CN102568993A - 可调电容器、等离子体阻抗匹配装置、方法和基板处理设备 - Google Patents

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Abstract

本申请揭露了一种基板处理设备，包括：处理室；被配置为从供应至所述处理室内的气体产生等离子体的电极；被配置为输出RF功率的RF电源；被配置为将所述RF功率从所述RF电源传输至所述电极的传输线；连接至所述传输线且被配置为匹配等离子体阻抗的阻抗匹配单元；以及被配置为向所述阻抗匹配单元输出控制信号的控制器，其中，所述阻抗匹配单元包括具有多个电容器以及对应于所述多个电容器的多个开关的可调电容器，所述多个开关根据所述控制信号开启/关闭以便调整所述可调电容器的电容。

Description

可调电容器、等离子体阻抗匹配装置、方法和基板处理设备
相关申请的交叉参考
根据35U.S.C§119条，要求2010年12月30日提出的韩国专利申请号为10-2010-0139483的申请案和2011年5月4日提出的韩国专利申请号为10-2011-0042697的申请案的优先权，它们的全部内容以引用方式并入本申请中。
背景技术
在此描述的本发明涉及可调电容器、等离子体阻抗匹配装置、等离子体阻抗匹配方法和基板处理设备，且更具体而言，涉及能够调节电容的可调电容器，能够在半导体制造设备的使用等离子体的处理设备中匹配等离子体阻抗的等离子体阻抗匹配装置，等离子体阻抗匹配方法和基板处理设备。
等离子体阻抗匹配装置使用射频(RF，Radio Frequency)电源，且其是能够使最大RF功率(Power)被传输至等离子体处理室的阻抗匹配装置。因而，该等离子体阻抗匹配装置可以是产生并维持等离子体的最重要的装置。
当RF电源产生的功率供应至处理室以产生等离子体时，电源阻抗和等离子体阻抗必须相匹配以传输最大功率而没有反射波。此操作通常称为阻抗匹配。
具有电气特性的等离子体阻抗根据条件，诸如压力、RF功率、源气体等而变化。如果等离子体阻抗与RF电源的阻抗不匹配，难以不断地供电。这造成在处理过程中等离子体密度的改变。因而，处理结果的差别变大。据此，阻抗匹配可认为是将RF功率不断地传输至处理室。因此，在处理室内RF电源与等离子体产生装置之间设置阻抗匹配装置。
公知的阻抗匹配装置由可调电容器和电感器组成。通过调整可调电容器的电容使RF电源的阻抗与处理室的阻抗相匹配。
公知阻抗匹配装置内的可调电容器的电容，通过使用由步进电动机和齿轮级(gear stage)组成的驱动装置调整电容器的间隔而改变。RF电源的阻抗通过调整可调电容器的电容而改变。
如果电容器的电容由机械驱动装置调整，机械驱动装置的操作时间而引起的时延变长，并且难以精细地控制电容。特别地，如果RF电源以脉冲模式提供功率，在高速脉冲时，等离子体状态快速变化。因为此原因，难以快速进行阻抗匹配。此外，RF功率被以脉冲模式提供，其中RF电源电压根据时间变为周期性地开启和关闭。在此情况下，尽管脉冲模式处于关闭状态，但留存在可调电容器中的功率被供应至处理室。
发明内容
本发明的示范实施例提供一种基板处理设备，包括：处理室；电极，被配置为从供应至处理室内的气体产生等离子体；RF电源，被配置为输出RF功率；传输线，被配置为将RF功率从所述RF电源传输至所述电极；阻抗匹配单元，连接至所述传输线且被配置为匹配等离子体阻抗；以及控制器，被配置为向所述阻抗匹配单元输出控制信号，其中，所述阻抗匹配单元包括可调电容器，该可调电容器具有多个电容器以及对应于所述多个电容器的多个开关，所述多个开关根据所述控制信号开启/关闭以便调整所述可调电容器的电容。
在示范实施例中，所述多个电容器被分成N组(N为大于1的整数)，且各组调整的电容范围不同。
在示范实施例中，每组包括多个电容器。
在示范实施例中，所述组并行连接。
在示范实施例中，每组中的多个电容器并行连接。
在示范实施例中，同一组中的电容器具有相同的电容。
在示范实施例中，每一组包括九个电容。
在示范实施例中，N组的电容比为100∶101∶102∶103...∶10n-1。
在示范实施例中，所述RF电源以脉冲模式提供RF功率。
在示范实施例中，所述传输线包括连接所述可调电容器和所述处理室的第一传输线；以及从所述第一传输线分接到地的第二传输线；其中，所述基板处理设备进一步包括在所述第一传输线上提供的第一传输开关；以及在所述第二传输线上提供的第二传输开关；且其中所述控制器根据所述RF电源的脉冲模式输出开启/关闭信号至所述第一传输开关和所述第二传输开关。
在示范实施例中，所述第一传输开关设置于所述第一传输线和所述第二传输线之间的连接节点之后。
本发明的示范实施例还提供一种等离子体阻抗匹配装置，包括：阻抗匹配单元，连接至RF功率的传输线且被配置为匹配等离子体阻抗；以及控制器，被配置为向所述阻抗匹配单元发送控制信号，其中所述阻抗匹配单元包括可调电容器，该可调电容器具有多个电容器以及对应于所述多个电容器的多个开关，所述多个开关根据所述控制信号开启/关闭以便调节所述可调电容器的电容。
在示范实施例中，所述多个电容器被分成N组(N为大于1的整数)，且各组调整的电容范围不同。
在示范实施例中，每组包括多个电容器。
在示范实施例中，所述组并行连接。
在示范实施例中，每组中的多个电容器并行连接。
在示范实施例中，同一组中的电容器具有相同的电容。
在示范实施例中，每一组包括九个电容。
在示范实施例中，所述开关由PIN二极管组成。
在示范实施例中，所述多个电容器并行连接。
在示范实施例中，所述可调电容器进一步包括：机械可调电容器，被配置为接收所述控制器的控制信号以由机械驱动装置调节电容。
本发明的示范实施例还提供一种可调电容器，包括：被分成N组(N为大于1的整数)的多个电容器；以及分别连接至所述多个电容器且由控制信号控制的多个开关，其中各组调节的电容范围不同。
在示范实施例中，每组包括多个电容器。
在示范实施例中，所述组并行连接。
在示范实施例中，每组中的多个电容器并行连接。
在示范实施例中，同一组中的电容器具有相同的电容。
在示范实施例中，不同组中的电容器具有不同的电容。
在示范实施例中，每一组包括九个电容。
在示范实施例中，N组的电容比为100∶101∶102∶103...∶10n-1。
在示范实施例中，所述开关由PIN二极管组成。
附图简要说明
由以下参照下述附图的描述，上面以及其他目的和特征将变得明显，其中除另有说明外，在各附图中相同的标号指代相同的部分，其中：
图1是根据本发明的一实施例的基板处理设备的框图。
图2和3是根据本发明的另一实施例的基板处理设备的框图。
图4是根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
图5是根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
图6是描述图4中的等离子体阻抗匹配装置的操作的流程图。
图7是示意说明根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
图8是示意说明根据本发明的一实施例的图7中的可调电容器的电路图。
图9是示意说明根据本发明的另一实施例的图7中的可调电容器的电路图。
图10是示意说明根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
图11是示意说明根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
图12-14是描述图11中的等离子体阻抗匹配装置的操作的流程图。
图15是示意说明根据本发明的另一实施例的基板处理设备的框图。
图16是说明等离子体状态根据脉冲模式的RF功率的供应而改变的图。
具体实施方式
下面参照展示本发明实施例的附图进一步完整地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式体现且不应该理解成被限制为本申请中所提出的实施例。当然，提供这些实施例是为了使本揭露将变得详尽和完整，且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在图中，层和区域的尺寸以及相对尺寸可放大以清楚。在本申请中，相同的标号指代相同的元件
将理解的是，虽然第一、第二、第三等词语可在本申请中用来描述不同的元件、成分、区域、层和/或区段(section)，但是这些元件、成分、区域、层和/或区段不应受这些词语限制。这些词语只是用来区分一元件、成分、区域、层或区段和另一区域、层或区段。因而，下面讨论的第一元件、成分、区域、层或区段可被称为第二元件、成分、区域、层或区段而不背离本发明的教示。
空间上相对的词语，诸如“在...下”、“在下面”、“较低的”、“在...之下”、“在...上”、“上面的”等在本申请中可用来方便说明附图中所示一元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，空间上相对的词语意为除包括附图中所描绘的方位外，还包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中装置被翻转，描述为“在”其他元件或特征“下”的元件届时会“在”所述其他元件或特征之“上”。因而，示范词“在下面”、“在...之下”可包括上和下两个方位。装置可被不同的定位(旋转90度或在其他方位)且本申请中使用的空间上相对描述语相应的解释。此外，也可将理解的是，当一层被称为“在”两层“之间”时，其可以是在所述两层之间的唯一层，或也可存在一或多个介入层。
本申请中所使用的术语仅是用来描述特定实施例，而不意为限制本发明。如本申请中所使用的单数形式“一”和“所述”，除在上下文明确指出外，意为也包括复数形式。将进一步理解的是，当词语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本申请中使用时，其指定存在规定特征、整数、步骤、操作、元件和/或成分，但不排除存在或加入一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、成分和/或它们的组合。如本申请中所使用的词语“和/或”包括相关联的所列举出项目中的一或多个项目的任一或全部组合。
将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接至”、“耦接至”或“毗邻”另一元件或层时，其可以是直接在其他元件或层上，连接、耦接或毗邻其他元件或层，或可存在介入元件或层。相比之下，当一元件被称为“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接至”、“直接耦接至”、或“直接毗邻”另一元件或层时，则没有存在介入元件或层。
除非另有定义外，在本申请中使用的所有词语(包括技术和科学词语)具有为本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同意思。将进一步理解的是，诸如在通常使用的词典中所定义的那些词语，应被解释为具有与它们在相关领域和/或本申请的上下文中的意思相一致的意思，而将不会在理想化或过于形式化的意义上理解，除非在本申请中明确地如此定义。
下面，参照附图描述根据本发明的一实施例的基板处理设备1000。
图1是根据本发明的一实施例的基板处理设备的框图。
参照图1，基板处理设备1000包括处理室1100、RF电源1200、传输线1210以及等离子体阻抗匹配装置1300。
基板处理设备1000被配置为在处理室1100内使用气体产生等离子体并使用所述等离子体处理基板。
处理室1100被用来执行使用等离子体对基板进行处理的过程。处理室1100包括电极1110。
电极1110供应功率以使输入至处理室的气体被电离成为等离子体状态。
电极1110可以是电容耦合的等离子体(下文称为CCP)源，其由在处理室1100内并行设置的两电极板组成。CCP源使用电容电场提供功率给输入至处理室1100内的气体的电子。
如图1所示，CCP源可具有这样的形状使得两电极板中的一个与RF电源1200相连。电极1110的形状以及与RF电源1200的连接不限于这里揭露的情况。
图2和3是根据本发明的其他实施例的基板处理设备的框图。
参照图2，CCP源被配置以便RF电源1200连接至两电极板。在此，RF电源1200可被配置应用具有不同频率的RF功率。
电极1110可以是电感耦合等离子体(下文中称为ICP)源，其由在处理腔室1100外设置的电感线圈组成。参照图3，ICP源使用电感电场提供功率给输入至处理腔室1100内的气体的电子。ICP源用单独耦接至处理腔室1100上侧的等离子体产生装置将输入气体变为等离子体状态，并以下行方式(downstream manner)将等离子体提供给处理腔室1100。
RF电源1200通过传输线1210将RF功率供应至处理室1100内的电极1110，以便使供应至处理室1100内的气体的电子被转换成等离子体状态。RF电源1200可以脉冲模式提供功率。例如，RF电源1200可以脉冲模式提供功率，其中RF电源电压随时间变为周期性开启和关闭。然而，RF电源1200不限于此。例如，RF电源1200可被配置以提供具有连续频率的功率。
传输线1210经由等离子体阻抗匹配装置1300将RF电源1200产生的功率传输至处理室1100。
等离子体阻抗匹配装置1300将RF电源侧的阻抗与处理室侧的阻抗进行匹配。
下面将参照附图更加充分地描述根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置。
等离子体阻抗匹配装置1300设置于RF电源1200和处理室1100之间。等离子体阻抗匹配装置1300包括阻抗匹配单元1310、控制器1320、阻抗测量单元1330、反射功率测量单元1340和电感器1350。
阻抗匹配单元1310使用可调电容器1400进行RF电源1200与处理室1100之间的阻抗匹配。
图4是根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
阻抗匹配单元1310连接至传输线1210，且电容根据控制器1320的控制信号而变化。阻抗匹配单元1310包括可调电容器1400。
参照图4，可调电容器1400包括电容器电路1401和开关电路1402。
可调电容器1400连接至传输线1210。电容器电路1401连接至开关电路1402以从传输线1210供应RF功率。电容器电路1401由多个电容器组成，且开关电路1402由分别与所述多个电容器相对应的多个开关组成。每个电容连接至所述多个开关中的一相应开关。通过选择性地关闭开关电路1402中分别连接至电容器电路1401中的多个电容的开关调整可调电容器1400的电容。
电容器电路1401的电容器经由开关电路1402连接至传输线1210。例如，电容器电路1401中的电容器经由开关电路1402中的开启开关选择性地连接至传输线1210。即为，可调电容器1400的电容是根据连接至开启开关的电容器的电容来确定。电容器电路1401中的电容器并行连接。在此情况下，可调电容器1400的电容对应于从电容器电路1401的多个电容器中连接至开启开关的电容器的电容总和。计算可调电容器1400的电容是容易的。然而，可调电容器1400不限于此揭露。例如，可调电容器1400可被配置以包括多个串行连接的电容器。
电容器电路1401中的电容器可具有相同的电容。可选地，电容器电路1401中的一些或全部电容器可形成为具有不同电容。还可选地，电容器电路1401中的电容器的电容可被确定为根据排列顺序依次增加。例如，电容器电路1401的电容器的电容可顺序地增加两倍。
可调电容器1400的电容值是通过组合电容器电路1401中的电容器的电容来细微控制的。假定，电容器电路1401由八个电容器组成，且电容器的电容比为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128。在此假定下，通过组合电容器电路1401中的电容器确定256个电容值。
开关电路1402中的开关根据控制信号电气地关闭或开启。如果开关开启(turned on)，来自传输线1210的功率供应相对应的电容器。开关可被不同地配置以电气地操作。
图5是根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
参照图5，PIN二极管用作电气地操作的开关电路1402的开关。
控制器1320接收指示处理室1100内测量的阻抗的值，或指示在传输线1210上测量的、来自RF电源1200的反射功率的值，并向阻抗匹配单元1310提供用于阻抗匹配的电容调整值。
控制器1320发送对应于电容调整值的开启/关闭控制信号给可调电容器1400的开关电路1402。特别地，控制器1320根据电容调整值发送从可调电容器1400的电容器电路1401的电容器中选择连接至传输线1210的电容器的控制信号。即为，控制信号被发送至开关电路1401，以从电容器电路1401的电容器中选择连接至传输线1210的电容器，并分别开启对应于所选择的电容器的开关电路1401的开关。
控制器1320将作为指示所测量的传输线1210的电气特性的值的模拟信号转换为数字信号，以将其发送至可调电容器1400的开关电路1402。开关电路1402响应于所述数字信号操作，以将电容器电路1401连接至传输线1210。然而，控制器1320不限于此揭露。控制器1320可被配置以发送模拟控制信号至开关电路1402。
控制器1320响应于阻抗匹配单元1330和反射功率测量单元1340中的至少一者提供的测量值，为RF电源1200和处理室1100之间的阻抗匹配确定电容调整值。
阻抗测量单元1330测量处理室1100内的等离子体阻抗以将其发送至控制器1320。
反射功率测量单元1340测量传输线1210的RF功率的电气特性，以将其提供给控制器1320。本申请中，在传输线上测量的RF功率的电气特性可以是电流、电压、它们的相位差。反射功率测量单元1340基于所述电气特性测量RF电源1200的反射功率输出。
电感器1350消除由可调电容器1400输出的RF功率的直流(DC)成分。电感器1350可由用于阻抗匹配的可调电感器组成。
下面将参照附图更加完整地描述根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置的操作。
图6是用于描述图4中的等离子体阻抗匹配装置的操作的流程图。
参照图6，RF电源1200通过传输线1210将RF功率供给电极1110。此时，输入至处理室1100的气体通过功率被转换成等离子体状态。处理室1100使用等离子体执行基板处理过程。在操作S110中，阻抗测量单元1330测量处理室1100内的等离子体阻抗以将其提供给控制器1320。在操作S120中，控制器1320根据输入的等离子体阻抗测量值确定电容调整值。此时，反射功率测量单元1340测量传输线1210的电气特性以将其提供给控制器1320。控制器1320能够进一步根据RF功率的电气特性，例如电流、电压、相位差等，确定电容调整值。
在操作S130中，控制器根据电容调整值确定是否调整阻抗匹配单元1310内的可调电容器1400的电容。如果不需要调整可调电容器1400的电容，方法结束。如果需要调整可调电容器1400的电容，在操作S140，选择连接至传输线1210的电容器，使得电容被调整为对应于电容调整值。在操作S150中，控制器1320发送数字控制信号至开关电路1402，以便所选择的电容器连接至传输线1210。在操作S160，所选择的连接至开启开关的电容器根据电容组合满足进行等离子体阻抗匹配所必需的电容调整值。
如果处理室1100内的等离子体阻抗与RF电源1200的阻抗并不匹配，使用等离子体阻抗匹配装置1300的可调电容器1400进行等离子体阻抗匹配。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置。根据本发明另一实施例的等离子体阻抗匹配装置可类似于根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置，而二者差别可受关注。
图7是示意说明根据本发明的另一实施例的阻抗匹配装置的框图。
根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置1300包括可调电容器1400，可调电容器1400由并行连接的N个可调电容器组1400-1至1400-n组成。
进一步地，等离子体阻抗匹配装置1300可进一步包括被配置与图7所示1400相同的可调电容器。
可调电容器组1400-1至1400-n的可调电容范围可彼此不同。
当等离子体阻抗匹配装置1300的能够被调整的电容具有对应于数10n-1的电容时，对应于电容调整值为数1的电容被第一可调电容器组1400-1调整，对应于电容调整值为数10的电容被第二可调电容器组1400-2调整，对应于电容调整值为数102的电容被第三可调电容器组1400-2调整，以及对应于电容调整值为数10n-1的电容被第n可调电容器组1400-n调整。即为，电容器组1400-1至1400-n的电容范围是确定的。例如，如果电容调整值为123，第一可调电容器组1400-1使用电容器调整出值3，第二可调电容器组1400-2使用电容器调整出值20以及第三可调电容器组1400-3使用电容器调整出值100。
可调电容器组1400-1至1400-n中的每个可由电容器电路1401和开关电路1402组成。
图8是示意说明根据本发明的一实施例的图7中的可调电容器的电路图。
参照图8，可调电容器组1400-1被配置为使得电容器电路1401-1连接至开关电路1402-1，以从传输线1210供应RF功率。电容器电路1401-1由多个分别对应于开关电路1402-1的多个开关的电容器组成。剩余可调电容器组1400-2至1400-n被配置为与可调电容器组1400-1相同。可调电容器组1400-1至1400-n中的每一个的电容通过选择性地关闭连接至相对应的电容器电路的电容器的相对应开关电路的开关而调整。
可调电容器组1400-1至1400-n中的每一个的电容器彼此并行连接。在此情况下，可调电容器组1400-1至1400-n的电容通过对连接至开启开关的电容器的电容求和而获得。
同一组中的电容器可具有相同的电容。可调电容器组1400-1至1400-n包括可调电容器电路1401-1至1401-n，可调电容器电路1401-1至1401-n中的每一个由九个电容器组成。
第一可调电容器组1400-1包括九个电容器C11至C19，它们中的每个具有电容1。第二可调电容器组1400-2包括九个电容器C21至C29，它们中的每个具有电容10。第三可调电容器组1400-3包括九个电容器C31至C39，它们中的每个具有电容102。第n可调电容器组1400-n包括九个电容器C[n]1至C[n]9，它们中的每个具有电容10n-1。
第一可调电容器组1400-1的电容通过组合电容器C11至C19中连接至开启开关的电容器而被从1调至9，电容器C11至C19中的每一个具有电容1。第二可调电容器组1400-2的电容通过组合电容器C21至C29中连接至开启开关的电容器而被从10调至90，电容器C21至C29中的每一个具有电容10。第三可调电容器组1400-3的电容通过组合电容器C31至C39中连接至开启开关的电容器而被从102调至9×102，电容器C31至C39中的每一个具有电容102。第n可调电容器组1400-n的电容通过组合电容器C[n]1至C[n]9中连接至开启开关的电容器而被从10n-1调至9×10n-1，电容器C[n]1至C[n]9中的每一个具有电容10n-1。例如，如果电容调整值为123，第一可调电容器组1400-1的电容通过开启三个开关被调为值3，所述三个开关中的每一个与具有电容为1的电容器相连；第二可调电容器组1400-2的电容通过开启两个开关被调为值20，所述两个开关中的每一个与具有电容为10的电容器相连，第三可调电容器组1400-3的电容通过开启一个与具有电容为100的电容器相连的开关被调为值100。
对可调电容器1400的电容值的细微控制是通过组合可调电容器组1400-1至1400-n的电容器电路1401-1至1401-n的电容来进行的。
在示范实施例中，控制器1320输出控制信号以从可调电容器1400的电容器电路1401的电容器中选择连接至传输线的电容器。特别地，控制信号被发送至开关电路1401以从电容器电路1401的电容器中选择连接至传输线1210的电容器，并分别开启对应于所选择的电容器的开关电路1401的开关。
本申请中，开关电路1402的开关可由上面所述的电气开关组成。
图9是示意说明根据本发明的另一实施例的图7中的可调电容器的电路图。
参照图9，开关电路1402的开关由PIN二极管组成。
图10是示意说明根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
参照图10，等离子体阻抗匹配装置包括两可调电容器1400a和1400b。可调电容器1400a包括N个可调电容器组1400a-1至1400a-n，及可调电容器1400b包括M个可调电容器组1400b1至1400b-m。这里，M等于或不等于N。可调电容器1400a和1400b关于传输线1210并行连接。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置。根据本发明又一实施例的等离子体阻抗匹配装置可类似于根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置，而二者差别可受关注。
如果可调电容器1400的操作在执行上面所述操作S110至S130后被决定，根据电容调整值选择可调电容器组1400-1至1400-n的电容器中连接至传输线1210的电容器。控制器1320发送数字控制信号给对应于所选择的电容器的开关以便将开关开启。与开启开关相连的电容器可根据电容组合满足进行等离子体阻抗匹配的电容调整值。
特别地，如果在选择可调电容器组1400-1至1400-n中的电容器时电容调整值具有为数10n-1的电容，确定是否操作可调电容器组1400-1至1400-n，以便对应于电容调整值为数1的电容通过第一可调电容器组1400-1调整，对应于电容调整值为数10的电容通过第二可调电容器组1400-2调整，对应于电容调整值为数102的电容通过第三可调电容器组1400-2调整，以及对应于电容调整值为数10n-1的电容通过第n可调电容器组1400-n调整。
如上所述，如果处理室1100的等离子体阻抗不与RF电源1200的阻抗匹配，使用等离子体阻抗匹配装置1300的可调电容器1400进行等离子体阻抗匹配。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置。根据本发明又一实施例的等离子体阻抗匹配装置可类似于根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置，而二者差别可受关注。
图11是示意说明根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置的框图。
参照图11，根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置1300进一步包括机械可调电容器1450。
机械可调电容器1450和可调电容器1400并行连接。机械可调电容器1450和可调电容器1400并行连接至传输线1210以传输RF功率至处理室。但是，机械可调电容器1450和可调电容器1400可串行连接。
机械可调电容器1450包括电容器1451和机械驱动装置1452。
电容器1451的电容是通过机械驱动装置1452来调整。机械驱动装置1452可由具有步进电动机以及齿轮级的机械驱动装置组成。电动机根据输入控制信号进行旋转驱动，以及被电动机旋转的齿轮级调整电容器1451的间隔。
机械可调电容器1450和可调电容器1400可以主从方式运行。可调电容器1400依赖于机械可调电容器1450运行。机械可调电容器1450根据调整RF电源1200的阻抗所需要的电容调整值，通过机械驱动装置自动调整电容，进而剩余电容受可调电容器1450细微控制。未被通过机械驱动装置1452控制电容的机械可调电容器1450细微调整的电容，可通过组合电容器的电容来细微调整，所述电容器连接至根据电气信号开启的开关。
进一步地，机械可调电容器1450在RF电源1200的功率在大范围内变化时使用，可调电容器1400在RF电源1200的功率在狭小范围内变化时使用。例如，机械可调电容器1450用在工艺气体的状态大幅变化时的初始过程，且进而由可调电容器1400进行细微调整。
在示范实施例中，控制器1320根据电容调整值发送机械可调电容器1450的机械驱动装置1452的驱动控制信号，并输出可调电容器1400的开关电路1402的开启/关闭控制信号。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的又一实施例的等离子体阻抗匹配装置。根据本发明又一实施例的等离子体阻抗匹配装置可类似于根据本发明的一实施例的等离子体阻抗匹配装置，而二者差别可受关注。
图12至14是用于描述图11中的等离子体阻抗匹配装置的操作的流程图。
参照图12，操作S2100和S2200可类似于图6中所描述的操作S110和S120实施。如果电容调整值根据上面操作S2100和S2200确定，在操作S2300中，控制器1320确定机械可调电容器1450和可调电容器1400的操作。如果需要机械可调电容器1450的操作，方法继续进行至操作S2310，在操作S2310中控制器1320根据电容调整值发送操作控制信号给机械驱动装置1452。如果需要可调电容器1400的操作，方法继续进行至操作S2330，在操作S2330中控制器1320根据电容调整值发送操作控制信号给开关电路1401的开关。
本申请中，如果不需要机械可调电容器1450和可调电容器1400的操作，可跳过上面的操作。
参照图13，如果可调电容器1400由多个电容器组成，可调电容器1400的操作被决定，则方法继续进行至操作S2330，在操作S2330中选择电容器电路1401的电容器中连接至传输线的电容器。在操作S2340，控制器1320输出操作控制信号给对应于所选择的电容器的开关。因而，可调电容器1400通过连接至开启开关的选择电容器的电容组合满足电容调整值。
如上所述，机械可调电容器1450和可调电容器1400可以以主从方式来控制。
参照图14，在操作S2400中，控制器1320确定是否操作机械可调电容器1450。如果需要机械可调电容器1450的操作，方法继续进行至操作S2500，在操作S2500中电容通过机械可调电容器1450调整。之后，方法继续进行至操作S2600。如果不需要机械可调电容器1450的操作，方法继续进行至操作S2600。在操作S2600中，控制器1320确定是否根据机械可调电容器1450调整的电容来操作可调电容器1400。如果需要可调电容器1400的操作，方法继续进行至操作S2700，在S2700中，由机械可调电容器1450粗略调整的电容由可调电容器1400根据电容调整值进行细微调整。从而，满足电阻匹配必需的电容调整值。
如上所述，如果处理室1100的等离子体阻抗不与RF电源1200的阻抗匹配，使用等离子体阻抗匹配装置1300的机械可调电容器1450和可调电容器1400进行等离子体阻抗匹配。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的另一实施例的等离子体阻抗匹配装置。根据本发明另一实施例的基板处理设备可类似于根据本发明的一实施例的基板处理设备，而二者差别可受关注。
图15是示意说明根据本发明的另一实施例的基板处理设备的框图。
参照图15，根据本发明的另一实施例的基板处理设备1000的RF传输线包括第一传输线1220和第二传输线1230。基板处理设备1000进一步包括设置在第一传输线1220上的第一传输开关1225和设置在第二传输线1230上的第二传输开关1235。
第一传输线1220连接可调电容器1400和处理室1100。第一传输开关1225设置在第一传输线1220上。第一传输线1225通过开关操作选择性地供应RF功率至处理室1100。第一传输开关1225可由PIN二极管组成。
第二传输线1230从第一传输线1220分出，且连接在第一传输线1220和地之间。第二传输开关1235设置在第二传输线1230上。第二传输开关1235通过开关操作向地放电。第二传输开关1235可由PIN二极管组成。
第二传输线1230可在功率传递至第一传输线1225之前从第一传输线1220分出。即为，第一传输开关1225设置在第一传输线1220和第二传输线1230之间的连接节点(分流节点)之后。
控制器1320根据RF电源1200的脉冲模式输出开启/关闭信号至第一和第二传输开关1225和1235。
如果RF电源1200的脉冲模式在开启状态，控制器1320输出开启信号至第一传输开关1225，并输出关闭信号至第二传输开关1235。如果RF电源1200的脉冲模式在关闭状态，控制器1320输出关闭信号至第一传输开关1225，并输出开启信号至第二传输开关1235。
下面将参照附图更完整地描述根据本发明的另一实施例的基板处理设备的操作。根据本发明的另一实施例的基板处理设备的操作可类似于根据本发明的一实施例的基板处理设备的操作，而二者差别可受关注。
RF电源1200以脉冲模式供应RF功率给传输线1210。控制器1320根据RF电源1200的脉冲模式控制第一和第二传输开关1225和1235。第一和第二传输开关1225和1235的开关控制信号可互补。
如果RF电源1200的脉冲模式处于开启状态，控制器1320输出开启信号给第一传输开关1225，并输出关闭信号给第二传输开关1235。因而，来自RF电源1200的RF功率通过可调电容器1400和第一传输线1220供应给处理室1100的电极1110。此时，输入至处理室1100内的气体通过功率被转变成等离子体状态。处理室1100使用等离子体执行基板处理过程。
如果脉冲模式处于开启状态，由等离子体阻抗匹配装置1300进行阻抗匹配。这可类似于根据本发明的其他实施例的等离子体阻抗匹配装置的操作而执行。
图16是说明等离子体状态根据脉冲模式的RF功率的供应而改变的图。
参照图16，当RF电源1200以脉冲模式供应RF功率时，等离子体阻抗匹配装置1300根据供应的RF功率脉冲调整阻抗，以使等离子体阻抗被优化。
如果RF电源1200的脉冲模式处于开启状态，控制器1320输出开启信号给第一传输开关1225，且输出关闭信号给第二传输开关1235。因而，没有从RF电源1200供应RF功率的可调电容器1400中的剩余的功率通过第二传输线1230放电到地中。因而，尽管RF电源1200没有供应RF功率，可以防止因为可调电容器1400中剩余的功率而供应功率给处理室1100的电极1110。
利用本发明的实施例，可更快且更准确地调整电容。进一步地，通过有效执行等离子体阻抗匹配来最小化反射功率是可能的。更进一步地，RF功率被有效供应给处理腔的电极。更进一步地，根据RF电源的脉冲模式有效控制供应给处理室的RF功率是可能的。基板处理过程中引起的故障通过最小化反射功率被最小化。
上面揭露的主题被认为是说明性的而不是限制性的，且附加的权利要求意为涵盖落入真正精神和范围内的所有此类修改、改进、以及其他实施例。因而，在法律允许的最大程度，范围由对后面的权利要求和它们的等效物所准许的最广义解释来确定，而将不会受前面的详细说明限制。

Claims (30)

1.一种基板处理设备，包括：
处理室；
电极，被配置为从供应至所述处理室内的气体产生等离子体；
RF电源，被配置为输出RF功率；
传输线，被配置为将所述RF功率从所述RF电源传输至所述电极；
阻抗匹配单元，连接至所述传输线且被配置为匹配等离子体阻抗；以及
控制器，被配置为向所述阻抗匹配单元输出控制信号；
其中，所述阻抗匹配单元包括具有多个电容器以及对应于所述多个电容器的多个开关的可调电容器，所述多个开关根据所述控制信号开启/关闭以调整所述可调电容器的电容。
2.如权利要求1所述的基板处理设备，其中所述多个电容器被分成N组(N为大于1的整数)，且由各组调整的电容范围不同。
3.如权利要求2所述的基板处理设备，其中每组包括多个电容器。
4.如权利要求3所述的基板处理设备，其中所述组并行连接。
5.如权利要求4所述的基板处理设备，其中每组中的多个电容器并行连接。
6.如权利要求5所述的基板处理设备，其中同一组中的电容器具有相同的电容。
7.如权利要求6所述的基板处理设备，其中每一组包括九个电容。
8.如权利要求7所述的基板处理设备，其中所述N组的电容比为100∶101∶102∶103...∶10n-1。
9.如权利要求1所述的基板处理设备，其中所述RF电源以脉冲模式提供RF功率。
10.如权利要求9所述的基板处理设备，其中所述传输线包括连接所述可调电容器和所述处理室的第一传输线；以及从所述第一传输线分接到地的第二传输线；
其中，所述基板处理设备进一步包括设置在所述第一传输线上的第一传输开关；以及设置在所述第二传输线上的第二传输开关；且
其中所述控制器根据所述RF电源的脉冲模式输出开启/关闭信号至所述第一传输开关和所述第二传输开关。
11.如权利要求10所述的基板处理设备，其中所述第一传输开关设置于所述第一传输线和所述第二传输线之间的连接节点之后。
12.一种等离子体阻抗匹配装置，包括：
阻抗匹配单元，连接至RF功率的传输线且被配置为匹配等离子体阻抗；以及
控制器，被配置为向所述阻抗匹配单元发送控制信号，
其中所述阻抗匹配单元包括具有多个电容器以及对应于所述多个电容器的多个开关的可调电容器，所述多个开关根据所述控制信号开启/关闭，以调节所述可调电容器的电容。
13.如权利要求12所述的等离子体阻抗匹配装置，其中所述多个电容器被分成N组(N为大于1的整数)，且各组调整的电容范围不同。
14.如权利要求13所述的等离子体阻抗匹配装置，其中每组包括多个电容器。
15.如权利要求14所述的等离子体阻抗匹配装置，其中所述组并行连接。
16.如权利要求15所述的等离子体阻抗匹配装置，其中每组中的多个电容器并行连接。
17.如权利要求16所述的等离子体阻抗匹配装置，其中同一组中的电容器具有相同的电容。
18.如权利要求17所述的等离子体阻抗匹配装置，其中每一组包括九个电容。
19.如权利要求18所述的等离子体阻抗匹配装置，其中所述开关由PIN二极管组成。
20.如权利要求12所述的等离子体阻抗匹配装置，其中所述多个电容器并行连接。
21.如权利要求12所述的等离子体阻抗匹配装置，其中所述可调电容器进一步包括：
机械可调电容器，被配置为接收所述控制器的所述控制信号以由机械驱动装置调节电容。
22.一种可调电容器，包括：
被分成N组(N为大于1的整数)的多个电容器；以及
分别连接至所述多个电容器且根据控制信号来控制的多个开关，
其中各组调节的电容范围不同。
23.如权利要求22所述的可调电容器，其中每组包括多个电容器。
24.如权利要求23所述的可调电容器，其中所述组并行连接。
25.如权利要求24所述的可调电容器，其中每组中的多个电容器并行连接。
26.如权利要求25所述的可调电容器，其中同一组中的电容器具有相同的电容。
27.如权利要求25所述的可调电容器，其中不同组中的电容器具有不同的电容。
28.如权利要求26所述的可调电容器，其中每一组包括九个电容。
29.如权利要求28所述的可调电容器，其中所述N组的电容比为100∶101∶102∶103...∶10n-1。
30.如权利要求29所述的可调电容器，其中所述开关由PIN二极管组成。
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