TW200408000A - Low loss RF bias electrode for a plasma reactor with enhanced wafer edge RF coupling and highly efficient wafer cooling - Google Patents

Description

200408000 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一用來處理一半導體晶圓的電 器。 【先前技術】 一種可處理一用來製造積體電路的半導體晶圓 反應器，其典型地使用一靜電晶圓支撐托盤或，，夾$ 將該半導體晶圓保持在該反應室中。一埋設在一位 底下的絕緣層内的電極被一 Dc電壓所充電用以靜 該晶圓保持在定位。RF偏壓功率被施加至該晶圓 盤用以電容地將該RF功率耦合至該電漿，使得該 一 RF偏壓功率電極般地作用。該反應室典型地於 體被導入的同時被保持在一次大氣壓下。對於介電 氧化石夕餘刻處理而言，處理氣體典型地為碳氟化合 代烴。該反應室典型地經由該室的地板被抽空且該 該晶圓保持在地板上方，典型地大致是在室地板與 板的中間。因此，該晶圓托盤具有一相對於該室的 直徑的高度。該RF偏壓功率產生器及其阻抗匹配 置於該室地板的底下且該RF功率從在地板上的該 件被輕合並經由該炎頭耦合至該晶圓。典型地，室 地或連接至該 RF偏壓功率產生器的回轉電位 potential)，同時一偏壓功率導體從該RF產生器延 經由該晶圓支撐托盤匹配輸出。典型地，該偏壓功 漿反應 的電漿 | ”用以 於晶圓 電地將 支撐托 托盤如 處理氣 質或二 物或H 炎頭將 室天花 高度及 元件被 匹配元 壁被接 (return 伸出並 率導體 3 200408000 被連接至在該靜電夾頭中的埋設電極，使得RF偏 從該埋設電極被電容地耦合至該晶圓（及因而耦合 漿）。此外，一 D C晶圓夾持電壓被施加至該埋設 用以固持該晶圓。 並非是所有由該RF偏壓阻抗所輸送的功率都 該電漿，因為會有一些與該偏壓功率導體及該反應 妁結構相關的耗損。這些耗損代表對於處理條件有 的缺失因而妨礙了反應器的性能。本案發明人已認 至少是導因為偏壓功率導體的長度及周圍的反應器 件的相應尺寸。（這將於下文的詳細說明中加以描3 而，該偏壓功率導體長度不能被縮短用以改善該問 為托盤高度無法在不損及反應器的性能之下被縮 此，似乎無法解決介於RF偏壓匹配元件與電漿之 率損失問題。 此外，與此結構相關的巨大電感，加上產生名 偏壓電極與地極之間的電容以及介於該RF偏壓導 極之間的雜散電容都會產生諧振，而度有用的頻率 成限制或將電壓及電流特性偏移。例如，產生在非 漿鞘（sheath)中的基礎RF偏壓頻率的諧波會與前 圓支撐托盤1 3 5中的諧振交互作用，改變電漿鞘特4 離子能量分佈）及/或導致功率耗損。 一次要但相關的問題為，該偏壓功率導體會將 頻率的 RF雜訊幅射出去的傾向，在該晶圓支撐托 部必需小心地屏蔽該雜訊用以避免在該反應器中的 壓功率 至該電 的電極 可到達 器周圍 控制上 知到這 結構元 也。）然 題，因 短。因 間的功 :該 RF 體與地 範圍形 線性電 述在晶 t (如， 在基礎 盤的底 儀器使 4 200408000 用的飽和及超出RF曝露的極限。 在此種反應器中的一項嚴重的問題為，處理的性能在 晶圓周邊是非常地差。這會在晶圓周邊產生一環狀的死 區，出無用的產品。在該死區中之極差的產出率係導因於 數種問題，包括導因於非垂直電場的蝕刻輪廓傾斜，很差 的中心至邊緣蝕刻深度均勻性及很窄的處理窗口用來以蝕 刻深度及蝕刻率來平衡光阻選擇性。如果在靠近晶圓周邊 的處理性能能夠被提升的話，該死區的徑向範圍即可被縮 小，導致較高的產率。在晶圓周邊之不佳的處理性能是由 數種因子所產生的： (1) 為了要避免電漿接觸該晶圓支撐托盤並攻擊該晶 圓托盤或從該托盤產生污染，該晶圓邊緣必需伸展超出該 晶圓托盤邊緣，典型地超出約 2mm。此現象加上埋設在靜 電夾頭内的電極無法超出該晶圓支撐托盤的邊緣的事實， 這表示在該晶圓邊緣處電容地耦合至該電漿是極差的，使 得電漿密度及/或電漿鞘電壓在晶圓邊緣處快速地滑落。 在一触刻處理中，在晶圓周邊的蚀刻率比在晶圓中心的蚀 刻率低了許多。這亦會導致蝕刻在靠近晶圓周邊處停止的 一更大的傾向。 (2) 控制靠近該晶圓邊緣處之晶圓溫度是相當困難 的。雖然晶圓冷卻對於在二氧化矽蝕刻處理中之高深寬比 的開口中之氧化物蚀刻與聚合物沉積兩者間的良好平衡是 非常重要的，但此一處理將會在晶圓邊緣處產生不佳的結 果。控制靠近晶圓邊緣處的晶圓溫度是不可能的，因為存 5 200408000 在於晶圓與靜電夾頭的頂面之間的氦冷卻氣體必需被密封 在該晶圓周邊之内用以避免氦氣體漫逸在該反應室中。此 一密封係藉由將在該夾頭頂面中的小的氦氣路徑終止在小 於該晶圓周邊半徑的半徑處來達成的。這會留下一小的環 狀周邊區於讀晶圓上，該環狀區沒有與該氦氣接觸。夾在 該晶圓與該爽頭之間的氦氣用來將熱傳導的量提升一倍以 上。因此’靠近晶圓邊緣處的熱控制相對於該晶圓的其它 部分而τ是非常不佳的，這導致靠近晶圓周邊處之蝕刻性 能成比例地降低。 在過去，靠近晶圓周邊處之此一不佳的處理性能係藉 由改變或導入其它反應室元件來克服。例如，蚀刻率一致 性的問題係藉由提供一多區域氣體給送設備來克服，在該 設備中’處理氣體是以不同的氣體流率被給送至該反應室 中之位在該晶圓上方的處理區的不同徑向區域中。然而， 在晶圓周邊處之不佳的處理控制問題最好是在該問題的原 點（即’在靜電晶圓支撐托盤處）來加以解決的，使得該反 應器的其它元件無需被改變以解決該問題。 除了冷卻晶圓近周邊處有困難之外，在整片晶圓表面 上的晶圓溫度上的不同似乎是無可避免的且會導致在整個 晶圓上的處理性能上會有不一致性。在晶圓溫度上的不同 係導因於很難以一均勻的方式將水或冷卻液散佈在晶圓支 撐托盤内。典型地，目前最均勻的冷媒分佈係藉由將冷媒 流經托盤的一平面層内的埦蜒的路徑來獲得的。該等蜿蜒 的路徑迂迴分佈以達到最佳的面積涵蓋而且很薄用以將間 6 200408000 隙或氣隙減至最小。本案發明人瞭解到溫度的不均勻性係 導因於沿著每一蜿蜒的冷卻氦氣通道的長形路徑上的熱負 載。尤甚者’熱負載會因為通過該薄的惋蜒路徑之受限的 流體流率而加劇。 【發明内容】 一種用來處理一半導體晶圓的電漿反應器，該半導體 晶圓具有小於該反應器的真空室的晶圓直徑，該電漿反應 裔具有一晶圓支撐托盤於該真空室内其由該真空室的地板 向上延伸。該晶圓支撐托盤包括一上層其具有一大致平的 表面用來支撐該晶圓，該上層具有一直徑其等於該晶圓直 徑。在該上層底下有一導電基座其支撐著該上層，該導電 基座具有一至少與該晶圓直徑一樣大的直徑。一射頻（RF) 功率輸出端子位在該真空室的地板底下用來將功率傳輸通 過一位在該晶圓支撐托盤内且與該晶圓支撐托盤的軸線平

行的長形内導體’該長形内導體具有一底端其連接至該RF 功率輸出端子及一頂端其終止於該導電基座處。一與該内 導體同軸的中空圓柱形外導體具有一直徑其小於中空的圓 柱形襯壁的直徑且與該長形内導體相間隔一同軸的間隙。 一導電的上接地（ground)平面環形套圈與該内及外導體大 致同軸且位在一接近該内導體的頂端的平面上，該導電的 上接地平面環形套圈具有一内緣其連接至該中空圓知 吗征形的 .外導體及一外緣其耦合至一地極電位。 一動力的處理套件包括一環形套箍（collar)組仕 7 200408000 繞該上層並徑向延伸超越該上層的直徑。該環形套箍組件 可進一步包含一高電容物質的RF耦合環，其位在該套箍 組件的一部分底下靠近該套箍的内徑處，該高電容環位在 該RF驅動的倒電基座的周邊部分之上，藉以電容地將RF 功率從該導電基座耦合至該真空室中位在該晶圓的周邊部 分上方的區域。該高電容物質可具有一介電常數其約為低 電容物質的介電常數的兩倍。該高電容物質具有一大的介 電常數及低電容物質具有一低介電常數，該高與低介電常 數之間的差異足以補償在靠近晶圓的周邊處之電漿的邊緣 效應。 該倒電基座可包括一具有平行冷媒流通道的冷媒層， 其包括一上冷媒歧管其具有一大致平面的範圍且位在一第 一軸向位置，一下冷媒歧管其具有一相應於該上冷媒體歧 管的平面範圍之大致平面的範圍且位在該上冷媒歧管的軸 向位置底下的一第二軸向位置，一中間壁其將上與下冷媒 歧管分隔開來且界定該下冷媒歧管的天花板及上冷媒歧管 的底板，一第一外部導管其經由底壁連接至下冷媒歧管， 一第二外部導管其通過該底壁且經由該中間壁連接至上冷 媒歧管，多個在該中間壁内的平行通路供冷媒流動於上及 下冷媒歧管之間，及一冷媒幫浦輸出埠其連接至該第一及 第二外部導管中的一個導管的輸出端及一冷媒幫浦回返埠 其連接至該第一及第二外部導管中的另一個導管。 【實施方式】 8 200408000 第1圖顯示一用來處理一半導體晶圓的電漿反應器。 該反應器包括一真空室100其是由圓筒形侧壁105，一天 花板11 〇及一底板11 5所構成。處理氣體注入設備，像是 一頭頂式蓮蓬頭1 2 0，被安裝在靠近該天花板1 1 0處且耦 合至一處理氣體供應器125。一半導體晶圓130被支撐在 該範應器室100内位在一晶圓支撐托盤135的上表面之 上。在該室之内的氣體壓力利用一經由該地板Π 5内的一 通路耦合至該室100的真空幫浦14〇而被保持在次大氣 壓，使得氣體經由一被界定在晶圓支撐托盤1 3 5與側壁1 〇5 之間的抽吸套環1 45而被抽出該室之外。電漿rf偏壓功 率藉由一利用一阻抗匹配元件丨5 5而連接至該晶圓支撐托 盤135的RF功率產生器15〇而被施加在該室内的處理氣 體上。該RF偏壓功率產生器可輸送ι3·56Μί1ζ的rf功 率。該晶圓支撐托盤135因而可作為一偏壓功率電極。天 花板11 〇與側壁1 〇 5之一 之一者或兩者被接地，因此作為一相

部分。

且一頭頂式電感天線或 110上方並連接至另一 線圈（未示出）可被支撐在該天花板110 200408000 RF功率產生器。本發明主要是關於晶圓支樓托盤丨3 5的 結構’其可在具有或不具有所有或任何上述替代例之下被 使用。 低損耗同軸RF偏壓功率饋給： 參照第圖且特別參照第1圖且特別參照第2圖的晶圓 支撐托盤135的放大圖，晶圓5支撐托盤135包括一介電 層或”圓盤”205及一嵌埋的靜電夾頭（ESC)電極210其位 在該介電層205中且靠近該介電層的頂面205 a。該圓盤205 被支撐在一導電ESC基座215上。該ESC基座2丨5躺在 一設備板220上，該設備板具有冷媒通道穿過其中（未示 於第1及2圖中）。設備板220及ESC基座215可由相同 的材質製成，如鋁。如可在第2圖的放大圖中看到的，該 故埋式的ESC電極210無法一路延伸至該介電層或圓盤 205的邊緣，因為其必需被包覆在該介電層内才能夠保持 ESC電何。因此’如果ESC電極210被連接至該偏壓功 率產生器1 5 0，如傳統方式般地作為一 rf偏壓功率施加 器的話，則電場的大小及/或方向會改變且會變成不會與 該晶圓130之位在該ESC電極210的外緣之外的部分相 垂直。這會在晶圓的周邊附近產生死區，如前所述的，在 域中的產率是很差的。此一死區的範圍相當大’因為 晶圓130不只是延伸超越該ESC電極210到達圓盤205 的邊緣，而且還延伸超越該圓盤2 0 5的邊緣，用以懸在該 圓盤的上方用以提供圓盤205更佳的防護來阻絕電漿。為 了要解決此一問題，阻抗匹配元件丨5 5的RF輸出在一實 10 200408000 施例中是不連接至該嵌埋的電極210,而是連接至ESC基 座215的底部，即連接至設備板220。因此，ESC基座215 主導經由整個圓盤205，而不是經由ESC嵌埋的電極210 及圓盤205在該ESC嵌埋的電極210平面上方的部分， 將RF功率電容地耦合至電漿。此特徵的一個主要的優點 為由於ESC基座215延伸遠超過晶圓130的邊緣，所以 可在晶圓邊緣處可提供更佳的電容耦合至該電漿。在本說 明書的以下幾個連續的章節中將會解釋此一優點可如何被 完全地開發。 為了要將RF功率從該阻抗匹配元件1 5 5直接耦合至 設備板2 2 0，一長形的偏壓傳輸線内導體2 3 0會從該阻抗 匹配元件1 5 5在該晶圓支撐托盤1 3 5的底部處之rf功率 輸出延伸至幾乎到達設備板220。該偏壓傳輸線内導體230 可以是圓柱形的且可以是相當厚（如，直徑為0 · 5英忖至 0.75英吋）用以將RF損耗減至最小。該偏壓傳輸線内導 體230的頂端230a是在設備板20的底部表面的水平之下 (如，低約0 · 5至2英吋）。介於該偏壓傳輸線内導體頂端 2 3 0a與設備板220之間的連接是由一偏壓傳輸線内導體 終結器（BULICT)235來提供。該 BTLICT235是由一導電 材質所製成（如，紹）且包括一平面的圓板235a其與該内 導體頂端230a相嚙合，一中空的圓筒23 5b其具有一底緣 與該圓板235a相嚙合，及一環形的上圓板235c其與該圓 筒23 5b相嚙合。該環形的上圓板23 5c與設備板220的底 部表面緊緊接觸。(雖然ESC基座215與設備板220被描 200408000 述為兩個分離的元件，但它們事實上可以被組合成為—單 一零件。）在該中空圓筒235b内的空間容納一導電插頭24〇 其經由設備板220，經由該ESC基座255及經由圓盤2〇5 延伸至位在一絕緣的路徑 2 5 5内的該嵌埋的 E S C電極 210。一包圍著該插頭240的側邊之圓柱形介電鞘260將 該插頭240與導電的設備板220及ESC基座21 5隔絕開 來。如第1圖中所示的，該E S C電極21 0經由位在該中 空的圓筒234b内的RF濾波器扼流圈265而連接至一位 在該室外面的ESC電壓控制器270，其將夾持電壓供給至 該ESC電極210。該扼流圈265提供充足的ESC電極21〇 絕緣與該RF偏壓功率隔開，如果該扼流圈電感在RF偏 壓功率產生器頻率（如13.56MHz)下足以產生一介於約！ 至2 0kOhms的阻抗的話。 該晶圓支撐托盤135被一圓柱形的金屬陰極内襯275 保護而與該室内或抽吸套環内的電漿隔絕開來，該内襯可 輕易地被取出且被更換並延著該托盤丨3 5的絕大部分高度 延伸。該陰極内襯275可以是陽極化的鋁。一永久的圓柱 幵> 導電陰極屏280覆蓋住該陰極内襯275的内表面。在到 目前為止所提到的特徵之下，該陰極屏2 8 0及/或陰極内 概2 7 5可作為一同軸的傳輸線的外導體，而内導體則是該 偏壓傳輸線内導體230。然而，該陰極内襯275及/或該 陰極屏280的大半徑與表面積可代表一非常大的電感負 載’導致在輸送RF偏壓功率至電漿方面有極大的不足。 介於該阻抗匹配元件1 5 5與該E S C基座2 1 5或設備板 12 200408000 200(或ESC電極210，如果該RF連接有達到該平面的話） 之間RF饋給結構典型地表現出電感行為。在介於該内導 體230與陰極屏280(沒有外導體28 5存在）之間的徑向間 隙很大的先前技術設備中，該RF饋給結構會因為rf偏 壓電流路徑，包括其回返路徑内在内，所形成之大的，，面 積迴圈（area l00p)’’（即，饋給結構長度與介於内與外導體 之間的徑向間隙的乘積）而表現出一相當大的電感。（如早 先提及的’該偏壓功率導體長度無法單純地被縮短來解決 此一問題，因為該托盤高度無法既被縮短又不損及該反應 器的性能。）該RF饋給結構之相當高的電感是一項問題 的原因係如下所述：該RF阻抗匹配元件1 5 5典型地具有 被稱為一 ’’L”網絡的電路拓樸結構，雖然以下有關損耗的 討論仍然大體上適用，無論是使用何種阻抗匹配拓樸。一 用來以實數部分小於該RF產生器的5 0毆姆電阻阻抗的 方式將一典型的 50歐姆電阻阻抗RF產生器匹配至一 RC(電阻及電容）電漿負載阻抗的，，L”網絡阻抗匹配具有一 可變的並聯輸入電容器及一電感器與一電容器的串聯組合 (其中一者是可變式的），其連接在該，’L”網絡阻抗匹配ι55 的輸入與輸出之間。該可變的並聯輸入電容器與可變的串 聯電容器或電感器被調諧在一起用以匹配電漿負载阻抗。 但該電漿負載阻抗並不直接連接至該阻抗匹配1 5 5。該晶 圓支撐托盤1 3 5必需被設置在該阻抗匹配丨5 5與該電聚負 載阻抗之間。如早先提及的，該RF饋給結構典型地是電 感式的。又，一絕緣環310是必要的，用以在該ESC基 13 200408000 座215(及/或設備板220)沒有接地（如，RF功率被施加於 其上）的情形中將ESC基座215(及/或設備板220)與地極 分開並電氣地隔絕。此結構具有一電容，其出現在該偏壓 傳輸線内導體230的頂端230a(其被連接至設備板220及/ 或ESC基座 215)與地極之間。一額外的串聯電容會出現 在介於該ESC基座215與晶圓130之間的ESC圓盤205 上。因此，被設置在阻抗匹配1 5 5與晶圓1 3 0 (及電漿）之 間晶的圓支撐托盤1 3 5可被作成一 ’’T”網絡，一電子等效 電路是由一第一串聯輸入電感（該RF饋給結構），一分路 (平行）電容至地極，及一串聯輸出電容（該ESC圓盤205) 所構成。一大的第一串聯輸入電感（該RF饋給結構）的影 響為需要該阻抗匹配155用一互補的大的串聯電容電抗來 補償。這會使得跨越在該匹配電路中之每一串聯元件（電 感器及電容器）及跨越該RF饋給結構的電感的壓降增加。 其亦會升高在該阻抗匹配輸出處相對於地極的電壓（即’ 輸入到該RF饋給結構的輸入電壓）。這會增加前述構件 中之任何不完美的介電材質，亦即該阻抗匹配1 5 5的串聯 電容器，用來安裝匹配構件的任何介電質固定器，介於該 阻抗匹配1 5 5輸出與地極之間的介電質，介於該RF饋給 結構的輪入與地極之間的介電質，的損耗。又’當介於内 導體2 3 〇與室屏2 8 0之間的間隙很大時（外導體2 8 5不存 在）’其它構件必需要存在該空間中，位在由該RF偏壓 電流路徑所形成的，，面積迴圈，，之内。這些構件可包含作為 晶圓升降機構的一部分之不銹鋼伸縮軟管’不錄鋼冷卻氣 14 200408000 體管，或其它物質，像是介電質水管或介電質冷卻氣 通裝置。如果這些物質為不完美的介電質或不完美的 的活，匕們會因為在該”面積迴圈’’内之振盈的rf電 被介電地加熱，或它們會因為振盪的RF磁場（導因 電流或滯後損耗）而被電感地加熱。 為了要解決此問題，一具有相對小的半徑之偏壓 線外導體2 8 5包圍該偏壓傳輸線内導體2 3 〇的大部 度。外導體2 8 5的直徑至少是提供一足夠的間隙於内 導體2 3 0 ’ 2 8 5之間所需直徑的最小值，用以避免在 之間產生電弧。該防止電弧的間隙係隨著該RF功率 器所輸送的RF功率數量而定。在一實施例中，介於 外導體230，285之間的間隙約為〇.25英吋。藉由將 體2 8 5的直徑最小化，沿著傳輸線的電感負載即可被 化。換言之，由於該偏壓傳輸線外導體2 8 5之相對小 徑及表面積的關係，所以電感負載被顯著地減小且經 偏壓傳輸線外導體285輸送的偏壓RF功率的效率可 提南。該偏壓傳輸線外導體2 8 5的頂端及底端都被接 該外導體2 8 5的頂端2 8 5 a係利用一外平面金屬套環 地板290而被接地，該接地板29〇的内緣被連接至該 體的頂端且其外緣被連接至該陰極屏2 8 0。該外導體 的底端係藉由直接連接至該阻抗匹配〗5 5的RF回返 的真實RF地極而被接地，如第1圖所示。典型地， 至内導體2 3 0的内部（或中心）之該阻抗匹配的電源端 連接至外導體285的RF回返端子為同直端子其分別 體饋 導體 場而 於渦 傳輸 分長 及外 它們 產生 内及 外導 最小 的半 由該 隨之 地。 或接 外導 285 端子 連接 子及 與内 15 200408000 及外導體230，285相匹配。該阻抗匹配155的RF回返 端子為地極符號被連接至外導體2 8 5的端子。該阻抗匹配 155的RF電源端子為連接至該内導體230的端子。 因此，外導體285可在介於該阻抗匹配元件155與該 ESC基座215或設備板220(或ESC電極21 0，如果該rF 連接到該平面的話）之間的RF饋給結構的兩端被接地且 介於内導體230與外導體' 285之間的該徑向間隙可以很 小。此一安排可縮小由該RF偏壓電流路徑（包括其回返 路徑在内）所形成的”面積迴圈”的大小。這可實質上降低 該RF饋給結構的電感且不會減損該反應器的性能。如此 形成之低電感傳輸線結構將由RF偏壓功率所產生的振盪 電場及磁場限制在它自己之内且非常有效且表現出低RF 雜訊或RF幅射，使得下接地板2 8 7在必要時可被省略而 不會有明顯的RF幅射洩漏至反應器的其它零件或儀器 上。又，導因於必需存在該晶圓托盤丨3 5内但位在外導體 285的外部之其它構件（如，之前提過的不銹鋼伸縮軟管， 不銹鋼冷卻氣體管，或其它物質，像是介電質水管或介電 質冷卻氣體饋通裝置）的RF加熱的損耗可因為在該傳輪 線結構内之振盪電場及振盪磁場的自我限制性而被實質上 被消除。 應被注意的是，外導體2 8 5的頂端只是間接地經由該 上環形接地板290而連接至位在該阻抗匹配丨5 5的rf回 返端子處的真地電位（true ground potential)，因此並沒有 與其直接相連接。然而，此一間接連接至該真地電位（如， 16 200408000 經由一被接地的室構件）在本文中被稱為耦合至一地極電 位。 為了要包容或屏蔽從該晶圓支撐托盤135内發出的幅 射，一下環形導電接地板2 8 7被提供，其内緣被連接至該 外導體的底部且其外緣被連接至該陰極屏280。 該陰極内襯275係使用最少數量的固定件被連接至該 晶圓支撐托盤135或室155的底部，使得其可如該室的一 消耗品般地被快速地更換。因此，該陰極内襯275不一定 會提供沿著其長度之良好的RF接觸且其並沒有直接連接 至第2圖所示的反應器内的上接地板2 9 0。因此，從該電 漿回返至該RF阻抗匹配元件1 5 5之該偏壓功率（電流）的 回返路徑是由RF電流被耦合跨越該電漿鞘到達接地的天 花板1 1 0及/或側壁1 05並向下到達該室的地板丨丨5並跨 越至該陰極内概2 7 5的底部開始的。該電流然後沿著該陰 極内襯2 7 5的外表面向上流到頂端，然後沿著該陰極内襯 2 7 5的内表面向下到達該陰極屏2 8 〇的底部。該電流然後 沿著該陰極屏280的外表面向上流到上接地板29〇，沿著 外導體2 8 5的内表面向下流至該rf阻抗匹配元件15 5的 接地端子。由以上所述可看出，該陰極屏28〇的一項目的 為提供良好的RF接觸給上接地板290用。 在第2圖所示的實施例中，BTLICT 23 5的中空内部 的直徑夠大，足以容納該插頭24〇及一支撐該插頭24〇的 塑膠支樓件295。該塑膠支撐件295將該導電插頭24〇與 内導體230隔絕開來。該外導體285具有一只有0.25英 17 200408000 吋的内徑，其大於内導體2 3 〇大部分長度的直徑，只由在 外導體285的頂端285a處例外。該頂端285a具有一較大 的直徑用來容納該塑膠支撐件295及該導電插頭24〇。該 塑膠支撐件295可具有一低介電常數及一高崩潰電壓，在 此例子中其是由一適合的塑膠材質製成。 該内導體230的底部23〇b沿伸於該室的地板底下且 將會被容納在一構成該阻抗匹配元件1 5 5的RF輸出之母 連接器中。一鐵氟龍絕緣件3 0 5將該内導體2 3 0與該外導 體隔開來且將該下接電件287與相鄰的導電元件隔絕開 來。 一低電容的絕緣環3 1 〇將該設備板22 0支撐在該上接 地板2 9 0之上並提供它們之間的一個隔離。該絕緣環3 1 0 具有低介電常數，低介電損耗因數，一高崩潰電壓及適當 的真空相容等特性且是由一適當的塑膠所製成，像是聚苯 代乙樓。典型地，該絕緣環3 10具有一約〇 · 7 5至2英对 的厚度。該絕緣環3 1 0的低電容將功率損耗減至最小，該 損耗會因為該ESC基座215與該上接地板290之間的電 容耦合而發生。該絕緣環3 1 0的低電容亦可藉由將對於來 自該阻抗匹配1 5 5的RF電流需求降低而將損耗減至最 小。其原因係如下所述：在該ESC基座21 5(及/或設備板 2 2 0)沒有被接地（如，R F功率被施加於其上）的例子中， 該絕緣環3 1 0對於分離且電氣地隔絕該E S C基座2 1 5 (及/ 或設備板220)與地極（該室屏280與上接地板290)而言是 必需的。先前技術設備使用一塑膠絕緣環其具有小的厚度 18 200408000 (如，0 · 5英吋），較高的介電常數及較高的損耗因數。某 些先前技術設備使用陶瓷其具有更高的介電常數及損耗因 數。在本發明的一實施例中，一厚的（0 · 7 5至2英吋）絕緣 環被使用，其具有低介電常數（<3)及低損耗因子。這可在 數個方面降低損耗。第一方面，該絕緣環本身表現出低介 電損耗，因為該變小的RF電場（導因於較大的厚度），較 低的介電常數及較低的損耗因數。第二方面，該環之變小 的電容可將該阻抗匹配丨5 5必需要提供來驅動一已知電漿 負載阻抗的電流需求降低，因為該絕緣環3 1 0與該電漿負 載阻抗平行。將該阻抗匹配1 5 5必需要提供的電流需求降 低可降低在阻抗匹配元件丨5 5 (絕大部分是在該串聯電感 線圈内）内及在該RF饋給結構内的歐姆（l2R)損耗。 該電感RF饋給結構與絕緣環3 1 0的電容一起形成一 串聯LCR(具一電阻損耗分量的電感及電容電路）電路。此 串聯RLC電路會在一由該電感及電容所決定的諧振頻率 產生譜振。在用來處理1 2英吋直徑的晶圓的典型先前技 術設備中，該RF饋給結構電感約為200奈亨利且該絕緣 環電容約為500微微法拉，產生約16MHz的串連諧振頻 率°在本發明中，該RF愧給結構電感約為50奈亨利且 該絕緣環電容約為200微微法拉，產生約5〇mHz的串連 譜振頻率。如果該RF偏壓頻率為13·56ΜΗζ的話，先前 技術的反應器的性能會因為產生在該非線性電漿鞘内的基 礎RF偏壓頻率與rf饋給結構及絕緣環電容相互作用而 受到減損。如果該RF饋給結構及絕緣環電容的串聯諧振 19 200408000 頻率小於或約等於當許多能量（電壓或電流）存在該電 内時之該RF偏壓頻率的諧頻的話，則該電漿鞠的行 受到該RF饋給結構及絕緣環電容的影響。例如，在 上的離子能量分佈（其在影響蝕刻或沉積特性上是一 要的處理參數）即會被改變。在一使用本發明之典型 理中，許多能量（電壓或電流）會在13·56ΜΗζ的第二 三諧波（如，27.12MHz及40·68ΜΗζ)時存在該電漿勒 在本發明中，該RF饋給結構電感及絕緣環電容具有 5 0MHz的串聯諧振頻率，遠高於13.56MHz的第二及 諧波。該RF饋給結構電感及絕緣環電容因而不會不 影響電漿鞘諧波的行為或在該晶圓的離子能量分佈。 其它的損耗會被該陰極内襯2 7 5減至最小，因為 電陰極内槪275將原本在該晶圓支樓托盤135内的徑 場加以終結，該電場會耦合至該抽吸套環内的電黎。 如前文提及的，該外導體285的小直徑及介於内 導體2 3 0，2 8 5之間之相應的小餘隙可將從該阻抗匹 件1 5 5到陰極基座2 1 5的電流路徑上的電感降至最小 由將此電感最小化，負載的Q亦可被最小化且該譜 率可被提高至該RF偏壓頻率產生器的第三諧波之上 高沿著構成該内及外導體230, 285的同軸傳輸線的 頻率造成該路徑呈現一較高的阻抗給電漿鞘諧波，因 將介於電漿鞘諧波與晶圓支撐托盤1 3 5之間的相互作 小化。這可改善處理性能，因為介於產生在該非線性 鞘内的基礎RF偏壓頻率的諧波之間的相互作用會與 漿鞘 為會 晶圓 很重 的處 及第 内。 一約 第三 利地 該導 向電 及外 配元 。藉 振頻 0升 諧振 此會 用最 電漿 前述 20 200408000 在晶圓支撐托盤1 3 5内的諧振相互作用，因而改變電漿鞘 特性（如’離子能量分佈）及/或導致功率損耗。 小直徑的外導體2 8 5加上低電感的一項優點為，在經 由構成該内及外導體23 0，2 8 5的傳輸線的rf偏壓電流 路從上的損耗會很低。一相關的優點為，如上所述地被構 成之該同軸傳輸線結構將RF場包容在其内，使得只由很 少或甚至沒有RF功率幅射漏到外導體2 8 5的外面。因此， 該結構提供低功率損耗及一非常低雜訊的環境。 一項不一定要有的特徵為，電抗元件32〇可被安裝在 絕緣支樓件295上用以作為内導體230與連接至該ESC 電極210上之導電插頭240之間的連接。電抗元件320的 電抗選擇控制著介於該内導體230上及圓盤205上的RF 電壓之間的比例。這些電抗可被選擇用以達到該RF產生 益1 5 〇的諧波之一高阻抗（即，將電漿鞘與晶圓支撐托盤 135隔離開來）。另一個選擇為將内導體23 0直接連接至 該導電插頭240,而不是連接至ESC基座215，讓該基座 215位在浮動電位上。一進一步的選擇將會是將ESc基 座215接地。然而，目前最佳的實施方式為E S C基座的 RF電位是最大的，因為RF電流是被電容地攜載通過整 個圓盤205 ’而不是通過ESC電極210及圓盤205位在ESC 電極210上方的部分，這讓ES(：基座215能夠將偏壓功 率電容地耦合至位在該晶圓周邊處的電漿的能力強化，其 強化的方式將於本說明書的下一章節中說明。 的處理奎株 21 200408000 第3圖為第2圖中的晶圓支撐托盤135的上角落 大圖。該晶圓1 3 0的邊緣及晶圓1 3 0懸在該圓盤2 0 5 的部分被安頓在一套箍400的肩部上，該套箍是由一 處理机容的材質構成的。對於一二氧化矽蝕刻處理而 此一可與處理相容的材質可以是矽，碳化矽或石英。 鋁蝕刻處理而言，此一可與處理相容的材質可以是氧 或鋁的氮化物。如果該套箍是石英的話，則其介電常 為4。該套箍40 0可具有一軸向厚度，其約為該圓盤 的厚度的三分之一。該套箍400躺在一高電容RF耦 405上其厚度約為圓盤205的厚度的三分之二，使得 400及環405包圍住整個圓盤205。該高電容RF耦合環 可由陶瓷材質製成用以具有一非常高的介電常數， 9。為了要阻擋電漿穿透到ESC基座215，套箍400 晶圓邊緣徑向朝内地延伸且從該環4 0 5的外緣徑向朝 伸。該陶瓷環 4 0 5的介電常數很高（如，典型地大於 於圓盤205的介電常數）使得陶瓷環405可提供從該 基座2 1 5到位在晶圓周邊上方的電漿之RF偏壓功率 電容耦合。k環4 0 5的徑向厚度，該環40 5的軸向厚 其介電常數被加以選擇用以充分地加強將電漿電容地 至晶圓周邊，藉以克服靠近晶圓周邊處處理性能不佳 題。此特徵是由位在環405底下直接用RF偏壓功率 動之ESC基座215來實施，就如上文中參照第2圖 明者。為了要避免損耗在電漿抽吸套環中的電漿中， 形石英間隔件410提供介於該金屬ESC基座215與 的放 上方 可與 言， 對於 化I呂 數約 205 合環 套箍 405 像是 從該 外延 或等 ESC 的南 度及 耦合 的問 來驅 所說 一環 金屬 22 200408000 陰極内襯275之間的徑向位移。該間隔件41〇可由石英製 成且填入到介於該ESC基座215與陰極内襯275之間的 空間。否則此-空間有可能會被空氣填滿，而空氣會被離 子化。為了要避免在晶圓支揮托Μ 135的部件内之内部電 梁的發生’介於相鄰的構件之間的間隙（例如，介於說 基座215 ’間隔件410及陰極内襯275之間的間隙）都比 電漿鞘的厚度要來得小。 因此，該陶瓷環405的高介電當鉍7w

电节數可提供從該ESC 基座2 1 5到位在晶圓周邊上方的電渡 %水又更大的RF功率電 容耦合。靠近晶圓托盤的每單位面積 〇 W的有效電容將會是陶 瓷環的每單位面積的電容（大的電容）及 * > # 奮捕的母早位面積 的電容（小的電容）的串聯組合。藉由士 、 稭φ如此來增強位在晶圓 周邊上方的電場，則在傳統反應器中 命τ的晶圓周邊處所遭遇 到的問題，如導因為非垂直的電場之 琢炙不佳的蝕刻輪廓，不 佳的蝕刻率及深度，在高深寬比孔洞 r有蝕刻停止的傾向 等，都可被解決。 從該E S C基座2 1 5到位在晶圓周

3建上方的電漿之RF 功率的電谷輕合必需被加強的程度可 — 處理可以經驗來決定。這可由數項因’冑被實施的 懸在圓盤205的邊緣上方疊在石夕（或碳化石夕生。例如，晶圓 分被約3至7米爾(mil)的空氣間隙：套環之上的部 有相對低的介電常數（如，1)。這會抑制% ’此空氣間隙具 到位在晶圓130的周邊部分上方 Λ ESC基座21: J黾漿之β P丄、也 耦合。在晶圓周邊處必需被加強的〜 ^;的電各 電各耦合可根據蝕刻痒 23 200408000 的徑向分佈，或蝕刻輪廓的徑向分佈，或其它參數來決定。 一但決定之後，可提供所需要的強化程度之利用該陶瓷環 405的電容耦合可藉由試誤法或藉由分析方法來找出。陶 瓷環405的此一電容耦合可藉由對陶瓷環4〇5的介電常 數’對於陶究環405的軸向厚度及對於陶瓷環4〇5的徑向 厚度的適當選擇來加以控制。該軸向厚度可由第3圖所示 的厚度被大幅地變小。例如，第4圖顯示的例子為該陶免 環4 0 5的軸向厚度已被變小至一個程度，即一銘填充環4 ^ 5 被用來填入到該陶瓷環405的軸向厚度的變小所留下來的 空隙中。 一低電容石英蓋430(介電常數約為4)疊在該石英間 件410及§玄陰極内概275上。該石英間隔件41〇且有一 第一腳431其安頓在該石英間隔件410的外角落411中及 一第二腳432其一邊軸向地延伸於該石英間隔件41〇與套 搖4 0 0之間而另一邊則延伸於該間隔件41 〇與環4 0 5之 間。該第二腳4 3 2的一部分延伸於該套箱4 0 0的外部底下， 使得介於蓋子430與在其底下的構件275，410，215之間 的間隙會蜿蜒用以防止電漿由其間漏出。應被注意的是， 在整個晶圓支撐托盤1 3 5的設計上都依循此方法，使得連 續的空器（或真空）間隙或通路會蜿蜒用以抑止電漿的洩漏 並促進再結合。 綜言之，該陶瓷環4 0 5的軸向及徑向厚度以及其介電 常數都被加以選擇用以在該鋁ESC基座215上的每單位 面積的徑向電容分佈在周邊處比在中心處大並足以補償會 24 200408000 降低處理性能之遺傳的因數。例如’該陶究環4 〇 5所提供 之每單位面積的電容比ESC圓盤205的大用以達到更接 近均勻的徑向餘刻率或#刻輪廓分布。因為ESC基座215 是用偏壓RF功率產生器來驅動，所以其被該石英間隔器 4 1 0將它與接地的陰極内概2 7 5隔開及被該絕緣環3 1 〇將 它與上接地板2 9 0隔開。由該石英間隔件4 1 〇所提供的間 隔足夠大且該石英間隔件4 1 0的介電常數足夠小用以避免 或防止在基座215與内襯275之間的電弧及/或氣體破壞。 由該絕緣環3 1 0所提供的間隔足夠大且該絕緣環3丨〇的介 電常數足夠小用以避免或防止在基座2 1 5與内襯2 7 5之間 /設備板2 2 0與上接地板2 9 0之間的電弧及/或氣體破壞。 該ESC基座215相對於該ESC電極210的RF電位 是由其耦合至該阻抗匹配元件1 55的RF功率输出的方式 所掌控。在一個例子中，其直接連接至該RF功率輸出且 是在最大的RF電位。在另一例子中，不一定必要的電抗 元件被連接在ESC基座215與ESC電極210之間使得該 RF電位被分割於ESC基座215與ESC電極210之間。後 一個例子可降低在該ESC基座215上的RF電位，因而可 降低可從該ESC基座215經由該陶瓷環405耦合至位在 晶圓周邊處的電漿的RF功率量，用以對該電場超越該圓 盤2 0 5的邊緣部分補償。 第5圖顯示該ESC基座215及上基地板290是如何 被固定在一起而不會縮短該上接地板290對該RF驅動的 ESC基座215的接地電位。詳言之，一具有頭部505的金 77i 25 200408000 屬螺絲500被一低介電常數（及低損耗），高崩潰電壓 wo來將其與該陰極屏280及上接地板29〇隔開，該 具有一肩部511其底面514與該螺絲頭5〇5相嚙合 頁面5 1 1 b與陰極屏2 8 0的底面相喃合。該螺絲的頂 被螺紋地咬入設備板220的底部並以壓縮力將該絕 310及上接地板290固定在一起。一可被用來作該套筒 之低損耗南崩潰電壓材質是聚苯代乙樓。 隻i平行路徑冷媒分布煸： 第6圖為第1及2圖的設備板2 2 0的一部分的剖面 第6圖的設備板2 2 0可克服與低流率，低熱負荷及不 的溫度分布的傳統蜿蜒路徑冷媒板相關的問題。低流 問題係由於蜿蜒的冷媒路徑之小的截面積所引起的。 的熱負荷的問題係由於冷媒在通過一長且薄的路徑時 溫所引起的。晶圓之不均勻的溫度分布的問題是由於 兩個問題所引起的。 在第6圖的設備板220中，許多平行的冷媒路徑 供用以解決熱負荷的問題，該等路徑在截面積上並不 地受限制用以解決低流率低的問題。在傳統的冷媒板 所有的冷媒流都是在一與該晶圓1 3 0平行的平面上。 6圖的設備板中，一對冷媒歧管6丨〇，62 〇被提供且 流發生在介於歧管610，620之間的軸向上的多個通道 中。在介於歧管610，620之間的軸向上的多通道冷 構成平行路徑冷媒流。此平行路徑流解決了傳統技術 聯式流路的熱負荷的問題。又，此多通道所提供的總 套筒 套筒 且其 端係 緣環 510 圖。 均勻 率的 冷媒 被加 上述 被提 非常 中， 在第 冷媒 630 媒流 中串 截面 26 200408000 積比傳統的_聯式流路多好幾倍，這又可以解決低流率的 問題。 現參照第6圖，上冷媒歧管6 1 0是由一中間壁6 4 0與 一上壁650所界定。頂壁650之面向下的一面具有許多方 形的孔6 5 5用以將外露的表面積最大化。該等小的方形孔 6 5 5約1 mm深且約1 mm的行橫向範圍。在第6圖的實施 例中的孔 6 5 5被安排成周期陣列用以形成一”雞蛋餅 (waffle)”圖案。該等複數個冷媒通道63 0被形成在中間壁 640中。該下冷媒歧管620是由該中間壁640與一地板660 所界定。一冷媒輸入導管670延伸出過該地板660且穿過 該中間壁640並開口進入到該上冷媒歧管6 1 0中。冷凍的 冷媒被注入到輸入導管670中並充滿該上歧管610。其藉 由向下流經在中間板640内的許多平行的通道63 0並充滿 該下歧管620來將熱帶離開該頂壁650。冷媒經由輸出導 管680而從下歧管620處被引出。輸入及輸出導管670， 6 8 0向下延伸穿過晶圓支撐托盤1 3 5的地板，如第2圖所 示。因為輸入及輸出導管670，680延伸於轴方向上，所 以它們可以有大的截面積，用以提供高流體流率。介於兩 個歧管670，680之間的流體流的此一有效的截面積為所 有平行通道630的截面積的總合，使得對於一額定抽吸壓 力的最大流率而言，流體流通過一大的有效截面積可產生 一顯著的優點。其結果為，可產生在整片晶圓丨3 〇上有一 非常均勻的溫度分布，以及極佳的處理結果。 第7圖為第ό圖的設備板220的一分解立體圖。該圖 27 200408000 顯示設備板2 2 0内容納了許多的導管，即導管6 9 0，6 9 1， 692, 693供其它可能會通過該ESC基座215的設備之用， 該等設備包括一用於晶圓-圓盤界面之氦氣供應器，一 E S C 夾頭電壓導體及偏壓功率傳輸線内導體230。 雖然本發明已參照一包括了該RF功率產生器1 5 0的 RF功率來源來加以描述，但任何包括了至少一 RF產生 器的適當的 RF功率來源都可被使用。因此，RF功率來 源一詞在本文中係指包括至少一 RF產生器的設備且可能 是在該RF產生器的輸出處的一 ·阻抗匹配。 雖然本發明已參照較佳實施例加以詳細說明，但應被 暸解的是，其它的變化及修改可在偏離本發明的精神與範 圍下被達成。 【圖式簡單說明】 第1圖為加入了本發明的各項特徵之電漿反應器的減 化圖。 第2圖為第1圖的反應器的晶圓支撐托盤的放大圖。 第3圖為第二圖之晶圓支撐托盤的一部分的放大圖。 第4圖為依據另一實施例之相應於第2圖的晶圓支撐 托盤的第3圖的部分的放大圖。 第5圖為第3圖所示部分之放大圖，其顯示一固定器 組件。 第6圖為第2圖的晶圓支撐托盤的ESC座的冷媒板 的剖面圖。 28 200408000 第7圖為第6圖的冷媒板的分解立體圖。 【元件代表符號簡單說明】 100 真空室 105 側壁 110 天花板 120 蓮蓬頭 125 氣體供應器 130 晶圓 135 托盤 140 真空幫浦 145 抽吸套環 150 RF功率產生器 155 阻抗匹配元件 205 介電層 205a 介電層的頂面 210 嵌埋的靜電夬启 215 ESC基座 220 設備板 230 偏壓傳輸導體 230a 頂端 235 偏壓終結BTLICT 23 5a 平面圓板 23 5b 中空圓筒 23 5c 上圓板 240 導電插頭 255 絕緣的路徑 260 鞘 265 RF濾波器扼流 270 E S C電壓控制器 275 陰極内襯 275a 陰極内襯的底部 280 陰極屏 285 偏壓内襯外導體 285a 頂端 287 下接地板 290 上接地板 295 塑膠支撐件 305 鐵氟龍絕緣件 310 絕緣環 320 電抗元件 400 套箍 405 RF耦合環 410 環形石英間隔件 415 填充環 29 200408000 430 石 英 蓋 43 1 第 一 腳 432 第 二 腳 500 金 屬 螺 絲 505 螺 絲 頭 510 套 筒 5 11 套 筒 肩 部 610 上 冷 媒 歧管 620 下 冷 媒 歧 管 630 冷 媒 通 道 640 中 間 壁 650 頂 壁 655 小 的 方 形 孔洞 660 地 板 670 輸 入 導 管 680 ¥m 出 導 管 30

Claims (1)

1. 200408000 拾、申請事《範圍 1 . 一種設在一真空室中的晶圓支撐托盤，該晶圓支撐托 盤從該真空室的地板向上延伸，該真空室係設在一用 來處理一具有晶圓直徑之半導體晶圓的電漿反應器 内，該半導體晶圓係位在該真空室内，該晶圓支撐托 盤至少包含： 一頂層，其具有一大致平面的表面用來支撐該晶圓， 該頂層具有與該晶圓直徑同等級的直徑； 一導電基座，其位在該頂層底下並支撐該頂層，該 導電基座具有一至少與該晶圓直徑一般大的直徑； RF功率輸出及回返端子，其位在該真空室的地板底 下及一 RF功率源其連接橫跨該輸出及回返端子； 一長形的内導體，其與該導電基座的一軸線大致平 行，該長形内導體具有一連接至該RF功率輸出端子 的底端及一頂端其終止於（a)該導電基座及（b)該頂層兩 者中的一者處； 一中空的圓柱形外導體，其與該内導體同軸，該中 空的圓柱形外導體與該長形的内導體被一同軸的間隙 隔開來，且具有一連接至該RF功率回返端子的底端； 一導電上接地板套環，其與該内及外導體同軸且位 在一靠近該内導體的頂端的平面上，該導電上接地套 環具有一内邊緣其連接至該中空圓柱形外導體的上端 及一外邊緣其搞合至一地極電位。 31 200408000 2.如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含一低電容及高崩潰電壓材質製成的絕緣環，其位在 該導電基座與該上接地板之間。 3 .如申請專利範圍第2項所述之晶圓支撐托盤，其中該 絕緣環可在該導電基座與該上接地板之間提供充分的 軸向分離及足夠的低電容，用以將它們之間的 RF耦 合減至最小並避免它們之間產生電弧。 4. 如申請專利範圍第1或2項所述之晶圓支撐托盤，其 中該同軸間隙是該長形内導體的直徑的一部分。 5. 如申請專利範圍第1或2項所述之晶圓支撐托盤，其 中該同軸間隙閥值係低於會在該間隙中產生電弧之閥 值。 6. 如申請專利範圍第1或2項所述之晶圓支撐托盤，其 中該長形内導體具有一介於0.5英吋與0.75英吋之間 的直徑且該同軸間隙的大小約為0.2 5英吋。 7. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 32 200408000 一導電的下接地板套環，其與該内及外導體同軸且 位在一靠近該内導體的底端的平面上，該導電上接地 套環具有一内邊緣其連接至該中空圓柱形外導體及一 外邊緣其槁合至一地極電位。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一環形套箍組件，其包圍該頂層並徑向延伸超過該 頂層的直徑；及 一中空圓柱形襯壁，其由該環形套箍組件的圓周邊 緣向下延伸至接近該晶圓支撐托盤的底部。 9.如申請專利範圍第8項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含一低電容間隔環，其被徑向地置於該導電基座與該 襯壁之間，該低電容間隔環可在該導電基座與該襯壁 之間提供足夠的徑向間隔以及夠低的電容用以將它們 之間的RF耦合減至最低並避免它們之間產生電弧。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一陰極屏，其是圓柱形、中空且導電，該陰極屏與 該陰極襯壁的一内表面相鄰，該陰極屏被連接至一 RF 地極電位； 33 200408000 該上接地板的外緣藉由連接至該陰極屏而被耦合至 一地極電位。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其中該 頂層是絕緣的，該反應器更包括： 一薄的平面導電靜電夾頭電極，其被包覆在該頂層 的内部； 一導電夾頭電極，其連接至該靜電夾頭電極從該靜 電夾頭電極向下延伸穿過該頂面並穿過該導電基座並 具有一導體端位在該導電基座的底下。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一反應性元件組件，其連接在該長形内導體與該導 電夾頭電極連接器之間。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓支撐托盤，其中該 反應性元件組件被支撐在該絕緣支撐件上。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓支撐托盤，其中該 反應性元件組件在該RF功率產生器的頻率下可提供 一低的阻抗，藉以降低該導電基座與靜電夾頭電極的 RF電位之間的差異。 34 200408000 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓支撐托盤 反應性元件組件在該 RF功率產生器的頻率 一高的阻抗，藉以提高該導電基座與靜電夾 RF電位之間的差異。 1 6.如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤 中空外導體的直徑係小到足以在該 RF功率 頻率的一或多個諧波提供一高阻抗，藉以隔 諧波。 1 7.如申請專利範圍第1 1項所述之晶圓支撐托盤 長形内導體的頂端係終止於該導電基座的底 氣連接至該處，藉此讓該導電基座成為是RF 1 8.如申請專利範圍第1 1項所述之晶圓支撐托盤 長形内導體的頂端係終止於該等層内且電氣 靜電夾頭電極。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之晶圓支撐托盤 導電基座具有一 RF電位，其為（a)浮動電位 電位兩者中的一者。 ，其中該 下可提供 頭電極的 ，其中該 產生器的 離電漿鞘 ，其中該 面處且電 驅動的。 ，其中該 連接至該 ，其中該 及（b)地極 35 200408000 20·如申請專利範圍第1 7項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一環形套箍組件，其包圍該頂層並徑向延伸超越該 頂層的直徑，其中該套箍組件包含一低電容材質；及 一 RF耦合環，其包含一高電容材質位在該套箍組 件的一部分底下，該高電容環位在該 RF驅動的導電 基座的至少一周邊部分上方，藉以電容地將 RF功率 從該導電基座耦合至該真空室位在該晶圓的周邊部分 上方的一個區域上。 2 1 .如申請專利範圍第20項所述之晶圓支撐托盤，其中該 電容材質具有一介電常數，其為該低電容材質的介電 常數的兩倍。 22.如申請專利範圍第2 1項所述之晶圓支撐托盤，其中該 電容材質具有一約為9的介電常數，且該低電容材質 具有一約為4的介電常數。 2 3 ·如申請專利範圍第2 0項所述之晶圓支撐托盤，其中該 高電容材質具有一高的介電常數且該低電容材質具有 一低的介電常數，該高與低介電常數之間的差異足以 補償靠近該晶圓周邊處電漿的邊緣效應。 36 200408000 2 4.如申請專利範圍第23項所述之晶圓支撐托盤，其中該 差異足以在晶圓表面上提供一更為均勻的蝕刻率徑向 分布。 2 5.如申請專利範圍第20項所述之晶圓支撐托盤，其中該 套箍組件更包含： 一内套環，其與該晶圓的邊緣相鄰且包含一可與製 程相容的材質； 一外套環，其包圍該内套環並包含一低電容絕緣材 質。 26·如申請專利範圍第25項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一中空圓柱形襯壁，其從該環形套箍組件之至少靠 近該晶圓支撐托盤的底部圓周邊緣向下延伸，其中該 套箍的外套環與該襯壁的頂緣重疊。 2 7.如申請專利範圍第20項所述之晶圓支撐托盤，其中該 頂層的直徑小於該晶圓的直徑，藉以讓該晶圓外懸於 該頂層上，該套箍組件的一部分位在該晶圓外懸在該 頂層之上的部分底下，一真空間隙將套箍組件的該部 分與該晶圓分隔開，藉此使橫跨該晶圓圓周部分的電 容耦合現象可被該真空間隙所阻止。 37 200408000 2 8.如申請專利範圍第2 7項所述之晶圓支撐托盤，其中介 於該高與低介電常數之間的差異係足以補償被該真空 間隙所阻止之橫跨該晶圓圓周部分的電容耦合。 29.如申請專利範圍第20項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含一導電環，其位在該RF搞合環底下，藉此該RF搞 合具有一軸向厚度，其小於該導電基座的軸向厚度。 3 0.如申請專利範圍第1項所述之晶圓支撐托盤，其中該 導電基座包含： 一上冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍且位在一 第一轴向位置； 一下冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍其相應於 該上冷媒歧管的平面範圍且位在一第二軸向位置，該 位置是在該上冷媒歧管的第一軸向位置底下； 一中間壁，其將該上與下冷媒歧管分隔開來且界定 該下冷媒歧管的天花板及該上冷媒歧管的地板； 一頂壁，其位在該中間壁之上且界定該上冷媒歧管 的天花板； 一底壁，其位在該中間壁的底下且界定該細冷媒歧 管的地板； 一第一外導管，其穿過該底壁被連接至該下冷媒歧 38 200408000 管； 一第二外導管，其穿過該底壁並穿過該中間壁連接 至該上冷媒歧管； 複數個在該中間壁内的平行通道供冷媒流動於該上 及下冷媒歧管之間；及

   一冷幫浦輸出埠，其連接至第一及第二外導管之一 者的一輸出端及一冷媒幫浦回返埠其連接至第一及第 二外導管另一者。 3 1 .如申請專利範圍第3 0項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含該頂壁底部表面上的複數個孔洞，用以增加與在上 冷媒歧管内的冷媒接觸的表面積。 3 2.如申請專利範圍第3 0項所述之晶圓支撐托盤，其中該 等孔洞包含一方形孔洞的周期陣列。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項所述之晶圓支撐托盤，其中每 一方形孔洞都具有1毫米的深度及1毫米的橫向範圍。 3 4 _如申請專利範圍第2項所述之晶圓支撐托盤，其中該 低電容的絕緣環及内與外導體可提供一足夠低的電 感，用以防止一高阻抗路徑用以接地至電漿鞘諧波。 39 200408000 3 5 .如申請專利範圍第2項所述之晶圓支撐托盤，其中： 該RF功率源具有一功率來源頻率； 該絕緣環具有夠低的電容且該内與外導體可提供一 夠低的電感，用以至少在該功率來源頻率之上的一諧 振頻率形成一諧振。 3 6.如申請專利範圍第3 5項所述之晶圓支撐托盤，其中該 諧振頻率是在該功率來源頻率的第二諧波之上。 3 7.如申請專利範圍第3 5項所述之晶圓支撐托盤，其中該 諧振頻率是在該功率來源頻率的第三諧波之上。 3 8.如申請專利範圍第3 5項所述之晶圓支撐托盤，其中該 諧振頻率是在該功率來源頻率的第四諧波之上。 3 9. —種設在一真空室中的晶圓支撐托盤，該晶圓支撐托 盤從該真空室的地板向上延伸，該真空室係設在一用 來處理一具有晶圓直徑之半導體晶圓的電漿反應器 内，該半導體晶圓係位在該真空室内，該晶圓支撐托 盤至少包含： 一頂層，其具有一大致平面的表面用來支撐該晶圓， 該頂層具有一小於該晶圓直徑的直徑； 一導電基座，其位在該頂層底下並支撐該頂層，該 40 200408000 導電基座具有一超過該晶圓半徑的半徑； 一環形套箍組件，其包圍該頂層並徑向延伸超過該 頂層的直徑； 一 RF功率輸出端子，其位在該真空室的地板底下； 一 RF偏壓導體，其將至該RF功率輸出端子連接至 該導電基座，藉此讓該導電基座是被RF驅動的； 一 RF耦合環，其包含一高電容材質位在該套箍組 件的一部分底下，該高電容環位在該 RF驅動的導電 基座的至少一周邊部分上方，藉以電容地將 RF功率 從該導電基座耦合至該真空室位在該晶圓的周邊部分 上方的一個區域上。 4 0.如申請專利範圍第39項所述之晶圓支撐托盤，其中該 套箍組件包含一低電容材質。 4 1 .如申請專利範圍第40項所述之晶圓支撐托盤，其中該 高電容材質具有一介電常數其為該低電容材質的介電 常數的兩倍。 42 ·如申請專利範圍第4 1項所述之晶圓支撐托盤，其中該 高電容材質具有一約為 9的介電常數，及為該低電容 材質具有一約為4的介電常數。 41 200408000 43 .如申請專利範圍第40項所述之晶圓支撐托盤，其中該 高電容材質具有一高的介電常數及該低電容材質具有 一低的介電常數，該高與低介電常數之間的差異足以 補償靠近該晶圓的周邊處之電漿的邊緣效應。 44.如申請專利範圍第43項所述之晶圓支撐托盤，其中該 差異足以在晶圓表面上提供一更為均勻的蚀刻率徑向 分布。 4 5 .如申請專利範圍第3 9項所述之晶圓支撐托盤，其中該 套箍組件更包含： 一内套環與該晶圓的邊緣相鄰且包含一可與製程相 容的材質； 一外套環其包圍該内套環並包含一低電容絕緣材 質。 4 6.如申請專利範圍第4 5項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一中空圓柱形襯壁，其從該環形套箍組件之至少靠 近該晶圓支撐托盤的底部的圓周邊緣向下延伸； 其中該套箍的外套環與該襯壁的頂緣重疊。 4 7.如申請專利範圍第39項所述之晶圓支撐托盤，其更包 42 200408000 含： 一中空圓柱形襯壁，其由該環形套箍組件的周緣向 下延伸至接近該晶圓支撐托盤的底部； 一低電容間隔環，其被徑向地置於該導電基座與該 襯壁之間，該低電容間隔環可在該導電基座與該襯壁 之間提供足夠的徑向間隔以及夠低的電容，用以將它 們之間的RF耦合減至最低並避免它們之間產生電弧。 48. 如申請專利範圍第3 9項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一中空圓柱形導電襯壁，其由該環形套箍組件的圓 周邊緣向下延伸至接近該晶圓支撐托盤的底部。 49. 如申請專利範圍第39項所述之晶圓支撐托盤，其中該 晶圓外懸於該頂層上，該套箍組件的一部分位在該晶 圓外懸在該頂層之上的部分底下，一真空間隙將套箍 組件的該部分與該晶圓分隔開，藉此橫跨該晶圓的圓 周部分的電容地耦合被該真空間隙所阻止。 5 0.如申請專利範圍第49項所述之晶圓支撐托盤，其中介 於該高與低介電常數之間的差異係足以補償被該真空 間隙所阻止之橫跨該晶圓的圓周部分的電容地耦合。 43 200408000 5 1 .如申請專利範圍第3 9項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含一導電環，其位在該RF耦合環底下，藉此該RF耦 合具有一軸向厚度其小於該導電基座的軸向厚度。 5 2.如申請專利範圍第39項所述之晶圓支撐托盤，其中該 導電基座包含： 一上冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍且位在一 第一抽向位置； 一下冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍其相應於 該上冷媒歧管的平面範圍且位在一第二軸向位置，該 位置是在該上冷媒歧管的第一軸向位置底下； 一中間壁，其將該上與下冷媒歧管分隔開來且界定 該下冷媒歧管的天花板及該上冷媒歧管的地板； 一頂壁，其位在該中間壁之上且界定該上冷媒歧管 的天花板； 一底壁，其位在該中間壁的底下且界定該細冷媒歧 管的地板； 一第一外導管，其穿過該底壁被連接至該下冷媒歧 管； 一第二外導管，其穿過該底壁並穿過該中間壁連接 至該上冷媒歧管； 複數個在該中間壁内的平行通道供冷媒流動於該上 及下冷媒歧管之間；及 44 200408000 一冷幫浦輸出埠，其連接至第一及第二外導管之一 者的一輸出端及一冷媒幫浦回返埠其連接至第一及第 二外導管另一者。 5 3 .如申請專利範圍第5 2項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含該頂壁底部表面上的複數個孔洞，用以增加與在上 冷媒歧管内的冷媒接觸的表面積。 5 4.如申請專利範圍第50項所述之晶圓支撐托盤，其中該 等孔洞包含一方形孔洞的周期陣列。 5 5 ·如申請專利範圍第54項所述之晶圓支撐托盤，其中每 一方形孔洞都具有1毫米的深度及1毫米的橫向範圍。 5 6.如申請專利範圍第3 9項所述之晶圓支撐托盤，其中該 頂層是絕緣的，該反應器更包括： 一同軸RF饋給，其向上延伸穿過該晶圓支撐托盤 並具有同軸的内及外導體； 一薄的平面導電靜電夾頭電極，其被包覆在該頂層 的内部； 一導電夾頭電極，其連接至該靜電夾頭電極從該靜 電夾頭電極向下延伸穿過該頂面並穿過該導電基座並 具有一導體端位在該導電基座的底下。 45 200408000 57.如申請專利範圍第56項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一内導體終止件導體，其包圍該夾頭電極連接器的 連接器端並與其相間隔開，該中空的圓柱形終止件導 體具有一下端其連接至該内導體的頂端及一上端其連 接至該導電基座；及 一絕緣支撐件，其位在該中空的圓柱形終止件導體 内並固定該夾頭電極連接器的連接器端。 5 8 ·如申請專利範圍第5 6項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含： 一反應性元件組件，其連接在該長形内導體與該導 電夾頭電極連接器之間。 5 9.如申請專利範圍第5 8項所述之晶圓支撐托盤，其中該 反應性元件組件被支撐在該絕緣支撐件上。 60.如申請專利範圍第58項所述之晶圓支撐托盤，其中該 反應性元件組件在該 RF功率產生器的頻率下可提供 一低的阻抗，藉以降低該導電基座與靜電夾頭電極的 RF電位之間的差異。 46 200408000 6 1 ·如申請專利範圍第5 8項所述之晶圓支撐托盤， 反應性元件組件在該 RF功率產生器的頻率下 一高的阻抗，藉以提高該導電基座與靜電夾頭 RF電位之間的差異。 62. —種設在一真空室中的晶圓支撐托盤，該晶圓 盤從該真空室的地板向上延伸，該真空室係設 來處理一具有晶圓直徑之半導體晶圓的電漿 内，該半導體晶圓係位在該真空室内，該晶圓 盤至少包含： 一上冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍且 第一抽向位置； 一下冷媒歧管，其具有一大致平面的範圍其 該上冷媒歧管的平面範圍且位在一第二軸向位 位置是在該上冷媒歧管的第一軸向位置底下； 一中間壁，其將該上與下冷媒歧管分隔開來 該下冷媒歧管的天花板及該上冷媒歧管的地板 一頂壁，其位在該中間壁之上且界定該上冷 的天花板； 一底壁，其位在該中間壁的底下且界定該細 管的地板； 一第一外導管，其穿過該底壁被連接至該下 管； 其中該 可提供 電極的 支撐托 在一用 反應器 支撐托 位在一 相應於 置，該 且界定 ， 媒歧管 冷媒歧 冷媒歧 47 200408000 一第二外導管，其穿過該底壁並穿過該中間壁連接 至該上冷媒歧管； 複數個在該中間壁内的平行通道供冷媒流動於該上 及下冷媒歧管之間；及 一冷幫浦輸出埠，其連接至第一及第二外導管之一 者的一輸出端及一冷媒幫浦回返埠其連接至第一及第 二外導管另一者。 63 .如申請專利範圍第62項所述之晶圓支撐托盤，其更包 含該頂壁的底部表面上的複數個孔洞，用以增加與在 上冷媒歧管内的冷媒接觸的表面積。 64.如申請專利範圍第62項所述之晶圓支撐托盤，其中該 等孔洞包含一方形孔洞的周期陣列。 ’ 6 5 .如申請專利範圍第64項所述之晶圓支撐托盤，其中每 一方形孔洞都具有1毫米的深度及1毫米的橫向範圍。 48