TWI474368B - 電漿處理系統及其射頻阻抗匹配裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種電漿處理系統，特別是指電漿處理系統的一種射頻阻抗匹配裝置。
參閱圖1，習知用以進行積體元件製程的電漿處理系統是採用一種環形電感器1來調整該系統的輸入端的一輸入阻抗，該環形電感器1具有一磁塊11，及一環繞該磁塊11的銅線12。
該種習知的環形電感器1的缺點在於：較嚴重的能量傳遞損失，由於射頻操作時會有渦流損耗、磁損及銅損，且該銅線12本身還會產生高頻雜散現象，使得流經該環形電感器1的射頻信號產生嚴重的損耗。
因此，本發明之其一目的，即在提供一種可降低能量傳遞損失的電漿處理系統。
於是，本發明電漿處理系統，包含一射頻信號產生器、一半導體處理反應室及一射頻阻抗匹配裝置。
該射頻信號產生器用以產生一射頻信號，並具有一輸出該射頻信號的傳輸端。
該半導體處理反應室具有一接收一轉換信號的輸入端，且利用該轉換信號產生一電場。
該射頻阻抗匹配裝置電連接於該射頻信號產生器的傳輸端與該半導體處理反應室的輸入端之間，以將來自該半
導體處理反應室的輸入端的一輸入阻抗進行轉換以得到一轉換阻抗，且該轉換阻抗與該射頻信號產生器的傳輸端的一輸入阻抗相匹配。
該射頻阻抗匹配裝置包括一可變電容單元、一傳輸元件及一固定電容單元。
該可變電容單元具有一電連接該射頻信號產生器的傳輸端的輸入端，及一輸出端。
該傳輸元件為一同軸傳輸線、一導波管或一微帶線的其中一者，並具有一電連接該可變電容單元之輸出端的輸入端，及一輸出端。
該固定電容單元具有一電連接該傳輸元件之輸出端的輸入端及一電連接該半導體處理反應室之輸入端的輸出端。
而本發明之另一目的，即在提供一種前述的該射頻阻抗匹配裝置。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2及圖3，本發明電漿處理系統之較佳實施例包含一射頻信號產生器2、一半導體處理反應室3，及一電連接於該射頻信號產生器2及該半導體處理反應室3之間的射頻阻抗匹配裝置4。
該射頻信號產生器2用以產生一射頻信號，並具有一
輸出該射頻信號的傳輸端21，且該傳輸端21看進去該射頻信號產生器2的一輸出阻抗ZS
的實部實質地為50歐姆且虛部實質地為零。
該半導體處理反應室3具有一輸入端31、一腔體32、一第一電極板33及一第二電極板34。
該輸入端31接收一相關於該射頻信號的轉換信號。該第一電極板33及該第二電極板34對稱間隔設置於該腔體32中，且該第一電極板33電連接該輸入端31以接收該轉換信號，該第二電極板34電連接該射頻信號產生器2的一接地端22。該第一電極板33及該第二電極板34利用該轉換信號產生一介於該第一電極板33及該第二電極板34之間的電場，且該電場用以將該腔體32中的氣體離子化為製程所需的電漿。
該半導體處理反應室3的輸入端31看入該半導體處理反應室3的一輸入阻抗ZL
=RL
+jXL
，參數RL
為電阻值且介於1至10歐姆之間，參數XL
為電抗值且介於-50至50歐姆之間，且該輸入阻抗ZL
是隨著該氣體的不同而不同。
該射頻阻抗匹配裝置4電連接於該射頻訊號產生器2的傳輸端21與該半導體處理反應室3的輸入端31之間，用以將來自該半導體處理反應室3之輸入端31的該輸入阻抗ZL
進行轉換以得到一轉換阻抗ZT
，且該轉換阻抗ZT
與該射頻訊號產生器的該輸出阻抗ZS
相匹配。
參閱圖3，該射頻阻抗匹配裝置4包括一可變電容單元41、一傳輸元件42及一固定電容單元43。
該可變電容單元41具有一電連接該射頻訊號產生器2的傳輸端21的輸入端411、一輸出端412、一第一可變電容413及一第二可變電容414。
該第一可變電容413的一第一端及一第二端分別電連接於該輸入端411及該輸出端412。
該第二可變電容414具有一電連接到該輸出端412的第一端，及一接地的第二端。
較佳地，該第一可變電容413的容值介於3至30 pF之間，該第二可變電容414的容值介於25至500 pF之間，且該第一可變電容413及該第二可變電容414的容值是對應該半導體處理反應室3中的該氣體的不同而調整。
該傳輸元件42具有一電連接該可變電容單元41之輸出端412的輸入端421，及一輸出端422，且該傳輸元件42可以是如圖4所示的一50歐姆同軸傳輸線，或如圖5所示的一50歐姆導波管，或如圖6所示的一50歐姆微帶線。
回歸參閱圖3，該固定電容單元43具有一輸入端431、一輸出端432、一第一固定電容433、一第二固定電容434、一第三固定電容435及一第四固定電容436。較佳地，該第一固定電容433、該第二固定電容434、該第三固定電容435及該第四固定電容436的容值是介於90至250 pF之間。
該輸入端431電連接於該傳輸元件42之輸出端422。該輸出端432電連接該半導體處理反應室3的輸入端31。
該第一固定電容433具有一電連接於該輸入端431的
第一端，及一接地的第二端。
該第二固定電容434具有一電連接於該第一固定電容433的第一端的第一端，及一第二端。
該第三固定電容435具有一電連接到該第二固定電容434的第二端的第一端，及一接地的第二端。
該第四固定電容436具有一電連接到該第三固定電容435之第一端的第一端，及一電連接該輸出端432的第二端。
其中，該傳輸元件42根據一預設長度而產生一調變阻抗，且該調變阻抗、該可變電容單元41的阻抗、該固定電容單元43的阻抗及該半導體處理反應室3的輸入端31的該輸入阻抗加總(也就是該轉換阻抗ZT
)實質地為該射頻信號產生器2之傳輸端21的該輸出阻抗ZS
的共扼複數以消除虛功，例如ZS
=50+j5時，ZT
=50-j5；ZS
=50+j0時，ZT
=50-j0。
參閱圖7，其顯示當該較佳實施例的元件參數如下表1設計時，從該可變電容單元41的輸入端411看入該射頻阻抗匹配裝置4及該半導體處理反應室3的該輸入阻抗ZL
的史密斯圖。
該輸入阻抗ZL
的史密斯圖顯示該輸入阻抗ZL
的一曲線具有一轉折點71、一末端點72，及一介於該轉折點71及該末端點72之間的延伸曲線73。
當該傳輸元件42的電長度為零時，也就是該可變電容單元41的輸出端412直接實體電連接到固定電容單元43的輸入端431，該輸入阻抗ZL
就是該轉折點71所對應的阻抗值，而當該傳輸元件42的電長度從零漸增，該延伸曲線73的長度也會對應地從零漸增，且只會改變該輸入阻抗ZL
的虛部，而從史密斯圖上看到的就是該延伸曲線73就從該轉折點71一直延伸到該末端點72，且該末端點72處的阻抗值實質地為實部50歐姆且虛部為零，進而使該射頻信號產生器2與該半導體處理反應室3間達到最佳能量傳輸的效果。
綜上所述，該較佳實施例的該傳輸元件42為同軸傳輸線、導波管或微帶線這三者的其中之一者，且該其中任一者都是適用於傳輸射頻信號的元件，因此能避免圖1之先前技術中以磁塊11及銅線12所製成之環形電感器1的缺點，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利
範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧環形電感器
11‧‧‧磁塊
12‧‧‧銅線
2‧‧‧射頻信號產生器
21‧‧‧傳輸端
22‧‧‧接地端
3‧‧‧半導體處理反應室
31‧‧‧輸入端
32‧‧‧腔體
33‧‧‧第一電極板
34‧‧‧第二電極板
4‧‧‧射頻阻抗匹配裝置
41‧‧‧可變電容單元
411‧‧‧輸入端
412‧‧‧輸出端
413‧‧‧第一可變電容
414‧‧‧第二可變電容
42‧‧‧傳輸元件
421‧‧‧輸入端
422‧‧‧輸出端
43‧‧‧固定電容單元
431‧‧‧輸入端
432‧‧‧輸出端
433‧‧‧第一固定電容
434‧‧‧第二固定電容
435‧‧‧第三固定電容
436‧‧‧第四固定電容
71‧‧‧轉折點
72‧‧‧末端部
73‧‧‧延伸曲線
ZL
‧‧‧輸入阻抗
ZT
‧‧‧轉換阻抗
ZS
‧‧‧輸出阻抗
圖1是習知的電漿處理系統所採用的一種環形電感器；圖2是本發明電漿處理系統之較佳實施例的一示意圖；
圖3是該較佳實施例的一射頻阻抗匹配裝置的一示意圖；
圖4是該射頻阻抗匹配裝置的一傳輸元件的一示意圖，說明該傳輸元件是一同軸電纜線；圖5是該傳輸元件的一示意圖，說明該傳輸元件是一導波管；圖6是該傳輸元件的一示意圖，說明該傳輸元件是一微帶線；及圖7是一史密斯圖。
2‧‧‧射頻信號產生器
21‧‧‧傳輸端
22‧‧‧接地端
3‧‧‧半導體處理反應室
31‧‧‧輸入端
4‧‧‧射頻阻抗匹配裝置
41‧‧‧可變電容單元
411‧‧‧輸入端
412‧‧‧輸出端
413‧‧‧第一可變電容
414‧‧‧第二可變電容
42‧‧‧傳輸單元
421‧‧‧輸入端
422‧‧‧輸出端
43‧‧‧固定電容單元
431‧‧‧輸入端
432‧‧‧輸出端
433‧‧‧第一固定電容
434‧‧‧第二固定電容
435‧‧‧第三固定電容
436‧‧‧第四固定電容
ZL
‧‧‧輸入阻抗
ZT
‧‧‧轉換阻抗
ZS
‧‧‧輸出阻抗
Claims (8)
- 一種電漿處理系統，包含：一射頻信號產生器，用以產生一射頻信號，並具有一輸出該射頻信號的傳輸端；一半導體處理反應室，具有一接收一轉換信號的輸入端，且利用該轉換信號產生一電場；及一射頻阻抗匹配裝置，電連接於該射頻信號產生器的傳輸端與該半導體處理反應室的輸入端之間，以將來自該半導體處理反應室的輸入端的一輸入阻抗進行轉換以得到一轉換阻抗，且該轉換阻抗與該射頻信號產生器的傳輸端的一輸出阻抗相匹配，該射頻阻抗匹配裝置包括：一可變電容單元，具有一電連接該射頻信號產生器的傳輸端的輸入端，及一輸出端；一傳輸元件，為一同軸傳輸線、一導波管及一微帶線之其中一者，並具有一電連接該可變電容單元之輸出端的輸入端，及一輸出端；及一固定電容單元，具有一電連接該傳輸元件之輸出端的輸入端及一電連接該半導體處理反應室之輸入端的輸出端，其中，該傳輸元件根據一預設長度而產生一調變阻抗，且該調變阻抗、該可變電容單元的阻抗、該固定電容單元的阻抗及該半導體處理反應室的輸入端的輸入阻抗加總實質地為該射頻信號產生器之 輸出阻抗的共扼複數。
- 根據申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統，其中，該可變電容單元具有一第一可變電容及一第二可變電容，其中：該第一可變電容具有一電連接到該可變電容單元的該輸入端的第一端，及一電連接到該可變電容單元的該輸出端的第二端；及該第二可變電容具有一電連接到該第一可變電容的第二端的第一端，及一接地的第二端。
- 根據申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統，其中，該固定電容單元具有一第一固定電容、一第二固定電容、一第三固定電容及一第四固定電容，其中：該第一固定電容具有一電連接於該固定電容單元的該輸入端的第一端，及一接地的第二端；該第二固定電容具有一電連接於該第一固定電容的第一端的第一端，及一第二端；該第三固定電容具有一電連接到該第二固定電容的第二端的第一端，及一接地的第二端；及該第四固定電容具有一電連接到該第三固定電容之第一端的第一端，及一電連接該固定電容單元的輸出端的第二端。
- 根據申請專利範圍第1項所述之電漿處理系統，其中，該射頻信號產生器的傳輸端的輸入阻抗的實部實質地為50歐姆且虛部實質地為零。
- 根據申請專利範圍第2項所述之電漿處理系統，其中，該第一可變電容的容值是介於3至30pF之間，該第二可變電容的容值是介於25至500pF之間。
- 根據申請專利範圍第3項所述之電漿處理系統，其中，該第一固定電容、該第二固定電容、該第三固定電容及該第四固定電容的容值是介於90至250pF之間。
- 一種射頻阻抗匹配裝置，包含：一可變電容單元，具有一輸入端及一輸出端；一傳輸元件，為一同軸電纜線、一導波管及一微帶線之其中一者，並具有一電連接該可變電容單元之輸出端的輸入端，及一輸出端；及一固定電容單元，具有一電連接該傳輸元件之輸出端的輸入端及一輸出端，其中，該傳輸元件根據一預設長度而產生一調變阻抗，該可變電容單元具有一第一可變電容及一第二可變電容，該固定電容單元具有一第一固定電容、一第二固定電容、一第三固定電容及一第四固定電容，其中：該第一可變電容具有一電連接到該可變電容單元的該輸入端的第一端，及一電連接到該可變電容單元的該輸出端的第二端；該第二可變電容具有一電連接到該第一可變電容的第二端的第一端，及一接地的第二端；該第一固定電容具有一電連接於該固定電容單元的 該輸入端的第一端，及一接地的第二端；該第二固定電容具有一電連接於該第一固定電容的第一端的第一端，及一第二端；該第三固定電容具有一電連接到該第二固定電容的第二端的第一端，及一接地的第二端；及該第四固定電容具有一電連接到該第三固定電容之第一端的第一端，及一電連接該固定電容單元的輸出端的第二端。
- 根據申請專利範圍第7項所述之射頻阻抗匹配裝置，其中，該第一可變電容的容值是介於3至30pF之間，該第二可變電容的容值是介於25至500pF之間，且該第一固定電容、該第二固定電容、該第三固定電容及該第四固定電容的容值是介於90至250pF之間。
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