复合射频（ＲＦ）波形的匹配电路制造技术

披露一种复合波形频率匹配装置。在各实施方式中，该匹配装置包含彼此并联耦合的多个射频发生器。该多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被配置为产生谐波频率，该谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整数倍的形式相关，从而产生复合波形。多个分频器电路耦合于该多个射频发生器的输出，而多个匹配网络中的每一个都具有耦合于该多个分频器电路之一的输出的输入以及被配置为耦合于等离子体室的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及半导体、数据存储器、平板显示器以及相关或其它行业中使用的 工艺设备领域。尤其是，本专利技术涉及将复合射频波形高效耦合到基于等离子体的工艺设备 的等离子体负载的系统。
技术介绍
自从半导体器件在几十年前被首次引入以来，这些器件的几何结构(即，集成电 路设计规则)已经在尺寸上显著减小了。集成电路(IC)通常遵循“摩尔法则”，意思是单一 集成电路芯片上制造的器件的数量每两年会翻一番。当前的IC制造设施通常生产特征尺 寸为65nm(0. 065 μ m)的器件，未来的fab不久之后将会生产具有甚至更小的特征尺寸的器 件。在大多数IC制造设施中，部分制造工艺涉及在工艺设备中使用等离子体以与衬 底(比如半导体晶圆)反应或促进与衬底的反应。射频(RF)或微波电力供应发生器被广 泛用于半导体和工业等离子体处理设备以在工艺室中产生等离子体。等离子体处理用于各 种应用，包括从衬底蚀刻材料、在衬底上沉积材料、清洁衬底表面以及修整衬底表面。参考图1，现有技术中的基于等离子体的工艺系统100的一部分的剖面视图包括 具有室壁101的真空室109。室壁101的至少一部分包括窗103，窗103通常是由对在该基 于等离子体的工艺系统100的工作频率的射频(RF)波透明的石英或类似材料形成的。线圈 115位于真空室109外并围绕窗103。射频发生器119通过匹配网络117连接在线圈115。 匹配网络117提供将射频发生器119的输出阻抗匹配到真空室109的输入阻抗的工具。匹 配网络117可只包含固定元件，或者它也可以包含比如可变电容器和可变电感器等元件， 从而允许射频发生器119到可变载荷状况的动态阻抗匹配。基于等离子体的工艺系统100中的射频发生器119是用于激发真空室109中的等 离子体的主要的等离子体产生部分。等离子体还可以由浸没到该等离子体的电容式电极 (未示)或由浸没到该等离子体中的电感线圈(未示)产生。工艺气体被从多个馈送气体供应容器105(只显示了一个)中引入真空室109。真 空泵107被配置为在真空室109内建立适于在基于等离子体的工艺系统100中执行特定工 艺(例如，等离子体蚀刻或沉积)的真空程度。真空泵107被进一步配置为将气体从真空 室109排出。衬底113(例如，半导体晶圆)由衬底支架(通常是静电吸盘(ESC)Ill)支撑在真 空室109中。ESC 111充当基于等离子体的工艺系统100的阴极并形成静电势以在处理过 程中将衬底113保持在适当的位置，从而通过只与衬底113的背面接触而避免机械卡持的问题。ESC 111通过在衬底113和ESC 111之间感应相反的电荷，从而在两个部件之间带来 静电吸引而工作。因此，所产生的电容存在于ESC 111和衬底113之间。该电容足够大从而 在涉及的高频下执行的工艺过程中ESC 111和衬底113之间存在射频电压的非显著下降。基于等离子体的工艺系统100进一步包括在真空室109内的阳极(没有直接显 示，然而该阳极通常由室壁101和/或室顶形成)。为了处理衬底113，将活性气体从该多个 馈送气体供应容器105中的一个或更多个中泵抽到真空室109中。该阳极和ESC 111(充 当阴极)由来自射频发生器119的单一正弦频率驱动以将该活性气体激发为等离子体。该 单一频率通常是13. 56MHz，尽管经常使用从IOOkHz到2. 45GHz的单一频率，并偶尔使用其 它单一频率。更具体地说，通常在相对较高的功率级(例如，3千瓦)上向该室内的活性气 体施加单一频率的正弦射频信号。该射频电力激发该活性气体，在该真空室109内临近正 在处理的衬底113产生等离子体。该等离子体增强活性离子工艺通常被用于蚀刻和化学气 相沉积工艺中。再近年来，已经使用多个正弦频率来激发真空室内的等离子体。在这些系统中，用 第一射频频率驱动阴极/阳极偏置电路，而用第二射频频率驱动天线或线圈(其临近该真 空室)。因此，每个电路耦合于由独立的射频振荡器、前置放大器、功率放大器、传输线和以 高功率级将独立的正弦射频频率供应到每个等离子体激发电路的匹配网络组成的独立的 且不同的射频电力输送系统。冗余的振荡器和其它相关电路是昂贵而复杂的。在其它系统 中，第一和第二两个频率都被提供到单个电极，然而会频繁地遭受功率传输的减少，因为两 个频率不能同时被匹配。如果电源和负载(即，耦合于等离子体的元件)的阻抗不匹配，供应到该负载的 (或被该负载吸收的)电力被反射回来，因此电力传输没有最大化。因此，控制被该负载反 射或吸收的电力的量是重要的。而且，不匹配的阻抗可能对电源或耦合于该电源的其它元 件有害。在大多数情况下，该负载阻抗(即，该等离子体耦合元件的输入阻抗)不能预先确 定，因为它依赖于它所耦合的等离子体的状态或条件，而等离子的状态在处理过程中可能 变化。相应地，许多等离子体处理系统利用在该射频电源和该等离子体耦合元件之间提供 的匹配网络来匹配输入和输出阻抗。该匹配网络被用于最大化供应到该等离子体的射频电 力的量，以及控制该偏置电力的波幅和相位。最近，研究表明，等离子体反应器中离子能量的裁制可以有利地用于半导体晶圆 处理中。复合射频(RF)波形可以被产生并输送到该等离子体反应器的偏置电极并用于在 所产生的等离子体中产生想要的效果。该复合射频波形可包含十个或更多谐波频率或少至 两个(具有次级相移谐波的基频)。然而，由于谐波频率的存在，复合的波形难以匹配到该等离子体负载。上面描述的 现有技术匹配系统只能够将单一频率的射频波形匹配到等离子体室，因此不能为由各种频 率组成的复合的波形提供足够的带宽。而且，视在等离子体负载的阻抗依赖于该输入波形 的频率。因此，用于将该复合波形匹配到该等离子体反应器的系统需要能够高效地将每一 个谐波频率的阻抗匹配到该等离子体发生器。
技术实现思路
在一种示例性实施方式中，披露一种复合波形频率匹配装置。该匹配装置包含彼此并联耦合的多个射频发生器。该多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被配置为产 生谐波频率，该谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整数倍的形式 相关，从而产生复合波形。多个分频器电路耦合于该多个射频发生器的输出，而多个匹配网 络中的每一个都具有耦合于该多个分频器电路之一的输出的输入以及被配置为耦合于等 离子体室的输出。在另一种示例性实施方式中，披露一种复合波形频率匹配装置。该匹配装置包含 彼此并联耦合的多个射频发生器。该多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被配置为 产生谐波频率，该谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整数倍的形 式相关，从而产生复合波形。频率分析器耦合于该多个射频发生器的输出，多个分频器电路 耦合于该频率分析器的输出，以及多个匹配网络中的每一个都具有耦合于该多个分频器电 路之一的输出的输入以及被配置为耦合于等离子体室的输出。在另一种示例性实施方式中，披露复合波形频率匹配装置。该匹配装置包含被配 置为产生复合波形的射频发生器，耦合于该射频发生器的输出的多个分频器电路以及多个 匹配网络。该多个匹配网络中的每一个都具有耦合于该多个分频器电路之一的输出的输入 以及被配置为耦合于等离子体室的输出。附图说明附图仅仅描绘了本专利技术的示例性实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合波形频率匹配装置，包含：　　彼此并联耦合的多个射频发生器，所述多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被配置为产生谐波频率，所述谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整数倍的形式相关，从而产生复合波形；　　耦合于所述多个射频发生器的输出的多个分频器电路；以及　　多个匹配网络，所述多个匹配网络中的每一个都具有耦合于所述多个分频器电路之一的输出的输入以及被配置为耦合于等离子体室的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US12/142,0622008年6月19日1.一种复合波形频率匹配装置，包含彼此并联耦合的多个射频发生器，所述多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被 配置为产生谐波频率，所述谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整 数倍的形式相关，从而产生复合波形；耦合于所述多个射频发生器的输出的多个分频器电路；以及多个匹配网络，所述多个匹配网络中的每一个都具有耦合于所述多个分频器电路之一 的输出的输入以及被配置为耦合于等离子体室的输出。2.根据权利要求1所述的复合波形频率匹配装置，进一步包含耦合于所述多个射频发 生器的输出和所述多个分频器电路的输入之间的频率分析器。3.根据权利要求2所述的复合波形频率匹配装置，进一步包含前馈回路，所述前馈回 路耦合于所述多个分频器电路并被配置为基于确定所述复合波形的成分频率而调整所述 多个分频器电路中的每一个的谐振频率。4.根据权利要求2所述的复合波形频率匹配装置，进一步包含前馈回路，所述前馈回 路耦合于所述多个匹配网络并被配置为基于确定所述复合波形的成分频率而调整所述多 个匹配网络中的每一个的谐振频率。5.根据权利要求2所述的复合波形频率匹配装置，其中所述频率分析器被配置为执行 快速傅里叶变换并确定所述复合波形的成分频率。6.根据权利要求1所述的复合波形频率匹配装置，其中所述多个匹配网络中的每一个 被配置为将从所述多个分频器电路之一接收到的中心频率的阻抗匹配到所述等离子体室 的输入阻抗。7.根据权利要求1所述的复合波形频率匹配装置，进一步包含耦合于所述多个射频发 生器的输出和所述多个分频器电路的输入之间的电阻元件，所述电阻元件被选择为允许所 述多个分频器电路中的每一个实现高品质值。8.根据权利要求1所述的复合波形频率匹配装置，其中所述多个匹配网络是由多个窄 带放大器组成的。9.一种复合波形频率匹配装置，包含彼此并联耦合的多个射频发生器，所述多个射频发生器的每个随后的射频发生器都被 配置为产生谐波频率，所述谐波频率与任何产生更低频率的射频发生器所产生的频率以整 数倍的形式相关，从而产生复合波形；耦合于所述多个射频发生器的输出的频率分析器；耦合于所述频率分析器的输出的多个分频器电路；以及多个匹配网络，所述多个匹配网络中的每一个都具有耦合于所述多个分频器电路之一 的输出的输入以及被配置为耦合于等离子体室的输出。10.根据权利要求9所述的复合波形频率匹配装置，进一步包含前馈回路，所述前馈回 路耦合于所述多个分频器电路并被配置为基于确定所述复合波形的成分频率而调整所述 多个分频器电路中的每一个的谐振频率。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈斯·乐铭，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US