1300288 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體或積體電路製造領域，尤其涉及一種真空反應室的 射頻匹配耦合網路及其配置方法。 【先前技術】 真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入反應氣體，然後再對該 真空反應室進行射頻能量輸入，該能量輸入啟動反應氣體，在真空反應室 内形成等離子體對半導體工藝件進行處理。在這個過程中，以往的技術是 對真空反應室的下電極輸入單一頻率的射頻能量，如美國相關國家標準為 13.56MHz ° 隨著半導體工藝件等離子體處理技術的不斷發展，最近雙射頻能量輸 入技術被應用於真空反應室中反應氣體的啟動，提高等離子體對半導體工 藝件的處理效果。所謂的雙射頻能量輸入就是將兩種不等頻率的射頻能量 同時輸入真空反應室，如目前的低頻2MHz和高頻60MHz等不同的雙頻組 合。 在對真空反應室進行能量輸入時，並不是所有的射頻能量都能被順利 的輸入，真空反應室一般具有上、下電極的容性阻抗。其對於射頻能量輸 ^具有一定的反射率，因此一部分能量就不能輸入造成了能量的浪費，更 嚴重的是這部分能量被回饋回輸入電路，導致輸入電路發熱甚至燒毀。 由於對射頻源而言真空反應室可以等效為一個容性阻抗的負載，因而 、、彳几值疋個複數阻抗。理論證明當輸入電路的阻抗值與該複數阻抗互 為共軛複阻抗時，其反射率最低，能量能夠充分輸入。因此在輸入網路中 加=適當值的電容和電感組成與真空反應室的阻抗相共軛的匹配。這種利 用電各和電感組成的輪入網路被稱之為射頻匹配耦合網路。 隨之產生的問題是，由於高頻和低頻輸入同時接入真空反應室，因此 其真空反應室的射頻匹配耦合網路也就不可避免地相連接。高頻和低頻輪 入於一點彙集後，其部分能量不是輸入真空反應室而是互相進入對方，相 互又對方射頻源。對高頻和低頻輸人的真空反應室的射頻匹配_合網路 進行隔離，目前可以翻隔離程度為：輸人财真空反應室的射頻匹配輕 5 1300288 口網路和輸入真空反應室的功率比為-20分貝(db)，即為〗％。 曰基於兩個射頻源輸入頻率相差比較大的思路，目前解決這一問題的方 法疋在兩個_匹配_合網路的賴點之前各設置-悔波||，在低頻輸 入側"又回頻濾波器，在高頻一側設低頻濾波器。這樣就將相互輸入對方 射頻匹配耗合網路量通過雜ϋ渡除了。 旦這樣的解決方案至少有兩大缺陷。首先，直接濾除能量會造成大 里的=里賴’降低了輸人效率；其次，濾除能量會導致濾波器發熱。而 且’讀大辨的能量濾除本身也會需要較大體積的濾波器，因此 設備的體積和«增大，同時也增加了設計製造成本。 曰。 【發明内容】 _本餐明的目的在於提供—健空反應室能夠克服贿多重射頻源之 :著重解決高頻和低頻射頻源之間的能量互流而導致發熱 配耗紐方法魏這-目的，—«空反魅的射頻匹 接，每彳glL弟1至第η個射織人埠分別與第1至第η個射頻源連 出蟑之間構成i i電‘二公次遞減，第1頻率射頻輸入埠至輸 的所有頻紐# > . 1、路在輸出埠對輸人頻率中除第i頻率以外 第i ϋϋ =几當第i電路與第i頻率射頻源連接後，從輪出埠往 蝴聯n嶋，以丄 一第二阻抗值，鄕-阻抗m^，其具#在該第i頻率下的 值和弟一阻抗值大致共軛匹配。 述的I:的兩個頻率中’高的頻率舆低的頻率大小之比大於等於5。所 逑的母-路電路至少包括、 再與接地電容相串接。每__仪心I按也迅谷其中迅谷和电感串接， 型。η為大於或等於法可岐L型、倒L型、丁型心 個自然數。所述的真空反鹿室雜於或等於2且小於或等於n的某一 本發明另-技術方“二沉積設備或轉子體刻餘設備。 與第-頻率射舰連接的 _ 2應㈣射雜配齡網路包括： 湧率射頻輪入埠，與第二頻率射頻源連接的 6 1300288 :埠:貞輸入埠’以及—個將多重射頻源能量輸出到真空反肩室的於 電路，該第-電路在輪料對;至輸料之間構 輪=車至輸出槔之間構成第二電路，該第二電路對^射頻 觀察測量，其具有在鄉—_τ的—第==輪料知—電路方向 ί/L值，舌玄第^一 KB 4-^ 、干广的 弟—^阻 邊弟阻域和弟二阻抗值大致射腿配。 其中電容和電成ϋ包括·電容、電感和接地電容， π u甲接，再與接地電容相串接。 或部分為可變電容。所#μ> ^ 按所这的电谷和接地電容全部 -型所、路電路_法可叹L型、机型、τ型 h生所述的苐一頻率的大小與第二頻率的大小之 Ti 電路輸出埠與真奴應室之間還串射— 1 ;。弟- 分支或多個分支與真空反應室的下電轉接。、第可為一個 -側的線與線之_距離較#第 I L近輪出埠 距離大。所述的直办反羊射頻輸入槔—側的線與線之間的 她的另:：=::= 射頻Μ合網路：置步:技 ΐ率3置::輸出璋將多重射頻源能量輪出_^ 項車冋於頻率。b·在第—辭射頻輪人埠 該第-電路在細埠縣二鮮具有高险。一 出埠之間構成第二電路，該第二電路在輪料對^:^射頻輸入埠至輪 第-電路與第—頻率射頻源連接後，從輸^=具有酿抗；當 其具有在該第一頻率下的、 第—龟路方向觀察測量， “+ 以及從輪出埠往轉述第-兩玖 方向相反的抑輸„，料細第—_n阻抗值，= 接:設置神 其中第-電路 1300288 —阻抗值和第二阻抗值大致共軛匹配。 其中’所述的第-電路和第二電路至少包括：電容、電感和接地電容， 八中電容和電«接，再與接地電容㈣接。所述的電容和接地電容全部 或部分為可變電容。每-路電路的接法可以是L型、倒l型、τ型或π型。 戶 =的第-鮮的大小與&鮮的大小之比為5或大於5。所述的第一電 車與真空反應室之間還串接有一個導電連接體，其頂端可為一個分 側支與真空f應㈣下電極連接。第二電路的電感靠近輸出埠一 =線與線之^距離歸近第二解射頻輪人埠—側的線與線之間的距 献:所賴真空反魅是預沉麟備鱗軒體難設備。 匹配:;==電路，_路的阻抗與真空反應咖 取诚H讀入比率，提高了能 的產生。同時本發明巧妙利用了播士沉和細* 又手減少了私路熱里 坌八鮮占m u 成匹配、、周路的部件的阻抗值的組合，使 .。_電路触抗㈣1導能量的輸入方向。 旦刀.雨月匕里，避免了浪費。同時避免高頻和低頻射頻源之門的处 罝互〜而導致發熱甚至燒毀。由於本發明結構合理，用_日的月匕 等距的電感設計，降低了電感的寄生電容 二間距不 造和使用成本。 她小’不需縣冷，麵節省了製 【實施方式】 ，舰合_明如下： 合網路結構的真空反應室的射頻匹配為 邻八，另你〜 毛月的員知例具有兩個射頻輸入，一個為古斗· λ疒峨輪人部分。整個射頻匹配輕合網路科S 兩個為輸入埠，即與高頻射頻源 八有—個埠，其中 的低頻輸入埠】，以及將夕、n痒2和與低頻射頻連接 3。该真空反應室的射頻匹_合網路可以分為低:二真二應至的輪出埠 部分通過-個連接點結合於輪刀為刀和讀部分，這兩 電容C2,和一個電咸 回須邛刀由一個接地電容，，一 而該接地電容C1另1 部分的結構為—個接地電容c】接地， ‘連接-個電容C2，m料接—個電感^^過 1300288 ' *該電感l連接到輸糾η。在低頻部分，由電感L、電容α#〇電容口構 • · 成了一個低通濾波器。 ^在高頻部分，由電感L’、接地電容C1，和電容C2，構成了 一個高通渡波 -益。在高頻輸入的頻率遠高於低頻輸入的頻率的情況下，即高頻輸入至少 為低頻輸入20倍的情況下，由於高通濾波器的特性以及高頻輸入時直空反 應室的阻抗雜，蚊了高躺分只需要彳M、的電祕就可錢整個匹配 • 私纟轉與真空反齡實難抗射厄。因此，在編部分也可以不設專門 的電感器，與之相對應處由-片作連接導線關導電片以及由射頻輸出端 • 至真空反應室下電極的導電連接體構成。_導電片及導魏接體的自感 • 值來等效一個電感，在這種情況下，接地電容C1，由導電片及導電連接體對 地產生的寄生電容來替代。因為接地電容C1，和電感L，不易調節且值很小， …因此在高躺分巾該接地電容C2,可被設為可變電容關整電路的阻抗。 根據高頻和低綱分_柯崎算&電容和賴的大小，也可以通 過對接地電容C1的值進行選擇來獲得較為理想的阻抗值。此外這些由電容 和電感組成的網路本身具有複阻抗，加上電路部件和導線本身的電阻，選 —擇調節匹配齡網路中餅的佩可以使侧部分與侧射麵連接後， 從輸出淳3往低鱗分方向觀察·，其具有在低頻下的—個阻抗值，以 及從輸出埠3往低綱分的反方向觀細量具有在麵下的另_阻抗值， 該兩個阻抗值大致共輛匹配(因為，實際使用過财，兩個阻抗值不可能百 分之百地共扼匹配）。當高頻部分與高頻射頻源連接後，從輸出璋往高頻部 分方向觀細量，其具有在高頻下的—娜抗值，以及從輸料3往高領 部分的反方向觀察測量具有在高頻下的另一阻抗值，該兩個阻抗 =、 共軛匹配。 又 一 f參閱第2圖所示，魏用本發明的真空反應室系統從低頻視角觀察 的示意圖。在第2圖中的真空反應室系統包括三大部分：低頻射頻源和^ 頻射頻源（未圖示）、射頻匹配給網路2〇、以及真空反應室ι〇。低頻: 頻源連接射頻匹配搞合網路。射頻匹配輕合網路中包含有高頻和低頻部 分。^頻匹配雜合網路2〇與真空反應室1〇連接，將射頻能量提供給真空 反應至ίο真工反應至由上電極η和下電極η組成，在下電極η上方放 9 I3〇〇288 置有待處理的半導體工藝件】3， • ]4對半導體工蓺件13 H 、下电極〗】、】2之間形成等離子體 - 15連接到下電極12 ^ 勺鳊，有多個分支的導電連接體 充射頻娜合網路阻 1= 連^15用來作為等效阻㈣^ 後，透離I埠fofr配耗口網路20中，低頻射頻能量由低頻射頻源產生 這時射頻輪出由電容C2和電感Lfc成的電路到達輸出痒202, 21,該触η鑛應㈣織人高頻部分 於高頻部分的獅—心C1、笔谷C2,和電感L，組成的支路。由 Λ而 的接地％谷C1，、電容C2,和電感L，經過設定。對於低頻射 二高頻部分支路的阻抗值遠遠大於真空反應室的阻= =:_原的絕大部分能量輸入了真空反應室。進-步的，可以通過 '主擇#C2的值，使輸入高頻部分的能量小於2%〇 一=參哪3圖所示，為應用本發_真空反應室纽從高頻視角觀察 读=圖。在射頻匹配1 禺合網路2〇中，高頻射頻能量由高麵麵產生後， °阜201絰過由電谷C2’和電感L’組成的電路到達輸出埠2〇2,這時 =頻輸出具有兩個支路可選，即輸入真空反應室1G或者輸入低頻部分22， ^低頻部^22即由接地電容α、電容C2和電感L構成的支路。其中，電 心^2口电谷(^2串接後接入低頻射頻源（未圖示），而接地電容〔丨一端連 接電fC2、另一端接地。通過這樣的電路結構配置，加上對電容和電感值 的估异’再㈣調整電容的值，可以使得對於高頻射頻輸人而言，該輪入 低頻部分支路的阻抗值遠遠大於真空反應室的阻抗值，因此，絕大部分高 /員射^員源的此里輸入了真空反應室。進一步的，可以通過適當調節電容C2 的值’使輸入低頻部分的能量小於2%。 以上所述的電容和電感全部或部分是可變的，且電容和電感串接位置 也可以有各種變化。電容和電感可以是一個也可以是多個。 本發明巧妙利用了為了構成與真空反應室產生共軛複阻抗部件的組 合’利用電路的自身相互隔離的功能引導能量的輸入方向。 對於使用高頻射頻功率較大的情形，即便是僅有小於2%的能量輸入了 1300288 二被燒毁。几，ΑΪ能量射絲在域L上使其溫度迅速上升，直至電: 这俨中生+ 問題’—種辦法是將電感L的線與線距離d變大， 4可生电谷值就會顯著下降，避免 明的匹配電路小型化的目標不相一致。實際上只===於但j本發 =:，，、寄生電容.，另一端的電感線圈由於接工頻二=
故!ZZf ZTm, d ^ 〇 的 例’請參考第4圖，是將電感l接近輸出埠或 —端:線與線t的線與線的距離d拉大，而將電感L接近低頻輸入埠的另 的電感器L。、距離d保持不變。這樣就形成了一種具有不等距的線與線 寺離子體沉知設備、等離子體刻蝕設備等。 中，具=個_輸则⑽射，在該實施例 個射頻輸人埠，雜合網路包括η (η為大於或等於2的自然數）
接，每一個射=弟η個射頻輸入埠分別與第1至第η個射頻源連 輪出到直空心不騎辭，以及—個將前述多個射頻源能量 的所有頻率且右古^ °、/·屯路在輸出璋對輸入頻率中除第域率以外 向二== 复1,玄弟一阻抗值和第二阻抗值大致共輛匹配。 述的每一路電::::率中，：的頻率與低的頻率大小之比大於等於5。所 再與接地電二電t電感和接地電容，其中電容和電感串接， 型。所述的真空反應室接法可以是L型、倒L型、T型或π a疋等離子體沉積設備或等離子體刻蝕設備。 1300288 印參閱第5圖’為本發明—個多射 a 阜Pi〜pn，分別與第〗個至第n個 至* n個射頻之輸入 的頻率，從fl至fn。以及一 ;;連接母—個射頻源分別具有不同 輪出埠，其中解爾減，^輸㈣空反應室的 中，_率與低的輪小之比大於中相鄰 在輸出埠對輸之間構成第i電路，該第巧路 電路與第i __接I 高；^當第i =r下的一第―電: 方向相反的方向觀察測量，其具有在該第丨頻率下的一第二阻=== 阻抗值和第二阻抗值大致共軛匹配。 '-弟 如弟5圖所示的每一路電路至少包括：—電容c2、—電感l和 电容ci，其中該電容C2和電感L串接，再與接地電容α相串接。該電容 和電感:以是-個也可以是多個串接喊，連接順序也可互相交換。 如第6圖所示，本發明的每一電路至少包括··一電容q、一電感l和 ，地電容cn，其中電容C2和電感L串接，再與接地電容ci㈣接，且電 容C2、電感L和接地電容C1具有各種連接方式的變形，如£型、倒l型、 T型或7Γ型。 以上介紹的僅僅是基於本發明的幾個較佳實施例，並不能以此來限定 本發明的範圍。任何對本發明的裝置作本技術領域内熟知的部件的替換、 組合、分立，以及對本發明實施步驟作本技術領域内熟知的等同改變或替 換均不超出本發明的揭露以及保護範圍。 12 1300288 ’【圖式簡單說明】 . 第I圖，為本發明的直空及廊官 第2圖，為應用本發明的㉔反應室系、====結構示意圖。 第3圖，為應用本發明的真空反應室李=^=觀察的示意圖。 ^圖，為用於本發明射頻匹_合網路^電===示意圖。 弟5圖，為本發明—個具有多射頻輸入 配=不思圖。 【主要元件符號說明】 f 6圖，為用於本發明射頻匹_合網路中的每—I::的示意圖。 意圖。 母^路的各種連接方式示 2 · 3 · 10 · 11 · 12 · 13 · 14 · 15 · 20 · 201 202 21 · · · 22 · · · C 卜 C1， C2、C2, L、L，· d——· fl 〜fn · pi 〜pn out · •低頻輪入埠 •高頻輪入璋 •輸出埠 •真空反應室 •上電極 •下電極 •半導體工藝件 •等離子體 •導電連接體 •射頻匹配耦合網路 •輸入埠 •輸出埠 •南頻部分 •低頻部分 •接地電容 •電容 •電感 •距離 ••頻率 13