TWI376731B - Independent control of ion density, ion energy distribution and ion dissociation in a plasma reactor - Google Patents

Description

1376731 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種在電漿反應器中處理工 (workpiece)的方法，尤其涉及一種獨立控制電菜反應 中離子密度、離子能量分佈以及離子解離的方法。 件 器

【先前技術】 在半導體元件製造領域的技術進屐包括元件特徵尺 或關鍵尺寸（critical dimension)的急劇降低，從而， 如在多個絕緣導體層之間形成的開口趨於更深並具有更 的深寬比（aspect ratio)。本發明藉由獨立而同時地控制 電黎：（bulkplasma)中的電聚離子密度、電漿勒層中的 漿離子能量分佈以及主電漿容器中的離子解離而克服了 成這種結構的困難。因此，本發明滿足了執行電漿製程 需要，在該製程中可以進行離子密度、離子能量分佈以 離子解離的選擇而不會受到相互之限制。 寸 例 大 主 電 形 的 及

【發明内容】 本發明係揭露一種在電漿反應器中處理工件的方法 包括將來自具有三個各自頻率的至少三個RF功率源的 功率耦合到反應器中的電漿；藉由選擇介於至少三個 功率源中的第一對功率源的功率層級之間的比率而設定 子能量分佈形態；以及藉由選擇介於至少三個RF功率 中的第二對功率源的功率層級之間的比率而設定離子解 RF RF 離 源 離 5 1376731

和離子密度。所述三個頻率可以是LF頻率、HF頻率或VHF 頻率，其中第一對功率源係相應於LF頻率和HF頻率，而 第二對功率源相應於HF頻率和VHF頻率。另外，所述功 率源包含四個RF功率源，其中第一對功率源相應於HF頻 率和LF頻率，第二對功率源相應於VHF頻率和另一頻率。 在一實施例中，第二對功率源相應於一較高VHF頻率和一 較低VHF頻率。可藉由感應源功率施加器、環形（toroidal ) 電漿源功率施加器或頂置電極而耦合所述另一頻率。或 者，藉由反應器中的晶圓支撐底座而耦合所有三個頻率。 較佳地，所述第一對頻率爲低於離子轉換頻率的第一 頻率和高於離子轉換頻率的第二頻率。藉由調整離子能量 分佈的一對尖峰（peak)之間的能量差異，或者調整離子 分佈（ion population)，其係相對於離子能量分佈的一對 尖峰中的其中一個尖峰而進行調整，而使離子分佈接近另 一個尖峰，或調整離子能量分佈的一對尖峰之一的能量， 而用以調整所述離子能量分佈。

【實施方式】 參照第1圖，電容耦合的反應器腔室100内包括有一 個可以是靜電吸盤（ESC )的晶圓支撐底座1 05，其上可以 靜電夾持半導體晶圓Π 0。E S C包括鋁基層5和絕緣層或 由網狀或柵格狀電極15劃分成下圓盤層（puck layer) 10 和上圓盤層20的圓盤。可以設置增強吸盤105邊緣的介電 環1 1 5，該介電環1 1 5與放置在另一介電環1 2 0上的晶圓 6 1376731 110處於同一平面。腔室100的頂部爲頂置導電電極125, 其藉由環形導電環127a和使電極125絕緣的介電環130 支撐在腔室導電側壁127上，導電環127a、介電環130和 電極125係形成電極組件126。面對電漿的電極125的底 部表面可以是平坦表面125a或用於增強電漿離子分佈均 勻性的彎曲表面125b。來自RF產生器1 50的RF源功率 藉由作爲固定阻抗匹配元件的阻抗匹配短柱（stub ) 1 3 5

而耦合到電極1 2 5。短柱1 3 5由内部同軸導體1 3 5 a和外部 同軸導體135b組成，其中内部短柱導體135a藉由内部導 電環1 3 5 a ’連接到電極1 2 5，而外部短柱導體1 3 5 b藉由外 部導電環1 3 5b ’連接到接地之腔室側壁導電環1 2 7 a。

RF產生器150藉由50歐姆同軸電纜162而在沿著短 柱長度設置的接頭點1 6 3處耦合到所述短柱，設置該同轴 電纜1 6 2用以提供阻抗匹配。電纜1 6 2的内部和外部導體 分別連接到短柱的内部導體1 3 5 a和外部導體1 3 5 b。RF偏 壓功率透過RF饋送導體25而輸送至ESC電極15，且電 極1 5係在饋送點2 5 a處連接到RF饋送導體2 5。E S C夾持 電壓源4 1係將直流晶圓夾持電壓施加到E S C電極1 5。 頂置電極 1 2 5可以是一個氣體分配板，在這種情況 下，該電極125包括具有内部氣體歧管142的多個氣體注 入孔140，該内部氣體歧管142透過短柱135之中空腔體 中的管道1 44而耦合到製程氣體供應器1 4 6。類似地，來 自加熱/冷卻流體源1 4 9的熱傳（冷卻劑/加熱）流體可以 連接到電極1 2 5内部的循環通道1 4 8。可以藉由冷卻迴圈 7 1376731

而控制靜電吸盤（ESC)105的溫度，其中該冷卻迴圈 内部蒸發器200和外部冷卻元件，該内部蒸發器200 在 ESC基座 5内部，而外部冷卻元件可以例如是蓄 204、壓缩器206、冷凝器208和膨脹閥210。 藉由内部和外部之外加磁線圈60和65而調整電 子密度的徑向分佈，且内部和外部外加磁場線圈60: 係由電漿分佈控制器5 7所控制的電流源5 8和5 9之單 調直流電流進行驅動。 如果電極125的電抗（reactance)與腔室100中 的電抗相匹配，以在RF產生器150的VHF頻率處或 頻率附近形成電極-電漿共振頻率，並且如果RF調諧 135(由其長度決定）的共振頻率在該同一頻率處或者 率附近，則電極-調諧短柱組合1 2 5、1 3 5的阻抗匹配 會急劇擴展。阻抗匹配空間的擴展結果反映了反應器 能，其實質上不受電漿波動情況和腔室内部表面的電 影響。 一對RF產生器40a、40b分別通過各自的阻抗匹 件45a、45b而將RF功率施加到RF饋送導體25。藉 程控制器300而獨立控制來自 RF產生器1 50、40a 的RF功率輸出層級。較佳地，RF產生器40a具有4 頻率範圍内或正好位於離子鞘轉換頻率之上的RF輸 並且該頻率係足夠高以對主離子密度和鞘離子能量造 用，該頻率可以是例如1 3.56 MHz。RF產生器40b較 具有在LF頻率範圍内或者正好位於離子鞘轉換頻率 包括 包含 電器 漿離 =〇 6 5 獨可 電漿 者該 短柱 該頻 空間 的性 特性 酉己元 由製 40b L HF 出， 成作 佳地 之下 8 1376731

的RF輸出，該頻率可以是例如2MHz°RF產 佳地爲VHF頻率，其係足夠高以對主離子密度 造成作用，而其並不對離子能量造成作用或是 用係可忽略。製程控制器3 00按照如下方式分 能量、離子密度和離子解離：藉由調整LF產 HF產生器40a的功率層級比率而調整離子能i 子密度影響最小並且不影響離子解離；藉由調 器4 0a和VHF產生器1 50的功率層級比率，以 密度而調整離子解離，使其對離子能量具有少 影響。這允許使用個別的方法來調整三個參數 離子密度和離子解離。然而，由於HF功率層 40a)包含在離子能量和離子密度之調整中，所 並不是完全獨立的。 藉由將一僅影響離子密度之可控磁場導入 可達到在調整三個參數（能量、密度、解離） 立。該特徵連同HF ' LF和VHF產生器40a、 起能夠使對密度和解離的調整彼此獨立，並且 能量。爲此，可以修改第1圖的反應器以包括 流輸入501a、502a、503a、504a (由磁場電流 控制）並且按照矩陣關係設置的磁線圈5 0 1、 5 04 (參照第2〜3圖）。控制器5 0 5可以提供 (例，1 0Hz )至電流輸入 5 0 1 a '、5 02 a、5 0 3 a、 這些電流在相位上可以彼此偏移。在電漿RF 由VHF產生器1 50施加的VHF功率）存在時 生器150較 和離子解離 所造成之作 別調整離子 生器40b和 I，使其對離 整HF產生 相對於離子 量或不産生 :離子能量、 級（產生器 以這些調整 電漿中，則 時的完全獨 40b >150-獨立於離子 具有獨立電 .控制器5 0 5 502 、 503 ' 超低頻電流 504a >並且 承功率（如， ，藉由增大 9 1376731 或減小提供給磁線圈5 Ο 1 - 5 Ο 4的電流，則可以增大或減小 電漿離子密度，而對於其他參數不會造成顯著影響（或者 根本不影響）。如果VHF產生器150具有足夠高的頻率（例 如，100-300ΜΗΖ或者更高），則其對離子解離和離子密度 都會産生影響。因此，可以一起調整離子解離和離子密度， 並且藉由單獨調整磁場則可執行對密度分別之獨立調整。

在第4圖的實施例中，藉由施加到頂置電極1 2 5 (來 自實線示出的VHF產生器150’）或施加到ESC電極15(來 自虛線所示的VHF產生器40c )的第二VHF頻率而替代執 行磁場的功能（用於提供對離子密度的獨立調整）。該第二 VHF頻率係充分低於第一 VHF產生器1 50的頻率（例如， 低於300 MHz )，從而其主要影響離子密度，而對離子解離 具有非常小的影響或者沒有影響（或者至少小於第一 VHF 產生器的影響）。例如，第一 VHF產生器150的較高VHF 頻率可大約爲160 MHz，而第二產生器150’（或者40c) 的較低VHF頻率大約爲60 MHz。如果爲此目的而使用第 二VHF產生器150’，則其可藉由與第一產生器150所連接 的相同阻抗匹配短柱1 3 5進行耦合，但是卻在不同的接頭 點163’處，而第一產生器150與第二VHF產生器150’係 於不同頻率處產生阻抗匹配。第 4圖中描述的接頭位置 1 6 3、1 6 3 ’沒有按比例示出，並且它們的位置和順序可以與 所示的不同。如果將第二VHF頻率施加到ESC電極1 5， 則第二V H F產生器4 0 c藉由阻抗匹配元件4 5 c而連接到 RF饋送導體25。在這種情況下，這三個阻抗匹配元件45a、 10 1376731 45b、45c都將其輸出連接到RF饋送導體25。 第4圖示出了如何通過共同的阻抗匹配元件（短柱） 135而將兩個VHF頻率施加到頂置電極125，而第5圖示 出了兩個 VHF產生器透過不同的阻抗匹配元件320、325 耦合到電極的情況。 在第4圖和第5圖的實施例中，藉由控制HF和LF產 生器40a和40b的功率層級來調整離子能量和離子能量分 佈，而藉由控制兩個VHF產生器150和150’ （或者在

另一實施例中的兩個VHF產生器150、40c )的輸出功率 層級而獨立地控制離子密度和離子解離。

第6圖示出了如何將RF功率控制解離（例如，來自 產生器1 5 0 )應用到設置於頂置電極1 2 5上方的感應耦合 功率施加器3 5 0 (即，頂置環形天線）。本實施例之前提係 頂置電極125爲不妨礙來自環形天線350的感應耦合RF 功率的類型。爲了允許感應耦合RF功率通過電極125，該 電極1 25可以是由諸如矽的摻雜（doped )半導體材料形成 的固體圓盤（如第7圖所示），其係揭露於Kenneth Collins 的美國專利第6,444,084號中。另外，如第8圖所示，爲 了使RF功率通過電極125而感應耦合，該電極125可具 有開槽結構。由於即使在較低的頻率下，感應耦合電漿也 表現出相對較高的解離度，所以施加到感應環形天線 350 的RF頻率不需要一定是VHF頻率。第6圖中的產生器150 的頻率可以是HF頻率或者甚至是LF頻率，其仍然對解離 有顯著影響。可選擇地，可以由透過阻抗匹配元件45c耦 11 1376731 合到ESC RF饋送導體25的VHF產生器40c代替耦合到 頂置電極的VHF產生器150’ 。在第6圖所示的實施例中， 藉由控制HF和LF產生器40a和40b的功率層級而調整 離子能量和離子能量分佈，而藉由控制兩個產生器150和 1 5 0’ （或者在另一實施例中的兩個VHF產生器1 50和40c ) 的輸出功率層級來獨立控制離子密度和離子解離。

第9圖示出了一個實施例，其中由環繞外部凹形中空 導管4 1 0的環形RF功率施加器4 2 0來代替環形天線3 5 0， 該環形RF功率施加器42 0形成通過電極1 2 5和晶圓1 1 0 之間的製程區域的環形電漿電流路徑。外部凹形中空導管 4 10和環形RF功率施加器420組成一環形電漿源。RF產 生器1 5 0藉由阻抗匹配元件3 2 5而耦合到環形RF功率施 加器420。環形RF功率施加器420由以下元件組成：由磁 性材料或可磁化的材料（如磁芯）形成的環422以及纏繞 在該環422周圍並且由RF阻抗匹配元件325驅動的導電 線圈424 。如圖中虚線所示，可提供含有第二環形RF功

率施加器420’ .的第二（同樣的）凹形中空導管410’ ，其 與第一導管410橫向交叉。藉由位於形成於晶圓110和電 極1 2 5之間的製程區域相對側的處理室中的埠，導管4 1 0 在其各個端部而進入腔室 100。這一特徵導致環形電漿電 流流過晶圓1 1 0的整個直徑區域。在RF產生器1 5 0的頻 率處，環形電漿電流振盪。在第9圖所示的實施例中，藉 由控制HF和LF產生器40a和40b的功率層級來調整離子 能量和離子能量分佈，而藉由控制兩個產生器1 5 0和1 5 0 ’ 12 1376731 的輸出功率層級來獨立地控制離子密度和離子解離。

第10A圖是在電漿反應器中對離子密度造成作用的 RF功率與頻率的函數以及對離子能量造成作用的功率與 頻率的函數二者之間的對比曲線圖。該圖顯示出有三個主 要的頻率範圍：從〇到約13MHz，幾乎所有RF功率都對 電漿的離子能量造成作用；從約13 MHz到約65 MHz ’功 率則區分為對離子能量造成作用和對離子密度造成作用； 在65 MHz以上，幾乎所有的RF功率都對離子密度造成作 用。在1 3 MHz和稍微低於1 3 MHz處對離子能量造成的作 用係産生在RF峰間電壓（peak-to-peak)爲中心的窄離子 能量分佈。隨著RF頻率減小到或低於離子轉換頻率，離 子能量分佈加寬，該離子轉換頻率爲鞘内的離子可跟隨RF 振蕩的最高頻率。在2MHz的低頻率時，離子能量分佈具 有最大的寬度。在第10B圖中描述了這些影響，該圖是對 單一 RF偏壓源在不同RF偏壓功率頻率處獲得的離子能量 分佈的對比曲線圖。如第1 0B圖所示，在最低頻率（2 MHz ) 處獲得最寬的離子能量分佈，而在最高頻率（13MHz )處 獲得最窄的離子能量分佈。第10C圖是使用對於兩種頻率 的不同功率比率的雙功率偏壓功率源獲得的離子能量分佈 的對比曲線圖，如該圖所示，藉由混合高頻率和低頻率， 能量分佈朝向較高能量漂移。在對應於中間或者高頻率（如 1 3MHz )源的峰間電壓的離子能量處呈現較高數目的波 峰。具有第二較高數目之波峰者係對應於較低的頻率（如 2 MHz )功率。根據本發明的一個較佳實施例，藉由調整 13 1376731

低頻率（如2 MHz )功率層級和中間或者高頻率（如 13 MHz )功率源的功率層級之間的比率，則可調整離子能量 分佈，以相對於較低能量離子分佈（ion population)而增 加或降低高能量離子分佈。第10C圖的比較中顯示出低頻 (如2 MHz )RF功率在較高能量處對離子分佈造成較大作 用，並且對於高頻（如13 MHz) RF功率其相反結論也是 正確的。因此，藉由增加低頻功率與高頻功率的比率而可 提高離子能量分佈寬度及其高頻容量。而且，第10C圖示 出隨著HF (如13 MHz )功率接近0，主峰則轉移至非常 高的頻率。因此，藉由調整低頻和高頻功率層級之間的比 率而可選擇離子能量分佈。

藉由調整具有兩個不同頻率的各自源的功率層級而提 供對解離和離子密度的控制，所述兩個不同頻率對解離和 密度有不同影響。較高HF或較低VHF頻率明顯對對離子 密度造成極大作用，但對離子解離造成非常小的作用。這 如第1 1 A和1 1 B圖所示，其係比較離子解離以及離子密度 相應於頻率的函數之變化圖。在較低範圍之頻率（直到第 1 1B圖的f轉換點）對離子密度（第1 1B圖）影響很大， 但是對離子解離（第11A圖）影響很小。兩個範圍的交界 頻率（f轉換點）通常爲VHF頻率，其值取決於各種製程 參數，但是可以在大約100 MHz的等級。 第12圖是描述在含有氟碳化合物氣體的電漿中，氟碳 化合物的平均分子量相應於離子解離的函數圖。該圖示出 了 一種量化解離的方法，意即爲在電漿中某種分子種類（如 14 1376731

氟碳化合物分子）的平均分子量。分子量越低，解離 高。這一概念反映了第13圖所示的發射光譜（OES) 的結果，該圖爲低離子解離和高離子解離時之電漿中 量分佈的對比曲線圖。在較低解離時，峰值分佈與較 分子呈現一致，而對於較高解離時，其相反結論也是 的。將第1 1 A和11 B圖的結果應用到雙源頻率系統， 控制高頻功率源產生器和低頻功率源產生器（兩個都 是VHF產生器）的功率層級之間的比率，則可以分別 電漿的解離和密度。如第14圖所示，該圖爲描述離子 相應於兩個不同功率源頻率之間的功率比率之函數 圖。使用第1圖的三頻率方案或者第2至5圖的四頻 案，沿著分別代表離子能量、離子密度和離子解離的 獨立（即，正交的）軸而實現三維控制空間。第1 5圖 —個三維控制空間，其中主電漿中的離子解離、主電 的離子密度以及電漿鞘内的離子能量爲定義出控制空 三個獨立（正交）維度。 然後，較佳地，第1圖中用以控制離子密度和離 離的兩個產生器4 0 a和1 5 0，其頻率係位於f轉換點 側。或者，如果它們位於相同側，則這兩個頻率彼此 異極大，從而其中之一對離子解離的影響比另一個更 主要影響離子密度的頻率爲較低的VHF頻率，而影響 解離和密度的頻率爲較高的 VHF頻率。這些較高或 VHF頻率可能分別在或者可能分別不在“ f轉換點” 及之下。結果，藉由分別控制這兩個頻率，可至少幾 度越 資料 分子 複雜 正確 藉由 可以 控制 解離 變化 率方 三個 示出 漿中 間的 子解 的兩 有差 大。 離子 較低 之上 乎獨 15 1376731 立地選擇具有不同值之離子密度和離子解離。該結論亦適 用在對於第4和5圖中的產生器150和150’的兩個頻率。 這兩個頻率必須彼此有很大不同，從而使其中一個對離子 解離的影響比另一個更大。並且，較佳的是（但不是必需 的），兩個頻率位於第11A圖和第11B圖中f轉換點的相 對側。

第16圖描述了在具有由LF、HF和VHF頻率源之三 個RF源的電漿反應器（諸如第1圖的反應器）中，使用 具有不同頻率的三個 RF功率源而分別控制離子能量分 佈、離子密度和離子解離的第一方法。該方法取決於同時 向電漿施加VHF功率、HF功率和LF功率（第16圖的方 框3 6 0 )。離子能量含量係相應於離子密度（例如：視需要 而使離子密度維持恆定）而做調整（加寬離子能量分佈， 或者移動分佈峰的平均能量，或者二者皆可發生），其係藉 由選擇功率比率而使其介於HF功率源和LF功率源之間的 一比率連續範圍内，且此範圍係相應於兩個產生器分別可 調整或者設定的功率層級之離散或連續範圍内，或者功率 層級的連續集合令（如第1圖中的HF和LF產生器40a和 40b )。藉由選擇VHF功率源（如第1圖中的產生器150 ) 與HF功率源（如第1圖中的產生器40b )之間的功率比率 而將離子解離相對於離子密度做一調整（方框 3 6 2 )。例 如，藉由僅調整HF功率層級，而使離子密度相對於離子 解離做一調整。或者，藉由調整VHF功率層級以在保持離 子密度爲一常數的同時調整解離，從而藉由抵消HF功率 16 1376731

層級中的變化而在保持離子密度恒定的同時調 在方框361的步驟之前或之中執行該步驟（方 而不限制離子能量層級的選擇或擴屐。然後， 擇而設定LF、HF和VHF功率源的功率層級（ 第17圖描述了在第4、5、6或9圖中所示 器類型中，使用不同頻率的四個RF功率源分 能量分佈、離子密度和離子解離的第二方法。 對第1 7圖的描述提出獨立控制密度和解離的 VHF頻率，但是可以理解的是，第6圖或第 解離控制的頻率並非必要是較高VHF頻率，而 感應功率施加器（第6圖）或者驅動環形功率 9圖）的HF或者LF頻率。 在第17圖中，同時將四種頻率施加到電衆 (在第4圖和第5圖所示的情況下）LF頻率’ 較低VHF頻率和較高VHF頻率（方框3 64 )。 的連續範圍或者連續集合中選擇介於HF功率ϋ 源的適當功率比率，而調整離子能量含量（加 分佈，或者移動分佈峰的平均能.量，或者二者I (第17圖的方框365)。藉由在該比率的範圍 合内選擇較低VHF功率源和較高VHF功率源 比率而使離子解離相對於離子密度而做調整（ 然後，根據前述選擇而設定LF、HF、較低VHF 功率源的功率層級（方框3 6 7 )。 第18圖是一三維圖，其描述了離子密度與 整解離。可 框362 )從 根據前述選 方框3 63 )。 的電漿反應 別控制離子 儘管下方針 較高和較低 9圖中提供 可以是驅動 施加器（第 ，具體的爲 > HF頻率、 藉由從比率 承和LF功率 寬離子能量 ίΡ可以發生） 或者連續集 之間的功率 方框3 6 5 )。 和較高VHF 離子解離之 17 1376731

同步變化相應於磁場強度的函數關係圖。如第18圖所示， 改變第2圖中所示的磁線圈501、502、503和504產生的 磁場強度，其僅改變電漿離子密度而不會影響離子解離。 第 19圖是描述離子密度與離子解離之同步變化相應於 VHF源功率層級的函數三維圖。第1 9圖顯示出VHF功率 的變化既影響離子密度且亦影響離子解離。因此，藉由調 整VHF功率和磁場強度，可將離子密度和離子解離設定在 獨立選擇的層級處。

第20圖描述了在具有一對RF偏壓功率源、VHF功率 源和磁場源的反應器類型中（如第2圖的反應器）獨立控 制離子能量分佈、離子密度和離子解離的第二方法。該方 法取決於同時向電漿施加磁場、VHF功率、HF功率和LF 功率（第20圖的方框3 68 )。藉由選擇介於HF功率源和 LF功率源之間的功率比率而來調整離子能量含量（加寬離 子能量分佈，或者移動分佈峰的平均能量，或者二者都可 發生）（方框369)。藉由選擇用於 VHF功率源的功率層 級，並選擇由第2圖中的磁場電流控制器505所提供的磁 場強度，因而可相對於離子密度以調整離子解離（方框 3 7 0 )。然後，根據前述選擇而設定L F、H F和V H F功率源 的功率層級和控制器5 0 5的磁場強度（方框3 7 1 )。 儘管已經藉由具體參考較佳實施例而詳細描述了本發 明，但是應該理解，在不脫離本發明精神和範圍的情況下， 可以對本發明進行各種改良和變化。 18 1376731 【圖式簡單說明】 第1圖示出了具有電漿諸振（plasma-resonant)頂置 電極的電容耦合電漿反應器，在該反應器中藉由分別調整 LF和HF雙偏壓功率層級和VHF源功率層級而可獨立控制 離子密度、離子能量分佈和離子解離；

第2圖示出了第1圖的一個具體實施例，其中藉由控 制雙LF和HF偏壓功率源而調整離子能量分佈，並且藉由 控制 VHF源功率層級和磁場強度而調整離子密度和離子 解離； 第3圖是對應於第2圖的俯視圖； 第4圖示出了第1圖的一個具體實施例，其中藉由控 制雙LF和HF偏壓功率源而調整離子能量分佈，並且藉由 控制經由共同的固定阻抗匹配元件而饋送的 VHF源功率 層級的較高頻率和較低頻率而來調整離子密度和離子解 離；

,第5圖示出了一個反應器，其中藉由控制雙LF和HF 偏壓功率源而調整離子能量分佈，並且藉由控制經由不同 的固定阻抗匹配元件的 VHF源功率層級的較高頻率和較 低頻率而來調整離子密度和離子解離； 第6圖示出了一個反應器，其中藉由控制雙LF和HF 偏壓功率源來調整離子能量分佈，並且藉由控制施加到頂 置電極的VHF源功率層級和施加到感應RF源功率施加器 或環形天線的 RF源功率層級而來調整離子密度和離子解 離， 19 1376731

第7圖描述了作爲半導體電極的頂置電極的第 實施例，可通過該頂置電極而感應式耦合RF功率； 第8圖描述了第6圖示出的反應器中頂置電極 實施例，其係作爲開槽電極，並可通過該頂置電極 式耦合RF功率； 第9圖描述了具有環形電漿源的反應器，其中 制在晶圓處的雙LF和HF偏壓功率源而調整離子 佈，並且藉由控制施加到頂置電極的VHF源功率層 由環形電漿源的凹形管道而耦合的RF源功率層級 整離子密度和離子解離； 第1 0A圖是比較對於離子密度以及離子能量造 的RF功率與頻率的函數二者之間的對比曲線圖； 第1 0B圖是對於單一 RF偏壓源在不同的RF偏 頻率處獲得的離子能量分佈的對比曲線圖； 第10C圖是使用對於兩種頻率的不同功率比的 偏壓源而獲得的離子能量分佈的對比曲線圖； 第11A圖和第.11B圖是離子解離與離子密度相 率的函數之表現的對比曲線圖； 第12圖是描述在具有氟碳化合物氣體的電漿i 氟碳化合物分子量相應於離子解離的函數圖； 第13圖是電漿中於低離子解離和高離子解離 量分佈的對比曲線圖； 第 1 4圖是描述在兩個不同的源功率頻率之間 解離作用相應於功率比率的函數關係圖； 一具體 的第二 而感應 藉由控 能量分 級和經 而來調 成作用 壓功率 雙頻率 應於頻 7，平均 時分子 的離子 20 1376731 第15圖示出了 一個三維控制空間圖，其中離子解離、 離子密度和離子能量爲定義空間的三個獨立的（正交的） 控制維度； 第1 6圖描述了使用不同頻率的三個RF功率源而獨立 控制離子能量分佈、離子密度和離子解離的第一方法； 第1 7圖描述了使用不同頻率的四個RF功率源而獨立 控制離子能量分佈、離子密度和離子解離的第二方法；

第 18圖是描述離子密度與離子解離之同步作用相應 於磁場強度的函數關係三維圖； 第19圖是描述離子密度與離子解離之同步作用相應 於VHF源功率層級的函數關係三維圖； 第20圖描述了使用一對RF偏壓功率源、VHF功率源 和磁場而獨立控制離子能量分佈、離子密度和離子解離的 方法。 【主要元件符號說明】

5 基層/基座 10 下圓盤層 15 電極 20 上圓盤層 25 導體 25a 饋送點 40a~40c (RF)產生器 41 電壓源 4 5 a~4 5 c 阻抗匹配元件 57 電漿分佈控制器 58,59 電流源 60、65 磁線圈 100 (反應器）腔室 105 支撐底座/靜電吸 盤 21 1376731

110 晶 圓 115 ' 120 介 電 環 125 電 極 125a 平 坦 表 面 125b 彎 曲 表 面 126 電 極 組 件 127 側 壁 127a 導 電 環 130 介 電 環 135 短 柱 135a 導 體 135a’ 導 電 環 135b 135b’ 140 氣 體 注 入孔 142 歧 管 144 管 道 146 氣 體 供 應 器 148 循 環 通 道 149 流 體 源 150、 150* (RF)產 生器 162 電 纜 163 ' 163’ 接 頭 點 200 蒸 發 器 204 蓄 電 器 206 壓 縮 器 208 冷 凝 器 210 膨 服 閥 300 製 程 控 制器 320 ' 325 阻 抗 匹 配 元件 3 50 施 加 器 /環形 天線 410、 410’ 導 管 420、 4205 RF功率施加 器 422 環 424 導 電 線 圈· 501〜504 磁 線 圈 501a- - 504a 電 流 輪 入 505 控 制 器 22

Claims (1)

1376731 號專利案Λ年Λ-月修？7 十、申請專利範圍： 1· 一種在一電漿反應器中處理一工件（W0rkpiece)的方 法，包括以下步驟： 將來自具有三個各自頻率的至少三個RF功率源的一 RF功率耦合到該反應器中的一電漿；

藉由選擇介於該些RF功率源中的一第一對功率源的 功率層級之間的一比率而設定一離子能量分佈形態；以及 藉由選擇介於該些RF功率源中的一第二對功率源的 功率層級之間的一比率而設定一離子解離和一離子密度； 其中該些頻率包括一 LF( low frequency;低頻）頻率、 一 HF ( high frequency ;高頻）頻率和一 VHF ( very high frequency ;特高頻）頻率；

其中耦合該RF功率的步驟包括以下步驟：藉由一晶 圓支撐底座而耦合具有該LF頻率和該HF頻率的該功率， 並且藉由該反應器的一頂部而耦合具有該VHF頻率的該 功率； 其中耦合具有該VHF頻率的該功率的步驟包括以下 步驟：施加具有該VHF頻率的該功率至一頂置電極（ceiling electrode) ° 2·如申請專利範圍第、項所述的方法，其中該第一對功率 源相應於該LF頻率和該HF頻率’而該第二對功率源相應 於該HF頻率和該VHF頻率。 23 1376731 ... π年ί項π修正替換頁 3.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該些RF功 率源包括四個RF功率源，並且其中該第一對功率源相應 於一 HF頻率和一 LF頻率，而該第二對功率源相應於一 VHF頻率和另一頻率。 4·如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，該第二對功

率源相應於一較高VHF頻率和一較低VHF頻率。 5·如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，耦合該RF 功率的步驟包括以下步驟：藉由一感應源功率施加器而耦 合該另一頻率。 6.如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，耦合該RF 功率的步驟包括以下步驟：藉由一環形（toroidal)電漿源 功率施加器而耗合該另一頻率。 7·如申請專利範圍1項所述的方法，其中，耦合該RF功 率的步驟包括以下步驟：藉由該反應器的一晶圓支撐底座 而轉合該至少三個頻率。 r 8·如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該第一對功 率源包括小於一離子轉換頻率的一第一頻率，和大於該離 24 1376731 « " * ' w年〜月π修正替換頁 子轉換頻率的一第二頻率。 9·如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，設定該離子 能量分佈的步驟包括以下步驟：調整該離子能量分佈的一 對尖峰（peak)之間的能量差異。

10·如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，設定該離 子能量分佈的步驟包括以下步驟：調整該離子分佈（ion population)，該離子分佈係相對於該離子能量分佈之一對 尖峰（peak)的其中之一尖峰進行調整，而使該離子分佈 接近另一尖峰。 11·如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，設定該離 子能量分佈的步驟包括以下步驟：調整該離子能量分佈的 一對尖峰（peak)其中之一的能量。 12· —種在一電漿反應器中處理一工件的方法，包括以下 步驟： 將來自具有三個各自頻率的三個RF功率源的一 RF功 率以及一磁場耦合到該反應器中的一電漿； 藉由選擇介於該些RF功率源的一第一對功率源的功 率層級之間的一比率而設定一離子能量分佈形態；以及 藉由選擇介於該些RF功率源中一剩餘功率源的功率 25 1376731 h年丨I月〜修正替換頁! 層級與該磁場強度之間的一比率而設定一離子解離和一離 子密度； 其中該些頻率包括一 LF頻率、一 HF頻率和一 VHF 頻率；

其中耦合該RF功率的步驟包括以下步驟：藉由一晶 圓支撐底座而耦合具有該LF頻率和該HF頻率的該功率， 並且藉由該反應器的一頂部而耦合具有該 VHF頻率的該 功率； 其中耦合具有該 VHF頻率的該功率的步驟包括以下 步驟：施加具有該VHF頻率的該功率至一頂置電極。 13·如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該第一對功 率源相應於該LF頻率和該HF頻率，而該剩餘RF功率源 相應於該VHF頻率。

14_如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，該磁場爲 一低頻磁場。 26