[发明专利]用于电感耦合等离子体系统的混合阻抗匹配

说明书

本发明主张于2012年10月9日由Thomas等提交的名称为“HYBRID IMPEDANCE MATCHING FOR INDUCTIVELY COUPLEDPLASMA SYSTEM”的美国专利申请No.13/648,183(代理档案号No.LAMRP002/NVLS003776)，通过引用将其全部内容并入全文，并用于所有目的。

技术领域

本发明总体上涉及到阻抗匹配，更具体而言，涉及电感耦合等离子体的混合阻抗匹配操作，包括频率调谐操作和自动匹配操作。

背景技术

电感耦合等离子体（ICP）可用于各种微加工工艺，该微加工工艺包括衬底清洁工艺、表面修整工艺、薄膜沉积工艺、蚀刻工艺、和清洁工艺等等。在ICP系统中，发生器（generator）供应射频（RF）供给信号给电感线圈。供给信号产生在电感线圈周围的时变磁场，该时变磁场接着通过电磁电感方式产生通过工艺气体的电流。该电流供应能量，以从工艺气体中产生等离子体。阻抗匹配网络可以用来促使功率从供给信号发生器传输到ICP系统的电感线圈，从而促进等离子体的形成，同时最大限度地减少所浪费的反射功率，并潜在地减少正在ICP系统中制造的器件的损坏以及ICP系统元件本身的损坏的风险。

发明内容

在本发明中所描述的主题的一个方面中，一种系统包括被配置为产生供给信号并在调谐范围内调谐所述供给信号的频率的发生器。该系统还包括自动匹配网络，该自动匹配网络被配置成接收所述供给信号并基于经等离子体系统的阻抗和所述自动匹配网络的阻抗修正的所述供给信号产生阻抗匹配信号。一种等离子体系统被配置为接收阻抗匹配信号。阻抗匹配信号供应功率给所述等离子体系统，以用于一个或多个等离子体促进的工艺。在一些实施方式中，在阻抗匹配操作的第一阶段的过程中，所述发生器被配置为调谐所述供给信号的频率，直到所述发生器确认（identify）使所述发生器的电抗和所述发生器上的负载的电抗在所述调谐范围内最佳匹配的频率。在一些实施方式中，在所述阻抗匹配操作的第二阶段的过程中，所述自动匹配网络被配置为调谐所述自动匹配网络内的调谐元件直到所述自动匹配网络确认所述调谐元件的使所述发生器的电阻和所述发生器上的负载的电阻对于所确认的所述频率最佳匹配的调谐。

在一些实施方式中，所述发生器被配置为以正向功率模式产生和输出所述供给信号。在一些实施方式中，所述供给信号是射频（RF）信号。在一些实施方式中，所述发生器被配置为产生在1MHz以下的频率的供给信号，并且在一些这样的实施方式中，所述发生器被配置为调谐所述供给信号的在始于约380千赫并止于约440千赫的范围内的频率。在一些实施方式中，为确认使所述发生器的电抗和所述发生器上的所述负载的电抗最佳匹配的频率，所述发生器被配置为确认所述供给信号的使所述发生器检测或确定有最少的功率从所述发生器上的所述负载反射回所述发生器的频率。在一些实施方式中，所述阻抗匹配操作的所述第一阶段包括第一粗调操作，在该第一粗调操作后进行第二微调操作。

在一些实施方式中，所述自动匹配网络还包括相位和幅值检测器，该相位和幅值检测器被配置为：检测所述供给信号的相位和幅值；以及根据所检测到的所述相位和幅值，产生相位和幅值误差校正信号。在一些实施方式中，所述相位和幅值检测器进一步被配置为检测从所述等离子体系统反射回的信号的相位和幅值。在一些实施方式中，所述自动匹配网络还包括控制器，该控制器被配置为：接收所述相位和幅值误差校正信号；以及基于所述相位和幅值误差校正信号，产生调谐信号。在一些实施方式中，所述调谐元件被配置为接收所述调谐信号，然后所述调谐信号实现所述调谐元件的阻抗的基于所述调谐信号的变化。在一些实施方式中，所述调谐元件是可变电容器，并且，所述调谐信号改变所述可变电容器的电容。在一些实施方式中，为调谐所述自动匹配网络内的调谐元件直到所述自动匹配网络确认所述调谐元件的使所述发生器的电阻和所述发生器上的负载的电阻最佳匹配的调谐，所述自动匹配网络被配置为调谐所述调谐元件，直到所述相位和幅值误差校正信号中的一者或两者都基本上为零或低于确定的阈值。

在一些实施方式中，所述阻抗匹配操作的所述第一和第二阶段实时地执行。在一些实施方式中，所述阻抗匹配操作的所述第一和第二阶段在多步骤工艺的工艺步骤之间的每次过渡时进行。在一些实施方式中，所述阻抗匹配操作的所述第二阶段的执行直到所述阻抗匹配操作的所述第一阶段确认使所述发生器的电抗和所述发生器上的所述负载的电抗最佳匹配的频率才开始。