上部電極上施加有一電漿形成用之高頻電 力之形悲，也可在下部電極上施加電漿用之高頻電力。進 而，上述形態係將筐體63相對於共振棒6〗設置成同軸狀 悲’但也可不為同軸狀態。進而又，一用以將整合器直接 安裝於上部電極之構造並不限於上述使用共振棒之形態之 整合器，也可適用於習知形態之整合器。進而又，說明了 被處理基板係使用半導體基板，對該基板施以蝕刻之形 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494490 A7 B7 五、發明說明（25 ) 濟 財 員 費 印 態’不限於此，處理對象也可為液晶顯示裝置（LCD)基板 等另一基板’又電漿處理也不限於蝕刻處理，也可為濺射、 CVD等另一處理。進而又，本發明之整合器並不只限用於 電桌處理上’只要是溫熱治療裝置等醫療設備，核融合之 輸出部分’及加速裝置等可傳遞高頻時都可適用。 如以說明，按本發明，可構建成一包含有於外周配置 有筐體之共振棒與可變電容器之串聯共振電路，因此即使 在供給100MHz以上高頻電力時，也不致像殘段式般造成 大型化，可採用一般市面上的可變電容器，即足以將高頻 負載之阻抗與傳送路阻抗匹配者。亦即，將整合器形成一 令共振棒與可變電容氣串聯配置之簡易構造，由高頻電源 至尚頻負載間呈匹配狀態而構成一串聯共振電路，因此本 質上可小型化，又藉設置筐體，即可專將共振棒之阻抗成 勿減低，右調整共振體與筐體之距離，就可容易管理共振 電路之感應性電抗成分，因此可變電容器使用一般市面上 之裝置，即可足以將高頻負載之阻抗與傳送路阻抗整合。 又，共振棒作為線圈作動時，可將共振棒之長度縮短至高 頻頻率的1/4波長以下，可進一步小型化。進而，共振電 路上接合點少，因此可使内部耗損減低，構造成一低耗損 高性能之共振電路。進而又，藉筐體之存在，可提高掩蔽 效果。藉用如此之整合器以構成電漿處理裝置，可在即使 於供給了 100MHz以上之高頻電力生成電漿時，也不致諸 如殘段式般造成大型化，利用一般市面上之可變電容器， 即足以將電漿之阻抗與傳送路阻抗匹配者。 口 訂 線 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑵G X 297公爱）_ 494490 A7 B7 五、發明說明（26) 按本發明之另一觀點，整合器係直接安裝於電漿生成 電極，因此不需供電棒，可減少阻抗不連續之部位。從而， 可減低因電氣特性形成不連續狀態時所造成之不均勻及能 量耗損。又，沒有受到供電棒之感應性電抗成分之影響， 因此電壓不致於整合器出口變高。是故，也不須為絕緣強 化而將絕緣物及空間等尺寸加大，可進行小型化。藉用如 此之整合器以構成電漿處理裝置時，可減低因電氣特性形 成不連續狀態時所造成之不均勻及能量耗損。 ------- - ------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第89121497料請案巾請專利範圍修正本91年2月26日 1. -種整合器’係設於高頻電源及高頻負載導入部間，且 用以將高頻負載之阻抗與傳送路阻抗相匹配者，包含有 0白振棒’係用以將來自高頻電源之高頻能量傳送 至南頻負载導入部者； -可變電容器’係用以串聯連接於前述諧振棒及前 述局頻，載導人部4進行阻抗複數中虛部之調整者； 一匡體，係設於前述諧振棒之外周且接地者；及 …-可變結合供電部’係用以使前述諧振棒激發高頻 旎量，且進行阻抗複數中實部之調整者； 並調整前述可變電容器及前述可變結合供電部，以 構成_如6白振電路，且使由前述高頻電源迄至高頻負 載間處於-使高頻負載之阻抗及傳送路阻抗相匹配之 狀態者。 2·如申凊專利範圍第丨項之整合器，其中該高頻負載導入 部係一電漿生成電極，其中該高頻負載為電漿。 3 ·如申凊專利範圍第丨項之整合器，其係更包含有一控制 裝置，係用以控制前述可變電容器及前述可變結合供電 部者。 ‘ 4·如申请專利範圍第丨項之整合器，其中該諧振棒及前述 貧體為同軸設置者。， 5·如申請專利範圍第丨項之整合器，其中該可變結合供電

   申凊專利範圍 ，具有-藉感應結合而朝前述諧振棒供給一高頻電 力之連結線圈。 m專利範圍第5項之整合器，其中該可變結合供電 ^糸错調整前料結線圈及前㈣振棒μ之， 整抗阻者。 7·二申請專利範圍第5項之整合器，其中前述可變結合供 軚部並具有一連接於前述連結線圈之可變電容器，藉調 整该可變電容器，俾調整阻抗者。 芮1 °'專利耗圍第7項之整合器，其中該連結線圈係呈 疴狀，設置成可圍繞前述諧振棒者。 9·=τ範圍第1項之整合器，其中該可變結合供電 =二有_連接構件及—移動機構；該連接構件係可朝 =:振_動且與之相連接’並朝㈣振棒供給高頻 =者；而該移動機構則係用以使該連接構件可沿著前 迷5白振棒之長向移動老·义 切動機構，調整前述 連接構件之位置，以調整阻抗複數令之實部者。 Ί申請專利範圍^項之整合器，其中該可變 :係具Γ連接構件及一可變電容器;該連接構件係可 連接於則述餘棒，且朝該㈣棒供給高頻電力者 :=!!則係與該連接構件串聯配置者;並藉調整 ^可變電谷盗，以調整阻抗複數中之實部者。 l如申請專利範圍第〗項之整合器，^ 棒及前述高頻負載導人部串聯抑===述譜振 有-可使該電容量變化之：遠广之可變電容器係具 交化之馬達’该馬達係透過設於前述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) ---------……--------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •、可I •線： -31 - 、申請專利範圍 諧振棒中之旋轉轴而設於另__端侧者。 . 12 ·如申請專利範圍第1項 、 只心坌口态，其中該高頻電源之頻 率為100MHz以上者。 13·如申凊專利範圍第1項整人 堂1=7杰其中前述與前述諧振 棒及前述高頻負載導入部串聯連接之可變電容 接安裝於前述電漿生成電極上。 〃 14. 如申請專利範圍第13項之整合器’其中該可變電容器係 藉具有多數接觸子之多面接觸構件，而安裝成可自由裝 卸之狀態者。 訂 15. 如申請專利範圍第13項之整合器，其中該可變電容器之 構造為，使其一電極構成前述電漿生成電極之一部分， 且隔著作為絕緣層之空氣而設有另一電極。 16. 一種整合器，係設於高頻電源及電漿生成電極間，用以 將高頻負載之阻抗與傳送路阻抗相匹配者，且不透過供 電棒而直接安裝於前述電漿生成電極上者。 17·如申請專利範圍第16項之整合器，係具有一用以調整高 頻負載之阻抗複數中之虛部之可變電容器，該可變電容 器係直接安裝於前述電漿生成電極上者。 18.如申請專利範圍第17項之整合器’其中該可變電容器係 藉具有多數接觸子之多面接觸構件，而安裝成可裝卸自 如之狀態。 19·如申請專利範圍第17項之整合器，其中該可變電容器之 構造為，使其'電極構成前述1漿生成電極之一部^分， 且隔著作為絕緣層之空氣而設有另一電極者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -32- 494490 六、申請專利範圍 2〇·—種電漿處理裝置，包含有： 處理室，係用以收容被處理基板者； 第1及第2電極，係於該處理室内設置成相對向者； 同頻電源，係用以於前述第丨電極供給高頻電力者 一整合器，係設於·前述高頻電源及前述第1電極間， 1 且用以將電阻抗與傳送路阻抗相匹配者； 一排氣機構，係用以將前述處理室内維持在一預定 減壓狀態下者；及 一處理氣體導入機構，係用以朝前述處理室内導入 處理氣體者.； 並猎前述高頻電力而於前述第i電極及第2電極間形 成一高頻電場，藉此，使處理氣體電漿化，俾進行電漿 處理者； 而，前述整合器係包含有·· 一諧振棒，係用以將來自高頻電源之高頻能量傳送 至第1電極者； 一可變電容器，係串聯連接於前述諧振棒及前述第i 電極，且進行阻抗複數中虛部之調整者； 一筐體，係設於前述諧振棒之外周且接地者；及 一可變結合供電部，係用以對前述諧振棒激發高頻 能量，且進行阻抗複數中實部之調整者； 並調整前述'可變電容器及前述可變結，合供電部，以 構成一串聯諧振電路，且使由前述高頻電源迄至高頻負 494490 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 載間處於一使高頻負載之阻抗及傳送路阻抗相匹配之 狀態者。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 21.如申請專利範圍第20項之電漿處理裝置，其中該高頻電 源之頻率為100MHz以上者。 22·一種電漿處理裝置，包含有： 一處理室，係用以收容被處理基板者； 第1及第2電極，係於該處理室内設置成相對向者； 一高頻電源，係用以於前述第1電極供給高頻電力者 9 一整合器，係設於前述高頻電源及前述第丨電極間， 且用以將電漿阻抗與傳送路阻抗相匹配者； •、tr— 一排氣機構，係用以將前述處理室内維持在一預定 減壓狀態下者；及. 一處理氣體導入機構，係用以朝前述處理室内導入 處理氣體者； 並藉前述高頻電力而於前述第1電極及第2電極間形 成一高頻電場，藉此，使處理氣體電漿化，以進行電漿 處理者； 且其中前述整合器係不透過供電棒而直接安裝於前 述第1電極者。

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