具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器制造技术

一种用于处理工件的等离子体反应器具有微波源与用户接口，微波源具有使用直接数字上转换的数字同步的旋转频率，用户接口用于控制该旋转频率。

A plasma reactor with a digital control of the rotation frequency of a microwave field by direct upconversion

A plasma reactor for processing workpieces has a microwave source and user interface. The microwave source has the digital synchronous rotation frequency using direct digital upconversion, and the user interface is used to control the rotation frequency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器相关申请的交叉引用本申请主张由SatoruKobayashi等人在2015年12月18日提出申请的第14/974,376号专利技术名称为“具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行数字控制的等离子体反应器”的美国专利申请的优先权，其主张由SatoruKobayashi等人在2015年3月23日提出申请的第62/136,737号专利技术名称为“具有对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器”的美国专利临时申请；及由SatoruKobayashi等人在2015年4月28日提出申请的第62/153,688号专利技术名称为“具有以直接上转换对微波场的旋转频率进行的数字控制的等离子体反应器”的美国专利临时申请的权益。背景
本申请涉及用于使用微波等离子体源处理工件(如半导体晶片)的等离子体反应器。
技术介绍
微波等离子体源产生的等离子体的特征在于具有低鞘电压和反应气体的高离解。在微波等离子体处理的许多应用中，圆形径向波导通常用于制造均匀等离子体以处理圆形晶片。然而，由于微波施加器的非均匀(non-uniform)场分布，以及部分由于表面波的激发，所得到的等离子体通常在径向方向与方位角方向的一者或两者中具有不均匀(inhomogeneous)的离子密度分布。为了改善等离子体均匀性，已经提出了将微波施加器使用于TE111模式的高均匀场在邻近处理区域的圆柱形腔中旋转的地方。这是通过从两个空间正交的方向引入时间相位差90度的微波来完成的。为了激发在圆形腔中的完美圆形(perfectlycircular)旋转，在两个正交位置处监控圆柱形腔中的电磁波的相位与振幅。所测得的相位和振幅反馈回双输出数字微波产生器以确保完美圆形旋转。在这个微波应用的系统中，波场在腔内圆形地旋转，使得特别在方位角方向预期有相当均匀的等离子体分布。这种方法对于在低腔室压力的等离子体是有效的，如小于200mTorr的压力。在高压处(如在1Torr之上的压力，等离子体通常是局部的，取决于第一点燃发生的地方。在这种情况下，即使微波场的旋转可能是完美圆形的，但是因为旋转周期对应于微波频率是极短的，所以局部等离子体不能跟随(follow)旋转场。旋转周期可以是约0.5ns(如1/2.45GHz)的量级，这比全局等离子体响应时间(其可以超过1ms)少得多。提供一种增强等离子体均匀性而不损及等离子体在高压(如1Torr)下跟随2.45GHz下的场旋转的能力的方法是有所需要的。
技术实现思路
一种等离子体反应器，包括：圆柱形微波腔，该圆柱形微波腔在工件处理腔室之上，及该圆柱形微波腔的侧壁中的第一与第二耦接孔以一角度分隔开；微波源，该微波源具有微波频率且包括一对微波控制器，该对微波控制器具有耦接至该第一与第二耦接孔中的相应耦接孔的微波输出。微波控制器的各者包含(a)第一与第二数字调制信号的源，该第一与第二数字调制信号具有对应于慢速旋转频率的频率；(b)第一数字载波信号的源，该第一数字载波信号具有中频；(c)乘法器级(multiplierstage)，该乘法器级包含一对乘法器，该对乘法器中的各个乘法器具有一对输入，该乘法器级经耦接以分别接收(a)该第一数字调制信号、该第二数字调制信号与该第一数字载波信号，该乘法器级具有相应的输出in1与in2；以及(d)数字转模拟转换器，该数字转模拟转换器经耦接以接收相应的输出in1与in2且具有对应于输出in1与in2的模拟输出；及上转换器，该上转换器具有与所述模拟输出耦接的输入，该上转换器包含所述微波输出。在一个实施例中，该对乘法器中的第一个乘法器经耦接以接收该第一数字调制信号与该数字载波信号，且具有包含该输出in1的第一乘法器输出，而该对乘法器中的第二个乘法器经耦接以接收该第二数字调制信号与该数字载波信号，且具有包含该乘法器输出in2的第二乘法器输出。在另一个实施例中，反应器进一步包括中频的第二数字载波信号源，其中：该第一数字载波信号的该源耦接至该输出in1；该对乘法器中的第一个乘法器经耦接以接收该第一数字调制信号与该第一数字载波信号；该对乘法器中的第二个乘法器经耦接以接收该第二数字调制信号与该第二数字载波信号，且具有包含该乘法器输出in2的第二乘法器输出；其中该乘法器级进一步包括加法器，该加法器经耦接以接收该第一与第二乘法器的输出，该加法器具有包含该输出in2的输出。在一个实施例中，第一与第二振幅调制信号分别包括余弦形式分量I与正弦形式分量Q。在一个实施例中，第一与第二振幅调制信号的源包括第一RAM(随机存取存储器)、第二RAM与低时钟指针(lowclockpointer)，该第一RAM包含该余弦形式分量I的连续取样，该第二RAM包含该正弦形式分量Q的连续取样，该低时钟指针指向与该慢速旋转频率同步的I与Q的连续取样。在一个实施例中，数字载波信号的源包括第三RAM与低时钟指针，该第三RAM包含该数字载波信号的连续取样，该低时钟指针指向与该中频同步的该数字载波信号的连续取样。在一个实施例中，上转换器具有等于该微波频率的输出频率。在一个实施例中，所述乘法器的各者产生其输入处的信号的乘积(product)。在一个实施例中，等离子体反应器进一步包括用户接口，该用户接口用于允许用户指定该慢速旋转频率。在一个实施例中，该用户接口进一步允许用户指定微波信号输出之间的相位差。根据一个实施例，提供一种方法以产生旋转微波场于腔中，该腔具有以一角度偏置的一对微波注入口，该旋转微波场具有受控的慢速旋转频率(slowrotationfrequency)。该方法包括以下步骤：产生低于微波场频率的中频的第一与第二数字载波，该第一与第二数字载波是彼此的余函数(co-function)；产生对应于慢速旋转频率的慢频率的第一与第二数字调制信号中的至少一个，该第一与第二数字调制信号对应于余弦形式与正弦形式的分量；产生低于微波场频率的中频的第一与第二数字载波，该第一与第二数字载波是彼此的余函数；至少将第二数字调制信号与该第一和第二数字载波中的至少一个混合以产生一对数字输出in1与in2中的至少一个；及将该数字输出上转换为微波频率以产生一对偏移(offset)的微波信号，并将该对偏移的微波信号施用于该对微波注入口。在一个实施例中，该方法进一步包括将第一和第二数字调制信号与第一和第二数字载波中相应的数字载波混合，以产生该对数字输出in1和in2中的相应的数字输出。在一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：提供第一数字载波信号作为输出in1；将第一和第二数字载波与第一和第二数字调制信号中的相应的数字调制信号混合，并加入相对应的乘积(products)以产生输出in2。根据采用直接上转换的另一个方面，等离子体反应器包括圆柱形微波腔，该圆柱形微波腔在工件处理腔室之上，及该圆柱形微波腔的侧壁中的第一与第二耦接孔以一角度分隔开；微波源，该微波源具有微波频率且包括耦接至该第一与第二耦接孔中的相应耦接孔的微波输出。微波源包含数字调制信号的同相(in-phase)分量1-A与正交(quadrature)分量2-A的源，该数字调制信号具有对应于慢速旋转频率的频率；数字转模拟转换器，该数字转模拟转换器经耦接以接收同相与正交分量1-A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体反应器，包括：圆柱形微波腔，所述圆柱形微波腔在工件处理腔室之上，及所述圆柱形微波腔的侧壁中的第一与第二耦接孔以一角度分隔开；微波源，所述微波源具有微波频率且包括微波控制器，所述微波控制器具有耦接至所述第一与第二耦接孔中的相应耦接孔的相应的微波输出，所述微波控制器的各者包含：(a)第一与第二数字调制信号的源，所述第一与第二数字调制信号具有对应于慢速旋转频率的频率；(b)第一数字载波信号的源，所述第一数字载波信号具有中频；(c)乘法器级，所述乘法器级包含一对乘法器，该对乘法器中的各个乘法器具有一对输入，所述乘法器级经耦接以分别接收(a)所述第一数字调制信号、所述第二数字调制信号与所述第一数字载波信号，所述乘法器级具有相应的输出in1与in2；(d)数字转模拟转换器，所述数字转模拟转换器经耦接以接收所述相应的输出in1与in2且具有对应于所述输出in1与in2的模拟输出；及上转换器，所述上转换器具有与所述模拟输出耦接的输入，所述上转换器包含所述微波输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.23 US 62/136,737;2015.04.28 US 62/153,688;1.一种等离子体反应器，包括：圆柱形微波腔，所述圆柱形微波腔在工件处理腔室之上，及所述圆柱形微波腔的侧壁中的第一与第二耦接孔以一角度分隔开；微波源，所述微波源具有微波频率且包括微波控制器，所述微波控制器具有耦接至所述第一与第二耦接孔中的相应耦接孔的相应的微波输出，所述微波控制器的各者包含：(a)第一与第二数字调制信号的源，所述第一与第二数字调制信号具有对应于慢速旋转频率的频率；(b)第一数字载波信号的源，所述第一数字载波信号具有中频；(c)乘法器级，所述乘法器级包含一对乘法器，该对乘法器中的各个乘法器具有一对输入，所述乘法器级经耦接以分别接收(a)所述第一数字调制信号、所述第二数字调制信号与所述第一数字载波信号，所述乘法器级具有相应的输出in1与in2；(d)数字转模拟转换器，所述数字转模拟转换器经耦接以接收所述相应的输出in1与in2且具有对应于所述输出in1与in2的模拟输出；及上转换器，所述上转换器具有与所述模拟输出耦接的输入，所述上转换器包含所述微波输出。2.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中：该对乘法器中的第一个乘法器经耦接以接收所述第一数字调制信号与所述第一数字载波信号，且具有包含所述输出in1的第一乘法器输出；及该对乘法器中的第二个乘法器经耦接以接收所述第二数字调制信号与所述第一数字载波信号，且具有包含所述输出in2的第二乘法器输出。3.如权利要求1所述的等离子体反应器进一步包括所述中频的第二数字载波信号的源，其中：所述第一数字载波信号的所述源耦接至所述输出in1；该对乘法器中的第一个乘法器经耦接以接收所述第一数字调制信号与所述第一数字载波信号；该对乘法器中的第二个乘法器经耦接以接收所述第二数字调制信号与所述第二数字载波信号，且具有包含所述乘法器输出in2的第二乘法器输出；及其中所述乘法器级进一步包括加法器，所述加法器经耦接以接收该对乘法器的输出，所述加法器具有包含所述输出in2的输出。4.如权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述第一与第二数字调制信号分别包括余弦形式分量I与正弦形式分量Q。5.如权利要求4所述的等离子体反应器，其中第一与第二数字调制信号的所述源包括：第一RAM、第二RAM与低时钟指针，所述第一RAM包含所述余弦形式分量I的连续取样，所述第二RAM包含所述正弦...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林悟，菅井英夫，S·朴，K·拉马斯瓦米，D·卢博米尔斯基，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US