表征匹配网络的方法技术

本发明专利技术提供一种使用可变阻抗分析计算匹配网络的等效串联电阻的方法及使用该方法分析的匹配网络。在一实施方式中，一种计算匹配网络的等效串联电阻的方法包括：将匹配网络连接到负载；测量在负载阻抗的范围内的匹配网络的输出；以及基于所测量的输出和负载电阻之间的关系而计算匹配网络的等效串联电阻。所述负载可以为替代负载或可以为在工艺腔室中形成的等离子体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式一般涉及用于半导体处理系统的匹配网络。更特别地， 本专利技术的实施方式涉及匹配网络的表征。
技术介绍
在诸如蚀刻或沉积处理系统的等离子体增强半导体处理系统中，射频(RF)匹配网络用于将来自具有基本为电阻性阻抗(例如，50欧姆)的RF 源的RF功率耦合到负载，该负载一般为在具有复数阻抗的工艺腔室中的处理 等离子体。匹配网络操作以将RF源的阻抗匹配到等离子体/负载的阻抗以有效地将来自所述源的RF功率耦合到等离子体。在半导体晶圆处理系统中广泛使用的一种类型匹配网络为可调谐的匹配网络，其中动态性调谐串联的频率依赖性无源(passive)元件和并联的频率依 赖性无源元件以实现源和负载之间的阻抗匹配。在1999年9月14日公告的共 同转让的美国专利No.5， 952， 896中公开了一种该可调谐的匹配网络，并描 述了具有串联的感应器和并联的电容器的匹配网络。匹配网络控制器机械地调 谐或调整电容器和感应器的并联位置以实现源阻抗和负载阻抗之间的阻抗匹 配。更特别地，随着负载阻抗的变化，制动器(actuator)连续地调整匹配网 络中感应器和电容器的可调谐元件以保持阻抗匹配。在可调谐的匹配网络中，匹配网络终止于非消耗(non-dissipating)负载 (一般为电容性元件)，其允许匹配网络调谐并测量电流。在该情形下，当功 率已知并且电流精确时，RMW=Pin/I2。然而，该计算方法的缺陷包括a)只能 测试一个匹配设置点；b)匹配网络通常不能调谐到零阻抗负载条件，其产生 会降低功率测量精确性的误匹配条件(并因此增加电阻计算的不精确性)；以 及c)匹配网络需要在适当操作的匹配输出处RF电流的精确测量，其不能通 过传统的配置提供。另外，传统的匹配网络通常会引入与50Q终止负载串联连接的纯电抗元件而将负载的总阻抗移动到匹配网络的可操作调谐范围中。在该配置中，所有 的功率消耗在50Q负载中，其允许在特定的点处进行更精确的测量。如果匹配网络具有也非常接近于50Q (或者接近于终止负载电阻)的电阻，就可使用两个功率仪表精确地测量通过匹配网络的功率损耗。如果终止负载的阻抗已 知，则其可被转化为用于该匹配的等效串联电阻。然而，构建复数的、纯电抗负载是非常困难的。因此，不考虑替代(surrogate)负载中的损耗将过高估计 匹配网络中的功率消耗，从而该配置的传统匹配网络会产生比实际电阻近似值 高的值。因此，需要一种匹配网络分析技术，其可以得到匹配网络的等效串联电阻 的改进近似值。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种使用可变阻抗分析计算匹配网络的等效串联 电阻的方法及使用该方法分析的匹配网络。在一实施方式中， 一种计算匹配网 络的等效串联电阻的方法包括将匹配网络连接到负载；在负载阻抗的范围内 测量匹配网络的输出；以及基于所测量的输出和负载电阻之间的关系而计算匹 配网络的等效串联电阻。所述负载可以为替代负载或可以为在工艺腔室中形成 的等离子体。在另一实施方式中， 一种用于表征匹配网络的方法包括将匹配网络连接 到可变阻抗替代负载；在负载阻抗的范围内测量匹配网络的输出；基于所测量 的输出和负载电阻之间的关系而计算匹配网络的等效串联电阻；以及基于所计 算的等效电阻而评估所述匹配网络的情况。附图说明为了更加详细地理解以上所描述的本专利技术的特征，将参照本专利技术的实施方 式对以上的概述进行更加详细的描述，其中部分实施方式在附图中示出。然而， 可以注意到，附图仅示出了本专利技术的典型实施方式，因此不能理解为对本专利技术 范围的限制，本专利技术可承认其它等效的实施方式。图1示出了适于与本专利技术的方法一起使用的系统的一实施方式的一般方框图2示出了根据本专利技术一实施方式的方法；图3示出了使用本专利技术的一种方法所得到的示例性数据曲线图； 图4示出了可变的并联、频率可调的匹配网络的等效串联电阻与频率之间 的示例性曲线图。具体实施方式本专利技术一般提供一种匹配网络分析技术，其用于在各种负载电阻处通过一 系列的匹配网络输出推断而精确地计算该匹配网络的等效串联电阻(ESR)。 匹配网络的ESR的近似值考虑到由于匹配调谐空间内所有点处的串联电阻而 导致的匹配网络损耗(也称之为匹配网络的插入损耗)的近似值。本专利技术还主 要提供根据本专利技术的方法表征的匹配网络。图1示出了系统100的一般方块图，其适于表征根据本专利技术实施方式的匹配 网络。系统100主要包括通过匹配网络106与负载104连接的电源102。探针108 一般用于测量与在匹配网络106输出处的电流成比例的电流或者一些其它度电源102—般为一个或多个RF功率源，诸如能产生具有约10-10，000瓦特功 率及从约200kHz至约200MHz频率的信号的RF源。在一实施方式中，电源102 为能够产生具有在约10-5,000瓦特功率和约13.56MHz频率的信号的RF源。在另 一实施方式中，电源102为能够产生具有在约10-5,000瓦特和在例如约2MHz的 第一频率及约13MHz的第二频率；约2MHz的第一频率和约60MHz的第二频 率；约13MHz的第一频率和约60MHz的第二频率；以及约2MHz的第一频率、 约13MHz的第二频率和约60MHz的第三频率的信号的RF源。前面给出的频率 组合仅是示例性的，并且应该理解，其它的单个和多个频率组合可结合本专利技术 使用。可选地，电源102可为用于产生待馈入到匹配/负载中的低功率信号的信号 产生器或网络分析器。在一实施方式中，电源102用于产生具有不消耗足够功 率的功率等级的信号以影响匹配性能。在一实施方式中，电源102能够产生具 有在约0.1毫瓦特至约10瓦特范围内功率的信号，从而有利地使匹配网络的内 部元件的热量(heating)最小化。负载104为在等离子体增强半导体工艺腔室中形成的等离子体，或者可为模拟负载(诸如可变阻抗替代负载)。例如，在一实施方式中，通过在合适的温度和压力下向半导体工艺腔室(未示出)的内部提供气体并且将来自电源102 的例如13.56MHz频率的充足的RF功率耦合到设置在工艺腔室内的电极以而产 生负载104，以形成等离子体。由电源102产生的等离子体是电源102从电路观 点看的负载。可选地，通过将电源102 (和匹配网络106)耦合至提供负载(例 如，可变阻抗替代负载)的电路而提供负载104，以模拟工艺腔室内的等离子 体。可适当地设计替代负载以在电源102的功率需求范围内操作。因此，负载 104能够在约10-5,000瓦特范围内处理功率。可选地，可设计负载104以与上述 的低功率电源102操作(即，能够处理在约0.1毫瓦特至约10瓦特范围内的功 率)，从而有利地促使负载104便携地用于场测试、易于传输或存储等。在理想的有效系统中，通过电源102提供的100%的功率将通过负载104消 耗，例如在半导体工艺腔室中的等离子体。然而，存在降低系统效率的数个因 素。例如，由负载104反射的功率降低了通过负载104消耗的净功率。因此，诸 如匹配网络106的匹配网络典型地设置在电源102和负载104之间以匹配电源和 负载之间的阻抗，从而使反射的功率最小化并使电源102的有效使用最大化(例 如，与通过电源102传输的实际功率相比，使通过负载消耗的功率量最大)。匹配网络106本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表征匹配网络的方法，该方法包括：将所述匹配网络连接到负载；在负载阻抗的范围内测量所述匹配网络的输出；以及基于所测量的输出和所述负载电阻之间的关系，计算所述匹配网络的所述等效串联电阻。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文C香农，丹尼尔J霍夫曼，史蒂文莱恩，沃尔特R梅里，杰维科迪恩维，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]