阻抗匹配系统及其操作方法技术方案

一种阻抗匹配系统包括阻抗匹配网络和控制器，所述阻抗匹配网络被耦合在交流(AC)发生器与等离子体腔室的电极之间，所述AC发生器生成具有不同幅度水平的循环重现的脉冲间隔的多水平脉冲信号，所述控制器识别每个重现的脉冲间隔；并且针对每个脉冲间隔：确定所述AC发生器与所述电极之间的阻抗失配水平，根据所确定的阻抗失配水平来调节所述阻抗匹配网络的配置，存储与经调节的配置相关联的信息。当接踵而来的脉冲间隔出现时，所述控制器从存储器中获得所存储的信息，根据所存储的信息来调节所述阻抗匹配网络的所述配置，确定所述AC发生器与所述电极之间的另一阻抗失配水平，并且调节所述阻抗匹配网络的所述配置以迭代减小所述阻抗失配水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻抗匹配系统及其操作方法相关申请的交叉引用本专利合作条约(PCT)专利申请要求于2018年1月25日提交的标题为“ImpedanceMatchingSystemandMethodofOperatingtheSame”的美国非临时申请US15/879868的优先权，出于所有目的，通过引用将其整体并入本文。
本公开内容的各方面涉及放大器，并且具体涉及阻抗匹配系统及其操作方法。
技术介绍
在半导体制造领域以及其他领域中，等离子体腔室具有各种可能的用途。例如，等离子体增强化学气相沉积(CVD)是用于使用等离子体腔室在基板上沉积薄膜的工艺。在高水平上，射频(RF)电源根据反应气体在腔室内生成等离子体并根据该等离子体在腔室内的基板上发生沉积。为了在RF发生器与等离子体负载之间实现有效功率传输，通常使用阻抗匹配网络将负载阻抗(包括等离子体的阻抗)与电源的输出阻抗进行匹配。负载阻抗通常约为50欧姆，但会有所变化。例如，等离子体负载阻抗可以根据诸如发生器的频率、功率、腔室压力、气体成分和等离子点火之类的变量而变化。匹配网络通过改变电气元件(通常是真空可变电容器)来考虑负载阻抗的这些变化，从而使变化的负载阻抗与发生器的输出阻抗相匹配。等离子体生成技术的最新发展涉及RF能量的多水平脉冲，其调整或以其他方式定制在等离子体腔室中的等离子体特性(例如，时间相关的行为)。通常，多水平脉冲通常涉及使用RF发生器的两个或更多个幅度水平对输入到等离子体腔室中的RF能量的强度水平进行循环调节，使得可以在期望的时间段内在主体等离子体和到达基板表面的等离子体中都实现离子和自由基的最优分布。通过使用多水平脉冲等离子体生成技术，除了其他各种益处以外，还能够实现增强的蚀刻和CVD结果。
技术实现思路
根据一个实施例，一种阻抗匹配系统包括阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络被耦合在交流(AC)发生器与等离子体腔室的电极之间。所述AC发生器被配置为生成多水平脉冲信号，所述多水平脉冲信号包括具有不同幅度水平的多个循环重现的脉冲间隔。所述系统还包括控制器以识别所述重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔；并且针对每个脉冲间隔：确定所述AC发生器与所述一个或多个电极之间的阻抗失配水平，根据所确定的阻抗失配水平来调节所述阻抗匹配网络的配置，将与经调节的配置相关联的信息存储在存储器中。当接踵而来的脉冲间隔出现时，所述控制器从所述存储器中获得所存储的信息，根据所存储的信息来调节所述阻抗匹配网络的所述配置，确定所述AC发生器与所述电极之间的另一阻抗失配水平，并且调节所述阻抗匹配网络的所述配置以迭代减小所述阻抗失配水平。附图说明如附图所示，根据以下对这些技术的特定实施例的描述，本公开内容的技术的各种特征和优点将变得显而易见。应当注意，附图并不一定是按比例缩放的，而是将重点放在说明技术概念的原理上。而且，在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记可以指代相同的部件。附图仅描绘了本公开内容的典型实施例，因此不应将其视为对范围的限制。图1A图示了根据本公开内容的一个实施例的第一示例性阻抗匹配系统，其可以用于匹配由等离子体腔室的一个或多个交流(AC)发生器(例如，RF发生器、MF发生器和HF发生器)生成的一个或多个多水平脉冲信号的阻抗水平。图1B图示了根据本公开内容的一个实施例的第二示例性阻抗匹配系统，其可以用于匹配由等离子体腔室的一个或多个交流(AC)发生器(例如，MF发生器、HF发生器和VHF发生器)生成的一个或多个多水平脉冲信号的阻抗水平。图2A和图2B图示了根据本公开内容的一个实施例的可以由图1A的RF发生器、中频(MF)发生器、高频(HF)发生器或甚高频(VHF)发生器中的任一个生成的示例性多水平脉冲信号。图3图示了根据本公开内容的一个实施例的可以被实施为由阻抗匹配系统使用的示例性阻抗匹配网络。图4图示了根据本公开内容的一个实施例的可以用于控制阻抗匹配网络的操作的示例性控制器以及与阻抗匹配网络接口电路相关联的控制器。图5图示了根据本公开内容的一个实施例的可以由控制器执行以针对被实施以供在等离子体腔室中使用的多水平脉冲信号的每个脉冲间隔来迭代调节阻抗水平的示例性过程。图6图示了根据本公开内容的一个实施例的可以由阻抗匹配系统生成的示例性多水平脉冲信号以及由于正被应用于等离子体腔室的电极的多水平脉冲信号而生成的相关联的阻抗失配波形。图7图示了根据本公开内容的一个实施例的示例性计算机系统。具体实施方式本公开内容的实施例提供了用于等离子体腔室的阻抗匹配系统。该系统为腔室内的至少一个电极生成多水平脉冲信号以对等离子体进行点火并维持等离子体，并且将每个脉冲间隔的等离子体负载的阻抗迭代地匹配到期望的阻抗值，该期望的阻抗值通常是AC发生器的输出阻抗。与连续波等离子体处理相比，使用多水平脉冲信号的等离子体生成技术可以改善对等离子体腔室中的等离子体能级的定制。然而，每个脉冲间隔与等离子体负载的精确阻抗匹配是具有挑战性的。除了其他优点以外，本公开内容的实施例还通过识别多水平脉冲信号的个体脉冲间隔并针对每个脉冲间隔获得电子开关阻抗匹配网络的配置(例如，用于提供期望阻抗的开关元件组合)来提供这样的阻抗匹配，并且利用所获得的开关元件组合来配置阻抗匹配网络。在脉冲间隔期间，该系统测量当前的阻抗失配水平，并且迭代调节阻抗匹配网络的配置以减小阻抗失配水平，并且将经迭代调节的配置存储在存储器中以供在设置后续的间隔中的阻抗匹配网络中使用。通常，多水平脉冲涉及对用于生成等离子体的RF能量的强度水平的循环调节。在一个可能的示例中，电源(在本文中被称为RF发生器)产生在RF范围内的交流电力，该交流电力将包括两个或更多个幅度水平的RF能量(多水平脉冲)以产生等离子体以及在腔室中的具有期望的自由基、中性物质、带电物质的混合物的相关联的处理环境。通常，阻抗匹配是设计电负载的输入阻抗或其对应的信号源的输出阻抗以使到负载的功率传输最大化和/或使从负载发生的信号反射最小化以及其他可能的优点的实践过程。在脉冲RF能量环境中，阻抗匹配是固有的挑战，因为负载阻抗的变化是由不同的脉冲水平引起的等离子体和腔室环境的变化特性驱动的。脉冲(例如，调制)AC功率等离子体生成为原本常规的连续波(CW)等离子体处理带来了许多优点。脉冲功率输送已被证明可以提供众多独特的处理能力，包括调整离子与自由基的混合比率以及减小高能带电物质流向易碎基板的通量。与常规脉冲(例如，导通-关断)相比，多水平脉冲提供了额外的优点，因为不一定需要“关断”状况，并且在整个处理运行中(例如通过从低功率状况脉冲到高功率状况)允许等离子体保持通电状态，从而通过消除来自关断状况的重新点火而增强了稳定性。多水平脉冲的其他优点还可以包括对物质混合比率的更精细调节以及对带电物质的含量和能量的更有效控制。如已经提到的，任何脉冲功率应用的挑战之一都是阻抗匹配。向等离子体脉冲功率会创建非常动态的环境，其中，由于等离子体对调制功率的响应，发生器经受的负载阻抗可能会高度瞬变。多水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻抗匹配系统，包括：/n阻抗匹配网络，其被耦合在交流(AC)发生器与等离子体腔室的一个或多个电极之间，所述AC发生器被配置为生成多水平脉冲信号，所述多水平脉冲信号包括具有不同幅度水平的多个循环重现的脉冲间隔；以及/n控制器，其包括指令，所述指令被存储在至少一个存储器中并由至少一个处理器运行以：/n识别所述重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔；/n针对每个脉冲间隔：/n确定所述AC发生器与在所述等离子体腔室中的所述一个或多个电极处正在生成的等离子体负载之间的阻抗失配水平，/n根据所确定的阻抗失配水平来调节所述阻抗匹配网络的配置，/n将与经调节的配置相关联的信息存储在所述至少一个存储器中；并且/n当接踵而来的脉冲间隔出现时，/n从所述至少一个存储器中获得所存储的信息，/n根据所存储的信息来调节所述阻抗匹配网络的所述配置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180125 US 15/879,8681.一种阻抗匹配系统，包括：
阻抗匹配网络，其被耦合在交流(AC)发生器与等离子体腔室的一个或多个电极之间，所述AC发生器被配置为生成多水平脉冲信号，所述多水平脉冲信号包括具有不同幅度水平的多个循环重现的脉冲间隔；以及
控制器，其包括指令，所述指令被存储在至少一个存储器中并由至少一个处理器运行以：
识别所述重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔；
针对每个脉冲间隔：
确定所述AC发生器与在所述等离子体腔室中的所述一个或多个电极处正在生成的等离子体负载之间的阻抗失配水平，
根据所确定的阻抗失配水平来调节所述阻抗匹配网络的配置，
将与经调节的配置相关联的信息存储在所述至少一个存储器中；并且
当接踵而来的脉冲间隔出现时，
从所述至少一个存储器中获得所存储的信息，
根据所存储的信息来调节所述阻抗匹配网络的所述配置。


2.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其中，所述配置定义所述阻抗匹配网络的一个或多个元件的组合，所述一个或多个元件被选择性地激活以调节所述阻抗匹配网络的阻抗，从而减小所述AC发生器与所述等离子体负载之间的失配。


3.根据权利要求2所述的阻抗匹配系统，其中，所述控制器还被运行以：
激活一个或多个分流电路以调节所述阻抗匹配网络的输入部到接地节点的电容耦合，所述一个或多个分流电路被耦合在所述阻抗匹配网络的所述输入部与所述接地节点之间，每个分流电路包括与被配置为导通和关断的分流开关串联耦合的分流电容器；并且
激活一个或多个串联电路以调节所述阻抗匹配网络的输入部到输出节点的电容耦合，所述一个或多个串联电路被耦合在所述阻抗匹配网络的所述输入部和输出部之间，每个串联电路包括与被配置为导通和关断的串联开关串联耦合的至少一个串联电容器。


4.根据权利要求3所述的阻抗匹配系统，其中，所述分流开关和所述串联开关中的每个包括正本征负(PIN)二极管。


5.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其中，所述控制器还被运行以：
对针对多个先前的脉冲间隔的多个所述配置进行平均化；并且
根据经平均化的配置来调节所述阻抗匹配网络的所述配置。


6.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其中，所述AC发生器包括以下各项中的至少一项：射频(RF)发生器、中频(MF)发生器、高频(HF)发生器或甚高频(VHF)发生器。


7.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其中，所述控制器还被运行以：
通过从所述AC发生器接收同步信号来识别所述重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔，所述同步信号包括指示每个脉冲间隔的开始的脉冲。


8.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其中，所述控制器还被运行以：
根据从被配置在功率输送路径中的一个或多个传感器获得的正在进行的测量的能量值来识别所述重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔。


9.一种阻抗匹配方法，包括：
由运行在被存储在至少一个存储器中的指令的至少一个处理器识别由交流(AC)发生器生成的多水平脉冲信号的多个重现的脉冲间隔中的每个脉冲间隔；并且
针对每个脉冲间隔：
使用由所述至少一个处理器运行的所述指令从所述至少一个存储器中获得阻抗匹配网络的一个或多个元件的配置，所述一个或多个元件用于匹配在先前的脉冲间隔期间的所述脉冲间隔的阻抗，所述阻抗匹配网络被耦合在AC发生器与等离子体腔室的电极之间；并且
根据所获得的配置使用由所述至少一个处理器运行的所述指令来设置所述阻抗匹配网络的所述一个或多个元件。


10.根据权利要求9所述的阻抗匹配方法，还包括：
在对...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·卡特，V·布劳克，
申请(专利权)人：先进工程解决方案全球控股私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG