TW510149B - Multiple coil antenna for inductively coupled plasma-generation systems - Google Patents

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A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明範_ ::月與用於處理像是半導體基底這類材質的電漿反應 二有關，更特別是的，本發明與改善電聚反應器内電感搞 合的一致性有關。· 發明背景 、：私K產生在$夕半導體製程處理上非常有用，例如電聚 增強式餘刻和沈積。電漿_般來説是由低I氣體所產生， 藉由個別電子氣體分子碰撞的動能轉換而游離個別氣體分 子，產生電場離子化和自由電子。而電子通常會在電場内 加速，此電場通常爲無線電頻率電場。 有數種技術都已經説明可在RF電場内將電子加速，第 七948,458號美國專利公佈_種電装產生裝置，其中使用與 等待處理的半導體晶圓平面平行之平面式天線線圈，於一 密至的拱線電頻率内將電子激磁。圖丨圖解説明了一電漿產 生裝置1〇〇，其中包含天線系統1〇5、介質上下限幅器 、氣體分配板130、等待處理的晶圓14〇、眞空室15〇、靜 電夾盤160以及低層電極170。 在操作時，無線電頻率源（未顯示）用於提供無線電頻率電 流給天線系統1 〇 5 ’通常是透過無線電頻率匹配電路（也未 顯示）來傳遞。而無線電頻率電流通過天線系統1〇5產生迴 響’包含眞空室150内的一個方位角電場。在同時，處理氣 體會經由氣體分配板13 0導入眞空室1 5 〇内，然後感應的電 場將處理氣體離子化以在眞空室15 〇内產生電漿，之後電漿 會碰撞晶圓140(晶圓由靜電夾盤160固定住）並且如預定般 -4 本紙張尺度適用中國ί家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音 -丨t--- :填寫本頁) 訂· •έ· 510149 五、發明說明（2 處理（例如蝕刻）晶圓14〇。而其他與供應至天線線圈不同頻 率的無線電頻率通常會供應至低層電極170,以提供用於離 子撞擊的負DC偏壓。 、 圖2A和2B説明兩個平面式螺旋線圈n〇a、u〇b，這兩 個天線構成專利，458内説明的天線系統。如圖2A内所示，’ 第一平面式線圈ll〇a以獨特的導電元件製作形成平面螺旋 狀，並連接至無線電頻率分接點2〇5、215，這兩點用於連 接至無線電頻率電路。在圖2B内，另一個平面線圈u〇b 由數個同心圓環220構成，這些環由互連電路225連接起來 ，而頭尾兩端則連接至無線電頻率分接點2〇5、215。 如同業界内所熟知的，由這類螺旋線圈提供的電路電流 圖樣所造成之超環面形電漿，並無法在晶圓14〇上輪流造成 徑向一致的蝕刻率。換言之，平面線圈天線11〇所產生的感 應電場通常有方位角（具有徑向分量Εγ=〇以及方位角分量 Ε#0)，但在中心爲零（ε广〇並且εθ=〇)。因此線圈天線1! 〇 產生一個具有低备度中心的超環面電裝，並且必須依賴電 漿擴散（即是電子和離子擴散至中心）以便在超環面中心上 &供合理的一致性。但是在某些應用中，電漿擴敷所提供 的一致性並不足夠。 進一步，這類螺旋線圈天線具有讓電漿方位角不一致的 趨勢’這是由於用來建構平面式天線線圈的耦合線路具有 相當長的長度，讓天線在操作時其無線電頻率上有顯著的 電長度之事實所導致。電壓和電流波從輸入端往前傳遞至 端子側，並且會反彈回來。前進和反彈波的重疊會導致在 5- 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 之 注 意 事 再册 填 I裝 頁 I 訂 齊 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510149 A7 B7 五、發明說明（3 ) 線圈上形成駐波（即是電壓和電流會沿著線圈的長度定距離 變化）。若線圈在端子側接地，則端子側上的電流會是最大 値，而端子侧上的電壓爲零。沿著線圈往輸入端前進，電 壓增加並且電流降低，直到電長度90度時電壓最大而電流 最小，這種變化程度導致不一致的電漿。因此，平面式天 線在終端上通常會有一個電容，如此線圈兩端上的電流就 會類似，並增加至接近線圈中央處達到最大。如此可改善 私漿的一致性，但因爲方位角方面内的電流會沿著線圈的 長度而改變，所以方位角仍舊不一致。例如：圖2A内的p 點就疋電泥取大之處。在P點的另一側電流會下降。因此 ，李禺合至電漿的電源比較高但低於p ，並且對應的電漿較 密。相較之下，P，上的電漿密度相對較低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請注意到，雖然終端電容値可以改變，但這樣做只會改 笑線圈上零電壓的位置而已。進一步，雖然線圈能夠使用 電感來中斷，以便在線圈長度上提供相同極性的電壓，但 是在線圈中央位置的某處上還是會存在零電流（在零電流兩 端上電流以反方向流動），並且其結果電漿密度將會低的無 法接受並且不一致。美國專利第5,4〇1，35〇號（申請者patrick et al·)試圖克服上述的缺陷。在其申請的專利内，爲了改善 電漿的一致性，所以提出一種多重平面線圈架構。其發至 每個線圈的RF電源都是獨立控制的，因此需要獨立的電源 供應器和獨立的匹配網路，如此方能獨立調整電源和相位 〇 由證據顯TF出存在一種需求，以提出一種在電漿耦合系 -6 -

致性的改良是方法和裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 、况内用以控制電感耦合 ^Lmjt 本發明提供一種改善天線系統内電感耦合一致性的系烏 ，克服上述業界内的不足。利用控制天線線圈的定位和, 流分佈，如此可改善電漿的一致性。 依照範例最佳實施例，11室的介質窗上將放置兩個6 上的螺旋線圈，每個線圈都爲平面式或是平面線圈與垂違

^璺螺旋線圈的組合。每個線圈的輸入端都連接一個輸A 可變電容，而輸出端則透過一個輸出可變電容終止於接减 、:輸出電客決定電流極端處(即是最大或最小)或是電壓相 端處，而輸入電容能夠改變每個線圈的總阻抗，因此便可 調整這些多重現圈内電流的振盪率。藉由調整每個現圈内

電流的振幅以及最大電流的位置，如此便可控制電 和電漿一致性。 A 以下附圖内顯示的説明範例會詳盡解説本發明的上述和 其他特色及優點，而精通此技藝的人士將會明瞭，此=言, 明的具體實施例是供説明和了解之用的，在此還可 7

許多同等效用的具體實施例。 U 圖式簡單説明 圖卜说明電漿反應器’其中天線系統位於介質窗 且用於將供線電頻率能量隸合入處理室； 、 圖2A和2B説明兩個傳統的螺旋線圈天線； 圖3依照本發明的第一具體實施例，説明一個雙單 式線圈排列方式的範例； & $圈平面

510149 A7 B7 五、發明說明（5 圖4依照本發明的第一具體實施例，說明一個雙多圈平 面式線圈排列方式的範例； 請 先 閱 讀 背 S 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 圖5依照本發明的弟二具體實施例，說明一個具有螺旋 線圈的雙多圈平面式線圈排列方式之範例； 圖6依照本發明的第四具體實施例，說明一個具有内侧 和外侧螺旋線圈的雙多圈平面式線圈排列方式之範例；及 圖7依照本發明的第五具體實施例，說明一個具有平行 天線元件的雙多圈平面式線圈排列方式之範例； 發明之詳細說明 圖1說明一個電漿產生裝置100,其中併入本發明的天線 系統。如上面討論過的，電漿產生裝置1〇〇包含一個介質 易120、一個氣體分配板13〇、一片晶圓i4〇、一個真空室 15 0、一個靜電夾盤16 0、一個低層電極17 〇和一個天線系 統10 5。天線系統1 〇 5包含一組線圈11 〇，此線圈連接至 RF匹配網路（未顯示）以及一個rf產生器（未顯示）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照本發明的範例具體實施例，天線系統是變壓器耦合 式電漿（TCPTM，Lam Research Corporation 的註冊商標）天 線系統。圖3依照本發明的第一具體實施例說明TCPTM天線 系統300。在此具體實施例内，TCPTM系統300包含兩個單 圈線圈，線圈1最好放置於中央附近，而線圈2則最好盡量 放置於朝向反應器頂端開口的外側邊緣。一無線電頻率（汉F) 電流會透過兩個調整電容器C!和C2同時提供到線圈1和2 的一端。就如同業界内所熟知的，RF輸入由RF訊源3 1 〇 所產生，並透過RF匹配網路320饋送至電容器q和C2。 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

五、發明說明（6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印1 凋整電客器（^和C：2可分別調整線圈i和2内電流L和h的 振幅。線圈…的另一端則接在一起，並透過阻終 止於接地。 、 由單圈平面式線圈感應產生的電場具有方位角（徑向分量 Er-〇並且方位角分量Εθ々〇)但中央爲零（ε^〇並且Ερ〇)。在 接近介質窗表面的地方，電漿内感應的電場和電流（j%e) 幾乎是驅動線圈的鏡射影像。平面式線圈天線產生一種半 徑接近於驅動線圈半徑一半的超環面電漿。藉由將兩個線 圈分開放置，如此將有效產生一個半徑大约是兩個線圈平 均半徑的一半，坡度更大的電漿超環面。從内部線圈耦合 至電漿的電源將侷限於内部區域，而從外部線圈耦合至電 漿的電源則侷限於外部區域。結果，電漿的擴散（即是電子 和離子的擴散）會讓中央和各處的電漿密度更趨一致。 如同上面所指示的，兩個單圈線圈所隨附的電路（即是電 谷益C!和C2以及阻抗ζτ)可分別調整線圈1和2内電流振 幅的比率，即是U和l2。藉由調整電流振幅的比率，便可 調整反應器中央和邊緣之間的電漿一致性。這對於精通此 技藝的人是是顯而易見的，（^和（：2可爲固定式或可變電容 器。 輸入調整電容器C i和C 2會抵銷每個線圈部份的感應電抗 ’正確選擇c 1和C 2的數値時，每個段落的輸入電抗就會相 同，造成使用相同電源時進入線圈1和線圈2的輸入電流相 等。以此數値爲基準來調高Cl並且調低C2，會導致線圈1 内的電流降低而線圈2内的電流升高，反向則會導致反向内 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t )

510149 A7 B7 五、發明說明（ 電流的不平衡。在調整過程中一部分增加電抗而其他部份 減少電抗時，組件電路的輸入阻抗仍舊保持正常不變。 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 線圈1和線圈2的另一端終止於阻抗ζτ，ζτ可爲共用的 電客器（像是方便的TCP™系統）或是連接至接地的電子短 路連結’ Ζτ也可表示爲終止於接地的個別電容器。若每個 線圈都有不同的電長度，則每個線圈的輸入阻抗也會不一 樣。選擇個別的終端電容器，如此電流最大値通常會出現 在每個線圈長度的中間。 當兩個線圈對稱平衡，則流入每個線圈的電流正常會一 樣。利用改變Ci和C：2的數値，精通此技藝的人士便能明瞭 ’已經達成將不平衡的電流流向線圈1和線圈2。假設輸入 阻抗X!和X2爲電感，而當C2從平衡狀態增加，例如χ2 > Χι，則Ιι > I2。在此情況下，内側線圈（線圈1)内的電流會 大於外側現圈内的電流，導致反應器中心内部更強的電感 耦合。結果，在線圈1下方的中央區域内會產生相當高的電 漿密度。另一方面，可漿外側線圈（線圈2)内的電流調高於 内側線®内的電流，以便於補償内側線圈周圍區域内（接近 於反應器内壁）較低的電漿密度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 兩個單圈線圈的用途陳述於上，其目的僅供範例之用。 精通此技藝的人士可了解到，上面公佈的一般原理也可適 用於多線圈、多圈式系統。更進一步，本發明並不受限於 平面式線圈架構（如圖3内所示），也可是立體式線圈架構。 例如··線圈可隨著圓頂形的介質窗而排列，或繞著圓拄體 介質窗而形成螺旋狀。精通此技藝的人士可了解到，上面 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 510149 A7 B7 五、發明說明（8 公佈的-般原理也可適料具有多圈、多重線圈的圓頂式 、螺旋狀或其他立體架構。 圖4詋明依照本發明第二具體實施例的TCpTM天線系統 400。在® 4内’ &供兩個其上共連接四個調整電容器 的多圈式線圈(線目1和線圈2)。由圖上可得知，線圈“立 於中央，而、線圈2最好進一步放置於朝向反應器頂端開口的 外側邊緣處。RF輸出分別透過調整電容器q和Q同時饋 送至線圈1和2的第-末端，而線圈1和2的另一端則分別 透過調整電容器C3和q來終止。就如上述與圖3有關的雙 線圈單圈系統，兩個線圈能夠有效的產生一個坡度更大的 超環面形電漿。而因爲電流“和l2以相同的方向流動，所 以從線圈到電漿的電源耦合會遍佈於整個區域，並產生單 -平整的超環面形電漿。若電流不平均，則超環面電場的 中央或外面會比較強。 每個線圈都有兩個電容器，如此可獲得線圈上較對稱的 電流分佈。例如’ Cl可和c3-起調整，如此最大電流（即 是純阻抗點）便會出現在線圈i的中央。從線圈的中央移向 C!，電抗會電感化，而從線圈的中央移向c3，電抗會電容 化，所以在中央處電流最大並且在離開中央時會以二弦方 式降低。 更進一步，C3和C：4的調整能夠補償上述的方位角不一致 的電漿。例如，調整c3能在圖4内線圈i的p丨點上獲得最 大電流’並且相對的電漿密度也很高，這易於朝向方位角 不-致。但是藉由調整。4 ’則在線圈2沿著與Pi反向相同 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 I』訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 勺k向軸内《位置p2上可獲得最大電流。因此，上線圈 /較高電㈣合會因爲線圈1而偏移效用，導致更具方位 角—致的電漿。另外若調整C 3和C 4，則線圈i的方位角位 置會實質上相對於線圈2的位置而旋轉，如此線圈i和線圈 2内的最大電流會分別出現於Ρι和P2上。 根據本發明的範例具體實施例，調整電容器c 1和C2能夠 配置成使用單一控制讓它們反向旋轉。在方法中，電流不 平均，因此就能在不干擾輸入上單一方便匹配網路的情況 下，從單一產生器利用單一控制將電漿一致性最佳化。同 樣地’調整反向的C3和C4會有和調整〇1和c2相同的效果。 線圈内變化的圈數爲多少，則線圈與電漿之間的交互耦 合就會以類似於變壓器内主要線圈（即是驅動線圈）與第二 線圈（即是電漿）之間的交互耦合般變化（請參閱1997年九月 /十月第15册第5號第2615頁，j.Vac.Sci.Tech.A出版， Albert J. Lamm 所著之「Observations of Standing Waves 〇n an Inductive Plasma Coil Modeled as a Uniform Transmission Line·」），圈數的增減會影響電漿的密度。例如，圈數的增 加會導致交互耦合係數的減少，進而降低電漿的密度。在 另一方面，若線圈的長度減少，則線圈長度上所整合產生 的總電漿便會減少。因此，精通此技藝的人士就能明瞭到 ，可漿圈數和線圈的總長最佳化，以便平衡此兩個因數。 爲了説明輸入調整電容器C!和C2數値變化的效用，請考 慮下列三種情況：第一種情況是C〗的値大於c2的値，第二 種情況是Ci和C2的値經過調整後變成相等，最後一種情沉 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) « -裝 -n n H. 一 I n n ϋ I I I - A7 B7 五 發明說明（10 ) 是Ci的値小於c2的値。 TCPTM線圈天線複雜的繁殖堂 rT 、从λ ^ 土 常吊數（k=a+jp)可由線圈天綠 (Lamm)輸入和輸出上電壓和電 -4 ^ λλ ^ ^ %心，皮形的測量値推斷起。以 纣論的目的來説，假設=種袼：ώ 7 η η , 又一種^况内的α、β和有效特徵阻抗 Ζο都相同。表格I提供α、β、 > Ρ Ζ〇母個線圈的電長度以及 C1-C4的數値0 a=6.89xl〇_4/度 β=1·145 度/吋 Ζ〇=110Ω //u \ aj 一 輸入電容器(pF) 長度(度） 輸出電容器(pF) Zin(Q) 線圈1 Ci=615.2 45 C3=257.6 4.0+J26.4 線圈2 C2=415.2 45 C4=257.6 4.0+)17.2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在表格I内，zin代表每個線圈的輸入阻抗，兩個線圈的 總輸入阻抗爲2.1+jl0.5 Ω，這大約是每個線圈zin的一半 。表格II列出當提供一個1000 W的輸入RF功率以及表格] 内説明的參數，在第i個線圈的Ii、Ii’、Vi和Vr之振幅及 相位角度。在表格II内，Ii代表第i個線圈（i=l、2)輸入端 (接近圖4内的RF輸入）上的電流，I〆代表第i個線圈輸出 端（接近圖4内的C3和CO上的電流，而Vi和V/則分別代表 第i個線圈輸入及輸出端上的電壓。 -13- ί---.--------^ ------I I — · I--I---—^^1 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 尺 張 紙 本 $適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 510149 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 一 —_____B7 五、發明說明（11) 表格II兩線圈輸入及輸出端上的RF電流和電壓 輸入電流 輸出電流 輸入電壓 輸出電壓 第i個線圈 (Ii)rms 角度 (Ii')rms 角度 (Vi)rms 角度 (Vif)rms 角度 線圈1 8.7 A -3 0 8.7 A -3 0 339 V +82 ° 398 V -93 0 線圈2 13.2 A +2 0 13.2 A +1。 603 V +87 0 601 V -89 0 由表格II可仔知’兩個線圈之間的RF電流和電壓是不平 均的，但是在每個線圈内則是平均的。因爲内側線圈的總 阻抗要高於外側線圈，所以内側線圈（線圈1)内的電流和電 壓都比外側線圈（線圈2)低上34%。每個線圈都圍繞在線圈 中心形成對稱平衡，如此每個線圈内輸入電流和電壓的數 値會幾乎等於振幅内的輸出値。離開每個線圈的中心後， 越朝向線圈輸入端阻抗會有電感化的趨勢，而越朝向線圈 輸出^則會有電容化的趨勢；這從輸入和輸出電壓之間的 相對角度變化就可得知。 下面的表格III和IV内公佈出改變電流Ii和12上Ci和c2 數値之影響（如此Cl=c2)。 請 先 閱 讀 背 之 注

510149 A7 B7 五、發明說明（12) 表格III雙線圈天線電路當成耗損傳輸線路-情沉（b) 〇c=6.89xl0_4/度 β=1·145 度/吋 Ζ〇=110Ω 輸入電容器(pF) 長度後） 輸出電容器(pF) Zin (Ω) 線圈1 01=515.2 45 C3=257.6 4.0+J22.7 線圈2 〇2=515.2 45 C4=257.6 4.0+J22.7 兩個線圈的總輸入阻抗爲2.0+j 11.4 Ω，這大約是每個線 圈Zin的一半。表格IV列出當提供一個1〇〇〇 W的輸入RF 功率以及表格III内説明的參數，在第i個線圈的Ii、I〆、 Vi和VV之振幅及相位角度。。 • —^裝 (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 表格IV兩線圈輸入及輸出端上的RF電流和電壓 輸入電流 輸出電流 輸入電壓 輸出電歷 第i個線圈 (Ii)rms 角度 (IiOrms 角度 (Vi)rms 角度 (Vi^rms 角度 線圈1 11.2 A 0 ° 11.2 A -1。 511 V +85 0 510 V -91 〇 線圈2 11.2A 0 ° 11.2A _1。 511 V +85 ° 510V -91 〇 因爲CfC2和C3 = C4，並且線圈1與線圈2 —致，所以在 兩線圈之間以及每個線圈内RF電流和電壓都是平衡的。 最後一種情況説明改變C!和C2的値之影響，在此c!的 値小於C2的値。 -15- 7紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) 一 --- n n n 1_1 J,J_ 菌 . 510149 五、發明說明（13)

7 7 A B 表格V雙線圈天線電路當成耗損傳輸線路—情沉（c) α=6·89χ10-4/度 β=1·145 度/对 Ζ〇=110Ω 輸入電容器(pF) 長度(度） 輸出電容器(pF) Ζίη(Ω) 線圈1 Ci=415.2 45 Cs-257.6 4.0+jl7.2 線圈2 C2=615.2 45 C4=257.6 4.0+j26.4 兩個線圈的總輸入阻抗爲2 · 1 +j 1 〇 · 5 Ω，這大約是每個線 圈Zin的一半。表格VI列出當提供一個1〇〇〇 w的輸入RF 功率以及表格V内説明的參數，在第i個線圈的l、I〆、Vi 和V/之振幅及相位角度。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表格VI兩線圈輸入及輸出端上的rf電流和電壓 輸入電流 輸出電流 輸入電壓 輸出電壓 第i個線圈 (Ii)rms 角度 (Ii')rms 角度 (Vi)rms 角度 (ViOrms 角度 線圈1 13.2 A +2 0 13.2A +1 0 603 V +87 0 601 V -89 ° 線圈2 8.7 A -3 0 8.7A -3。 399 V +82 0 398 V -93 0 在此情況下，内側線圈（線圈1)内的RF電流和電壓都比 外側線圈（線圈2)大上51%。 由上述的情況可以得知，只有改變C!和C2，方能調整線 圈内實質上與其他線圈内電流和電壓有關的電流以及電壓。-16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 510149 A7 B7 五、發明說明（14 ) 圖5説明本發明的第三具體實施例。在圖5内，共有一個 螺旋線圈加上兩個多圈線圈以及四個調整電容器c 1 — C4。依 照此具體實施例，内側線圈（線圈1)由兩個部份組成，第j 邵份代表上述與圖4有關的平面式多圈線圈，第π部份代 表與平面式多圈線圈成垂直，並且具有與平面式線圈（第I 部份的線圈1和線圈2)方向軸一致的方向軸之螺旋線圈。 在此具體實施例内，内侧線圈的電長度會增加，如此線 圈1和線圈2在其電長度方面會更加平衡。當兩個電長度彼 此趨近相等，則在維持更一致的組件輸入阻抗時，可將進 入每個線圈的電流調整至更大的程度。依照本發明，螺旋 線圈會將電感耦合加入中央的電漿内。雖然螺旋線圈所產 生的電場有具有方位角並且在中央爲零，此方位角電場的 平均半徑爲螺旋線圈直徑的順序。結果，中央内的電漿能 變得更加密實以提供較佳的整體一致性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 螺旋線圈中間内的圓柱體由介質材料所製成，而在圓柱 體僅提供當成螺旋的結構支撑時可爲實心，或者沿著方向 轴爲生心結構。在第二種情況下，中空圓柱體會以眞空密 封頂端並且底端開啓，如此圓柱體的中空部份會直接連接 至密室。在此情況下，處理器體不僅會導入眞空室内，而 且返會導入中it圓枉體。請將圓柱體考慮成爲電漿反應器 介貝窗的-部份。由於相當強的感應電場以及中空陰極效 應，所以中空圓柱體内的電裝密度會比密室内的還高。中 空圓柱體内遠端產生的電漿會擴散入密室的中央，再者， 利用終止電容器C3可調整相當高的電壓，如此可在低壓情 • 17- 510149 A7

五、發明說明（1S ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 況下（通常小於10 m-Torr)引致放電。 圖6説明本發明的第四個具體實施例。依照此具體實施例 ，每個線圈（線圈1和線圈2)都由兩個部份組成，第丨部份 由平面式多圈線圈構成，第2部份則架構成螺旋線圈，此虫^ 旋線圈與平面式多圈線圈（即是線圈1}垂直，並且其方向轴 與第1部份的方向軸一致。 輸入無線電頻率透過線圈1和線圈2内的平面式多圈線 圈進入天線系統600，並且透過螺旋線圈輸出，如此在兩個 線圈内電流都以相同的方向流動。爲了具有可比較的線圈i 和線圈2之電長度’線圈2内的螺旋線圈（第2部份）最好具 有與平面式多圈線圈（線圈2的第1部份）最内圈相同的半徑 。線圈1和線圈2内螺旋線圈的圈數皆經過選擇，如此線圈 1和線圈2的總電長度大致上會相似。從圖6便可得知，線 圈1和線圈2分離環的小型開口並未對齊。但有可能可以提 供一種開口對齊的架構，精通此技藝的人士便會了解到， 這種架構會導致在開口處電漿内產生較低的功率耦合。 輸入調整電容器（(^和CD以及輸出調整電容器（(：3和C4) 允許以類似於上述圖3 - 5内討論的方式，進行線圈内電流分 佈的調整。本具體實施例的優點就是允許可單獨調整一個 線圈内的電流。在圖3-5公佈的上述具體實施例内，進入每 個線圈的電流主要由可改變輸入阻抗的輸入調整電容器來 進行調整。若一個線圈的輸入阻抗改變，則總輸入阻抗就 會隨之改變，這是因爲線圈是並聯的。這不僅會輪流改變 一個線圈内的電流，而且也會改變其他線圈内的電流。換 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) « •裝 L訂·· •馨· A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（16) 。之，兩個線圈的電流調整並未獨立。結果導致匹配網路 必須重新調整’以便補償這種總輸入阻抗的改變。但因爲 匹配網路調整範圍是有限的，所以此種情沉並不適用所有 應用。 在圖6内，藉由將輸出電容器調整至平面式多圈線圈（線 圈1)内或螺旋線圈（線圈2)内的位置，如此可移動每個線圈 内最大電流的位置。因爲平面式線圈很接近電漿，所以當 最大電流位於平面式多圈線圈内某處，到電漿的無線電頻 率功率耦合會相當大。同樣的，若最大電流位於螺旋線圈 内某處，則因爲螺旋線圈離電漿較遠並且平面式多圈線圈 内電流下降，所以到電漿的功率耦合會較弱。因此，只有 調整輸出電容器能夠同時改變最大電流的位置，以及改變 到電漿的功率耦合之振幅。在同時調整輸出電容器，而輸 入電答器也可以相反方向進行調整，如此可維持線圈的輸 入阻抗不變。結果總輸入阻抗會維持相當程度的不變。精 通此技藝的人士可了解到，以此種方式調整輸入和輸出電 容器，電流振幅並不會有顯著的改零，但是線圈内的電流 駐波圖樣會稍微移動，如此依序有笑地改變到電漿的功率 耦合。結果便可控制維持電漿的一致性。 圖7説明依照本發明第五具體實施例的雙線圈耦合系統 。圖7的雙線圈耦合系統使用平行天線元件，兩個線圈（線 圈1和線圈2)互相對稱’並且線圈的每一圈都包含半個圓 以及=個平行天線元件。犯會同時饋送至每個線圈的中央 平行凡件（接近平行軸），而線圈的另—端會連結在—起並透 -19 - 本紙張尺度適用中國國篆標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮)一 ~"丨丨丨111圓_—丨丨丨丨丨丨_~— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Γ1 I 裝 ·. # ^149 五、發明說明（17) 過電容器CT終止於接地。 與平面式螺旋線圈比較起來，半 .^ ^ 十仃天線耦合方法一定會 在中央内產生相當大的電場’因此在本質上可改善電漿一 致性（請參閱j.j.Chen以及其他人所申請，年3月31 歸標的第〇9/〇52，144號美國專利申請「paraiiei_Ante_

Transformer_coupled Plasma Genemi〇n 」。碘傳统 的TCP™線圈類似，每個線圈所產生的電聚皆爲超環面，線 圈1的中央環繞〇1線圈2的中央環繞〇2。與單—TcpTM線 圈比較起來’每個電聚超環面的半徑都相當短，盥傳统 TCP™比較起來，如此讓電衆易於擴散入超環面的中央；此 耦合系統的優點在於，因爲每個線圈的電長度幾乎都減半 ，所以每個線圈的RF電流和電壓變化較少。 前述説明的是本發明的原理、較佳具體實施例以及操作 模式，然而，本發明並不受限於上面探討的特定具體=施 例。因此，上述的具體實施例僅當成説明並無限制=意: ’對於精通此技藝的人士而言，很明顯的在不惊離本發； 下面中請專利範圍的精神之下，這些具體實施例内可有 多變化。 斤 請 先 閱 讀 背 之 注 | I 再零I 填 I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 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. 510149 弟88110874號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(9〇年9月)申請專利範圍 A8 B8 C8 D8

   1· 一種產生一電感耦合電漿之裝置，此裳置包含： 廷衆反應密室，具有形成一電磁場路徑進入密室的 固以及一架構用來將處理氣體導入密室的處理氣體供 應裝置； 一無線電頻率天線，包含置於該電漿反應密室外的至 少第一和第二天線部份； 一無線電頻率源，此來源耦合至天線部份並且架構來 感應天線部份内的無線電頻率電流； 連接於第一天線部|之一第一輸入電容器和連接於第 二天線部份之一第二輸入電容器 以及 第一和第二天線部份被繫結在一起； 其中無線電頻率電流所感應的電磁場會有效的通過 ®，並將處理氣體激磁並離子化，藉此在密室内產生電 漿；以及 其中該第一天線部份圍繞該第二天線部份。 2·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中產生的電漿之密度 大致上會與該至少第一和第二天線部份圍住的區域内之 密度一樣。 3·如申請專利範圍第1項之裝置，其中每個該至少第一和 第二天線部份將無線電頻率功率耦合至密室内不同的區 域’導致密室内整體一致的電漿。 4. 5. 如申請專利範圍第1項之裝置 線部份是由單圈線圈所製成。 如申請專利範圍第1項之裝置 ，其中至少第—和第二天 ，其中第一天線部份由單 本紙張尺度適用τ _轉準(CNS) A4規格_χ-:--_____ 裝 510149

   申請專利範圍 圈線圈所製成’第二天線部份由多圈線圈所製成。 6·如申請專利範圍第！項之裝置，其中至少第一和第二天 線部份是由多圈線圈所製成。 7.如申凊專利範圍第丨項之裝置，進一步包含至少一用於 凋整该至少第一和第二天線部份内電流的輸入調整電容 器，如此可讓電流平等或不平等。 8·如申凊專利範圍第7項之裝置，其中至少一輸入調整電 容器可在每個天線部份内提供較高的電流，導致較高的 典線電頻率功率耦合至湘鄰於天線部份的電漿區域，或 裝 在每個天線部份内提供較低的電流，導致較低的功率耦 合至該電漿區域。 9如申請專利範圍帛7項之裝置，其中一對輸入電容器用 於凋整一對天線部份内的電流，並且配置成用單一控制 裝置以反方向旋轉。 10·如申請專利範圍第！項之裝置，其中至少第一和第二天 線部份由單一無線電頻率電源供電，並且由單一匹配 路調整。 d 11.如申請專利範圍帛i項之裝置，其中第—和第二天線部 份的輸出端會連接在一起並透過一阻抗終止至接地。 12·如申請專利範圍f i項之裝置，其中第一和第二天線部 份透過個別的固定或可變電容器終止至接地。 13·=:請專利範圍第12項之裝置，其中每個輸出電容器可 沿著每個天線部份調整極端電流或極端電壓的位置。° 14·如申請專利範圍第12項之裝置，其中第一和第二天線部 -2- 510149 8 8 8>8 A BCD 六、申請專利範圍 份内最大電流的位置是第—天線部份 μ」 份的旋轉位置之函數；以及 ’於第二天線部 其中該輸出電容器進一步調整該位 位置大約會離開18〇度方位角，二，如此最大電流 上，因此可顯著降低由於方位角万：射狀的相對位置 的電漿方位角不一致。 貞不-致電流分佈所產生 15·如申請專利範園第12項之裝置，其 整第-和第二天線部份内的電:、’：出電容器調 制裝置以反方向旋轉。 …置成用單-控 16. 如申請專利範圍第、項之裝置，其中第_和_二 平面的一維架構、不共平面的三維架構或兩 者的組合。 17. 如申請專利範圍帛i項之裝置，其中第一和第二天線部 份會配置成-個天線部份直徑比另一個天線部份還 同心圓。 18 ·如申$青專利辜色圍第16項举罢 甘、、 , j观固矛ίο貝足衮置，其中孫三維架構維圓頂 或螺旋架構其中之一。 〃 19·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該天線部份大約是 圓形的形狀。 2〇·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少第一和第二 天線部份貼附於密室窗外部表面附近。 21·如申請專利範圍第1項之裝置，其中第一和第二天線部 份内的電流會繞著該部份以相同的方位角方向流動。 22. —種產生一電感耦合電漿之裝置，此裝置包含·· -3 本紙張尺度適用巾g g雜準(CNS) Μ規格(2lG><297公董) A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 窗密室1具有形成一電礙場路徑進人密室的 應裝置；1❹來將處理㈣U密室的處理氣體供 頻率天線，包含置於該電聚反應密室外的至 弟和弟一多圈天線部份； 、操線電頻率源，此來源耦合至天線部份並且架構來 感應天線部份内的無線電頻率電流； 於第-天緣部份之H人電容器和連接於第 一天、，泉邵份之一第二輸入電容器；以及 裝 第一和第二天線部份被繫結在一起； +其中無線電頻率電流所感應的電磁場會有效的通過 固，並將處理氣體激磁並離子化，藉此在密室内產生電 聚，以及 其中該第-多圈天線部份為圍繞該第二多圈天線部份 的外侧線圈。 23. 如申請專利範固第22項之裝置，其中產生的電漿之密度 大致上會與孩至少第一和第二多圈天線部份圍住的區域 内之密度一樣。 24. =申請專利範圍第22項之裝置，其中每個該至少第一和 第二天線部份將無線電頻率功率耦合至密室内不同的區 域，導致密室内整體一致的電漿。 25·如申請專利範圍帛22項之裝置，其中第一多圈天線部份 架構成一平面多圈線圈，而第二多圈天線部份具有第一 和第二部分。 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐) •申“利範圍第25項之裝置，其中第二 邵分將架構成—平面式多圈線圈，並且第二多= 泉邵份的該第二部分則架構成一螺旋線圈。 圈天 =申請專利範園第26项之裝置，其中該第二部 ^孩螺旋線圈内包含—中空介質圓柱體，而中空介質^ 柱體的中空部份直接連接至處理密室。 回 28. =請專利範圍第27項之裝置，其中將螺旋線圈和中而 旅貝圓枉月且木構成允許電漿在密室内低恩的情況下 發’導致增加處理密室中央内的電漿密度。 / 2請專利範圍第22項之裝置，其中第-多圈天線部份 ”有一弟一平面式部份和—第二非平面式部份，而第二 ί圈天線邵份則具有-第-平面式部份和-第二非平面 式部份。 其中第一多圈天線部> 其中第二多圈天線部， 其中第一多圈天線部‘ 3〇·如申請專利範圍第29項之裝置 的薇第二部分架構為螺旋線圈。 31·如申請專利範圍第29項之裝置 的該第二部分架構為螺旋天線。 32·如申請專利範圍第22項之裝置二丫示一 /㈤，个叩 的、心長度與第一多圈天線部份的總長度相當，所以天 部份内的電流可有較大的調整範圍。 33. 如申請專利範圍第22項之裝置，進一步包含至少一用 凋正及至y第一和第二天線部份内電流的輸入調整電 器，如此可讓電流平等或不平等。 34, 如申請專利！33項之裝置，其中至少^周整 «5- 510149 A8 B8 申請專利範圍 奋器可在每個天線部份内提供較高的電流，導致較高的 ”’、、、泉黾員率功率镇合至相鄰於天線部份的電槳區域，或 在每個天、在部份内提供較低的電流，導致最低的功率幸馬 合至該電漿區域。 35.如申凊專利範圍第33項之裝置，其中一對輸入電容器用 於調整-對天線部份内的電流，並且配置成用單一控制 裝置以反方向旋轉。 專利範圍第22項之裝置，其中至少第一和第二天 、’泉部伤&早一無、線電頻率電源供電，並且由單—匹 路所調整。 裝 天線部 37·如申請專利範圍第22項之裝置，其中第一和第 份透過個別的固定或可變電容器終止至接地。 38·如申請專利範圍第37項之裝置，其中 沿著每個天線部份調整極端電流或極端電壓的位/ 39. 如申清專利氣圍第37項之裝置 份内最大電流的位置是第一…弟和弟-天線邵 線 置疋罘天線邵份相對於第-天續邱 份的旋轉位置之函數；以及 、弟一天4邵 丄中：出電容器進一步調整該位置 上，因此可顧著隆柄、 處万；輻射狀的相對位置 u此I肩耆降低由於万位角不一 的電漿方位角不一致。 包成刀佈所產生 40. 如申請專利範圍第37項之裝置，其一 整第-和第二天線部份内的電流，、並且配：：電容器調 制裝置以反方向旋轉。 配置成用單一控 -6-

   •如申凊專利範圍第2 6項之裝置，其 將最大電流的位置移動至第二、一輸出電容器用沖 或第二部分’導致由多圈天線部份：：：份的第-部分 變。 蜂遺的功率♦禺合改 .如申凊專利範圍第3 〇項之裝置，其 將最大電流的位置移動至第二多圈天：輸出電容器用來 或第二部分，導致由多圈天線部份到· = 的弟一邵分 變。 包漿的功率耦合改 43·如申請專利範圍第31項之裝 將昜士 r班、 具中—輸出電容器用來 肝瑕大黾泥的位置移動至第二多 或第二部分，導致由多圈η圈天線邵份的第一部分 變。 導致由多圈天線邵份到電漿的功率搞合改 蚪如申請專利範圍第41項之裝置，進— 找u ,,认 出電容器的輸入電容器，其中調 輸 啦相参a μ ▲ 』正輸入電容器導致無線 =率的^人阻抗維持不變，允許—多圈天線部份内 :電流不會影響到其他多圈天線部份内的電流。 •:申請專利範圍第42項之裝置’進—步包含一隨附該輸 !電容器的輸入電容器，其中調整輸入電容器導致無線 :頻率的總輸入阻抗維持不變’允許—多圈天線部份内 的電流不會影響到其他多圈天線部份内的雨，、云。 机如申請專利範圍第43項之裝置，進—步包^隨附該輸 出電容器的輸人電容器’其中調整輸人電容器導致無線 電頻率的總輸入阻抗維持不變，允許—多圈天線部份内 的電流不會影響到其他多圈天線部份内的電流。 -7-

   •如申4專利範圍第22項之裝 . 份會配置成-個天線部物比另二：…線邵 同心圓。 個天線邵份還小的 48·如申請專利範圍第22項之漤 觉士、、 貝（裝置，其中孩至少第一和第二 天、，泉邵份貼附於密室窗外部表面附近。 4”:申請專利範圍第22項之裝置，其中第一和第二天線部 =内的電流會繞著該部份以相同的方位角方向流動。 •一種f生一電感耦合電漿之裝置，此裝置包含： 办-電漿反應密室，具有形成—電磁場路徑進入密室的 2，以及—架構用來將處理氣體導入密室的處理氣體供 應裝置； ' 一無線電頻率天線，包含置於該電聚反應密室外兩個 开> 狀類似的天線部份； 二一無線電頻率源，此來源耦合至天線部份並且架構來 感應天線部份内的無線電頻率電流； 、連接於天線部份-第一部份之一第_輸人電容器和連 接於天線部份一第二部份之一第二輸入電容器；以及 兩天線部份被繫結在一起； 其中操線電頻率電流所感應的電磁場會有效的通過 ® 並將處理氣體激磁並離子化，藉此在密室内產生電 漿；以及 其中兩天線部份彼此分隔並且就兩天線部份之間之一 中央軸彼此平衡。 51·如申請專利範圍第5〇項之裝置，其中每個天線部份為〇 -8- 本紙張尺度適财目s 格(議X297公釐) 510149 A8 B8 C8

   形並架構成一半圓以及-沿著其直徑的直線。 52·如申請專利範圍第5丨項之裝置， 冷！ 加 、r巧天線邵份的直線 與另一個天線的直線平行並莒 1 l 4’由现自的中央區域，導致環 繞中央軸對稱的電漿密度。 53·如申請專利範圍第5〇項之裝置， 端合連接启4 . ，、中兩天線邵份的輸入 场曰連接在-起，兩天線部份的輸出端也連接在一起並 透過一可變電容器終止於接地。 54·如申请專利範圍第5 1項之裝冒甘 一、矛負《裝置其中兩天線部份直線内 的％流會以相同方向流動。 55. 如申請專利範圍第5〇項之裝置，其中天線部份由單一無 線電頻率電源供電並由單一匹配網路調整。 56. 如中請專利範圍第5〇項之裝置，其中產生的電漿之密度 大致上會與該天線部份圍住的區域内之密度一樣。 57·如申請專利範圍第5〇項之裝置，其中每個^天線部份將 無線電頻率功率耦合至密室内不同的區域，導致密室内 整體一致的電浆。 58.如申請專利範圍第5〇項之裝置，其中該天線部份貼附於 密室窗外部表面附近。 59· — =用於電漿反應密室之電感耦合電漿天線系統，包含： 第一和第二同心圓天線部份，其作為彼此相隔之同心 圓電流路徑； 連接於第一天線部份之一第一輸入電容器和連接於第 二天線部份之一第二輸入電容器；以及 第一和第二天線部份被繫結在一起； -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公楚：) 510149 A8 B8

   其中鄰近第一和第- 係以相同的方向流動「難天綠部份之部位内的電流 60.如申請專利範圍第59项、_馨 無線電頻率功率轉合至’其中同心圓電流路徑將 域，並在密室内合作提:向和方位角不同的區 札如申請專利範圍第5二供、舊電聚分配。 構成共平面二維架構^疆’一其中同心圓電流路徑架 62·-種處理半導體介質_二維架構或兩者的組合。 項之裝置内形成的電繁爽^此過程以中請專利範圍第1 63.-種處理-半導‘半導體介質的外露表面。 第22項之裝置内形成的：；程，此過程以申請專利範園 面。 成的％桌來接觸半導體介質的外露表 64· —種處理一半導體介質 第50項之裝置内形成^ ’此過程以中請專利範圍 成的电漿來接觸半導體介質的外露表 面0 65. —種處理一半導體介質乏 m cQ ^ ^ w ^ 、私，此過程以申請專利範圍 弟59頁之裝置内形成的電漿來接觸半導體介質的外露表 面。 -10-