TWI519214B - Plasma processing device - Google Patents

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TWI519214B
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Yohei Yamazawa
Naoki Matsumoto
Masahide Iwasaki
Naohiko Okunishi
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置
本發明係關於一種利用高頻來對被處理體施予電漿處理之電漿處理裝置，特別是關於一種具備有濾波器之電漿處理裝置，該濾波器係用以將從處理容器內之高頻電極的其他電氣組件進入至供電線或訊號線等線路上的高頻雜訊加以阻隔。
為了製造使用電漿之半導體元件或FPD(Flat Panel Display)的微細加工中，被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等)上的電漿密度分佈控制與基板的溫度或溫度分佈控制非常重要。當基板的溫度控制未適當地進行時，便無法確保基板表面反應甚至製程特性的均勻性，而造成半導體元件或顯示元件的製造良率降低。
一般來說，於電漿處理裝置(特別是在電容耦合型電漿處理裝置)的處理室內載置被處理基板之載置台或晶座(susceptor)係具有對電漿空間施加高頻之高頻電極的功能、以靜電吸附等來保持基板之保持部的功能，以及利用傳熱來將基板控制在特定溫度之溫度控制部的功能。有關於溫度控制功能，被期望能夠適當地補正來自電漿或處理室壁之輻射熱的不均勻性所造成進入至基板之熱量的特性分佈或基板支撐構造所造成的熱量分佈。
以往，為了控制晶座上面的溫度(甚至基板溫度)，多半係利用在晶座或晶座支撐台的內部設置有供冷媒流通之冷媒通道，並從冷卻裝置來對該冷媒通道循環供應調溫後的冷媒之方式(參照例如專利文獻1)。然而，由於上述的冷卻方式難以使冷媒溫度急速變化，且溫度控制的對應性差，因而有無法高速地進行溫度切換或昇降溫之缺點。
最近的電漿製程(例如電漿蝕刻)領域中，係尋求一種取代習知的多處理室方式，而在單一處理室內以多道步驟來連續加工被處理基板上的多層膜之方式。為了實現上述單處理室內的連續製程，必須有一種能夠使載置台高速地昇降溫之技術。鑑於上述情事，便重新評估一種於晶座內建有藉由通電而發熱之發熱體，且能夠控制該發熱體所產生的焦耳熱，並高速且精密地控制晶座溫度，進而控制基板溫度之加熱器方式。
然而，當同時使用從電漿控制觀點而將高頻電源連接於晶座(下部電極)之下部高頻施加方式與從溫度控制觀點而在晶座設置發熱體之上述加熱方式時，若從該高頻電源對晶座所施加之高頻的一部分成為雜訊而經由發熱體及加熱器供電線進入至加熱器電源，便會有阻礙加熱器電源的動作或性能之虞。特別是，可高速控制之加熱器電源由於係使用SSR(Solid State Relay)等半導體開關元件來進行高感度的開關控制或ON/OFF控制，因此當高頻雜訊進入時便容易引起錯誤動作。
於是，通常係在加熱器供電線設置一用以衰減或阻止不期望的高頻雜訊之濾波器。這類濾波器所要求的基本性能要件為能夠有效率地將來自加熱器電源的大電流傳送至晶座的發熱體，並能夠對經由發熱體而進入至供電線上之高頻雜訊造成足夠高的阻抗(impedance)，來阻止高頻雜訊通過(亦即侵入至加熱器電源)，以保護加熱器電源不受高頻雜訊的干擾且使處理室內的電漿穩定化。
本發明者在專利文獻2中提出一種電漿處理裝置，其係於這類濾波器的前段設置有具有非常大的感應係數(inductance)之空心線圈，並將該空心線圈收納於設置在晶座附近(通常為下方)之導電性殼體內。
專利文獻1：日本特開2006-286733號
專利文獻2：日本特開2008-198902號
上述專利文獻2中所揭示之電漿處理裝置中，在對晶座(下部電極)施加單一高頻(特別是13.56MHz以下的高頻)時，利用空心線圈之上述結構的濾波器會有效地作用，來使30A以上的大加熱器電流在加熱器供電線上流通，而能夠有效率且穩定確實地將13.56MHz以下的高頻雜訊阻隔。
然而，當採用對晶座重疊施加適於吸引離子之較低頻率(通常為13.56MHz以下)的高頻與適於產生電漿之較高頻率(通常為27MHz以上)的高頻(即所謂的下部雙頻施加方式)時，發現上述結構的濾波器會難以穩定且確實地阻隔頻率較高的高頻雜訊。特別是，為了在低壓力下獲得高密度電漿，愈提高電漿產生用高頻頻率(一般來說為60MHz以上)，則針對上述高頻率區域之濾波器的阻抗特性便會有變異而容易變得不穩定。上述濾波器的特性變異亦會影響到電漿製程的再現性及可靠度，而在量產型電漿處理裝置中便會成為製程性能的機台差異。
又，習知一般的濾波器為了對任何複數頻率皆能造成高阻抗，係採取將並聯共振頻率相異的複數LC並聯共振電路串聯之結構。然而，上述濾波器的結構會因構成各LC並聯共振電路之線圈的自我共振或鄰接之LC並聯共振電路間的相互干涉而造成阻抗特性複雜變動，結果便成為電漿製程的再現性及可靠度降低的原因。
本發明者為了克服上述習知技術的問題，經過多次實驗與致力研究後達成本發明。
亦即，本發明提供一種電漿處理裝置，其能夠有效率且穩定確實地阻隔任何從處理容器內之高頻電極的其他電氣組件進入至供電線或訊號線等線路上之高頻雜訊(特別是頻率相異的複數高頻雜訊)，從而提高電漿製程的再現性及可靠度。
又，本發明為了阻隔從處理容器內之高頻電極的其他電氣組件進入至供電線或訊號線等線路上的高頻雜訊，係提供一種具備有濾波器之電漿處理裝置，該濾波器能夠提高包含多重並聯共振之阻抗特性的穩定性及再現性，且更進一步地能夠任意錯開並調整並聯共振頻率。
本發明的第1觀點中之一種電漿處理裝置，係於供電線上設置有濾波器，該供電線係用以將高頻電源電連接於進行電漿處理之處理容器內所配設的高頻電極，且將該高頻電極所設置之發熱體與加熱器電源加以電連接，該濾波器係用以使透過該發熱體而進入之特定頻率的高頻雜訊衰減或加以阻止；其中該濾波器具備有：1個空心線圈，係構成該供電線的一部分；及筒形外導體，係收納或包圍該空心線圈，且與該線圈成對而形成特性阻抗一定的分佈參數電路(distributed constant circuit)；該分佈參數電路係以對應於該空心線圈的捲線長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，該等複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
上述第1觀點之電漿處理裝置係於供電線上的濾波器中，藉由1個空心線圈與收納或包圍該空心線圈之筒形外導體來形成分佈參數電路。該分佈參數電路係以對應於該空心線圈的捲線長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，並顯示了穩定性及再現性優異之阻抗特性。藉此，藉由使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率，便能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護供電電路並提高電漿製程的再現性及可靠度。
本發明第2觀點之電漿處理裝置係於供電線上設置有濾波器，該供電線係用以將進行電漿處理之處理容器內配設有用以保持被處理體之第1電極與對向於該第1電極之第2電極，而將輸出第1高頻之第1高頻電源電連接於該第1電極且將輸出第2高頻之第2高頻電源電連接於該第1電極或該第2電極，且將該第1電極所設置之發熱體與加熱器電源加以電連接，該過濾器係用以使透過該發熱體而進入之特定頻率的高頻雜訊衰減或加以阻止；其中該濾波器具備有：1個空心線圈，係構成該供電線的一部分；及筒形外導體，係收納或包圍該空心線圈，且與該空心線圈成對而形成特性阻抗一定的分佈參數電路；該分佈參數電路係以對應於該空心線圈的捲線長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，該等複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
上述第2觀點之電漿處理裝置係於供電線上的濾波器中，藉由1個空心線圈與收納或包圍該空心線圈之筒形外導體來形成分佈參數電路。該分佈參數電路係以對應於該空心線圈的捲線長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，並顯示了穩定性及再現性優異之阻抗特性。藉此，藉由使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率(一般來說為第1或第2高頻的頻率)，便能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護供電電路並提高電漿製程的再現性及可靠度。
本發明之一較佳實施樣態中，第2高頻主要是有助於在處理容器內產生處理氣體的電漿，而第1高頻主要是有助於將離子從電漿吸引至被保持在第1電極上之被處理體。另一較佳實施樣態中，供電線係具有分別連接於發熱體兩端之第1及第2供電導線；濾波器的線圈係包含有構成第1供電導線的一部分之第1線圈與構成第2供電導線的一部分之第2線圈。然後，於外導體內側處，分別構成第1及第2線圈體之第1及第2線圈導線為並進並以略相等的捲線長度捲繞成螺旋狀。依據此結構，不僅可以2個濾波器而共用1個外導體，並可降低濾波器的RF電功率損失及其變異(機台差異)。
本發明第3觀點之電漿處理裝置係於供電線上設置有濾波器，該供電線係用以將高頻電源電連接於進行電漿處理之處理容器內所配設的高頻電極，且將該高頻電極所設置之發熱體與加熱器電源加以電連接，該濾波器係用以使透過該發熱體而進入之特定頻率的高頻雜訊衰減或加以阻止；其中該濾波器具備有：1個空心線圈，係構成該供電線的一部分；筒形外導體，係收納或包圍該空心線圈，且與該空心線圈成對而形成以複數頻率成為並聯共振的分佈參數電路；及並聯共振頻率調節部，係用以將該複數並聯共振頻率的至少其中之一錯開來加以調節；該複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
本發明第4觀點之電漿處理裝置係於供電線上設置有濾波器，該供電線係用以將進行電漿處理之處理容器內配設有用以保持被處理體之第1電極與對向於該第1電極之第2電極，而將輸出第1高頻之第1高頻電源電連接於該第1電極且將輸出第2高頻之第2高頻電源電連接於該第1電極或該第2電極，且將該第1電極所設置之發熱體與加熱器電源加以電連接，該過濾器係用以使透過該發熱體而進入之特定頻率的高頻雜訊衰減或加以阻止；其中該濾波器具備有：1個空心線圈，係構成該供電線的一部分；筒形外導體，係收納或包圍該空心線圈，且與該空心線圈成對而形成以複數頻率成為並聯共振的分佈參數電路；及並聯共振頻率調節部，係用以將該複數並聯共振頻率的至少其中之一錯開來加以調節；該等複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
上述第3或第4觀點之電漿處理裝置係於供電線上所設置之濾波器中，藉由1個空心線圈與收納或包圍該空心線圈之筒形外導體來形成分佈參數電路。該分佈參數電路係具有以複數頻率而形成並聯共振之阻抗特性。藉由並聯共振頻率調節部的作用，便能夠使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率，因而能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護供電電路並提高電漿製程的再現性及可靠度。
特性阻抗局部可變組件的一較佳實施樣態係由與線圈同軸地設置於外導體內側處之環狀組件所構成。該環組件較佳係由導體所構成，並與外導體或線圈其中一者為電連接，而與另一者則為電性絕緣。又，該環組件亦可以介電體(例如樹脂)來加以構成。
環組件的較佳結構係在與外導體的軸向呈直交之平面上延伸為圓環狀板體。亦可為在外導體的軸向上調節環組件相對於線圈的相對位置之環組件位置調節部之結構。
又，作為一較佳實施樣態，從處理容器側觀之，空心線圈亦可設置於濾波器前段，且空心線圈的輸出側端子亦可透過電容器而電連接於接地電位的導電性組件。此時，電容器會在空心線圈的輸出端側處，而於高頻波的頻率區域中成為實質上短路的狀態，並以分佈參數電路作為輸出端短路電路。外導體較佳為電接地狀態。
本發明第5觀點之電漿處理裝置係從高頻電源透過供電棒來將高頻施加至進行電漿處理之處理容器內的高頻電極；其具備有：筒形外導體，係包圍該供電棒，且與該供電棒成對而形成分佈參數電路；及1個或複數個特性阻抗局部可變組件，係配置於該供電棒與該外導體之間，而可在各個配置位置處對該分佈參數電路的特性阻抗造成局部變化，以便能夠使該分佈參數電路之阻抗特性對有可能從該高頻電極側進入至該供電棒之特定頻率的高頻雜訊造成足夠高的阻抗。
上述第5觀點之電漿處理裝置係於高頻供電線上而於供電棒與外導體之間形成有分佈參數電路。該分佈參數電路係具有以複數頻率而形成並聯共振之阻抗特性。利用特性阻抗局部可變組件，藉由使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率，便能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護高頻供電系統並提高電漿製程的再現性及可靠度。
本發明第6觀點之電漿處理裝置係具備有透過線路而電連接於進行電漿處理之處理容器內的特定電氣組件之電力系統或訊號系統的外部電路，並藉由該線路上所設置之濾波器，來衰減或阻止從該電氣組件朝向該外部電路而進入至該線路之特定頻率的高頻雜訊；其中該濾波器具備有：第1導體，係構成該線路的一區間，並沿一定的軸而以相同空間的輪廓延伸；及筒形第2導體，係收納或包圍該第1導體，並與該第1導體成對而形成特性阻抗一定的分佈參數電路；該分佈參數電路係以對應於該第1或第2導體的長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，且該等複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
上述第6觀點之電漿處理裝置係於將進行電漿處理之處理容器內的特定電氣組件與電力系統或訊號系統的外部電路加以連結線路上所設置之濾波器中，藉由第1導體與收納或包圍該第1導體之筒形第2導體來形成分佈參數電路。該分佈參數電路係以對應於第1或第2導體的長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，並顯示了穩定性及再現性優異之阻抗特性。藉此，藉由使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率，便能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護外部電路等並提高電漿製程的再現性及可靠度。
本發明第7觀點之電漿處理裝置係具備有透過線路而電連接於進行電漿處理之處理容器內的特定電氣組件之電力系統或訊號系統的外部電路，並藉由該線路上所設置之濾波器，來衰減或阻止從該電氣組件朝向該外部電路而進入至該線路之特定頻率的高頻雜訊；其中該濾波器具備有：第1導體，係構成該線路的一區間，並沿一定的軸而以相同空間的輪廓延伸；及筒形第2導體，係收納或包圍該第1導體，並與該第1導體成對而形成以複數頻率成為並聯共振的分佈參數電路；及並聯共振頻率調節部，係將該複數並聯共振頻率的至少其中之一錯開來加以調節；該複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗。
上述第7觀點之電漿處理裝置係於將進行電漿處理之處理容器內的特定電氣組件與電力系統或訊號系統的外部電路加以連結之線路上所設置的濾波器中，藉由第1導體與收納或包圍該第1導體之筒形第2導體來形成分佈參數電路。該分佈參數電路係具有以複數頻率而形成並聯共振之阻抗特性。藉由並聯共振頻率調節部的作用，便能夠使該等複數並聯共振頻率的其中之一一致或近似於阻隔對象之高頻雜訊的頻率，因而能夠對該高頻雜訊的頻率造成期望的足夠高阻抗。藉此，便能夠確實地保護外部電路等並提高電漿製程的再現性及可靠度。
依本發明之電漿處理裝置，藉由上述結構及作用，便能夠有效率且穩定確實地阻隔從處理容器內之高頻電極的其他電氣組件進入至供電線或訊號線等線路上之任何高頻雜訊(特別是頻率相異的複數高頻雜訊)，從而提高電漿製程的再現性及可靠度，且更進一步地藉由任意錯開並調整並聯共振頻率，便能夠更加提高高頻阻隔功能。
以下，參照添附圖式來加以說明本發明較佳實施型態。
圖1係顯示本發明一實施型態中電漿處理裝置的結構。該電漿處理裝置係構成為下部雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，而具備有例如鋁或不鏽鋼等金屬製的圓筒型處理室(處理容器)10。處理室10為安全接地。
處理室10內係水平配置有用以載置被處理體(例如半導體晶圓W)之圓板狀的晶座12(作為下部電極)。該晶座12係由例如鋁所構成，並藉由從處理室10底部朝垂直上方延伸之例如陶瓷製的絕緣性筒狀支撐部14而被非接地地支撐。沿該絕緣性筒狀支撐部14外周而從處理室10底部朝垂直上方延伸之導電性筒狀支撐部16與處理室10內壁之間係形成有環狀排氣路18，而該排氣路18底部則設置有排氣口20。該排氣口20係透過排氣管22而連接有排氣裝置24。排氣裝置24係具備有渦輪分子幫浦等真空幫浦，而可將處理室10內的處理空間減壓至所欲真空度。處理室10的側壁裝設有用以開閉半導體晶圓W的搬入出口之閘閥26。
晶座12係透過匹配單元32及供電棒34而電連接有第1及第2高頻電源28、30。此處，第1高頻電源28主要是輸出有助於電漿產生之特定頻率(通常為27MHz以上，較佳為60MHz以上)的第1高頻HF。另一方面，第2高頻電源30主要是輸出有助於將離子吸引至晶座12上的半導體晶圓W之特定頻率(通常為13.56MHz以下)的第2高頻LF。匹配單元32係收納有用以在第1及第2高頻電源28、30與電漿負荷之間整合阻抗的第1及第2匹配器(未圖示)。
供電棒34係由具有特定外徑之圓筒形或圓柱形的導體所構成，其上端係連接於晶座12的下面中心部，而其下端則連接於匹配單元32內之上述第1及第2匹配器的高頻輸出端子。又，處理室10底面與匹配單元32之間係設置有圍繞供電棒34的周圍之圓筒形的導體覆蓋構件35。更詳細地說明，處理室10的底面(下面)係形成有具有較供電棒34的外徑要大上一圈之特定口徑的圓形開口部，導體覆蓋構件35的上端部係連接於該處理室開口部，並且導體覆蓋構件35的下端部係連接於上述匹配器的接地(回線)端子。
晶座12係具有較半導體晶圓W要大上一圈之直徑或口徑。晶座12的上面被區劃為與晶圓W大致相同形狀(圓形)且大致相同尺寸的中心區域(即晶圓載置部)，與延伸於該晶圓載置部外側之環狀周邊部。晶圓載置部上係載置有處理對象的半導體晶圓W。環狀周邊部上安裝有內徑大於半導體晶圓W的口徑之環狀板材(即所謂的聚焦環36)。該聚焦環36係配合半導體晶圓W的被蝕刻材料，而由例如Si、SiC、C、SiO2當中的任一材質所構成。
晶座12上面的晶圓載置部係設置有晶圓吸附用靜電夾具38及發熱體40。靜電夾具38係在晶座12上面的一體成型或一體固著之膜狀或板狀介電體42中封入有DC電極44，而DC電極44係透過開關46、高電阻值的電阻48及DC高壓線50而電連接有配置於處理室10外之外部裝設的直流電源45。藉由對DC電極44施加來自直流電源45的高壓直流電壓，便可利用庫倫力來將半導體晶圓W吸附保持在靜電夾具38上。此外，DC高壓線50為被覆線，其係通過圓筒體的下部供電棒34當中，並從下方貫穿晶座12而連接於靜電夾具38的DC電極44。
發熱體40係由與靜電夾具38的DC電極44一起被封入於介電體42中之例如螺旋狀的電阻發熱線所構成，於此實施型態中，係如圖3所示般地於晶座12半徑方向上被分割為二(內側的發熱線40(IN)與外側的發熱線40(OUT))。其中，內側發熱線40(IN)係透過經絕緣被覆之供電導體52(IN)、濾波器單元54(IN)及電線56(IN)，而電連接於配置在處理室10外之專用的加熱器電源58(IN)。外側發熱線40(OUT)係透過經絕緣被覆之供電導體52(OUT)、濾波器單元54(OUT)及電線56(OUT)，而電連接於配置在處理室10外之專用的加熱器電源58(OUT)。當中，濾波器單元54(IN)、54(OUT)為此實施型態的主要特徵部分，針對其內部結構及作用將詳細說明於後。
晶座12的內部設置有延伸於例如圓周方向之環狀的冷媒室或冷媒通道60。該冷媒室60係從冷卻單元(未圖示)透過冷媒供應管而循環供應有特定溫度的冷媒(例如冷卻水)。藉由冷媒的溫度便可將晶座12的溫度往降低方向控制。然後，為了使半導體晶圓W與晶座12熱耦合，來自傳熱氣體供應部(未圖示)的傳熱氣體(例如He氣)係透過氣體供應管及晶座12內部的氣體通道62而被供應至靜電夾具38與半導體晶圓W的接觸界面。
處理室10的頂部係設置有與晶座12呈平行對向之兼作為上部電極的噴淋頭64。該噴淋頭64具有與晶座12呈對向之電極板66，與將該電極板66自其背後(上)可裝卸地支撐之電極支撐體68，電極支撐體68的內部設置有氣體室70，而於電極支撐體68及電極板66形成有從該氣體室70貫穿至晶座12側之多數的氣體噴出孔72。電極板66與晶座12之間的空間S會成為電漿產生空間或處理空間。氣體室70上部所設置之氣體導入口70a係連接有來自處理氣體供應部74的氣體供應管76。電極板66係由例如Si、SiC或C所構成，電極支撐體68係由經例如耐酸鋁處理之鋁所構成。
該電漿蝕刻裝置內的各部(例如排氣裝置24、高頻電源28、30、直流電源45的開關46、加熱器電源58(IN)、58(OUT)、冷卻單元(未圖示)、傳熱氣體供應部(未圖示)及處理氣體供應部74等的個別動作及裝置整體的動作(序列)會受到包含有例如微電腦之裝置控制部(未圖示)所控制。
該電漿蝕刻裝置中，蝕刻的進行首先係使閘閥26為打開狀態來將加工對象的半導體晶圓W搬入至處理室10內並載置於靜電夾具38上。然後，從處理氣體供應部74以特定流量來將蝕刻氣體(一般來說為混合氣體)導入至處理室10內，並藉由排氣裝置24來使處理室10內的壓力為設定值。更進一步地，開啟第1及第2高頻電源28、30而分別以特定功率輸出第1高頻HF及第2高頻LF，並透過匹配單元32及供電棒34來對晶座(下部電極)12施加該等高頻HF、LF。又，從傳熱氣體供應部來將傳熱氣體(He氣體)供應至靜電夾具38與半導體晶圓W之間的接觸界面，並開啟靜電夾具用開關46以藉由靜電吸附力來使傳熱氣體被封入於上述接觸界面。另一方面，開啟加熱器電源58(IN)、58(OUT)，而以各自獨立的焦耳熱來使內側發熱體40(IN)及外側發熱體40(OUT)發熱，以將晶座12上面的溫度或溫度分佈控制在設定值。從噴淋頭64被噴出之蝕刻氣體會在兩電極12、64間因高頻放電而電漿化，以藉由該電漿所產生之自由基或離子來將半導體晶圓W表面的被加工膜蝕刻成所欲圖案。
此電容耦合型電漿蝕刻裝置係藉由對晶座12施加適於產生電漿之較高頻率(較佳地60MHz以上)的第1高頻HF，來將電漿以較佳解離狀態而高密度化，故即使是在更低壓條件下亦可形成高密度電漿。與此同時，藉由對晶座12施加適於吸引離子之較低頻率(13.56MHz以下)的第2高頻LF，便可對晶座12上的半導體晶圓W施予選擇性高的異向性蝕刻。
又，此電容耦合型電漿蝕刻裝置中，由於係對晶座12同時進行冷卻器的冷卻與加熱器的加熱，且在半徑方向的中心部與邊緣部獨立地控制加熱器的加熱，因此可高速地進行溫度切換或昇降溫，並可將溫度分佈任意或多樣地控制。
接下來，參照圖2～圖22來加以說明該電漿蝕刻裝置的主要特徵部分之濾波器單元54(IN)、54(OUT)內的結構及作用。
圖2係顯示用以對晶座12所設置的發熱體40供應電功率之加熱器供電部的電路結構。此實施型態中，係分別於發熱體40的內側發熱線40(IN)及外側發熱線40(OUT)連接有實質上具有相同的電路結構之個別的加熱器供電部，以便能夠獨立地控制內側發熱線40(IN)及外側發熱線40(OUT)的發熱量或發熱溫度。以下的說明乃針對內側發熱線40(IN)之加熱器供電部的結構及作用加以敘述。而針對外側發熱線40(OUT)之加熱器供電部的結構及作用亦完全相同。
加熱器電源58(IN)係使用例如SSR來進行商用頻率的開關(ON/OFF)動作之交流輸出型電源，而以封閉回路的電路與內側發熱體40(IN)相連接。更詳細地說明，加熱器電源58(IN)的一對輸出端子當中，第1輸出端子係透過第1供電線(電源線)100(1)而電連接於內側發熱線40(IN)的第1端子h1，第2輸出端子係透過第2供電線(電源線)100(2)而電連接於內側發熱線40(IN)的第2端子h2。
濾波器單元54(IN)係具有分別設置於第1及第2供電線100(1)、100(2)中途之第1及第2濾波器102(1)、102(2)。兩濾波器102(1)、102(2)的電路結構為實質相同。
更詳細地說明，兩濾波器102(1)、102(2)係分別由線圈104(1)、104(2)與電容器106(1)、106(2)的串聯電路所構成。線圈104(1)、104(2)的一端子或濾波器端子T(1)、T(2)係透過一對供電導體52(IN)而分別連接於內側發熱線40(IN)的兩端子h1、h2，而在線圈104(1)、104(2)的另一端子與接地電位的導電性組件(例如處理室10)之間則分別連接有電容器106(1)、106(2)。然後，線圈104(1)、104(2)與電容器106(1)、106(2)之間的連接點n(1)、n(2)係透過電線(雙股電線；pair cable)56(IN)而分別連接於加熱器電源58(IN)的第1及第2輸出端子。
上述結構的加熱器供電部中，從加熱器電源58(IN)輸出的電流，正極性循環係經由第1供電線100(1)(即電線56(IN)、線圈104(1)及供電導體52(IN))而從一端子h1進入至內側發熱線40(IN)，並在內側發熱線40(IN)的各部藉由通電來產生焦耳熱，而從另一端子h2出來後，經由第2供電線100(2)(即供電導體52(IN)、線圈104(2)及電線56(IN))返回。負極性循環則係於相同電路流有相反於上述方向的電流。由於該加熱器交流輸出的電流為商用頻率，因此線圈104(1)、104(2)的阻抗或其電壓下降係可忽視般地少量，又經由電容器106(1)、106(2)而流向大地之漏電流亦係可忽視般地少量。
[濾波器的實施例1]
圖4~圖7中係顯示第1實施例之濾波器單元54(IN)的物理構造。濾波器單元54(IN)如圖4及圖5所示，係於例如鋁所構成的圓筒形外導體110中同軸地收納有第1濾波器102(1)的線圈104(1)與第2濾波器102(2)的線圈104(2)，而於濾波器端子T(1)、T(2)的相反側則於例如鋁所構成的電容器箱112中一同收納有第1濾波器102(1)的電容器106(1)與第2濾波器102(2)的電容器106(2)(圖2)。外導體110係以螺絲鎖固而連接於接地電位的導電性組件(例如處理室10)。
各個線圈104(1)、104(2)係由空心線圈所構成，除了從加熱器電源58(IN)使足夠大(例如30A左右的)電流流通至內側發熱線40(IN)之供電線功能，從防止發熱(功率損失)的觀點來看，為了能夠以空心(不具肥粒鐵(ferrite)等磁芯)來獲得足夠大的感應係數，又更進一步地為了獲得較長的線路長度，係具備有較粗的線圈線與大小如同違背目前為止的常識般之線圈尺寸(例如直徑為22~45mm，長度為130~250mm)。
本實施例於圓筒形外導體110中，線圈104(1)、104(2)彼此係同心狀地安裝在垂直站立於電容器箱112上之絕緣體(例如樹脂)所構成的圓筒或圓柱狀繞線管(bobbin)114。
此處，兩線圈104(1)、104(2)相互間的捲線構造為特徵部份。亦即，分別構成兩線圈104(1)、104(2)之線圈導線係沿共通的繞線管114外周面而如圖6所示般地於繞線管的軸向重疊並進，並以相同的捲線長度捲繞成螺旋狀。兩線圈104(1)、104(2)分別的線圈導線如圖7所示，較佳係由剖面積相同的薄板或平角的銅線所構成，為防止兩者間發生短路，係以經絕緣被覆之例如鐵氟龍(商品名)管116來將一邊空心線圈104(2)的線圈導線加以被覆。
此外，如圖4所示，兩線圈104(1)、104(2)下端(輸出端)係透過連接導體118(1)、118(2)，而分別連接於電容器箱112內的電容器106(1)、106(2)(圖2)。
如此地，安裝在共通的繞線管之2個系統的線圈彼此之間的線圈徑及捲線長度便會相等。亦即，安裝在共通的繞線管114之第1濾波器102(1)的線圈104(1)與第2濾波器102(2)的線圈104(2)係由相同材質及相同尺寸(粗細度、長度)的導線所構成，且兩者皆具有以繞線管114的外徑所定義之線圈徑。然後，兩線圈104(1)、104(2)分別的線圈導線會在繞線管的軸向交互重疊。
另一方面，第1濾波器102(1)的線圈104(1)與第2濾波器102(2)的線圈104(2)為電性各自獨立(並聯)，而於圓筒形外導體110之間形成分佈參數電路。
此外，本實施例之濾波器單元54(IN)中，繞線管114為非必要組件。亦即，絕緣體的繞線管114不會對兩線圈104(1)、104(2)的電性功能或電磁作用造成任何影響。因此，只要能以接著劑或繞線管以外的支撐組件來一體地且穩定地保持兩線圈104(1)、104(2)，便可省略繞線管114。以下，針對本發明中於第1及第2濾波器102(1)、102(2)的線圈104(1)、104(2)與外導體110之間形成有分佈參數電路的機制加以說明。
一般來說，傳送線路的特性阻抗Z0當沒有損失時，係利用每單位長度的靜電容量C、感應係數L，而以Z0=(LC)來定義。又，波長,係以下式(1)來定義。
λ=2π/(ω(LC))‧‧‧‧(1)
相對於一般分佈參數電路(特別是同軸電路)的電路中心為棒狀的圓筒導體，本發明與其相異點在於係以圓筒狀線圈作為中心導體。每單位長度的感應係數L被認為主要會受到該圓筒狀線圈所造成的感應係數影響。另一方面，每單位長度的靜電容量係以線圈表面與形成外導體之電容器的靜電容量C來定義。因此，本發明中，當以每單位長度的感應係數為L、靜電容量為C時，便被認為可形成以特性阻抗Z0=(LC)所定義之分佈參數電路。
從端子T側觀看具有上述分佈參數電路的濾波器單元時，由於相反側具有大容量(例如5000pF)之電容器會疑似短路，因此便可獲得以一定的頻率間隔而重複大阻抗般的頻率-阻抗特性。上述阻抗特性可在波長與分佈線路長度相同時獲得。
本發明型態中，不是線圈的捲線長度，而是線圈的全長s(圖4)會成為分佈線路長度。然後，藉由使用線圈於中心導體，由於相較於棒狀圓筒導體的情況可大幅增加L而縮短λ，因而可以較短的線路長度(線圈長度s)來實現與波長同等以上的實際長度，並可獲得以較短頻率間隔但大阻抗會不斷重複般之阻抗特性。
此處，線圈104(1)、104(2)與外導體110之間所形成之分佈參數電路上，特性阻抗(特別是每單位長度的感應係數及電容)較佳為一定。針對這一點，由於本實施例係在圓筒形外導體110中同軸地配置有圓筒形線圈104(1)、104(2)，因此已確實地滿足該特性阻抗為一定之要件。
又，即使線圈104(1)、104(2)與外導體110之間的間隙(距離間隔)具有些許凹凸，只要是在容許範圍(一般為所應阻隔高頻波長的1/4以下)內，便已實質滿足特性阻抗為一定之要件。
例如，作為本實施例之濾波器單元54(IN)的標準範例，當每單位長度的感應係數及電容係數分別為40μH與200pF時，分佈參數電路上的高頻頻率與波長會由上述式(1)而成為圖8所示般的關係(特性)。根據此特性，例如當高頻頻率為80MHz時，其波長為約150mm。因此，線圈104(1)、104(2)與外導體110之間的間隙(距離間隔)係沿軸向或線路方向而容許37.5mm為止的凹凸。
依上述結構，便可於第1濾波器102(1)中形成多重並聯共振，且可容易地獲得阻抗特性的穩定性及再現性優異之濾波器特性。
關於這一點，本發明者試作了多個如上述本實施例之濾波器單元54(IN)(圖4~圖7)。然後，分別在本實施型態之電漿蝕刻裝置(圖1)安裝個別的2個實施例試作品54(IN)A、54(IN)B，並利用網路分析儀(network analyzer)而在0~100MHz的範圍內掃射頻率，以測量從濾波器端子T(1)側所見之第1濾波器102(1)的阻抗。
關於其實驗結果，濾波器單元54(IN)的2個實施例試作品54(IN)A、54(IN)B可分別獲得圖9所示般的阻抗特性ZA、ZB。如圖所示，其中一實施例試作品54(IN)A的阻抗特性ZA與另一實施例試作品54(IN)B的阻抗特性ZB會如同無法分辨般地大致完全重疊。又，多重並聯共振的特性為規律且穩定，兩實施例試作品54(IN)A、54(IN)B的並聯共振頻率皆為約11.31MHz、約40.68MHz、約70.44MHz、約93.9MHz而幾乎完全一致。如上所述地，確認了阻抗特性的穩定性及再現性非常優異一事。
另一方面，本發明者試作了多個圖10所示結構的濾波器單元54(IN)’來作為比較例。此濾波器單元54(IN)’係於導體板所構成的殼體110’中並排配置有複數個(例如2個)空心線圈單體[104A(1)、104B(1)]與[104A(2)、104B(2)]。
此處，其中一繞線管114A的線圈104A(1)、104A(2)為並進並以相同的捲線長度捲繞成螺旋狀，且另一繞線管114B的線圈104B(1)、104B(2)亦為並進並以相同的捲線長度捲繞成螺旋狀。然後，繞線管114A側的線圈104A(1)與繞線管114B側的線圈104B(1)係設置於第1供電線100(1)中途，並透過連接導體105(1)’而相互電連接。又，繞線管114B側的線圈104A(2)與繞線管114B側的線圈104B(2)係設置於第2供電線100(2)中途，並透過連接導體105(2)’而相互電連接。
然後，分別在圖1的電漿蝕刻裝置(圖1)個別安裝圖10所示結構之濾波器單元的3個比較例試作品54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E，而針對分別的第1濾波器102(1)’與上述同樣地利用網路分析儀而在0~100MHz的範圍內掃射頻率，以測量從濾波器端子T(1)側所見之各頻率的阻抗。
關於其實驗結果，3個比較例試作品54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E可分別獲得圖11所示般的阻抗特性ZC、ZD、ZE。如圖所示，三者的阻抗特性ZC、ZD、ZE會在13.56MHz以下的低頻率區域中大約一致，但其以上的高頻率區域中則不一致，且會被誤認為並聯共振之角狀的異常增大或異常減少會不定時地顯現，故穩定性及再現性不佳。
上述比較例的濾波器單元54(IN)’中，例如第1供電線100(1)上，會在繞線管114A側的線圈104A(1)與外導體的殼體110’之間，及繞線管114B側的線圈104B(1)與外導體的殼體110’之間分別形成有分佈參數電路。但兩線圈104A(1)、104B(1)為並聯配置，且連接該等線圈之連接導體105(1)’的部位處之分佈參數電路的空間輪廓會顯著變化。
在第2供電線100(2)上亦是相同。亦即，繞線管114A側的線圈104A(2)與外導體的殼體110’之間，及繞線管114B側的線圈104B(2)與外導體的殼體110’之間會分別形成有分佈參數電路。但兩線圈104A(2)、104B(2)為並聯配置，且連接該等線圈之連接導體105(2)’的部位處之分佈參數電路的空間輪廓會顯著變化。
如此地，上述比較例之濾波器單元54(IN)’中，即使是相同結構及相同機型，在各個濾波器單元54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E之間並聯共振頻率並不會有穩定性及規則性，而容易產生變異(機台差異)。因此，便會無法穩定且正確地利用阻抗特性中基於並聯共振而突出變高之角狀部分的高阻抗。
如上所述，依本實施例，便可在供電線100(1)上所設置之濾波器102(1)中，以規律的複數頻率而形成多重並聯共振，且能夠容易地獲得阻抗特性的穩定性及再現性優異之濾波器特性；該供電線100(1)係用以對晶座(下部電極)12所安裝之發熱線40(IN)供應來自加熱器電源58(IN)的大電流。
因此，即使來自高頻電源28、30之高頻HF、LF的一部分成為高頻雜訊而透過晶座12或發熱線40(IN)進入至第1供電線100(1)上，1個線圈104(1)所構成的第1濾波器102(1)仍可基於上述規律的多重並聯共振特性而對兩頻率的任何高頻雜訊造成足夠高的阻抗。例如，選擇第2高頻LF的頻率為13.56MHz，而選擇第1高頻HF的頻率為80MHz時，依圖9的阻抗特性，便可對第2高頻LF(13.56MHz)的高頻雜訊造成1000Ω以上之一定值的高阻抗，而對第1高頻HF(80MHz)的高頻雜訊造成100Ω以上之一定值的高阻抗，並可達成無機台差異且穩定的高頻雜訊阻隔特性。
又，從別的觀點來看，為了獲得無機台差異且穩定的高頻雜訊阻隔特性便可使用規律的多重並聯共振特性，從而可使空心線圈的感應係數(即線圈長度)相較於習知要大幅減小。藉此，相對於習知裝置中濾波器單元內所容納的空心線圈為複數個，而本實施型態之電漿處理裝置中濾波器單元內所容納的空心線圈只要1個即可。然後，即使空心線圈僅有1個，仍可較電性串聯連接之複數個空心線圈要能夠獲得機台差異少且穩定的高頻雜訊阻隔特性。
如上所述，依本實施例之濾波器102(1)，便可確實地防止高頻雜訊侵入至加熱器電源58(IN)，並使處理室10內因高頻放電而產生的電漿穩定化，從而提高電漿製程的再現性及可靠度。又，第2供電線100(2)上所設置之第2濾波器102(2)亦與上述第1濾波器102(1)具有相同的結構且能達成相同的作用效果。
此外，濾波器102(1)中，連接於線圈104(1)的輸出端側之電容器106(1)在高頻的頻率區域中會實質上成為短路狀態，而以分佈參數電路120(1)作為輸出端短路電路。又，濾波器102(1)的阻抗特性(特別是多重並聯共振的共振頻率)可藉由改變線圈104(1)的捲線長度(線路長度)來任意調整。亦即，依線路長度而多重並聯共振的頻率會改變之輸出端短路電路的特性係會與濾波器102(1)的分佈參數電路120(1)相符合。因此，藉由使線圈104(1)的捲線長度大於上述實施例試作品的捲線長度，便可將各並聯共振頻率往降低方向調整。又，相反地，藉由使線圈104(1)的捲線長度小於上述實驗的試作品，便可將各並聯共振頻率往提高方向調整。
又，如上所述，本實施例之濾波器單元54(IN)係於圓筒形殼體或外導體110中容納有所需全部的線圈(第1及第2濾波器102(1)、102(2)的線圈104(1)、104(2))。而另一濾波器單元54(OUT)亦相同。藉此，本實施型態之電漿處理裝置中，如圖12所示，便可將兩濾波器單元54(IN)、54(OUT)在方位角方向上以均勻的(180°間隔)間隔配置在晶座12內的內側發熱線40(IN)及外側發熱線40(OUT)，並可使濾波器單元54(IN)、54(OUT)對裝置內的電磁性分佈(例如處理室10內的電漿密度分佈等)所造成影響的偏移減少。
此外，作為其他實施例，如圖25所示，將發熱體40在半徑方向上分割為4個系統40A、40B、40C、40D時，可將分別對應之濾波器單元54A、54B、54C、54D在方位角方向上相隔均勻的距離間隔(90°間隔)來加以配置，而與上述同樣地獲得防止偏移發生之效果。
再者，如圖13所示，由於兩濾波器單元54(IN)、54(OUT)的佔有空間較小，因此亦具有設置於晶座12背後之其他動力系統或可動系統的配置設計會變得非常輕鬆之優點。
此外，如圖4所示，為了供濾波器端子T(1)、T(2)通過而形成於圓筒形外導體110的一端面之開口110a，為了減少入口(即開口110a附近)的靜電容量，較佳地係具有大於或等於線圈104(1)、104(2)的外徑J104之口徑(內徑)J110。
當開口110a的口徑J110小於線圈104(1)、104(2)的外徑J104時，為了降低入口的靜電容量，則必須如圖14所示般地使軸向中之線圈104(1)、104(2)與開口110a的分離距離K非常地(例如20mm以上)大，結果便會造成濾波器單元54(IN)的全長變長。
此外，開口110a為外導體110的開口部，係與即使是如圖4所示般地以樹脂等介電體來將開口110a塞住仍不具電磁性者相同。
[濾波器的實施例2]
圖15係顯示第2實施例之濾波器單元54(IN)的物理構造。該第2實施例的主要特徵為於上述第1實施例的濾波器單元54(IN)中具備有用以任意地錯開並調整並聯共振頻率之並聯共振頻率調節部。以下，亦針對第2實施例之第1濾波器102(1)的結構及第1分佈參數電路120(1)的作用加以說明。第2濾波器102(2)的結構及第2分佈參數電路120(2)的作用亦完全相同。
該並聯共振頻率調節部的基本形態係設置有可在線路途中對分佈參數電路120(1)的特性阻抗造成局部變化之特性阻抗局部可變組件，較佳係如圖15所示般地於線圈104(1)與外導體110之間同軸地設置有環組件122。
該環組件122的結構較佳為在與外導體110的軸向呈直交之平面上延伸為圓環狀板體，較佳係由銅、鋁等導體所構成，並與外導體110為電連接，而與線圈104(1)則為電性絕緣。又，環組件122的結構亦可與線圈104(1)電連接，而與外導體110則為電性絕緣。又，亦可以樹脂等介電體來構成環組件122，此時可與外導體110與線圈104(1)兩者接觸。又，雖可將環組件122固定配置在一定的位置，但較佳為可在軸向上變化調整環組件122的配置位置之結構。
導體或介電體所構成的環狀阻抗局部可變組件122藉由改變同軸電路的C便可局部地改變特性阻抗(LC)。當特性阻抗從Z0部分地變化為Z1時，會在其界面發生反射。因此會成為串聯地結合之3個同軸電路(長度S1-特性阻抗Z0、長度S2-特性阻抗Z1、長度S3-特性阻抗Z0)，而結果的便會具有使得以頻率、長度與波長的關係所決定之串聯‧並聯共振的頻率偏移之效果。
藉由該環組件122來對分佈參數電路120(1)的空間輪廓所造成之變化要達成後述本發明的效果，必須超過一定量，較佳為換算成特性阻抗Z0時能夠有10%以上的變化。
本發明者試作了如上述般具有本實施例結構(圖10)之濾波器單元54(IN)。該實施例試作品的主要規格為：外導體110的內徑(半徑)為28.125mm，線圈104(1)的外徑(半徑)為21.25mm，長度為134mm，環組件122與線圈104(1)的距離間隔D為3.75mm，寬度M為5mm。然後，於該實施例試作品的濾波器單元54(IN)中，使環組件122的位置可在軸向上變化，並針對各環位置，以網路分析儀來取得從濾波器端子T(1)側所見之第1濾波器102(1)的阻抗特性，並測量其多重並聯共振的各頻率(並聯共振頻率)而加以圖表化後，可獲得圖16所示般的實驗結果。
圖16中，與環位置不具關聯性之一定值的並聯共振頻率F1(約17.5MHz)、F2(約68.75MHz)、F3(約116.25MHz)、F4(約155.00MHz)係以從本實施例的濾波器單元54(IN)(圖10)去除環組件122後之結構(圖4)所獲得的比較基準值。
如圖16所示，由本實施例可知各並聯共振頻率會對應於環組件122的位置(約10mm位置~約132mm位置)而上下變動(偏移)。然後，應更加注意的是各並聯共振頻率係分別以固有的周期而獨立地上下變動(偏移)。
更詳細地說明，第1並聯共振頻率會在輸入端側(環位置為10mm位置附近)而從比較基準值F1朝向下方最大幅度地變化，在中心位置附近(75mm位置附近)偏移量為接近0，而愈靠近輸出端側則偏移量會朝向較比較基準值F1要更加上升之方向增加。又，第1並聯共振頻率的偏移量(絕對值)係遠小於其他並聯共振頻率的偏移量(絕對值)。
又，當將環組件122配置在中心位置(即1/2位置附近(75mm位置附近))時，第2並聯共振頻率從比較基準值F2的降低偏移量會最大。
當將環組件122配置在1/2位置附近(75mm位置附近)時，第3並聯共振頻率的上升偏移量會最大，而當配置在1/3位置附近(45mm位置附近)或2/3位置附近(120mm位置附近)時，降低偏移量會最大。
當將環組件122配置在1/4位置附近(30mm位置附近)、1/2位置附近(75mm位置附近)或3/4位置附近(135mm位置附近)時，第4並聯共振頻率從比較基準值F4的降低偏移量會最大，而當配置在3/8位置附近(60mm位置附近)或5/8位置附近(100mm位置附近)時，上升偏移量會最大。
因此，例如當電漿產生用第1高頻HF的頻率選擇為80MHz時，藉由將環組件122配置在30mm位置附近，便可將第2並聯共振頻率從比較基準值F2(約68.75MHz)向上偏移而調整為72~75MHz附近，藉此便能夠對80MHz的高頻雜訊造成足夠高的阻抗。
又，由於離子吸引用第2高頻LF的頻率係有必須為13.56MHz以下之絕對性的限制，因此通常係針對第2高頻LF的頻率而優先使第1並聯共振頻率最佳化。如上所述，藉由延長線圈104(1)的捲線長度，便能夠使第1並聯共振頻率成為期望的較低值(例如12MHz附近)。然後，此情況下，為了對電漿產生用第1高頻HF的頻率造成期望的足夠高阻抗，而必須進行將第2、第3或第4並聯共振頻率的任一者從比較基準值(F2、F3、F4)適當地錯開之調整時，只要如上所述地使環組件122的配置位置位在最適當位置即可。
該第2實施例的結構係於第1實施例的濾波器結構僅附加有一定形狀、尺寸、材質的環組件122，可任意地錯開並調整多重並聯共振的各並聯共振頻率，並與第1實施例同樣地可獲得阻抗特性的穩定性及再現性優異之濾波器特性。
[濾波器的實施例3]
圖17係顯示第3實施例之濾波器單元54(IN)的物理構造。該第3實施例為上述第2實施例的一變形例，其結構特徵為於1個濾波器102(1)具備有複數(例如2個)環組件122。該等複數環組件122、122的形狀、尺寸、材質雖可不同，但通常亦可相同。
本發明者試作了具有本實施例的結構(圖17)之濾波器單元54(IN)，並與上述同樣地利用網路分析儀來測量其阻抗特性，來與上述第1及第2實施例的試作品作比較。
圖18及圖19係顯示其實驗結果。圖中，阻抗特性ZN為於濾波器單元54(IN)內不具有環組件122之第1實施例(圖4)的試作品。該阻抗特性ZN中，第1並聯共振頻率如圖18所示為約16.8MHz，而第3並聯共振頻率如圖19所示為約117MHz。
阻抗特性Z45係於濾波器單元54(IN)內而將1個環組件122配置在45mm位置處之第2實施例(圖10)的試作品。該阻抗特性Z45中，第1並聯共振頻率如圖18所示為約16.4MHz，第3並聯共振頻率如圖19所示為約108MHz。此係將圖16的特性符號化。亦即，圖16所示，當環位置位在45mm位置處時，第1並聯共振頻率會從比較基準值F1稍微朝向下方偏移，而第3並聯共振頻率會從比較基準值F3大幅朝向下方偏移。
阻抗特性Z110係於濾波器單元54(IN)內而將1個環組件122配置在110mm位置處之第2實施例(圖15)的試作品。該阻抗特性Z110中，第1並聯共振頻率如圖13所示為約17.2MHz，第3並聯共振頻率如圖18所示為約107MHz。此亦係將圖16的特性符號化。亦即，如圖16所示，當環位置位在110mm位置處時，第1並聯共振頻率會從比較基準值F1稍微朝向上方偏移，而第3並聯共振頻率會從比較基準值F3大幅朝向下方偏移。
阻抗特性Z45、110係於濾波器單元54(IN)內而將2個環組件122、122分別配置在45mm位置處與110mm位置處之本實施例(圖17)的試作品。該阻抗特性Z45、110中，第1並聯共振頻率如圖13所示為約16.9MHz，第3並聯共振頻率如圖14所示為約98MHz。
如此地，依本實施例，分別將1個環組件122配置在45mm位置處或110mm位置處之第2實施例(圖15)的試作品中，可獲得阻抗特性Z45、110相加乘之效果。亦即，針對第1並聯共振頻率，藉由使阻抗特性Z45與阻抗特性Z110相加乘，便可使從比較基準值F1的降低偏移與上升偏移相互抵消，而獲得接近比較基準值F1的值。又，針對第3並聯共振頻率，藉由使阻抗特性Z45與阻抗特性Z110相加乘，便可使從比較基準值F3的降低偏移重疊，而獲得大約2倍的降低偏移量。藉此，便能夠以100MHz而獲得大約300Ω以上的高阻抗。
如此地，依本實施例，首先將線圈104(1)的捲線長度調整為能夠對第2高頻LF的頻率(例如13.56MHz)造成期望的高阻抗，來將第1並聯共振頻率設定為最佳值。然後，藉由於濾波器單元54(IN)內分別將2個環組件122、122配置在略為對稱於中心環位置(約75mm位置處)的2個位置(例如45mm位置與110mm位置)處，便能夠使第1並聯共振頻率幾乎不會偏移地來使第3並聯共振頻率往一方向大幅偏移，以對阻隔對象的頻率(例如100MHz)造成足夠高的一定高阻抗。
該第3實施例的結構亦係於第1實施例的濾波器結構僅附加有一定形狀、尺寸、材質的複數環組件122，而可較第2實施例以更大範圍來任意地錯開並調整多重並聯共振的各並聯共振頻率，並與第1實施例同樣地可獲得阻抗特性的穩定性及再現性優異之濾波器特性。
[濾波器的其他實施例]
圖20及圖21係顯示濾波器單元54(IN)的其他實施例。
圖20的實施例係將環組件122固定在外導體110而可在線圈104(1)、104(2)與外導體110之間進行軸向的相對移動或位置變化，並可變化地調整環組件122相對於線圈104(1)、104(2)的位置。
圖21之實施例係藉由於軸向的任意位置處局部地改變線圈104(1)、104(2)的口徑，而以不具備有環組件122之方式來對分佈參數電路120(1)、120(2)的特性阻抗Z0造成局部變化。此實施例亦可採用可於線圈104(1)、104(2)與外導體110之間進行軸向的相對移動或位置變化之結構。
圖22之實施例係於濾波器單元54(IN)中，於軸向的所欲位置處使外導體110的口徑局部地擴大而形成有環狀的溝部(凹部)124，藉以在環狀溝部124的位置處對分佈參數電路120(1)、120(2)的特性阻抗Z0造成局部變化。
上述實施例中，於1個外導體110中分別構成第1濾波器102(1)的線圈104(1)及第2濾波器102(2)的線圈104(2)之線圈導線係沿共通的繞線管114外周面而如圖6所示般地於繞線管的軸向上相重疊並進並以相同的捲線長度捲繞成螺旋狀。該線圈捲線構造係於兩空心線圈104(1)、104(2)之間處，可獲得本身的感應係數為相等，且最大的相互感應係數。藉此，便能夠減少濾波器單元54(IN)中RF電功率的損失，而更進一步地具有減少RF功率損失的機台差異之優點。
又，雖省略圖示，但亦可為分別將第1濾波器102(1)的線圈104(1)與第2濾波器102(2)的線圈104(2)捲繞在個別的繞線管114並同軸地收納於不同的外導體110內之結構。此外，如上所述，繞線管114係線圈支撐機構的其中之一，但亦可為省略繞線管114之結構。
又，上述實施例的濾波器單元54(IN)、54(OUT)係於圓筒形外導體110中同軸地收納有圓筒形線圈104(1)、104(2)，且線圈104(1)與外導體110之間所形成之分佈參數電路120(1)及線圈104(2)與外導體110之間所形成之分佈參數電路120(2)為同軸電路。
然而，分佈參數電路120(1)、120(2)只要具有一定的特性阻抗(特別是感應係數及電容)即可，而非一定要是同軸電路。基本必要條件為空心線圈及筒形外導體各自的橫剖面形狀及尺寸係沿分佈參數電路而大致相同，且空心線圈與筒形外導體之間的間隙係沿分佈參數電路而大致相同。
因此，例如圖23A所示，亦可於圓筒形外導體110中非同軸(偏心)地收納有圓筒形線圈104(1)、104(2)。
抑或如圖23B之(a)般，亦可於橫剖面為四角形的方筒狀外導體110中非同軸(或同軸)地收納有橫剖面為四角形的方筒形線圈104(1)、104(2)之結構。或如圖23B之(b)般，亦可於橫剖面為五角形的方筒狀外導體110中同軸(或非同軸)地收納有橫剖面為五角形的方筒形線圈104(1)、104(2)之結構。
再者，如圖23C所示般，亦可於橫剖面為四角形的方筒狀外導體110中同軸(或非同軸)地收納有橫剖面為圓形的圓筒形線圈104(1)、104(2)之結構。
[供電棒的實施例]
利用分佈參數電路的多重並聯共振特性之本發明高頻濾波器的技法在上述實施型態的電漿蝕刻裝置(圖1)中，亦可適用於將匹配單元32與晶座(下部電極)12加以電連接之高頻供電線(34、35)。
該高頻供電線(34、35)係內導體的供電棒34與外導體的導體覆蓋構件35會相互成對而形成同軸電路的分佈參數電路。因此，例如圖24所示，可在軸向的特定位置處而將1個或複數個環組件122安裝在導體覆蓋構件35內壁。此時，環組件122的功能(功用)係將來自匹配單元32的高頻HF(RF)以較少損失而有效率地傳送至晶座12或電漿負荷，且當從電漿所產生之高諧波或相互變諧失真的高諧波進入至高頻供電線(34、35)上時能夠有效地阻隔上述高諧波。
[其他實施型態]
上述實施型態係關於對處理室10內的晶座12重疊施加電漿產生用的第1高頻HF與離子吸引用的第2高頻RF之下部雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置中的濾波器，該濾波器係用以使兩頻率的雜訊在將晶座12所安裝之發熱體40與處理室10外所設置之加熱器電源58加以電連接之一對加熱器供電線100(1)、供電線100(2)上衰減。
然而，即使是對上部電極64施加電漿產生用的第1高頻HF，而對晶座12施加離子吸引用的第2高頻RF之上下部雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，或對晶座12施加單一高頻之下部單頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，仍可直接使用上述實施型態的濾波器。
又，本發明絕非限定於加熱器供電線等電源線用的濾波器，而亦可適用於將處理室內所設置之特定電氣組件與處理室外所設置之電力系統或訊號系統的外部電路加以電連接之一對線路或單一線路上所設置之任意的濾波器。阻隔對象之高頻雜訊如上所述，不限於使用在電漿製程之高頻雜訊，而亦可為從電漿所產生之高諧波或相互變諧失真的高諧波。
本發明不限於電容耦合型電漿蝕刻裝置，而亦可適用於微波電漿蝕刻裝置、感應偶合電漿蝕刻裝置或螺旋波電漿蝕刻裝置等，更進一步地亦可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他的電漿處理裝置。又，本發明之被處理基板不限於半導體晶圓，而亦可為平面顯示器用的各種基板或光罩、CD基板、印刷基板等。
h1、h2．．．端子
n(1)、n(2)．．．端子連接點
D．．．距離間隔
K．．．分離距離
J110．．．口徑
J104．．．外徑
M．．．寬度
S．．．空間
T(1)、T(2)．．．濾波器端子
W．．．半導體晶圓
10．．．處理室
12．．．晶座
14．．．絕緣性筒狀支撐部
16．．．導電性筒狀支撐部
18．．．排氣路
20．．．排氣口
22．．．排氣管
24．．．排氣裝置
26．．．閘閥
28．．．第1高頻電源
30．．．第2高頻電源
32．．．匹配單元
34．．．供電棒
35．．．導體覆蓋構件
36．．．聚焦環
38．．．靜電夾具
40、40A、40B、40C、40D．．．發熱體
40(IN)．．．內側發熱線
40(OUT)．．．外側發熱線
42．．．介電體
44．．．DC電極
45．．．直流電源
46．．．開關
48．．．電阻
50．．．DC高壓線
52(IN)、52(OUT)．．．供電導體
54(IN)、54(IN)’、54(OUT)、54A、54B、54C、54D．．．濾波器單元
56(IN)、56(OUT)．．．電線
58(IN)、58(OUT)．．．加熱器電源
60．．．冷媒
62．．．氣體通道
64．．．噴淋頭
66．．．電極板
68．．．電極支撐體
70．．．氣體室
70a．．．氣體導入口
72．．．氣體噴出孔
74．．．處理氣體供應部
76．．．氣體供應管
100(1)．．．第1供電線
100(2)．．．第2供電線
102(1)．．．第1濾波器
102(2)．．．第2濾波器
104(1)、104(2)、104A(1)、104B(1)、104A(2)、104B(2)．．．線圈
105(1)’、105(2)’．．．連接導體
106(1)、106(2)．．．電容器
110．．．外導體
110’．．．殼體
110a．．．開口
112．．．電容器箱
114、114A、114B．．．繞線管
118(1)、108(2)‧‧‧連接導體
120(1)、120(2)‧‧‧分佈參數電路
122‧‧‧環組件(阻抗局部可變組件)
124‧‧‧溝部
圖1係顯示本發明一實施型態中電漿處理裝置的結構之縱剖面圖。
圖2係顯示實施型態中用以將電功率供應至晶座的發熱體之加熱器供電部的電路結構之圖式。
圖3係顯示實施型態中發熱體的結構例之圖式。
圖4係顯示第1實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖5係顯示第1實施例中濾波器單元的構造之橫剖面圖。
圖6係顯示實施型態中共通的繞線管所安裝之2個系統的空心線圈的線圈捲線構造之立體圖。
圖7係顯示實施型態中線圈捲線構造的部分剖面立體圖。
圖8係顯示分佈參數電路上的高頻頻率與波長的關係之線性圖。
圖9係顯示第1實施例中利用2個濾波器單元試作品所獲得的阻抗特性之圖式。
圖10係顯示比較例的濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖11係顯示比較例中利用3個濾波器單元試作品所獲得的阻抗特性之圖式。
圖12係顯示實施型態中濾波器單元的配置結構之概略平面圖。
圖13係顯示實施型態中濾波器單元的配置結構之概略縱剖面圖。
圖14係顯示實施例的濾波器單元中之開口部周圍的結構之概略縱剖面圖。
圖15係顯示第2實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖16係顯示第2實施例中，使環組件的位置可在軸向上變化，而將各環位置處所獲得之多重並聯共振的各頻率以點來表示之圖式。
圖17係顯示第3實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖18係為了實際證實第3實施例的作用效果而顯示較低頻率區域中之阻抗特性之圖式。
圖19係為了實際證實第3實施例的作用效果而顯示較高頻率區域中之阻抗特性之圖式。
圖20係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖21係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖22係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之縱剖面圖。
圖23A係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之橫剖面圖。
圖23B(a)、(b)係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之橫剖面圖。
圖23C係顯示另一實施例中濾波器單元的構造之橫剖面圖。
圖24係顯示將本發明適用於高頻供電線之一實施例的圖式。
圖25係顯示另一實施型態中濾波器單元的配置結構之概略平面圖。
T(1)、T(2)．．．濾波器端子
M．．．寬度
54(IN)．．．濾波器單元
56(IN)．．．電線
102(1)．．．第1濾波器
102(2)．．．第2濾波器
104(1)、104(2)．．．線圈
110．．．外導體
112．．．電容器箱
114．．．繞線管
118(1)、108(2)．．．連接導體
120(1)、120(2)．．．分佈參數電路
122．．．環組件(阻抗局部可變組件)

Claims (7)

  1. 一種電漿處理裝置，係於供電線上設置有濾波器，該供電線係用以將高頻電源電連接於進行電漿處理之處理容器內所配設的高頻電極，且將該高頻電極所設置之發熱體與加熱器電源加以電連接，該濾波器係用以使透過該發熱體而進入之特定頻率的高頻雜訊衰減或加以阻止；其中該濾波器具備有：1個圓筒狀線圈，係構成該供電線的一部分，且作為中心導體；及筒形外導體，係收納或包圍該線圈，與該線圈呈同軸配置，而與該線圈之間形成有間隙，且與該線圈成對而形成特性阻抗一定的分佈參數電路(distributed constant circuit)；該分佈參數電路係以對應於該線圈的捲線長度之規律的複數頻率而形成並聯共振，該等複數並聯共振頻率的其中之一係一致或近似於該高頻雜訊的頻率，藉以對該高頻雜訊的頻率造成足夠高的阻抗，並且，藉由界定每單位長度的靜電容量，來使其特性阻抗為一定。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中從該處理容器內的處理空間側觀之，該濾波器係配置於該高頻電極背後。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該發熱 體係複數地並聯設置，且分別對應於該等複數個該發熱體之複數個該濾波器係於方位角方向上相隔均勻的距離間隔而加以配置。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該供電線係具有分別連接於該發熱體兩端之第1及第2供電導線；該線圈係包含有構成該第1供電導線的一部分之第1線圈單體與構成該第2供電導線的一部分之第2線圈單體；於該外導體內側處，分別構成該第1及第2線圈單體之第1及第2線圈導線為並進並以略相等的捲線長度捲繞成螺旋狀。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該線圈及該筒形外導體各自的橫剖面形狀及尺寸係沿該分佈參數電路而大致相同。
  6. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該線圈與該筒形外導體之間的該間隙係沿該分佈參數電路而大致相同。
  7. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該線圈與該筒形外導體之間的空間並未存在有沿該分佈參數電路而大於該高頻雜訊波長的1/4之凹凸。
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