TW200303706A - RF plasma processing method and RF plasma processing system - Google Patents

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200303706 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明戶斤屬之技術領域1 發明領域 本發明係有關利用射頻（RF)波產生電漿之方法。特別 5 本發明係有關同時使用具有不同頻率之RF波之方法。 L先前技勒宁2 發明背景 利用射頻波能量產生電漿之方法於後文稱作為「RF電 漿方法」或「RF電漿處理」用於製造大型積體電路（LSIs) 10 等半導體元件以及液晶顯示器（LCDs)等顯示裝置極為實用 。此等方法中，較為常用具有較高頻率如極高頻（vhf)換 言之30 MHz(百萬赫兹）至3〇〇 MHz之射頻波。容後詳述。 使用較高頻波之理由係需要降低處理壓力。降低處理 壓力之需求與積體程度之進一步升級換言之電路之細度晉 15級有極大關聯。隨著電路細度的晉級，即使含有極小的外 來粒子例如粉塵也極可能造成產品缺陷。因此迫切需要藉 由降低處理期間的壓力來避免含括異物粒子。 它方面，降低處理壓力可形成更精細的圖案。例如隨 著圖案細度的晉級，孔例如接觸孔及通孔之縱橫比趨向於 2〇提高。為了形成具有高縱橫比之孔，經常使用反應性離子 蚀刻技術剛。於RIE，由電聚提取的離子變成入射至基 板。為了藉離子入射形成有高縱橫比之孔，要求加快離子 速度，以及讓離子垂直基板射入。但離子由於碰撞氣體分 子可能改變其行進方向，因而以斜向射入基板。此種現象 200303706 玖、發明說明 容易於較高壓環境下 量離子到達孔側壁， 彎弓形狀。 出現。由於離子斜向射入的結果，大 造成所謂之腰膨大問題，亦即孔形成 ”於«化學氣相沉積，此處利用於電聚之氣相反應而 /儿積薄膜，壓力較高會提高電漿產生的活化物種藉由碰撞 而去活化的機率。留下大量未反應產物，亦即所謂的「粉 塵」’粉塵容易造成處理室之環境污染。當薄膜沉積於基 板表面時，《氣壓之副產物偶爾由表面氣化。#處理室 10 於高壓時’氣化副產物返回基板表面，留在該處造成薄膜 品質的劣化。 有鑑於此，業界強烈需要進一步降低處理壓力。對於 生產力的升級也強力需要加快處理速度。通常為了加快處 理速度，需要提高電衆密度，亦即電漿中帶電荷粒子之數 值密度。但就某種意義而言加快處理速度與降低處理壓力 15彼此互相矛盾。換言之，若進一步降低壓力，則氣體分子 數目進一步減少，無可避免地降低電漿密度。 即使於壓力降低時，提升電漿產生效率對維持夠高電 漿禮、度返更重要。此點為於射頻電漿方法採用較高頻之背 景因素。具體言之，先前方法經常採用KMF(中頻）帶亦即 20 300 kHz(千赫兹）至3000 kHz範圍以及HF帶亦即3 MHz至30 MHz範圍之頻率。但晚近方法也曾經採用於vhF頻帶之頻 率。較南頻可縮短電子遵照交流電場行進方向之交替週期 。如此增加電子與中性氣體分子碰撞的機率，提升電聚產 生效率。 200303706 玖、發明說明 但當一種方法係藉例如VHF頻帶之較高頻波產生之電 聚進行時’由保有高處理性質及高處理再現性等觀點，可 月&出現另-項問題。例如於電漿處理中，離子經常由電聚 被提取出，且如同前述Rm，入射至基板。用於離子入射 5 ’需要施加電場，電場電位由電Μ向基板逐漸下降。此 種電场It常係對應於勒套電#。鞠套電場為出現於電聚與 接觸電裝的固體間之電場。電漿處理中，當基板藉由與接 地絕緣而被提供浮動電位時，可施加勒套電場，稍套電場 相對於電聚電位（与0伏特）為負值。此種負勒套電場由電聚 10中提取出離子，且讓離子入射至基板。 但供電漿產生波之頻率提高，造成鞘套電場劣化問題 。其原因來自於不只是離子同日夺電子也因為頻率過高而無 法遵照電場的交替。離子入射至基板經常係藉由於基板產 生自偏壓電壓進行，於基板產生自偏壓電壓通常係藉施加 15射頻電壓至基板而達成。但若施加較高頻電壓例如VHF頻 帶之電壓用以產生自偏壓電壓，則由於遵照電場交替之電 子移動減少，因而無法產生足量之偏壓電壓。 此外，於電聚CVD等方法中，離子入射量及入射能位 準會影響處理，故需維持於最佳化範圍。它方面，施加射 2〇頻波供產生電漿有另一種最佳化情況，該種情況經常與離 子入射至最佳化情況不相容。 考慮此等因素，晚近採用兩種不同頻率。例如一種供 電漿產生之頻率係於VHF頻帶，而另一種供離子入射至基 板之頻率係於HF頻帶，HF頻帶係低於VHF頻帶。 200303706 玖、發明說明 但經由發明人調查研究，發現使用於VHF頻帶及111?頻 帶之兩種不同頻率造成若干無法忽視的問題。具體言之， 如此由於射頻旎與電漿之輕合變不足，故無法良好維持電 漿之問題，以及電漿於初始態變不穩定之問題。 5 【發明内容】 發明概要 本發明係為了解決前述問題，以及獲得使用兩種不同 頻率於射頻電漿處理之優點。本發明可充分穩定生成與維 持電漿。本發明具有雙頻電漿處理優勢。本發明方法包含 10 一步驟，施加第一頻率之射頻波至放電空間，因而引燃於 放電空間之處理氣體作射頻放電；以及一步驟，施加有第 二頻率之另一射頻波至放電空間，但於引燃射頻放電後有 時間延遲。本發明方法也包含一步驟，當第一頻率波之施 加開始時，經由提供對放電引燃為最佳化之阻抗而施行第 15 卩& ^又阻抗匹配控制；以及一步驟，該步驟係將阻抗匹配 控制切換至第二階段，該第二階段係經由提供電漿穩定化 最佳化阻抗施行。本發明方法也包含一步驟，經由提供放 電引燃為最佳化之預設值阻抗，執行阻抗匹配時開始引燃 放電’一步驟’固定欲提供之阻抗於預設值經歷一段預設 20時間；以及一步驟，藉監視器監視來自放電空間之反射波 ’以及一步驟，根據來自監視器之信號進行阻抗提供之自 動控制’因而將來自放電空間之反射波最小化。本具體實 &例系統包含一具有順序控制程式之控制器。該順序控制 私式可執行如前述方法之各步驟。 200303706 玖、發明說明 圖式簡單說明 第1圖為根據本發明之第一具體實施例，射頻電漿處 理系統之示意前視剖面圖。 第2圖為架設於第i圖所示控制器7之順序控制程式川 5 之示意流程圖。 第3圖為第2圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源4 及離子入射電源5〇之操作時序圖。 第4圖顯示當藉阻抗匹配元件進行阻抗匹配時，藉射 頻氣體放電產生電漿之反射波容積之曲線圖。 10 第5圖顯示以HF波調變之VHF波。 第6圖顯示根據本發明之第二具體實施例，射頻電漿 處理系統之示意前視剖面圖。 第7圖說明自偏壓電壓。 第8圖為第二具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 15 程圖。 第9圖為第8圖所示順序控制程式70之電漿產生電源4 及離子入射電源5〇之操作之時序圖。 第10圖為根據本發明之第三具體實施例，射頻電漿處 理系統之示意前視剖面圖。 2〇 第11圖顯示設置於第三具體實施例系統之電漿產生匹 配元件41及匹配元件控制器44之細節圖。 第12圖為第1〇及η圖所示電漿產生匹配元件41由匹配 元件控制器44控制之說明圖。 第13圖為第三具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 10 200303706 玖、發明說明 程圖。 第14圖為第13圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第15圖為第四具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 5 程圖。 第16圖為第15圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第17圖為第五具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 10 第18圖為第17圖所示順序控制程式70之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第19圖為第六具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 第20圖為第19圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源 15 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第21圖為根據本發明之第七具體實施例，射頻電漿處 理系統之示意前視剖面圖。 第22圖為第七具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 20 第23圖為第22圖所示順序控制程式70之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 附圖中，「PGPS」表示「電聚產生電源」，「nps」表 示「離子入射電源、」、「P.D.LP·」表*「預設放電引燃點」 、「Β·Ρ·」表示「最佳點」、rpBp·」表示「預設最佳點」 200303706 玖、發明說明 以及「P.G·」表示「電漿產生」。 t實施方式3 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳具體實施例說明如後。第1圖為根據本 5 發明之第一具體實施例，射頻電漿處理系統之示意前視剖 面圖。第1圖所示系統包含一處理室1其具有一泵送管線11 ，一供導引處理氣體至處理室1之氣體導入管線2，一供經 由使用導入之處理氣體引燃射頻放電而於處理室1產生電 漿之電漿產生裝置，以及一基板夾持器5，其係供夾持基 10 板9於基板9利用產生的電漿處理之所需位置。 電漿產生裝置包含一射頻電極3以及一施加射頻電壓 至射頻電極3之射頻電源4，因而產生電漿。射頻電源3於 後文稱作為「電漿產生電源」。本系統包含另一射頻電源 50。射頻電源50係供由電漿提取離子且將離子入射至基板 15 9，射頻電源50係與電漿產生電源4分開。電源50於後文稱 作「離子入射電源」。離子入射電源5〇連結基板夾持器5。 處理室1為氣密真空室。載荷閘室（圖中未顯示）連結處 理室1，中間插置閘閥（圖中未顯示）。泵送管線丨丨可藉真空 幫浦例如渦輪分子幫浦或擴散幫浦，以所需真空壓力系送 20 處理室1。 第1圖所示系統為進行餘刻處理之系統。具體言之， 處理氣體導入&線2將具有姓刻功能之處理氣體如氧化物 氣體導入處理室内。處理氣體導入管線2包含闕21及氣體 μ量控制器22處理氣體係通過閥及氣體流量控制器η 12 200303706 玖、發明說明 而被導入。 5 10

射頻電極3為圓板形’平行面對基板夾持器$。射頻電 極3氣體嵌合處理室!上壁，中間插置絕緣體3ι。電漿產生 電源4透過阻抗匹配元件41而連結射頻電極3。阻抗匹配元 件4!於後文稱作「電漿產生匹配元件」。同軸㈣採用作 為由阻抗匹配元件41至射頻電極3之傳輸管線。同軸管主 要係由内導體421及外導體422組成。外導體422為圓筒形 且與内導體421同軸。同軸管42係與射頻電極3同轴。 基板夾持H 5為夾持基板9於頂面之夾㈣。基板9係 被夾持成射頻電極3同軸位置。基板9為薄圓板形。射頻電 極3及基板夾持器5亦為圓筒形。

基板夾持器5具有靜電卡住基板9之功能。第丨圖未明 白顯不，基板夾持器5上部係由介電材料製成，其中嵌入 -夾持電極(圖中未顯示)。夾持電源(圖中未顯示)係供施 15加直流電壓至夾持電極。當施加直流電壓時，於基板夾持 器5頂面誘生靜電，因而以靜電方式夾持基板9。 基板夾持器5常用作為另一射頻電極，其連同射頻電 極3而形成放電空間。基板夾持器5係與射頻電極3同軸設 置且平行面對射頻電極3。換言之，基板夾持器5與射頻電 20 極3組成平行-平面電極結構。 同軸缸62設置於處理室i之基板面向下。缸62有底板 。缸62係由金屬製成，底板中心接地，故以直流觀之，處 理室1係位於地電位。基板夾持器5藉絕緣體52而與處理室 1絕緣。因此基板夾持器5由地電位浮動，處於浮動電位。 13 200303706 玖、發明說明 基板夾持器5係由同軸設置之圓柱61所支持。缸62、 圓柱61、基板夾持器5及處理室1全部皆彼此同軸。離子入 射電源50係透過金屬製成之圓柱61連結。阻抗匹配元件51 係設置於缸62。離子入射電源50係透過阻抗匹配元件5 1而 5 施加射頻電壓至基板夾持器5。阻抗匹配元件5 1於後文稱 作為「離子入射匹配元件」。 設置一護罩12套住基板夾持器5。護罩12為圓筒形， 且與基板9及基板夾持器5為同轴。護罩12係為了防止環繞 基板夾持器5周圍放電。基板夾持器5、護罩12、處理室1 10 基板、缸62、圓柱61以及其它元件較佳組成一諧振器，該 諳振器係於電漿產生電源4之頻率諧振。原因在於就射頻 而言，諧振可讓基板夾持器5處於接地狀態。於諧振態， 施加於射頻電極3與基板夾持器5間之射頻電壓為最大化， 因而讓射頻放電變最有效。 15 現在說明本具體實施例之系統其為雙頻系統。特別， 電蒙產生電源4產生於VHF頻帶頻率如60 MHz之射頻波。 它方面，離子入射電源50產生於HF頻帶頻率如13.56 MHz 之射頻波。電漿產生電源4之輸出位準為5〇〇瓦至1〇千瓦， 而離子入射電源50之輸出位準為〇至1〇千瓦。 20 本具體實施例之系統包含電源監視器43。電源監視器 43監視反射波功率對電漿產生電源4至射頻電極3之傳輸線 上之前進波功率比。電源監視器43可包含方向耦合器。 本具體實施例之一特徵為設置控制器7供控制電漿產 生電源4及離子入射電源50之操作時序。此種時序係為了 14 200303706 玖、發明說明 最佳化雙頻電漿處理。控制器7含括此種操作時序控制， 對系統各步驟執行順序控制。控制器7包含一輸入埠71， 順序控制用信號係經此輸入埠71輸入，一記憶體或儲存裝 置72，順序控制程式7〇係架設於該處，一處理器73其係根 5據來自輸入埠71之信號而執行順序控制程式70以及一輸出 埠74 ’順序控制信號係經此輸出埠74而輸出。aD(類比/數 位）轉換器75設置於由電源監視器43至輸入埠71之線上。 除了電源監視器43外，系統包含監視系統各部分之監視器 及偵測器（圖中未顯示）。由監視器及偵測器送來的信號透 10過其它AD轉換器（圖中未顯示）而輸入輸入埠71。 參照第2圖及第3圖，架設於控制器7之順序控制程式 70說明如後。後文說明係對應於有關射頻電漿處理方法具 體實施例之說明。第2圖為架設於第1圖所示控制器7之順 序控制程式70之示意流程圖。第3圖為於第2圖所示順序控 15制程式70之電漿產生電源4及離子入射電源50之操作時序 圖。第2圖示意顯示供離子入射用之電漿產生及電壓供給 之抉選部分。第3圖之「電漿產生情況」部分示意顯示於 放電空間氣體游離程度之變遷。當於提高游離程度後，游 離程度固定於穩定高值，則電漿可視為「穩定產生」。 20 處理室1係事先藉泵送管線11以預定真空壓力向下栗 送。順序控制係始於氣體導入管線2導入處理氣體。控制 器7將信號饋至氣體導入管線2,而以所需流速導入處理氣 體。控制器7也將信號饋至泵送管線丨丨，俾維持處理室之 真空壓力於要求值。 15 200303706 玖、發明說明 口口證實壓力及流速藉設置於氣體導入管線2之流速監視 器（圖中未顯示）以及藉設置於泵送管線^真空錶（圖中未 顯示）而維持於要求值時，順序控制程式70初步開始電製 產生電源4之操作。射頻電壓係透過電漿產生匹配元件41 5而施加至射頻電極與電漿產生電源4之操作開始同時， 順序控制程式70啟動計時器。當計時器到達預設的等候時 間時，順序控制程式70開始離子入射電源5〇之操作。射頻 電壓施加至基板夾持器5而於基板9產生自偏壓電壓。結果 提供離子入射用電場。 10 於順序控制程式70，預設等候時間提供作為於電漿產 生電源4啟動後至離子入射電源5〇啟動之時間延遲。預設 等候時間係決定為電漿固定至穩態後，離子入射射頻電壓 可施加至基板夾持器5。容後詳述。 由發明人之研究了解，當同時開始操作VHF電源（如 5電水產生電源4)及HF電源（如離子入射電源5〇)時可能出現 無法產生電漿的嚴重錯誤。具體言之，若同時啟動兩種不 同頻率電源的操作，則於電漿可變遷至穩態之前，電源可 能因保護電路而被迫中止。 第4圖顯示當藉阻抗匹配元件進行阻抗匹配時，由射 20頻氣態放電產生電漿之反射波容積之進行曲線。如已知， 於藉射頻氣態放電之電漿產生機制，發生初步游離，原先 存在的電子被電場加速而碰撞中性氣體分子。由初步碰撞 釋放出的二次電子進一步碰撞其它中性氣體分子、游離氣 體分子。如此重複各步驟，電子及離子數目快速增加，因 16 200303706 玖、發明說明 而引燃放電。隨後氣體分子大半游離。結果氣體變遷成為 電漿態。 通常設置於射頻電源與放電空間作為負載的阻抗匹配 元件，例如本具體實施例之電漿產生匹配元件41，係設計 5 成負載端之阻抗於電漿產生的瞬間為最佳化。換言之，其 係5又3十成於電聚產生瞬間，負載端阻抗確切匹配線路特徵 阻抗，因而最小化反射波而最大化電漿耦合功率。 此處如第4圖所示，於施加射頻電壓之初態，於放電 空間之氣體游離度仍然低，而空間阻抗仍然高。因此電路 10 略為偏離最佳匹配態，而帶有某種量的反射波。但射頻功 率連續供給放電空間。隨著供給功率促成中性氣體分子的 游離，氣體游離度逐漸增高。氣體變遷成接近電漿態。伴 隨於此，於放電空間之阻抗遞減。由於包括放電空間阻抗 之負載端阻抗變成接近於匹配特徵阻抗值，故反射波也遞 15 減。當電漿變遷至穩態時，反射波也固定於穩定之低量。 射頻電源通常係控制成輸出位準為恆定。設置反射波 監視器，供監視來自負載的反射波。此外，設置保護電路 來保護射頻電源。射頻電源之輸出電壓於反射波過度增高 時由保護電路自動下降。 20 於此種射頻氣體放電產生電漿，通常除了施加VHF頻 帶之射頻波供產生電漿外，當施加HF頻帶之射頻波時， VHF頻帶之反射波偶爾不會下降反而增加，如第4圖示。 當VHF波及HF波施加於同一個放電空間時，於放電空間之 電場係處於VHF波以HF波調變狀態。此種情況下，返回電 17 200303706 玖、發明說明 源端之VHF反射波也以HF波調變。第5圖顯示以HF波調變 之VHF波。第5(1)圖顯示於施加VHF波且完成最佳阻抗匹 配後，施加HF波時之調變。第5(2)圖顯示於施加VHF波後 而於最佳阻抗匹配完成前，施加HF波之調變。 5 如第5(1)圖所示，當HF波施加至放電空間時，於該放 電空間已經於最佳阻抗匹配態施加VHF波，以HF波調變之 VHF反射波因反射本身小故不具有大波峰。相反地，如第 5(2)圖所示，當放電空間非處於施加VHF波頻率之最佳阻 抗匹配態時，施加HF波，以HF波調變之反射VHF波因反 1〇 射本身大故有大波峰。反射波監視器捕捉此種大波峰，且 發送警報信號給保護電路。結果保護電路讓乂只^^波之電源 下降，如第4圖所示。 本具體實施例之預設等候時間係來自於前述研究與考 量。預設等候時間之目的係為了疊置離子入射用射頻波於 15來自射頻電極3之第一頻率反射波不會過大的狀態。為了 達成此項目的，於放電空間變遷為最佳匹配態後，提供預 設等候時間而開始離子入射電源5〇的操作。本具體實施例 中’由供給射頻電壓開始至電漿於最佳阻抗匹配下穩定的 時間約為1秒。如此於本具體實施例之預設等候時間為2秒 2〇 ，包括安全邊際。 以下為有關本具體實施例系統整體操作說明，此乃與 有關射頻電漿處理方法具體實施例之說明共通。基板9由 大氣端轉運至載荷閘室（圖中未顯示）。將載荷閘室及處理 室1泵送至所需真^壓力後，開啟閘閥（圖中未顯示）。然後 18 200303706 玖、發明說明 基板9藉轉運機構（圖中未顯示）而轉運入處理室丨。基板9置 於基板夾持器5之要求位置。夾持電源（圖中未顯示）操作而 夾持基板9於基板夾持器5上。 關閉載荷閘室後，操作處理氣體導入管線2，因而將 5具有蝕刻功能的處理氣體以要求流速導入。此種情況下， P歼1始如所述電漿產生電源之初期操作，因而引燃射頻放電 而產生電漿。於預設等候時間經過後，開始離子入射電源 5〇之操作，因而於基板9產生自偏壓電壓。自由基、活化 物種及離子於電漿產生。該等物種到達基板9，因而蝕刻 1〇 基板9表面。 例如當蝕刻氧化矽時，導入氟化碳14(CF4)以及氫氣 (HD氣態混合物作為處理氣體。於電漿產生氟陰離子或氟 自由基、活化物種之離子以及氫之自由基、活化物種及離 子。该等物種與存在於基板9表面之氧化石夕反應，產生氟 15化及水等揮發性物質。於此種機制下進行氧化矽的蝕刻 。因基板9產生自偏壓電壓，故可藉由入射離子撞擊能， 促進蝕刻，藉垂直於基板9之入射離子以小邊蝕刻獲得良 好餘刻組態。 進行此種蝕刻經歷要求時間後，中止電聚產生電源4 20 、離子入射電源50及處理氣體導入管線2之操作。處理室1 再度被泵送，基板9由靜電夾頭被釋放。然後基板9由基板 失持器5所拾取，且經由載荷閘室而被轉運至大氣端。重 複此等步驟，對基板9進行逐片蝕刻處理。 所述本具體實施例之系統不會出現電漿產生電源4由 19 200303706 玖、發明說明 出乎意外之反射波增高而下降的意外。原因在於電漿產生 電源4供給VHF功率的放電空間，建立最佳阻抗匹配後， 由離子入射電源50供給HF功率。故系統可隨時穩定產生電 _ 漿，高度可靠。 5 其次說明本發明之第二具體實施例之系統。第6圖為 根據本發明之第二具體實施例，射頻電漿處理系統之示意 刖視剖面圖。為了進一步最佳化，本系統包含驗證電漿生 成的手段。伴隨著修改控制器7之順序控制程式7〇。 0 作為驗證電漿生成之手段，系統包含多個成員。其中 10 一個成員為電漿監視器81供監視處理室丨產生的電聚。另 一個成員為自偏壓電壓偵測器82供偵測於射頻電極3產生 的自偏壓電壓。系統並非必然要求包含此二成員。任一者 皆足以驗證電漿的產生。 電漿監視器81接收電梁發射光而監視電襞的生成。具 15體&之，電漿監視器81包含光測量儀，如亮度計或分光鏡 。光窗811設置於處理室丨侧壁。光窗811係由對欲接收之 · 光波長足夠透明的材料製成。電漿監視器8丨經由光窗8 u 而接收處理室1内部電漿發射的光。 自偏壓電壓偵測器82偵測於射頻電極3經由電位交換 2〇所得自偏壓電壓振幅。第7圖解說自偏壓電壓。如第7圖所 示’ &射頻電壓透過電容而施加於射頻電極3時，負直 ml電壓Vdc璺置於射頻電壓時，射頻電極3之表面電位變 更’以V2表示。此種vde為自偏壓電壓。 通常自偏壓電壓於射頻電壓透過電容而施加至接觸電 20 200303706 玖、發明說明 水物件日$自動產生。自偏壓電壓係由電漿中電子與離子之 移動性差異所引起，自偏壓電壓對物件施加負偏壓。 自偏Μ電>1 Y貞測器82計算於射頻電極3 γ貞測得電位變 更之時間均值或峰_至_峰均值。然後經由比較計算值與地 5電位獲得自偏麗電壓振幅。如第6圖所示，自偏壓電壓偵 測器82偵測於内部導體421之電位。於此元件之電位實際 上專於射頻電極3之電位。 參照第8圖及第9圖，說明第二具體實施例之順序控制 私式70。第8圖為第二具體實施例之順序控制程式之示 1〇意流程圖。第9圖為第8圖所示順序控制程式70之電漿產生 電源4及離子入射電源5〇之操作之時序圖。 順序控制程式70於證實處理氣體係以要求流速導入、 且處理室維持於要求真空壓力後，開始電聚產生電源4之 操作。於開始施加射頻電壓之同日夺或之冑，順序控制程式 15 70開始接收來自電漿監視器81及自偏壓電壓偵測器α之信 號。 如所述，施加至射頻電極3之射頻電壓造成放電空間 的絕緣崩潰’引燃放電。當游離度快速升高時，電聚開始 生成。當f漿密度升高至某種程度時，順序㈣程式7〇藉 2〇來自電聚監視器81及自偏壓電㈣測器以信號而驗證電 漿的生成。如第8圖所示，順序控制程式7〇於證實電漿生 成的瞬間啟動計時器。 當計時㈣達預設的等料間時，順序㈣程式7〇開 始操作離子入射電源50。結果，射頻電墨施加於基板爽持 21 200303706 玖、發明說明 器5，因而於基板9產生自偏壓電壓。由自偏壓電壓施加離 子入射電場。 於第二具體實施例，同樣地因HF功率係於電聚穩定足 夠時間後供給，故未曾發生電漿產生電源4因反射波的增 5兩而下降的意外。此外，於電漿產生電源4開始操作而證 實電漿生成時，啟動計時器。因此系統不會發生於無電聚 生成狀態下，因誤會而操作離子入射電源5〇的意外。 第二具體實施例之預設等候時間可為〇秒或〇秒以上的 任何值。換言之，於證實電漿生成的同時可開始離子入射 10電源5 〇之操作。於電漿生成之進行中，來自電聚監視器81 及自偏壓電壓偵測器82之信號連續增高。考慮多少信號時 電漿可被視為「已經生成」，可適當決定預設等候時間長 短。此外由電漿生成至電漿穩定之時間係依據如壓力等因 素決定。考慮此等因素，可適當決定預設等候時間。 15 其次將說明本發明之第三具體實施例。第10圖為根據 本發明之第三具體實施例，射頻電漿處理系統之示意前視 剖面圖。第三具體實施例之特徵為考慮電漿生成前與生成 後之放電空間阻抗差異，將系統調整至最佳化。具體言之 ，如第10圖所示，第三具體實施例系統進一步包含匹配元 20件控制$ 44。為了達成該㈣，進—步修改控制器7之順 序控制程式70。 第11圖顯示第三具體實施例提供之電漿產生匹配元件 41及匹配元件控制器44之細節。如第u圖所示，電漿產生 匹配元件41包含電阻器411，多個可變電容器412、413設 22 200303706 坎、發明說明 置於各電阻器411側邊且接地。電阻器411之一端係連結至 電漿產生電源4,電阻器411之另一端係連結至負載，亦即 連結至射頻電極3。 匹配元件控制器44包含二馬達441、442，二馬達441 5 、442之驅動單元443、444，以及一控制驅動單元443、 444之控制單元445。各馬達441、442相對於可變電容器 412、413之一電極位移該電容器之另一電極俾變更電容。 至於馬達441、442，較佳使用高性能伺服馬達。 第12圖說明第1 〇圖及第11圖所示藉匹配元件控制器44 10控制電漿產生匹配元件41。如已知，阻抗匹配係將負載端 阻抗與線路的特徵阻抗匹配，因而防止波的反射。如第u 圖所示，由電漿產生匹配元件41至負載端的阻抗係藉可變 電容器412、413協調，因而於本具體實施例獲得阻抗匹配 。原因在於根據本發明，於使用射頻波之系統，電容改變 15 比電阻改變遠更影響總阻抗。變更電容比變更電阻遠更有 效。 電漿產生匹配元件41之阻抗為施加第一頻率射頻波至 射頻電極3時用以阻抗匹配之該阻抗。此種阻抗於後文稱 作「阻抗匹配Zm」。於電漿產生匹配元件41之結構中，阻 20 抗匹配Zm為可變電容器412、413之電容之函數。若如第12 圖’電容為C1及C2，則阻抗匹配Zm表示為Zm=f(Cl，C2)。 根據本發明，藉射頻氣體放電產生電漿時，須注意於 放電引燃前與放電引燃後負載改變時，於放電空間之阻抗 。放電引燃前，放電空間為有高阻抗之絕緣體，但氣體被 23 200303706 玖、發明說明 導入其中。相反地，藉放電生成電漿後，因電漿為相當於 導體的族群，故放電空間之阻抗降低。於電漿生成狀態， 空間阻抗大為依據勒電容決定。總而言之，區別放電引燃 前及放電引燃後，考慮阻抗匹配。 5 此處考慮引燃放電所需阻抗匹配條件。引燃放電所需 阻抗匹配條件為於放電空間造成絕緣崩潰所需條件。此種 條件相當寬廣。滿足引燃放電所需條件之範圍，後文稱作 為「放電引燃致能範圍」於本具體實施例於第12圖以引線 表示。第12圖引線表示之範圍為匹配匹配2^為電容€1及 10 C2之函數之範圍。放電引燃致能範圍於放電空間壓力增高 時變寬。 它方面，放電引燃後之阻抗匹配可有效保有電漿。理 想狀態為耦合電漿之射頻功率比例最大化，將反射最小化 。建立此種理想狀態之阻抗匹配條件極為狹窄，可謂「針 15 尖條件」。此種條件於後文稱作為「最佳點」。 雖然最佳點阻抗匹配條件偶爾可能於放電引燃致能範 圍以内，但多種情況下最佳點阻抗匹配條件係超出放電引 燃致能範圍之外。故最佳於放電引燃致能範圍内進行阻抗 匹配時，於引燃放電之後，將阻抗匹配條件切換成最佳點 20阻抗匹配條件。為了實現此種構想，匹配元件控制器44初 步進行阻抗匹配，此處表示為Zm=f(Cl，C2)之匹配阻抗Zm 係於放電引燃致能範圍内，然後切換至最佳點阻抗匹配條 件。於放電引燃致能範圍以内之阻抗匹配Zm之初值於後文 稱作為「預設放電引燃點」。 24 200303706 玖、發明說明 本具體實施例中，預設放電引燃點係事先經過實驗測 定。具體言之，維持處理室1於約4帕之真空壓力而未產生 處理氣體時，射頻功率係以實際處理的相同位準供給射頻 電極3。雖然本例中未引燃放電，但當阻抗匹配4藉由驅 5動可變電容器412、413改變時，來自射頻電極3之反射波 也改變。記憶當來自射頻電極3之反射波最小化時之電容 值Cl、C2，由記憶值ci、C2得知之阻抗匹配乂⑺值決定作 為預a又放電引燃點。控制器7也記憶所決定的預設放電引 燃點。 1〇 本具體實施例中，最佳點之阻抗匹配係根據來自電源 監視器43之信號進行阻抗匹配。控制單元445接收來自電 源監視器43之信號，控制單元445控制驅動單元443、444 ，故可減少反射波相對於前進波之比。 此項控制將更具體說明，設可變電容器412為第一電 15容器，馬達441為第一馬達，可變電容器413為第二電容器 以及馬達442為第二馬達。於第一及第二電容器412、413 ，電容增加之驅動方向為「正」，電容減少之驅動方向為 「負」° 控制單元445發送信號給驅動單元443 ,故第一電容器 20 412例如可被驅動至正向。同時，若反射波增加，控制單 元445係將第一電容器412相反地驅動至反向。藉此方式， 當減少中的反射波轉成增加時，通過最小值，而第一電容 器412被驅動至反向。第一馬達441為伺服馬達，接受負回 饋控制，故可將反射波減至最低。供第二電容器413用之 25 200303706 玖、發明說明 第二馬達442係以相同方式控制，故將反射波減至最低。 第12圖表示藉匹配元件控制器44控制結果，C1及C2 如何變遷。如第12圖所示，當放電引燃時，01及〇2最初 係對應預設放電引燃點。放電引燃後，藉來自電源監視器 5 43之信號進行自動負回饋控制，因而C1及C2發生變化而 不穩定。當電漿穩定時，C1及C2也變遷至對應最佳值之 穩定值。於電漿穩定狀態下，電容器412、413之驅動量亦 即馬達441、442之旋轉角為最小化。匹配元件控制器44隨 時輸出電容器412、413之驅動量至控制器7。當證實驅動 10量降至預設值以下時，控制器7判定電漿穩定。最佳點並 非經常相同，最佳點為於自動控制時匹配阻抗2@之固定點 。最佳點可於各次處理時改變。出現於處理條件例如處理 室1之壓力及處理氣體種類變更之時。此外，出現於處理 室1内壁進行沉積之例。匹配元件控制器44遵照任一種情 15 況下之最佳點而控制電漿產生匹配元件41。 參照第13及14圖，本具體實施例之順序控制程式7〇說 明如後。第13圖為第三具體實施例之順序控制程式川之示 意流程圖。第14圖為第13圖之順序控制程式7〇之電漿產生 電源4及離子入射電源5〇之操作時序圖。第14圖 「 配 20阻抗Zm」部分示意顯示匹配阻抗^之變遷為範例。 如同所述具體實施例，順序控制程式7〇也於證實處理 氣體以所需流速被導入以及處理室維持於所需真空壓^後 開始電聚產生電源4之操作。順序控制程式7〇事:送信號 至匹配元件控制器44，故可於預設放電引燃點進行阻抗匹 26 200303706 玖、發明說明 配。匹配元件控制器44讓驅動單元443、444預先對預設放 電引燃點驅動可變電容器412、413。 當射頻電壓藉電蒙產生電源4施加至射頻電極3時，於 放電空間出現絕緣崩潰，而引燃放電，因而產生電漿。於 5射頻電壓供給引發之同時或之前，順序控制程式70開始接 收來自電漿監視器81及自偏壓電壓偵測器82的信號。 於藉來自電漿監視器81及自偏壓電壓偵測器82之信號 之一或二者證實電漿生成後，順序控制程式70發送信號至 匹配元件控制器44而切換阻抗匹配控制。結果匹配元件控 10制器44之控制切換至最佳點之自動控制。同時控制器啟動 計時器。 匹配元件控制器44根據來自電源監視器43之信號而驅 動可變電容器412、413，藉此進行最佳點之自動負回饋控 制。當計時器到達預設等候時間時，順序控制程式7〇開始 15離子入射電源50的操作。結果，射頻電壓被施加至基板夾 持器5 ’因此於基板9產生自偏壓電壓。離子入射電場係藉 此種電壓施加。 本具體實施例中，當於預設放電引燃點進行阻抗匹配 控制時引燃放電，於證實電漿生成後，進行最佳點之阻抗 20匹配自動控制。因此於放電引燃時以及電漿生成後確保獲 知最佳阻抗匹配。因此於放電引燃時以及電漿生成後，反 射波變最小化，增強放電引燃及電漿維持之功率效率。 第三具體實施例中，無需經常對最佳點作自動控制俾 獲知穩定電漿維持。例如實際上也可預設匹配阻抗&之最 27 200303706 玖、發明說明 佳值俾獲得穩定電漿維持且於證實電漿生成後，由預設放 電引燃點切換至預設值。 由預设放電引燃點切換至最佳點係與電漿生成的證實 同時，偶爾較佳有時間延遲。當放電係於不高於3帕之低 5壓引燃時，電漿需耗稍較長時間而於放電引燃後變遷至穩 恝。此種時間最多不超過3秒，故較佳於射頻電壓施加至 射頻電極3後經過約6秒（包括安全邊際）時切換至最佳點。 此外此種清況下，離子入射電源5 〇之操作始於切換至最佳 點後經過約二秒之時。 10 第三具體實施例中，進一步較佳徐緩提高離子入射電 源50之輸出至對基板9進行處理之最佳預設程度。特別， 輸出功率於〇·5秒至6秒遞增至預設最佳位準。若輸出位準 快速增高，則放電空間條件以及電漿態大為改變。此種情 況下可能出現電漿產生匹配元件41之自動控制無法遵循此 15種變化，造成離子入射電源50之輸出因互鎖而下降，亦即 緊急輸出停止俾自我保護。為了防止發生此種意外，輸出 車乂佳係於半秒或半秒以上提高至預設最佳位準。若此種時 間超過6秒，則影響生產力。因此較佳不超過6秒。 其次說明本發明之第四具體實施例。第四具體實施例 2〇之順序控制程式70與所述第三具體實施例不同。其餘各部 分大致相同。第15圖為第四具體實施例之順序控制程式7〇 之示意流程圖。第16圖為第15圖所示順序控制程式7〇之電 漿產生電源4及離子入射電源50之操作時序圖。 第四具體實施例之主要特徵為藉來自電源監視器43之 28 200303706 玖、發明說明 “ 5虎证實電漿穩定後，開始離子入射電源50之操作。具體 。之如同第三具體實施例，當於預設放電引燃點進行阻 抗匹配控制時，由電漿產生電源4的操作而生成電漿。電 '原jul視器43測篁反射波相對於前進波之比例，且透過ad 5轉換器75送至控制器7。順序控制程式70於證實電漿生成 後將控制切換至最佳點的自動控制。自動控制的進行中， 電漿變遷至穩態。 於電製變遷至穩態的進行中，反射波遞減，如第16圖 所不。順序控制程式70判定反射波是否沉降至低於預設參 10考位準之位準。若回答為真，表示判定電漿變遷至穩態。 此時，順序控制程式70開始離子入射電源5〇之操作供施加 離子入射電場。 本具體實施例之系統因離子入射電源5〇係於證實電漿 穩定之後才操作，故本系統不會發生當電漿尚未變遷至穩 15態時錯誤操作離子入射電源50之意外。至於反射波之預設 參考位準，例如可為相對於前進波之20%。 其次將說明本發明之第五具體實施例。第五具體實施 例與刖述各具體實施例之差異也在於順序控制程式7〇。其 它部分大致相同。第17圖為第五具體實施例之順序控制程 20式70之示意流程圖。第18圖為第17圖所示順序控制程式70 之電漿產生電源4以及離子入射電源50之操作時序圖。 第五具體實施例之順序控制程式70，讓匹配元件控制 器44於事先預設放電引燃點進行阻抗匹配控制，順序控制 程式70開始電漿產生電源4之操作，如此引燃放電。於電 29 200303706 玖、發明說明 漿產生電源4開始操作之瞬間，順序控制程式7〇將控制切 換成最佳點的自動控制。此外，於電锻產生電源4操作開 始的瞬間，啟動計時器。 放電引燃後，隨著氣體游離程度的增加，反射波遞減 5 。隨後匹配元件控制器44變更可變電容器412、413之電容 ，匹配阻抗Zm變成不穩定。隨後，電漿穩定時，反射波降 至穩定低位準。匹配阻抗Zm也固定於穩定點。 本具體實施例中，預設等候時間比欲穩定之電漿時間 夠長。當計時器到達預設等候時間時，順序控制程式7〇開 10始離子入射電源50的操作，施加離子入射電場。本具體實 施例之優點為無需證實電漿生成之裝置因而讓系統簡化。 本具體實施例中，電漿的穩定也可非藉來自電源監視 器43之信號證實，反而藉來自匹配元件控制器料之信號證 實。當電漿穩定時，可變電容器412、413之驅動量降至幾 15乎為零。故經由監視可變電容器412、413之驅動容積，可 證實電漿的穩定。 其次將說明本發明之第六具體實施例。第六具體實施 例與前述各具體實施例之差異也在於控制器7之順序控制 程式70。其它部分大致相同。第19圖為第六具體實施例之 20順序控制程式70之示意流程圖。第20圖為第19圖所示順序 控制程式70之電漿產生電源4及離子入射電源5〇之操作時 序圖。 本具體實施例之順序控制程式70也於預設放電引燃點 進行阻抗匹配控制時，開始電漿產生電源4之操作。電源 30 200303706 玖、發明說明 監視器43測定反射波相對於前進波之比且透過AD轉換器 75將其送至控制器7。於根據來自電漿產生驗證裝置之信 號證實電漿生成後，順序控制程式7〇將阻抗匹配控制切換 至預設最佳點之阻抗匹配控制，且啟動計時器。順序控制 5程式70將匹配阻抗Zm固定於預設時間之預設最佳點。當計 時器到達該預設時間時，順序控制程式7〇切換阻抗匹配控 制至最佳點之自動控制。當經過自動控制穩定時間後開始 離子入射電源50之操作，如同第三具體實施例般。匹配阻 抗Zm控制於預設最佳點之預設時間於後文稱作為「預設阻 1 〇 抗固定時間」。 本具體實施例具有將控制由預設放電引燃點切換至自 動控制流線化之優勢。所述第三具體實施例中，於順序控 制程式70將控制由預設放電引燃點切換成自動控制後，匹 配元件控制器44自動協調匹配阻抗zm，故讓反射波變最小 15 化。結果，電漿耦合功率升高，游離程度增加。伴隨於此 ，電漿阻抗改變。控制器7遵照於電漿之阻抗變化而進行 自動控制。當幾乎全部氣體分子皆游離時，電漿穩定化， 自動控制獲得最佳點。電漿耦合之功率也穩定化，匹配阻 抗Zm降至穩定值。 20 但恰於自動控制開始後之瞬間，若反射波容積略大時 ，自動控制將鎖定於大為偏離理想態之態。具體言之，當 預設放電引燃點與最佳點間有較大差異時，開始自動控制 時可能存在有略大容積的反射波。即使於此種情況下，匹 配阻抗zm仍然預期可藉自動控制固定於最佳點。但若自動 31 200303706 玖、發明說明 控制開始時存在有過量反射波，則因於匹配阻抗Zm沉降至 最佳點之刖自我保護電路已經開始工作，故電聚產生電源 4之輸出偶爾下降。 若出現此種情況，耦合電漿之功率位準出現大改變， 5 結果導致電漿因子例如電漿鞘套厚度、電漿電位及電漿密 度等也有較大改變。則於此種較大變化情況下自動控制繼 續追卩通最佳點。結果自動控制將鎖定目標於一個大為偏離 理想態之態。換言之，自動控制將匹配阻抗2^與最佳點匹 配於功率位準遠較低的態。因此即使全部阻抗皆匹配特徵 10 阻抗，仍將遠離預期之正常態，例如為遠較低之電裝密度 態。 相反地’第六具體實施例進行控制而將匹配阻抗Zm固 定於該預設阻抗固定時間之預設最佳點，隨後開始切換控 制至自動控制。預設最佳點係事先經實驗或經理論決定。 15 具體言之’根據處理氣體壓力、流速以及施加電壓等參數 ，推定匹配阻抗zm到達實際自動控制最佳點之值。然後推 定值被決定為預設最佳點。雖然匹配阻抗2111被固定於預設 最佳點’但電漿變遷至接近穩態之態，例如游離幾乎飽和 之態。如此自動控制係開始於反射波遠小於第三具體實施 20例之反射波之態。故自動控制未曾鎖定目標於偏離理想態 之悲。如此讓處理可隨時於正常條件下進行。由此等理由 ，本具體實施例之系統之再現性及可靠性優異。此項優點 並非限於初阻抗匹配控制係於預設放電引燃點進行之例。 而可廣義應用至對最佳點進行自動控制之系統及方法。第 32 200303706 玖、發明說明 六具體實施例中，預設阻抗固定時間較佳為0.5至5秒，例 如約1秒。 其次將說明本發明之第七具體實施例。第七具體實施 例與前述各具體實施例之差異也在於順序控制程式7〇。其 5它部分大致相同。第21圖為根據本發明之第七具體實施例 ’射頻電漿處理系統之示意前視剖面圖。第22圖為第七具 體實施例之順序控制程式70之示意流程圖。第23圖為第22 圖所示順序控制程式70之電漿產生電源4及離子入射電源 50之操作時序圖。 10 第七具體實施例於前述各具體實施例差別有以下兩點 。一點為順序控制程式70於電漿產生電源4開始操作後， 當電漿之生成尚未證實之前自行復置。另一點為離子入射 電源50之輸出功率控制如同電漿產生電源4之輸出功率控 制般為最佳化。 15 具體言之，如第21圖所示，本具體實施例之系統包含 供控制離子入射匹配元件5 1之另一匹配元件控制器53。控 制器7可控制本匹配元件控制器53。匹配元件控制器53包 含電源監視器（圖中未顯示），其監視來自基板夾持器5之反 射波相對於前進波之量。匹配元件控制器53可自動負回饋 20控制，俾相對於前進波，將反射波相對容積最小化。 如第22圖所示，於第七具體實施例，順序控制程式7〇 於預設放電引燃點開始電漿產生電源4之操作。同時啟動 計時器。電源監視器43測定反射波相對於前進波之比例， 且透過AD轉換器75發送給控制器7。 33 200303706 玖、發明說明 右田4時裔到達預設判定時間，來自電梁產生驗證裝 置之^號無法證實電聚的生成，則順序控制程式70懸置電 製產生電源4之操作，且復置計時器為零。然後返回初始 v驟广式70再度開始電漿產生電源4之操作。 田口十時器到達預設判定時間，藉來自電聚產生驗證裝 置之L號邊實電聚生成時，順序控制程式7〇將匹配阻抗^ 切換至預設最佳點。同時，順序控制程式7〇預設計時器為 :且重新啟動4時II。將匹配阻抗Zm固定於預設最佳點， 田片夺器到達預设阻抗固定時間時，順序控制程式切換 10控制為自動控制。如同第三具體實施例，於經過一段自動 控制穩定時間後，順序控制程式7〇開始離子入射電源50的 操作。 如第23圖所示，離子入射電源5〇之輸出漸進遞增至離 子入射要求的位準。例如離子入射電源之頻率於HF頻帶 15為丨·6 Μί1ζ，且輸出功率要求位準為ΐ·8千瓦時，輸出以約 1秒時間由零遞增至1.8千瓦。最初於此種緩慢供應電力時 ，匹配元件控制器53維持離子入射匹配元件5丨之阻抗於固 定值。 如第22圖所示，當離子入射電源5〇之輸出到達參考值 20時’順序控制程式70發送信號給匹配元件控制器53俾切換 控制為自動控制，該自動控制係與電漿產生匹配元件41之 自動控制相同。參考值為某個小數值。例如當最終要求功 率為1.8千瓦時，參考值為1〇瓦。結果離子入射匹配元件 51之控制切換至自動控制，由離子入射電源5〇施加至基板 34 200303706 玖、發明說明 夾持器5之波反射最小化。維持於此種狀態，離子入射電 源50之輸出遞增至最終要求位準，然後維持於該位準。 本具體實施例之優點如後。首先，因程式7〇於預設判 定時間以内未產生電毀之情況下，自我復置而返回初始步 5驟，故即使偶爾電漿生成尚未經過驗證，本具體實施例也 不會發生電漿產生電源4連續操作的意外。進一步較佳計 數復置次數。當計數復置次數到達預設值，例如三次時， 程式70的執行完全被中止，輸出錯誤信號。 離子入射電源50之輸出遞增可獲得有關電漿產生電源 10 4自動控制之額外優點。換言之，若於電漿產生電源4之自 動控制進行時，若離子入射電源5〇之輸出快速升高至最終 要求位準，則因放電空間之參數快速變化，故恐怕有電漿 產生電源4之自動控制變不穩定之問題。匹配阻抗密集 起伏波動，隨後因連續進行自動控制而沉降於穩定值。但 15 若放電空間之參數改變遠更快速，則匹配元件控制器44無 法再遵循此種變化，結果導致匹配阻抗遠無法變遷至 穩定值。 相反地，本具體實施例因離子入射電源50之輸出係遞 增故無此項問題之虞。匹配阻抗Zm於短時間内變遷至另一 20 穩定值。由前文說明可知，「遞增離子入射電源50輸出」 表示只要匹配元件控制器4 4可遵循於放電空間之參數變化 ，則離子入射電源50之輸出增高。本具體實施例中漸進升 高離子入射電源50之輸出相當於漸進升高電漿之有效輸入 功率。 35 200303706 玖、發明說明 所述第二至第七具體實施例中，當開始最佳點自動控 制時，初始匹配阻抗2^係於預設放電引燃點。藉維持電路 於末次處理結束時維持匹配阻抗2〇1值，且使用該值作為預 設初始值仍舊實際可行。除非於各個處理間隔，處理室i 5環境有任何重大變化，否則需要提供之匹配阻抗zm值並無 重大改變。本修改例於預設放電引燃點與最佳點並無太大 差異時為較佳。本修改例中，匹配阻抗2〇1之維持值可記憶 於記憶體或儲存裝置72。順序控制程式70包含於次一處理 開始自動控制而提供維持值匹配阻抗2^之步驟。 10 各具體實施例中，穩定電漿所需預設等候時間為二秒 。但可較長。電漿穩定時間係依據處理室結構、放電空間 尺寸、處理室壓力等因素決定。因此將此等因素列入考慮 可適當控制預設等候時間。 本發明中，所述自動控制並非經常要求阻抗匹配來穩 15定維持電漿。例如實際上也可事先經實驗決定匹配阻抗Zm 值且預設阻抗匹配值。可進行阻抗匹配控制，將匹配阻抗 zm固定於穩定維持電漿之預設值。此外，實際上可於將匹 配阻抗Zm固定於穩定電聚保持預設值經歷一段預設時間後 ，將控制切換成最佳點自動控制。 20 各具體實施例中，複數個AD轉換器可共同集合成一 個。具體言之，多數資料可藉時間共享而於單一AD轉換 器數位化。所述具體實施例中，第一頻率為VHF頻帶，第 二頻率為HF頻帶。本發明非僅限於此種情況。常見當有二 不同頻率波疊置時發生調變現象。本發明於技術上可解決 36 200303706 玖、發明說明 此點引發的問題。此外，雖然HF波係對離子入射電場產生 自偏壓電壓，但可應用於另一項用途。例如可應用於基板 9藉靜電夾持於基板夾持器5之自偏壓電壓。當基板9接觸 電漿時，經由基板9產生自偏壓電壓也可進行基板9之靜電 5夾持。原因在於電漿本身係作為相對端電極。電源監視器 43可直接監視電漿耦合功率位準。直接監視電漿耦合功率 位準相當於監視來自電漿之反射波容積。 雖然已餘刻作為射頻電漿處理實施例說明，但本發明 也可應用於薄膜沉積法如濺艘及化學氣相沉積（CVD)、表 10面處理法如表面氧化及表面氮化、以及光阻的灰化。至於 欲處理的基板9，本發明也可應用於顯示裝置如lCd及電 漿顯示器基板，以及磁性裝置如磁頭基板。 【囷式簡單說明】 第1圖為根據本發明之第一具體實施例，射頻電漿處 15 理系統之示意前視剖面圖。 第2圖為架設於第1圖所示控制器7之順序控制程式7〇 之示意流程圖。 第3圖為第2圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源4 及離子入射電源50之操作時序圖。 2 0 a 第4圖顯示當藉阻抗匹配元件進行阻抗匹配時，藉射 頻氣體放電產生電漿之反射波容積之曲線圖。 第5圖顯示以hf波調變之VHF波。 第6圖顯示根據本發明之第二具體實施例，射頻電漿 處理系統之示意前視剖面圖。 37 200303706 玖、發明說明 第7圖說明自偏壓電壓。 第8圖為第二具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 第9圖為第8圖所示順序控制程式70之電漿產生電源4 5 及離子入射電源50之操作之時序圖。 第1 〇圖為根據本發明之第三具體實施例，射頻電漿處 理系統之示意前視剖面圖。 第11圖顯示設置於第三具體實施例系統之電聚產生匹 配元件41及匹配元件控制器44之細節圖。 10 第12圖為第丨〇及η圖所示電漿產生匹配元件41由匹配 元件控制器44控制之說明圖。 第13圖為第三具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 第14圖為第13圖所示順序控制程式70之電漿產生電源 15 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第15圖為第四具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 程圖。 第16圖為第15圖所示順序控制程式7〇之電聚產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 20 第17圖為第五具體實施例之順序控制程式70之示意流 圖。 第18圖為第17圖所示順序控制程式7〇之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第19圖為第六具體實施例之順序控制程式7〇之示意流 38 200303706 玖、發明說明 程圖。 第20圖為第19圖所示順序控制程式70之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 第21圖為根據本發明之第七具體實施例，射頻電漿處 5 理系統之示意前視剖面圖。 第22圖為第七具體實施例之順序控制程式70之示意流 程圖。

第23圖為第22圖所示順序控制程式70之電漿產生電源 4及離子入射電源50之操作之時序圖。 10 附圖中，「PGPS」表示「電漿產生電源」，「IIPS」表 示「離子入射電源」、「P.D.I.P·」表示「預設放電引燃點」 、「B.P.」表示「最佳點」、「P.B.P.」表示「預設最佳點」 以及「P.G·」表示「電漿產生」。 【圖式之主要元件代表符號表】 1...處理室 61...圓柱 2...處理氣體導入管線 62...同轴缸 3...射頻電極 70...順序控制程式 4...電漿產生電源 71...輸入埠 5...基板夾持器 72...儲存裝置 7...控制器 73...處理器 9...基板 74...輸出埠 11...泵送管線 75...AD轉換器 12…護罩 81...電漿監視器 21...閥 82...自偏壓偵測器 22...氣體流量控制器 411...電阻器 31...絕緣體 412，413…可變電容器 41…電漿產生匹配元件 421...内部導體 42...同軸管 422…外部導體 43...電源監視器 441，442.··馬達 44...匹配元件控制器 443，444···驅動單元 50...離子入射電源 445…控制單元 51...阻抗匹配元件 811...光窗 39

Claims (1)

1. 200303706 拾、申請專利範圍 h 一種射頻電漿處理方法，包含： —放置一基板於一處理室所需位置之步驟； 一泵送處理室之步驟； 5 一將處理氣體導入處理室之步驟； —施加第一頻率之射頻波至處理室之放電空間之 ，驟因而引燃於該放電空間被導入之處理氣體的射 頻放電，俾於該處理室生成電漿； —於射頻放電引燃後，以一段時間延遲，施加第 ι〇 一頻率之另一射頻波至該放電空間之步驟；以及 一利用生成的電漿於該基板進行處理之步驟， 其中 該第二頻率係與該第一頻率不同。 2·如申請專利範圍第1項之射頻電漿處理方法，其中當證 實由第一頻率射頻波生成電漿時，施加第二頻率之射 15 頻波。 3.如申請專利範圍第丨項之射頻電漿處理方法，其中於證 實由第一頻率射頻波生成電漿後，以一段時間延遲， 施加第二頻率之射頻波。 2〇 4_如申請專利範圍第1項之射頻電漿處理方法，其中該第 二頻率射頻波係於證實電漿穩定後施加。 5·如申請專利範圍第丨項之射頻電漿處理方法，其中該第 二頻率射頻波將於基板生成自偏壓電壓。 6·如申請專利範圍第1項之射頻電漿處理方法，其中 該第一頻率係於VHF頻帶，以及 40 200303706 拾、申請專利範圍 該第二頻率係於HF頻帶。 7·如申請專利範圍第！項之射頻電漿處理方法，進_步包含 當第一頻率波施加開始時，經由提供引燃放電為 最佳化之阻抗，而進行阻抗匹配控制第一階段之步驟 5 ，以及 人” 切換阻抗匹配控制為第二階段之步驟，該步驟係 經由提供穩定電漿之最佳化阻抗進行。 8.如申請專利範圍第7項之射頻電聚處理方法，其中切換 至第二階段阻抗匹配控制係於證實電漿生成時進行。 1〇 9·如申請專利範圍第7項之射頻電漿處理方法，其中切換 至第二階段阻抗匹配控制係於證實電漿生成後進行。 10·如申請專利範圍第7項之射頻電漿處理方法，進一步包含 一藉監視器監視來自放電空間之第一頻率反射波 之步驟， 15 其中 該第二階段阻抗匹配控制包含根據得自監視器的 信號而自動控制阻抗的提供，俾讓第—頻率反射波最 小化。 U•如申請專利範圍第7項之射頻電漿處理方法，其中 >〇 八 _ 該第二階段阻抗匹配控制包含： 一初步提供預設值阻抗之步驟， 一對預設時間固定欲提供之阻抗於預設值之步驟， 一藉監視器監視來自放電空間之第一頻率反射波 之步驟，以及 41 200303706 拾、申請專利範圍 一當預設時間經過時，根據得自監視器之信號切 換阻抗匹配控制至阻抗提供之自動控制，俾讓第一u頻 率反射波變最小化之步驟。 12.如申請專利範圍第丨項之射頻電漿處理方法，進一步包含 一藉監視器監視來自放電空間之第二頻率反射波 之步驟，以及 一根據得自監視器之信號而進行阻抗匹配自動控 制’俾讓第二頻率反射波變最小化之步驟。 13 · —種射頻電襞處理方法，包含： 一放置一基板於一處理室所需位置之步驟； 一泵送處理室之步驟； 一將處理氣體導入處理室之步驟； 一當進行阻抗匹配控制時，藉施加射頻波至放電 空間，而引燃於放電空間被導入之處理氣體的放電俾 於處理室生成電漿之步驟，以及 一利用生成的電漿進行基板之處理之步驟， 其中 該阻抗匹配控制包含 一當射頻波之施加開始時，經由提供對引燃放電 為最佳化之阻抗而進行阻抗匹配控制第一階段，以及 一切換阻抗匹配控制至第二階段之步驟，該步驟 係經由提供穩定電漿為最佳化之阻抗進行。 14· 一種射頻電漿處理方法，包含： 一放置一基板於一處理室所需位置之步驟； 42 200303706 拾、申請專利範圍 一泵送處理室之步驟； 一將處理氣體導入處理室之步驟； - 一當進行阻抗匹配控制時，藉施加射頻波至放電 ' 空間，而引燃於放電空間被導入之處理氣體的放電俾 於處理室生成電漿之步驟， 一利用生成的電漿進行基板之處理之步驟， 一藉監視器監視來自放電空間之反射波之步驟， 一於基板處理期間，根據來自監視器之信號，進 φ 行阻抗匹配之自動控制，俾最小化反射波之步驟， 一於處理結束時維持自動控制提供之阻抗值之步 驟， 一提供維持阻抗值而開始次一處理之自動控制之 步驟。 15. —種射頻電漿處理方法，包含： 一放置一基板於一處理室所需位置之步驟； 一泵送處理室之步驟； · 一將處理氣體導入處理室之步驟； 當阻抗匹配控制係經由提供用於引燃放電為最佳 化之預設阻抗值進行時，經由施加射頻波至放電空間 ，而開始引燃導入之處理氣體放電，俾於處理室放電 空間產生電漿之步驟； 一固定欲提供之阻抗於預設值經歷一段預設時間 之步驟； 一藉監視器監視來自放電空間之反射波之步驟； 43 200303706 拾、申請專利範圍 以及 一當預設時間經過時，根據來自監視器之信號， 切換阻抗匹配控制為阻抗提供自動控制，俾最小化反 射波之步驟。 5 16· 一種射頻電漿處理系統，包含： 一處理室，其中一基板係設置於處理中之所需位 置； 一泵送管線，經由該泵送管線而泵送處理室； 一氣體導入管線，經由該管線而將處理氣體導入 1〇 處理室内； 一射頻電極，其係設置於處理室； 一第一射頻電源，其係供施加第一頻率射頻波至 射頻電極，因此引燃於放電空間導入之處理氣體的射 頻放電，俾於處理室產生電漿； 15 一第二射頻電源，其係供施加第二頻率之另一射 頻波至該放電空間；以及 一控制器，其中安裝一順序控制程式； 其中 利用生成的電漿而於基板進行處理， 〇 该第二頻率係與第一頻率不同，以及 於第一射頻電源開始操作後有一段時間延遲，順 序控制程式開始第二射頻電源之操作。 η·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，進一步 包含一電漿生成監視器， 44 303706 拾、申請專利範圍 其中 根據來自電漿生成監視器之信號，當證實藉第〜 頻率射頻波生成電漿時，順序控制程式開始第二射 電源之操作。 I8·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統， 包含一電漿生成監視器， 其中 根據來自電漿生成監視器之信號，當證實藉第〜 頻率射頻波生成電漿後，順序控制程式開始第二射頰 10 電源之操作。 19·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，其中於 5登實電漿穩定後，順序控制程式開始第二射頻電源之 操作。 20·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，其中該 15 第二頻率射頻波將於基板生成自偏壓電壓。 21·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，其中 該第一頻率係於VHF頻帶，以及 該第二頻率係於HF頻帶。 22.如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，進一步 20 包含 一阻抗匹配元件，其係設置於第一射頻電源與射 頻電極之連接線， 其中 該順序控制程式 45 200303706 拾、申請專利範圍 於進行第一階段阻抗匹配控制時，開始第一射頻 電源之操作，以及 隨後，切換阻抗匹配控制至第二階段， 弟一階段係經由讓阻抗匹配元件提供引燃放電為 5 最佳化之阻抗而進行， 弟一階段係經由讓阻抗匹配元件提供對電漿穩定 為最佳化之阻抗而進行。 23.如申請專利範圍第22項之射頻電漿處理系統，其中該 順序控制程式係於證實電漿生成時，切換阻抗匹配控 10 制至第二階段。 24·如申請專利範圍第22項之射頻電漿處理系統，其中該 順序控制程式係於證實電漿生成後，切換阻抗匹配控 制至第二階段。 25.如申請專利範圍第22項之射頻電漿處理系統，進一步 15 包含 一監視器，其係供監視來自放電空間之第一頻率 反射波， 其中 於第二階段阻抗匹配控制，順序控制程式根據來 20 自監視器之信號，而進行欲提供之阻抗之自動控制， 俾最小化來自放電空間之第一頻率反射波。 26·如申請專利範圍第22項之射頻電漿處理系統，進一步 包含 一監視器，其係供監視來自放電空間之第一頻率 46 200303706 拾、申請專利範圍 反射波， 其中 該順序控制程式 當阻抗匹配元件初步提供預設值阻抗時，開始第 5 一射頻電源之操作， 固疋欲提供之阻抗於預設值經歷一段預設時間， 藉監視器監視來自放電空間之第一頻率反射波， 以及 當預設時間經過時，根據來自監視器之信號，而 10 切換阻抗匹配控制至阻抗提供自動控制，俾最小化第 一頻率反射波。 27·如申請專利範圍第16項之射頻電漿處理系統，進一步 包含 一監視器，其係供監視來自放電空間之第一頻率 15 反射波，以及 一阻抗匹配元件’其係設置於由第二射頻電源至 放電空間之線上， 其中 該順序控制程式根據來自監視器之信號，而進行 20 藉阻抗匹配元件提供阻抗之自動控制，俾最小化第二 頻率反射波。 28· —種射頻電漿處理系統，包含： 一處理室，其中一基板係設置於處理中之所需位 置； 47 2〇〇3〇37〇6 拾、申請專利範圍 一泵送管線，經由該泵送管線而泵送處理室； 一氣體導入管線，經由該管線而將處理氣體導入 處理室内； 5 一射頻電極，其係設置於處理室； 一射頻電源，其係供施加射頻波至射頻電極，因 而引燃於放電空間導入之處理氣體的射頻放電，俾於 處理室内生成電漿； 一阻抗匹配元件，其係設置於射頻電源與射頻電 極之連接線上；以及 10 一控制器，其中安裝一順序控制程式； 其中 利用生成的電漿而於基板進行處理；以及 該順序控制程式 當阻抗匹配元件初步提供預設值阻抗時，開始第 15 一射頻電源之操作， 固疋欲k供之阻抗於預設值經歷一段預設時間， 藉監視器監視來自放電空間之反射波，以及 當預設時間經過時，根據來自監視器之信號，而 切換阻抗匹配控制至阻抗提供自動控制，俾最小化反 20 射波。 29· —種射頻電漿處理系統，包含： 一處理至，其中一基板係設置於處理中之所需位 置； 一泵送管線，經由該泵送管線而泵送處理室； 48 200303706 拾、申請專利範圍 一氣體導入管線，經由該管線而將處理氣體導入 處理室内； 一射頻電極，其係設置於處理室； 一射頻電源，其係供施加射頻波至射頻電極，因 而引燃於放電空間導入之處理氣體的射頻放電，俾於 處理室内生成電漿； 一阻抗匹配元件，其係設置於射頻電源與射頻電 極之連接線上；

   一控制器，其中安裝一順序控制程式；以及 一監視器’其係供監視來自放電空間之反射波； 其中 利用生成的電漿而於基板進行處理；以及 該順序控制程式 藉該監視器監視來自放電空間之反射波， 於基板處理期間，根據來自監視器之信號，進行

   阻抗匹配自動控制，俾最小化反射波， 於處理結束時，維持自動控制提供之阻抗值，以 及 提供該維持之阻抗值，開始次一處理之自動控制。 —種射頻電漿處理系統，包含： 處理至’其中一基板係設置於處理中之所需位 置； 一栗送管線，經由該泵送管線而泵送處理室； 一氣體導入管線，經由該管線而將處理氣體導入 49 200303706 拾、申請專利範圍 處理室内； 一射頻電極，其係設置於處理室； 一射頻電源，其係供施加射頻波至射頻電極，因 而引燃於放電空間導入之處理氣體的射頻放電，俾於 5 處理室内生成電漿； 一阻抗匹配元件，其係設置於射頻電源與射頻電 極之連接線上；

   一控制器，其中安裝一順序控制程式；以及 一監視器，其係供監視來自放電空間之反射波； 10 其中 利用生成的電漿而於基板進行處理，以及 該順序控制程式 當射頻波之施加開始時，經由讓阻抗匹配元件提 供對引燃放電為最佳化之預設阻抗值，而進行阻抗匹 15 配控制，

   固定欲提供之阻抗於預設值經歷一段預設時間， 藉監視器監視來自放電空間之反射波，以及 當預設時間經過時，根據來自監視器之信號，而 切換阻抗匹配控制至阻抗提供自動控制，俾最小化反 20 射波。 50