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TWI840327B - 射頻匹配電路控制系統及阻抗匹配的方法 - Google Patents

射頻匹配電路控制系統及阻抗匹配的方法 Download PDF

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TWI840327B
TWI840327B TW107112050A TW107112050A TWI840327B TW I840327 B TWI840327 B TW I840327B TW 107112050 A TW107112050 A TW 107112050A TW 107112050 A TW107112050 A TW 107112050A TW I840327 B TWI840327 B TW I840327B
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Taiwan
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capacitor
matching circuit
impedance
input signal
load
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TW107112050A
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TW201903821A (zh
Inventor
王雨后
亞瑟 Ｈ 佐藤
垠 吳
亞歷山大 米勒 派特森
Original Assignee
美商蘭姆研究公司
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    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
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Abstract

一種射頻(RF)匹配電路控制系統包含一RF匹配電路，其包含複數可調元件。該RF匹配電路係配置以自RF產生器接收輸入信號，其中該輸入信號包含至少兩脈波位準；基於該輸入信號而將輸出信號提供至一負載；並且將與該輸入信號相關的阻抗和該負載之阻抗作匹配。一控制器係配置以針對該輸入信號的該至少兩脈波位準而判定該負載的各別阻抗、並且調整該複數可調元件的操作參數，以使該RF匹配電路的頻率調諧範圍與針對該至少兩脈波位準的該負載的該各別阻抗一致，俾將與該輸入信號相關的阻抗和該各別阻抗作匹配。

Description

射頻匹配電路控制系統及阻抗匹配的方法
本揭露書係關於基板處理系統中的脈衝電漿操作。
[相關申請案的交互參照]
本申請案主張2017年4月7日提交的美國臨時專利申請案第62/482,859號的權益。在此以參照的方法將上述申請案之全文引入。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統可用以執行基板(例如，半導體晶圓)之蝕刻、沉積、及/或其他處理。可在基板上執行之範例處理包含(但不限於)電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)處理、化學輔助電漿氣相沉積(CEPVD)處理、離子植入處理、及/或其它蝕刻、沉積、及清洗處理。可將基板配置於基板處理系統之處理腔室中的一基板支座(例如台座、靜電夾盤(ESC)等)上。例如，在PECVD處理 中的蝕刻期間，將包含一或更多前驅物的氣體混合物導入處理腔室中，並激發電漿以蝕刻基板。
一種射頻(RF)匹配電路控制系統包含一RF匹配電路，其包含複數可調元件。該RF匹配電路係配置以自RF產生器接收輸入信號，其中該輸入信號包含至少兩脈波位準；基於該輸入信號而將輸出信號提供至一負載；並且將與該輸入信號相關的阻抗和該負載之阻抗作匹配。一控制器係配置以針對該輸入信號的該至少兩脈波位準而判定該負載的各別阻抗、並且調整該複數可調元件的操作參數，以使該RF匹配電路的頻率調諧範圍與針對該至少兩脈波位準的該負載的該各別阻抗一致，俾將與該輸入信號相關的阻抗和該各別阻抗作匹配。
在其它特徵中，該等操作參數包含第一操作參數，其對應於下列中至少一者：該RF匹配電路的第一電容器之第一電容及第二電容器之第二電容；以及第二操作參數，其對應於第三電容器之第三電容。該第一電容器對應於並聯電容器，該並聯電容器係連接於該輸入信號與接地之間。該第二電容器對應於串聯電容器，該串聯電容器係連接於該輸入信號與該負載之間。該第三電容器係連接於下列各者之間：(i)連接至該負載的該第二電容器之端點、以及(ii)接地。該等操作參數更包含第三操作參數，該第三操作參數係對應於電感器的電感數值。該電感器係與該第三電容器並聯連接。
在其它特徵中，調整該第一操作參數以平移方向移動該頻率調諧範圍。調整該第二操作參數以旋轉方向移動該頻率調諧範圍。為了調整該第 一操作參數，該控制器係配置以判定該第一電容及該第二電容之各別數值以使反射功率減小，該反射功率係與針對該至少兩脈波位準之第一脈波位準的該負載的該阻抗相關；並且基於所判定的該等各別數值而調整該第一電容器及該第二電容器其中至少一者。為了調整該第二操作參數，該控制器係配置以判定該第三電容之數值以使反射功率減小，該反射功率係與針對該至少兩脈波位準之第二脈波位準的該負載的該阻抗相關；並且調整該第三電容器至該第三電容之所判定數值。
在其它特徵中，一種基板處理系統包含RF匹配電路。該負載對應於基板處理腔室內的電極、感應線圈結構、及電漿其中至少一者。
一種用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法包含：使用包含複數可調元件的RF匹配電路；自RF產生器接收包含至少兩脈波位準的輸入信號；基於該輸入信號而將輸出信號提供至一負載；並且將與該輸入信號相關的阻抗和該負載之阻抗作匹配。該方法更包含針對該輸入信號的該至少兩脈波位準而判定該負載的各別阻抗；以及調整該複數可調元件的操作參數，以使該RF匹配電路的頻率調諧範圍與針對該至少兩脈波位準的該負載的該各別阻抗一致，俾將與該輸入信號相關的阻抗和該各別阻抗作匹配。
在其它特徵中，該等操作參數包含第一操作參數，其對應於下列中至少一者：該RF匹配電路的第一電容器之第一電容及第二電容器之第二電容；以及第二操作參數，其對應於第三電容器之第三電容。該第一電容器對應於並聯電容器，該並聯電容器係連接於該輸入信號與接地之間。該第二電容器對應於串聯電容器，該串聯電容器係連接於該輸入信號與該負載之間。該第三電容器係連接於下列各者之間：連接至該負載的該第二電容器之端點以及接 地。將電感器與該第三電容器並聯連接。調整該第一操作參數以平移方向移動該頻率調諧範圍。調整該第二操作參數以旋轉方向移動該頻率調諧範圍。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
10:基板處理系統
12:RF來源
13:變壓器耦合式電容調諧(TCCT)電路
14:匹配網路
15:功率分配器
16:感應線圈結構
20:氣體空間
24:介電窗
28:腔室
32:基板支座
34:基板
40:電漿
50:RF來源
51:RF來源
52:偏壓匹配電路
54:系統控制器
55:溫度控制器
56:氣體傳送系統
57:處理氣體源
58:計量系統
59:歧管
60:氣體傳送系統
61:閥
62:氣體
64:加熱器
65:排放系統
66:閥
67:泵浦
74:感測器
100:基板處理系統
102:處理腔室
104:上電極
106:基板支座
108:基板
109:噴淋頭
110:底板
111:桿部
112:加熱板
114:熱阻層
116:通道
11a:RF產生系統
11b:RF產生系統
120:RF產生系統
122:RF產生器
123:電漿RF產生器
124:匹配及配送網路
125:偏壓RF產生器
127:電漿RF匹配網路
129:偏壓匹配網路
130:氣體傳送系統
132-1:氣體源
132-2:氣體源
132-N:氣體源
134-1:閥
134-N:閥
136-1:質量流量控制器
136-N:質量流量控制器
140:歧管
142:溫度控制器
144:熱控制元件(TCEs)
146:冷卻劑組件
156:閥
158:泵浦
160:系統控制器
170:機械臂
172:負載閘
200:匹配電路
204:第一脈波位準
208:第二脈波位準
212:阻抗
216:阻抗
220:可調阻抗範圍
224:阻抗
228:阻抗
232:阻抗
236:可調阻抗範圍
240:可調阻抗範圍
244:可調阻抗範圍
300:匹配電路
304:輔助匹配電路
308:第一脈波位準
312:第二脈波位準
316:可調阻抗範圍
500:RF匹配電路控制系統
504:RF匹配網路
508:RF產生器
512:噴淋頭、電漿、ESC
516:控制器
520:匹配電路元件
524:負載感測器
528:圖示
532:圖示
536:圖示區域
540:圖示
544:高脈波週期
548:低脈波週期
552:圖示區域
556:圖示區域
600:方法
604:操作
608:操作
612:操作
616:操作
620:操作
624:操作
628:操作
632:操作
636:操作
640:操作
C1:電容器
C3:電容器
C4:電容器
L1:電感器
S1:第一脈波位準
S2:第二脈波位準
freq1:第一頻率
freq2:第二頻率
本揭露內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：依據本揭露內容之原理，圖1為合併溫度控制器的基板處理系統之範例的功能方塊圖；依據本揭露內容之原理，圖2為合併溫度控制器的另一基板處理系統之範例的功能方塊圖；圖3A顯示範例匹配電路；圖3B針對不同脈波位準而顯示圖3A之匹配電路的範例調諧範圍；圖3C針對不同阻抗而顯示圖3A之匹配電路的範例頻率調諧範圍；圖3D針對圖3A之匹配電路的不同電容而顯示範例頻率調諧範圍；依據本揭露內容之原理，圖4A顯示第一範例匹配電路；依據本揭露內容之原理，圖4B顯示第二範例匹配電路； 圖4C針對不同脈波位準而顯示圖4A及4B之匹配電路的範例調諧範圍；依據本揭露內容之原理，圖4D針對圖4A及4B之匹配電路的不同電容而顯示範例頻率調諧範圍；依據本揭露內容之原理，圖5A顯示範例匹配電路控制系統；依據本揭露內容之原理，圖5B顯示高與低脈波位準之反射功率；以及依據本揭露內容之原理，圖6顯示用以控制匹配電路的範例方法。
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。
基板處理系統可包含匹配電路或網路，用以將射頻(RF)功率源的阻抗與例如下列各者作匹配：電極(在電容耦合式電漿(或稱為CCP)系統中)、感應線圈結構(在感應耦合式電漿(或稱為ICP)系統中)等。例如，匹配電路可對應於偏壓匹配電路、RF匹配網路等。可調諧匹配電路以使與由RF功率源所提供的特定功率位準相關的功率反射最小化。有些基板處理系統實施雙位準(及/或其他混合模式)電漿脈波。在雙位準脈波中，RF功率源之輸出在兩脈波位準(例如，一高脈波位準與一低脈波位準)之間交替。因此，可將匹配電路調諧成僅為兩位準中之一者。在一些範例中，匹配電路可包含可變電容器，用於依據功率位準而再調諧匹配電路。然而，用以調整電容器的機構相比於雙位準脈波中的 RF脈波持續時間通常較為緩慢。在其他範例中，當匹配電路不針對特定脈波位準而調諧時，調整RF功率源之頻率以使功率反射最小化，其可被稱為頻率調諧。然而，頻率調諧可能無法充分地使特定脈波位準之功率反射最小化。
因此，現今技術並未將雙位準脈波操作中的兩脈波位準之功率反射消除(而因此確保完全的功率傳送)。依據本揭露內容之原理的雙位準脈波系統的匹配電路實施可調諧之輔助電路，以於兩脈波位準中實質減少或消除反射功率。雖然針對雙位準脈波而描述，但本揭露內容之原理亦可被實施於單一及/或多重位準(亦即，三或更多脈波位準)之脈波系統。
現參照圖1，顯示基板處理系統10之範例。基板處理系統10包含RF產生系統11a、11b。在一些範例中，RF產生系統11a包含連接至變壓器耦合式電容調諧(TCCT)電路13的RF來源12(例如，變壓器耦合式電漿(TCP)RF產生器)，該TCCT電路13輸出電流至感應線圈結構16。
TCCT電路13通常包含匹配網路14及功率分配器15。匹配網路14可經由傳輸線而連接至RF來源12。匹配網路14將RF來源12之阻抗與電路13之其餘部分作匹配，電路13之其餘部分包含功率分配器15及感應線圈結構16。在一些範例中，感應線圈結構16可包含單一感應線圈、一對感應線圈、或內感應線圈對與外感應線圈對。功率分配器15可用以控制供應至感應線圈結構16之線圈的感應電流之相對量。雖顯示平面的線圈，但可使用其他型式的線圈。
可於感應線圈結構16與介電窗24之間配置氣體空間20。沿著處理腔室28之一側而配置介電窗24。處理腔室28更包含支撐基板34的基板支座32。基板支座32可包含靜電夾頭、機械式夾頭或其他類型的夾頭。電漿40係在處理腔室28之內部產生。電漿40可用以沉積薄膜或蝕刻基板34。
RF產生系統11b可包含一或更多偏壓RF來源50、51及偏壓匹配電路52。RF來源50提供偏壓RF電壓，以在操作期間對基板支座32施加偏壓。偏壓匹配電路52將RF來源50、51之阻抗與基板支座32作匹配。
RF產生系統11a、11b可被總稱為RF產生系統11、且係由系統控制器54所控制。偏壓匹配電路52及匹配網路14之一或更多者可實施依據本揭露內容之原理的雙位準(及/或其他混合模式)脈波系統與方法的輔助匹配電路，如以下所更加詳細描述。
氣體傳送系統56可用以將氣體混合物供應至鄰接於介電窗24的處理腔室28。氣體傳送系統56可包含處理氣體源57、計量系統58(例如閥及質量流量控制器、及歧管59)以使處理氣體混合。
氣體傳送系統60可用以經由閥61而將氣體62傳送至氣體空間20。該氣體可包含用以冷卻感應線圈結構16及介電窗24的冷卻氣體。加熱器64可用以將基板支座32加熱至預定溫度。排放系統65包含閥66及泵浦67，以藉由清除或排空而將反應物自處理腔室28移除。
系統控制器54可用以控制蝕刻處理。系統控制器54監視處理參數(例如溫度、壓力等)、並控制氣體混合物之傳送、激發、維持、及消退電漿、反應物之移除、冷卻氣體之供應等。溫度控制器55控制基板支座32的溫度。
系統控制器54可由感測器74接收輸入信號、並基於輸入信號而控制下列各者之操作：RF來源12、50、51、偏壓匹配電路52、及加熱器/冷卻器64及/或基板處理系統10之元件。感測器74可係位在RF產生系統11a、11b中、腔室28中、基板支座32中、或基板處理系統10中的其他位置。感測器74偵 測例如所供應之RF電壓、溫度、氣體及/或冷卻劑的流動速率、與氣體及/或冷卻劑壓力。
現參照圖2，顯示利用RF電漿以執行蝕刻的範例基板處理系統100。基板處理系統100包含一處理腔室102。該處理腔室102包圍處理腔室102之其他元件且容納RF電漿。該處理腔室102包含上電極104及基板支座106(例如，ESC)。在操作期間，基板108係配置於基板支座106上。
僅舉例而言，上電極104可包含噴淋頭109，其將氣體導入並散佈。噴淋頭109可包含一桿部111，該桿部包含連接於處理腔室102之頂部表面之一端。噴淋頭109一般為圓柱形，且由桿部111之另一端(位在與處理腔室102之頂部表面相隔開之位置)放射狀往外延伸。噴淋頭109面對基板之表面包含複數孔洞，處理氣體或清除氣體經由該等孔洞流過。或者，上電極104可包含傳導板，且處理氣體可經由另一種方法被導入。
基板支座106包含用以作為下電極之導電性底板110。該底板110支撐加熱板112，該加熱板112可係至少部分由陶瓷材料所組成。可配置熱阻層114於加熱板112及底板110之間。底板110可包含一或更多用以使冷卻劑流過底板110的冷卻劑通道116。
RF產生系統120產生並輸出RF電壓至上電極104及下電極(例如，基板支座106之底板110)其中一者。上電極104及底板110之另一者可為DC接地、AC接地或在一浮動電位。僅舉例而言，RF產生系統120可包含產生RF電壓的一或更多RF產生器122(例如，電容耦合式電漿RF功率產生器、偏壓RF功率產生器、及/或其他RF功率產生器)，該RF電壓係藉由一或更多匹配及配送網路124饋送至上電極104及/或底板110。舉例而言，顯示電漿RF產生器123、偏壓 RF產生器125、電漿RF匹配網路127及偏壓RF匹配網路129。偏壓RF匹配網路129及電漿RF匹配網路127之一或更多者可實施依據本揭露內容之原理的雙位準(及/或其他混合模式)脈波系統與方法的輔助匹配電路，如以下所更加詳細地描述。
氣體傳送系統130包含一或更多氣體源132-1、132-2、...、以及132-N(統稱氣體源132)，其中N為大於零之整數。氣體源132供應一或更多前驅物及其混合物。氣體源132亦可供應清除氣體。亦可使用汽化之前驅物。藉由閥134-1、134-2、...、以及134-N(統稱閥134)及質量流量控制器136-1、136-2、...、以及136-N(統稱質量流量控制器136)將氣體源132連接至歧管140。將歧管140之輸出饋送至處理腔室102。僅舉例而言，將歧管140之輸出饋送至噴淋頭109。
可將溫度控制器142連接至配置於加熱板112中的熱控制元件(TCEs)144。雖然與系統控制器160分開顯示，但溫度控制器142可作為系統控制器160之一部分而實施。溫度控制器142可控制TCEs 144之操作，而因此控制TCEs 144之溫度以控制基板支座106及在基板支座106上之基板(例如，基板108)之溫度。溫度控制器142可與冷卻劑組件146連通以控制通過通道116之冷卻劑流動(壓力及流動速率)。例如，冷卻劑組件146可包含冷卻劑泵浦及儲槽。溫度控制器142操作冷卻劑組件146以選擇性地使冷卻劑流過通道116，俾冷卻基板支座106及加熱板112。溫度控制器142可控制冷卻劑流動之速率及冷卻劑之溫度。基於所偵測之參數，溫度控制器142控制供應至TCEs 144的電流及供應至通道116之冷卻劑的壓力及流動速率，如以下所進一步描述。
閥156及泵浦158可用於由處理腔室102排空反應物。系統控制器160可控制基板處理系統100之元件，其包含了控制所供應之RF功率位準、所供應之氣體的壓力及流動速率、RF匹配等。系統控制器160控制閥156及泵浦158之狀態。機械臂170可用以傳送基板至基板支座106上以及從基板支座106移除基板。例如，機械臂170可於基板支座106與負載閘172之間轉移基板。可藉由系統控制器160以控制機械臂170。系統控制器160可控制負載閘172之操作。
現參照圖3A、3B、3C、3D，說明調諧至一脈波位準的範例匹配電路200(例如，對應於偏壓匹配電路52、RF偏壓匹配網路129等)。匹配電路200包含電容器C1及C3，其可分別稱為並聯電容器及串聯電容器。匹配電路200係連接於RF功率產生器及電極之間、且係為了對所提供至電極的RF功率提供阻抗匹配而加以調諧。例如，電容器C1及C3為可變電容器，其係調整以匹配基板處理系統之相關元件(例如，線圈、電漿等)的阻抗。
如圖3B(其顯示RF來源(如RF來源12、50、51等)之功率反射對頻率的關係)所示，可調諧匹配電路200以匹配與第一脈波位準204相關的阻抗。因此，當與頻率調諧結合時，可於第一脈波位準204消除功率反射(例如，降低至0%)。換言之，除了調整頻率(「頻率調諧」)之外，還可調整電容器C1及/或C3之電容(「匹配調諧」)。頻率調諧可能受產生器頻寬(亦即，RF功率產生器之頻率頻寬)所限制。相反地，由於匹配電路200並非調諧以匹配與第二脈波位準208相關的阻抗(亦即，電容C1及/或C3並非匹配調諧至第二脈波位準208)，故於第二脈波位準208，即使藉由頻率調諧，可能仍無法達到0%的功率反射。
如圖3C所示，與第一脈波位準(S1)相關之負載(例如，Zload)的阻抗係顯示於212。例如，負載阻抗為50歐姆。相反地，與第二脈波位準(S2)相關 之阻抗係顯示於216。顯示阻抗212及216為對於負載阻抗Zload之複數表示法(例如，其中Zload=Rload+j*Xload，Rload對應於負載電阻，Xload對應於負載電抗，且j2=-1)。針對各種負載數值的匹配電路200之可調阻抗範圍(例如，用於頻率調諧)係顯示於220。因此，調諧匹配電路200(例如，調整電容器C1及C3之數值)以使阻抗212與可調阻抗範圍220一致。以此方式，當與頻率調諧結合時，可消除第一脈波位準S1的功率反射。然而，對於第二脈波位準S2，頻率調諧至多可達到如224所示之阻抗，其不相等於阻抗216。例如，如圖所示，頻率可在12.80MHz(於228)至14.20MHz(於232)之間變化。第一脈波位準之調諧頻率可對應至13.80MHz。相反地，在224的頻率可對應至13.15MHz。
如圖3D所示，顯示匹配電路200之範例可調阻抗範圍236。改變電容器C1及C3可調整可調阻抗範圍。例如，使C1的電容增加可造成可調阻抗範圍由236至240之移動。相反地，使C3的電容增加可造成可調阻抗範圍由236至244之移動。因此，改變電容器C1及C3可以大致為平移的方式移動可調阻抗範圍。然而，若相關於第一脈波位準及第二脈波位準的阻抗與頻率可調阻抗範圍之同一者不一致，則可能無法針對兩脈波位準消除功率反射。
現參照圖4A、4B、4C、以及4D，說明依據本揭露內容之原理而調諧至兩脈波位準的範例匹配電路300。匹配電路300包含電容器C1及C3。匹配電路300係連接於RF功率產生器與例如電極(在CCP系統中)、感應線圈結構(在ICP系統中)等之間，且係為了對所提供至電極或ICP線圈的RF功率提供阻抗匹配而加以調諧。匹配電路300更包含連接於匹配電路300之輸出的輔助匹配電路304。在一範例中，如圖4A所示，輔助匹配電路304包含並聯連接的電容器C4及 電感器L1(例如，LC電路)。在另一範例中，如圖4B所示，輔助匹配電路304包含電容器C4。
如圖4C所示，可調諧匹配電路300以與相關於第一脈波位準308及第二脈波位準312之各者的阻抗作匹配。因此，當與頻率調諧結合時，藉由進一步調整電容器C4之電容及/或電感器L1之電感，功率反射可於第一脈波位準308被消除、並於第二脈波位準312被消除。
如圖4D所示，顯示匹配電路300之範例可調阻抗範圍316。如對於圖3D所描述，改變電容器C1及C3可以大致為平移的方式移動可調阻抗範圍316。然而，改變電容器C4可以旋轉的方式進一步調整可調阻抗範圍316。例如，提高電容器C4可造成可調阻抗範圍由316至320之旋轉。換言之，改變電容器C4調整可調阻抗範圍316之斜率，其結合頻率調諧而容許匹配電路300被調諧至第一脈波位準308及第二脈波位準312兩者。以此方式，可針對兩脈波位準而消除及/或實質上減少功率反射。例如，當於第一脈波位準脈衝RF功率時，可將RF頻率調整至第一頻率，以使匹配電路300之阻抗與相關於第一脈波位準之阻抗作匹配。相反地，當於第二脈波位準脈衝RF功率時，可將RF頻率調整至第二頻率，以使匹配電路300之阻抗與相關於第二脈波位準之阻抗作匹配。
在一些範例中，可基於所選配方或處理，而自動調整電容器C4(例如，利用系統控制器54、160)。在其他範例中，可手動調整電容器C4(例如，由使用者)。可依據特定的基板處理腔室特性而判定電容器C4之數值範圍。
現參照圖5A及5B，範例RF匹配電路控制系統500包含RF匹配網路504，該RF匹配網路504係配置為在RF功率源(如RF產生器508)與例如電極(如 噴淋頭或ESC)、感應線圈結構、電漿等(圖示於512)之間匹配阻抗Zload。RF匹配網路504包含、及/或響應控制器516。僅舉例而言，RF匹配網路504可對應於匹配網路14、127、129等，而控制器516可對應於系統控制器54、160等。控制器516係配置以調整匹配電路元件(例如，電容器C1、C3、C4等)520俾使功率反射最小化，匹配電路元件520可對應於匹配電路300，如以上圖2-4所述。
例如，控制器516自負載感測器524接收對應於Zload之量測的感測數值。當控制器516於由RF產生器508所提供之功率的二或更多脈波位準之間轉變(本範例中描述為兩脈波位準，例如一高脈波位準及一低脈波位準)，RF產生器508分別對應兩脈波位準而在兩頻率(例如，freq1及freq2)之間調整。基於所選頻率及Zload，控制器516進一步調整電容器C1、C3、及/或C4的電容數值、及/或電感器L1的電感數值，如以下所更加詳細描述。
如圖5B中之528所示，控制器516係配置為使RF產生器508於高脈波位準(在第一、高脈波週期中)及低脈波位準(在第二、低脈波週期中)之間交替轉變。如532所示，RF產生器508係配置為於第一與第二頻率之間交替轉變。例如，在高脈波週期期間，RF產生器508係調整至第一頻率(freq1)以將RF匹配網路504之阻抗與相關於高脈波位準之阻抗作匹配。第一頻率可為固定(例如，常數)頻率。
在一些範例中，控制器516在高脈波週期期間進一步調整電容器C1及C3的電容數值。例如，控制器516可儲存資料(例如，模型、方程式、查表等)，該等資料將所量測之Zload與第一頻率及電容器C1及C3之數值相互關聯。
相反地，在低脈波週期期間，RF產生器508將頻率調整至第二頻率(freq2)以將RF匹配網路504之阻抗與相關於低脈波位準之阻抗作匹配。第二 頻率可於低脈波週期中變化。例如，RF產生器508可使頻率由第一頻率逐漸轉變為第二頻率，如536所示。在低脈波週期期間，控制器516進一步調整電容器C1、C3、及C4的電容數值、及/或電感器L1的電感數值。
如540所示，藉由調整頻率與電容器C1、C3、及C4(在一些範例中，以及電感器L1)，反射功率可於高脈波週期544中被消除、並於低脈波週期548中實質減小。例如，依據所量測之Zload與RF產生器508的頻率，以進一步調整如圖4A及4B所示而配置的電容器C4及/或電感器L1，可使低脈波週期548中的反射功率減小至低於10%，如552所示。相反地，當RF匹配網路504不包含如圖4A及4B所示而配置的電容器C4，低脈波週期548中的反射功率可為明顯較大(例如，如556所示的50%)。
依據本揭露內容之原理，圖6顯示用以控制匹配電路的範例方法600(例如，由RF匹配電路控制系統500、控制器516等所實施)。方法600於604開始。在608，方法600判定是否RF產生器508係在高偏壓功率狀態(亦即，是否RF產生器508於高脈波位準提供功率)。若為肯定，則方法600繼續進行至612。若為否定，則方法600繼續進行至616。
在612，方法600將RF產生器508之頻率設定至第一頻率(例如，freq1)。在620，方法600量測阻抗Zload(例如，RF匹配網路504之輸出處的阻抗)。在624，方法600依據第一頻率及所量測之Zload而判定C1及C3的數值，以使反射功率減小。在628，方法600調整C1及C3的數值。例如，方法600可依據與各別電容數值之調整相關的增益因子(例如，由控制器516所儲存)而調整電容器C1及C3。
在616，方法600判定是否RF產生器508係在低偏壓功率狀態(亦即，是否RF產生器508於低脈波位準提供功率)。若為肯定，則方法600繼續進行至632。若為否定，則方法600繼續進行至608。在632，方法600量測阻抗Zload。在636，方法600依據所量測之Zload而判定C1、C3、及C4(在一些範例中，以及電感器L1)及第二頻率freq2的數值，以使反射功率減小。在640，方法600調整C1、C3、C4、L1、及/或freq2的數值。在一些範例中，在低脈波週期期間，方法600可將C1、C3、C4、L1、及/或freq2的數值遞增地調向所判定之數值。
以上敘述在本質上僅為說明性的，而非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容之廣泛指示可以各種形式實行。因此，雖本揭露內容包含特定例子，但由於當研究圖式、說明書、及以下申請專利範圍時，其他變化將更顯清楚，故本揭露內容之真實範疇不應如此受限。吾人應理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，可以不同次序(或同時)執行方法中之一或更多步驟。再者，雖實施例之各者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述之任一或更多該等特徵可在任何其他實施例中實行，及/或與任何其他實施例之特徵組合(即使並未詳細敘述該組合)。換句話說，所述之實施例並非互相排斥，且一或更多實施例彼此之間的置換維持於本揭露內容之範疇內。
元件(例如，在模組、電路元件、半導體層等)之間的空間及功能上之關係係使用各種用語所敘述，該等用語包含「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁邊」、「在…之上」、「上面」、「下面」、以及「設置」。除非明確敘述為「直接」之情形下，否則當於上述揭露內容中描述 第一與第二元件之間的關係時，該關係可係在第一與第二元件之間不存在其它中介元件之直接關係，但亦可係在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如本文所使用的，詞組「A、B、及C其中至少一者」應解釋為意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋為意指「A之至少一者、B之至少一者、及C之至少一者」。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述例子的一部分。此系統可包含半導體處理設備，該半導體處理設備包含(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理用平台、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板之處理之前、期間、以及之後，控制其運作。電子設備可被稱為「控制器」，其可控制(複數)系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，可將控制器程式設計成控制本文所揭露之任何處理，包含處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統連接或接合之工具及其他轉移工具、及/或負載鎖)。
廣泛來說，可將控制器定義為具有接收指令、發佈指令、控制運作、啟動清洗操作、啟動終點量測等之許多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以不同的單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式 檔案)為實行特定處理(在半導體晶圓上，或是對半導體晶圓)定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可係由製程工程師所定義之配方的一部分，俾在一或更多以下者(包含：覆層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或基板的晶粒)的製造期間實現一或更多處理步驟。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或以網路連接至系統、或以其組合之方式連接至系統。例如，控制器可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造運作的當前進度、檢查過去製造運作的歷史、由複數之製造運作而檢查趨勢或效能指標，以改變當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其可達成參數及/或設定的接取、或對參數及/或設定進行程式化，接著將該參數及/或該設定由遠端電腦傳達至系統。在一些例子中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為將於一或更多操作期間執行之每個處理步驟指定參數。吾人應理解，參數可特定地針對將執行之製程的類型及將控制器設定以接合或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含以網路的方式連接彼此且朝向共同目的(例如，本文所敘述的製程及控制)而運作的一或更多分離的控制器。用於此目的之分散式控制器的範例將係在腔室上、與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者結合以控制腔室上的製程。
範例系統可包含但不限於以下各者：電漿蝕刻腔室或模組、沉 積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯、或使用的任何其他半導體處理系統。
如以上所提及，取決於將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之一或更多的以下各者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰近之工具、相鄰之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
300:匹配電路
304:輔助匹配電路

Claims (15)

  1. 一種射頻(RF)匹配電路控制系統，其包含：一RF匹配電路，其包含複數可調元件，其中該RF匹配電路係配置以自RF產生器接收輸入信號，其中該輸入信號包含至少兩脈波位準，基於該輸入信號而將輸出信號提供至一負載，並且將與該輸入信號相關的阻抗和該負載之阻抗作匹配；以及一控制器，其係配置以針對該輸入信號的該至少兩脈波位準而判定該負載的各別阻抗，並且調整該複數可調元件的操作參數，以使該RF匹配電路的頻率調諧範圍與針對該至少兩脈波位準的該負載的該各別阻抗一致，俾將與該輸入信號相關的阻抗和該各別阻抗作匹配，其中，為了調整該操作參數，該控制器係配置以，基於針對一第一脈波位準所決定的一第一阻抗，響應於該第一脈波位準所提供的該輸入信號而調整該複數可調元件的一第一可調元件的一第一操作參數，及基於針對一第二脈波位準所決定的一第二阻抗，響應於該第二脈波位準所提供的該輸入信號而調整該複數可調元件的一第二可調元件的一第二操作參數，其中該第一操作參數對應於該RF匹配電路的第一電容器之第一電容及第二電容器之第二電容其中至少一者，其中該第二操作參數對應於第三電容器之第三電容，且 其中，為使該RF匹配電路的該頻率調諧範圍與該第一阻抗及該第二阻抗皆達成一致，該控制器係配置以調整(i)該第一電容及該第二電容其中至少一者以平移方向移動該頻率調諧範圍及(ii)該第三電容以旋轉方向移動該頻率調諧範圍以調整該頻率調諧範圍的斜率。
  2. 如申請專利範圍第1項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該第一電容器對應於並聯電容器，該並聯電容器係連接於該輸入信號與接地之間。
  3. 如申請專利範圍第2項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該第二電容器對應於串聯電容器，該串聯電容器係連接於該輸入信號與該負載之間。
  4. 如申請專利範圍第3項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該第三電容器係連接於下列各者之間：(i)連接至該負載的該第二電容器之端點、以及(ii)接地。
  5. 如申請專利範圍第4項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該等操作參數更包含第三操作參數，該第三操作參數係對應於電感器的電感數值。
  6. 如申請專利範圍第5項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該電感器係與該第三電容器並聯連接。
  7. 如申請專利範圍第4項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中為了調整該第一操作參數，該控制器係配置以(i)判定該第一電容及該第二電容之各別數值以使反射功率減小，該反射功率係與針對該至少兩脈波位準之第一脈波位準的該負載的該阻抗相關、並且(ii)基於所判定的該等各別數值而調整該第一電容器及該第二電容器其中至少一者。
  8. 如申請專利範圍第4項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中為了調整該第二操作參數，該控制器係配置以(i)判定該第三電容之數值以使反射功率減小，該反射功率係與針對該至少兩脈波位準之第二脈波位準的該負載的該阻抗相關、並且(ii)調整該第三電容器至該第三電容之所判定數值。
  9. 一種基板處理系統，其包含如申請專利範圍第1項之射頻(RF)匹配電路控制系統。
  10. 如申請專利範圍第1項之射頻(RF)匹配電路控制系統，其中該負載對應於基板處理腔室內的電極、感應線圈結構、及電漿其中至少一者。
  11. 一種用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法，該方法包含：使用包含複數可調元件的RF匹配電路，自RF產生器接收輸入信號，其中該輸入信號包含至少兩脈波位準，基於該輸入信號而將輸出信號提供至一負載，並且將與該輸入信號相關的阻抗和該負載之阻抗作匹配；針對該輸入信號的該至少兩脈波位準而判定該負載的各別阻抗，以及調整該複數可調元件的操作參數，以使該RF匹配電路的頻率調諧範圍與針對該至少兩脈波位準的該負載的該各別阻抗一致，俾將與該輸入信號相關的阻抗和該各別阻抗作匹配，其中，調整該操作參數的步驟包含，基於針對一第一脈波位準所決定的一第一阻抗，響應於該第一脈波位準所提供的該輸入信號而調整該複數可調元件的一第一可調元件的一第一操作參數，及 基於針對一第二脈波位準所決定的一第二阻抗，響應於該第二脈波位準所提供的該輸入信號而調整該複數可調元件的一第二可調元件的一第二操作參數，其中該第一操作參數對應於該RF匹配電路的第一電容器之第一電容及第二電容器之第二電容其中至少一者，其中該第二操作參數對應於第三電容器之第三電容，且其中，使該RF匹配電路的該頻率調諧範圍與該第一阻抗及該第二阻抗皆達成一致的步驟包含(i)調整該第一電容及該第二電容其中至少一者以平移方向移動該頻率調諧範圍及(ii)調整該第三電容以旋轉方向移動該頻率調諧範圍以調整該頻率調諧範圍的斜率。
  12. 如申請專利範圍第11項之用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法，其中該第一電容器對應於並聯電容器，該並聯電容器係連接於該輸入信號與接地之間。
  13. 如申請專利範圍第12項之用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法，其中該第二電容器對應於串聯電容器，該串聯電容器係連接於該輸入信號與該負載之間。
  14. 如申請專利範圍第13項之用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法，其中該第三電容器係連接於下列各者之間：(i)連接至該負載的該第二電容器之端點、以及(ii)接地。
  15. 如申請專利範圍第14項之用以在基板處理系統中執行阻抗匹配的方法，更包含將電感器與該第三電容器並聯連接。
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