CN107079576B - 用于等离子体处理系统的紧凑型可配置式模块化射频匹配网络组件 - Google Patents

用于等离子体处理系统的紧凑型可配置式模块化射频匹配网络组件 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于将来自射频(RF)发生器的RF能量输出与可变阻抗负载匹配的紧凑型可配置式射频匹配网络。该匹配网络包括输入连接器；输出连接器；以及包含一个或多个调谐与负载电子部件的部件组件阵列。电子部件中的至少一个耦接至输入连接器，电子部件中的至少一个耦接至输出连接器，部件组件阵列被适配成依选择的拓扑结构(topology)排列，以及选择的拓扑结构被适配成减少自可变阻抗负载反射(reflect)的RF能量。提供了诸多其他方面。

Description

用于等离子体处理系统的紧凑型可配置式模块化射频匹配网 络组件
相关申请
本申请主张于2014年11月25日提出申请的美国临时申请No.62/084,554及2014年8月15日提出申请的美国临时申请No.62/037,917的优先权权益，该美国临时申请No.62/084,554的发明名称为“IMPROVED RADIO FREQUENCY MATCHING NETWORKS(改进的射频匹配网络)”，该美国临时申请No.62/037,917的发明名称为“SYSTEMS AND METHODS FORIMPROVED RADIO FREQUENCY MATCHING NETWORKS(用于改进的射频匹配网络的系统与方法)”，该两个美国临时申请出于全部目的通过参考全文并入此处。
技术领域
本发明一般涉及射频匹配网络且特别地涉及用于等离子体处理系统的高功率匹配网络。
背景技术
一般来说，匹配网络包括经选择与配置以将电源供应器或发生器的输出阻抗匹配至负载的输入阻抗的电子部件与电路。没有匹配网络的话，输出阻抗与输入阻抗间的任何差异导致来自供应器的电子能量的反射(reflection)或其他中断，这可能引起功率转换的低效率、负载操作中的干扰，且如果差异够大的话，可能破坏系统中的部件。因此，为了最大化从电源发生器到负载(如等离子体处理腔室)的功率转换，匹配网络通常用于防止或至少减少因发生器与负载间阻抗不匹配而造成的电子电源信号的反射。
参考图1，等离子体处理系统可包括高或射频(之后称为“RF”)匹配网络100、可变阻抗负载102(如等离子体处理腔室)、RF发生器104，以及RF传送系统106。RF匹配网络100设置于RF传送系统106与可变阻抗负载102之间且电耦接至RF传送系统106与可变阻抗负载102。RF传送系统106与RF发生器104电耦接。RF匹配网络100可包括通常带有固定阻抗值的电子部件(如电容器和/或电感器)。RF传送系统106可包括如高功率同轴缆线组件与连接器等零件。
RF发生器104可经由RF传送系统106与RF匹配网络100提供RF能量给可变阻抗负载102。RF匹配网络100的功能可以是将可变阻抗负载102的阻抗与RF发生器104及RF传送系统106的输出阻抗匹配。通过将可变阻抗负载102的阻抗与RF发生器104及RF传送系统106的输出阻抗匹配，可减少来自可变阻抗负载102的RF能量的反射。减少RF能量的反射可有效地增加由RF发生器104提供至可变阻抗负载102的RF能量的量。
RF匹配的传统方法包括依据所施加的频率及负载阻抗值和/或范围产生集总元件或传输线或以上两者的组合的匹配网络。为了最小化匹配网络中的损失，具有带低串联电阻(即高Q值(high-Q))的反应阻抗的元件(如电容器、电感器和/或低损耗传输线)通常用于将可变阻抗负载与RF发生器的输出阻抗匹配。图2A至图2D是描绘最常见类型的现有技术匹配网络100A至100D的元件的更详细的示意图。这些图形显示四种不同类型网络拓扑结构的RF匹配网络100A至100D的一个或多个调谐部件108、108-1、108-2及一个或多个负载部件110、110-1、110-2的排列。更具体而言，图2A描绘L型匹配网络，L型匹配网络包含与负载102串联的调谐部件108和与负载102并联的负载部件110，负载部件110设置于发生器104与调谐部件108之间。图2B描绘倒L型网络，倒L型网络包含与负载102串联的调谐部件108和与负载102并联的负载部件110，负载部件110设置于负载102与调谐部件108之间。图2C描绘∏网络，∏网络包含与负载102串联的调谐部件108及第一负载部件110-1以及第二负载部件110-2，第一负载部件110-1设置于发生器104与调谐部件108之间，第二负载部件110-2设置于负载102与调谐部件108之间，其中第一与第二负载部件110-1、110-2两者皆与负载102并联。图2D描绘T网络，T网络包含第一与第二调谐部件108-1、108-2以及负载部件110，第一与第二调谐部件108-1、108-2与负载102串联，负载部件110与负载102并联且设置于第一与第二调谐部件108-1、108-2之间。
将可变阻抗负载102的阻抗与RF发生器104的阻抗匹配的第二传统方法可利用可变频率匹配。由RF匹配网络100对RF频率发生器104的输出所呈现的阻抗可随频率改变。通过自RF发生器104输出特定频率，可变阻抗负载102可匹配RF发生器104及RF传送系统106的阻抗。此技术可称为可变频率匹配。可变频率匹配可采用包含固定值调谐部件108与负载部件110(如固定值电容器、电感器和/或电阻器)的RF匹配网络100。调谐部件108与负载部件110的值可经选择以帮助确保RF发生器104的阻抗会匹配可变阻抗负载102的阻抗。
现有技术的RF匹配网络可有助于减少由可变阻抗负载反射的能量的量。然而，本发明的发明人已确定在某些情况下，现有RF匹配网络没有提供容易且具有成本效益地重新配置的灵活性以处理匹配在不同功率电平的不同负载。因此，所需要的是用于RF匹配的改进的方法与装置。
发明内容
在某些实施例中，本发明提供用于将来自射频(RF)发生器的RF能量输出与带有可变阻抗负载的等离子体腔室匹配的射频匹配网络组件。RF匹配网络组件包括输入连接器；输出连接器；及包含一个或多个调谐与负载电子部件的紧凑型可配置式部件组件阵列。电子部件中的至少一个与输入连接器耦接，电子部件中的至少一个与输出连接器耦接，部件组件阵列被适配成使用固定数量的汇流条与可配置式连接器依多个网络拓扑结构排列，网络拓扑结构包括选择的网络拓扑结构，且选择的网络拓扑结构被适配成减少自可变阻抗负载反射的RF能量。
在某些其他实施例中，提供一种等离子体处理系统。该系统包括RF发生器；与RF发生器耦接的阻抗匹配网络组件；以及带有与阻抗匹配网络组件耦接的可变阻抗负载的等离子体腔室。阻抗匹配网络组件包括输入连接器、输出连接器，及包含一个或多个调谐与负载电子部件的紧凑型可配置式部件组件阵列。电子部件中的至少一个与输入连接器耦接，电子部件中的至少一个与输出连接器耦接，部件组件阵列被适配成使用固定数量的汇流条与可配置式连接器依多个网络拓扑结构排列，网络拓扑结构包括选择的网络拓扑结构，且选择的网络拓扑结构被适配成减少自可变阻抗负载反射的RF能量。
在又其他实施例中，提供一种将来自RF发生器的RF能量输出与带有可变阻抗负载的等离子体腔室匹配的方法。该方法包括在输入连接器处接收RF功率；将RF功率施加到紧凑型可配置式部件组件阵列，紧凑型可配置式部件组件阵列包含一个或多个调谐与负载电子部件；经由输出连接器将RF功率输出至等离子体腔室，输出连接器带有与等离子体腔室的可变阻抗负载匹配的阻抗，其中电子部件中的至少一个与输入连接器耦接，电子部件中的至少一个与输出连接器耦接；以及将部件组件阵列依自多个可行网络拓扑结构配置中选择的经选择的网络拓扑结构配置排列，全部的网络拓扑结构配置能够使用部件组件阵列来组装。选择的网络拓扑结构配置被适配成减少自可变阻抗负载反射的RF能量。
本发明的其他特征与方面将自以下详尽的描述、所附权利要求与附图而有更完整彰显。
附图说明
图1是描绘现有技术的RF功率系统的框图，现有技术的RF功率系统带有RF发生器、RF匹配网络，及可变阻抗负载。
图2A至2D是描绘可用于图1的系统中的四个常用类型的现有技术RF匹配网络的细节的示意图。
图3是根据本发明实施例的示例壳体中的示例紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的输出侧的立体图。
图4A是图3的示例壳体中的示例紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的相对侧的立体图，图示了示例输入连接器端。
图4B是图4A的示例紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的相对端的立体图。
图5A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第一示例配置的立体图。
图5B是图5A的第一示例配置的原理图。
图6是图5A的第一示例配置的正视图。
图7A是根据本发明实施例的图5A中所示的第一示例配置的“镜像”示例配置的立体图。
图7B是图7A的镜像示例配置的原理图。
图8是图7A的镜像示例配置的正视图。
图9A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第二示例配置的立体图。
图9B是图9A的第二示例配置的原理图。
图10A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第三示例配置的立体图。
图10B是图10A的第三示例配置的原理图。
图11A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第四示例配置的立体图。
图11B是图11A的第四示例配置的原理图。
图12A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第五示例配置的立体图。
图12B是图12A的第五示例配置的原理图。
图13A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第六示例配置的立体图。
图13B是图13A的第六示例配置的原理图。
图14是图13A的第六示例配置的正视图。
图15A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第七示例配置的立体图。
图15B是图15A的第七示例配置的原理图。
图16是图15A的第七示例配置的正视图。
图17A是根据本发明实施例的紧凑型可配置式阻抗匹配网络组件的第八示例配置的立体图。
图17B是图17A的第八示例配置的原理图。
图18是图17A的第八示例配置的正视图。
图19是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例高功率输入连接器的立体图。
图20是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例致动器的立体图。
图21是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例可变阻抗部件的立体图。
图22是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例绝缘体的立体图。
图23是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例固定阻抗部件的立体图。
图24是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例接地屏蔽连接器的立体图。
图25是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配组件网络的示例第一汇流条的立体图。
图26是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例第二汇流条的立体图。
图27是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例加强支架的立体图。
图28至32是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例第一至第五可配置式连接器的立体图。
图33是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例输出背板的立体图。
图34是根据本发明实施例的可配置式阻抗匹配网络组件的示例RF输出带的立体图。
具体实施方式
经由阻抗匹配达成源RF能量与负载之间的最大功率传输。不匹配的RF电路导致反射功率。源与负载之间的传输线上的驻波起因于反射波以及基于正向波与反射波之间的相位(phase)，这些波可以互相加或减。如此一来，在传输线上可以有电压是双倍的点以及最后电压等于零的点(即最大电流)。如果驻波定位于传输线上使得最大电压或电流施加于特定电子部件，则所述部件可能遭破坏。
正开发新的、更大的等离子体处理腔室以容纳更大的基板。更大的等离子体处理腔室使用更大量的电力以执行必要的处理步骤(如蚀刻、沉积和/或注入)。此外，新处理技术的发展已导致处理配方中电力要求与阻抗负载的广泛得多的变化。本发明的发明人已确知传统RF匹配网络无法充分容纳RF功率的增加及阻抗负载的较广的变化。
传统上，高功率匹配网络提供有限的调谐空间。本发明实施例为匹配网络套组提供广得多的调谐空间范围及紧凑形状因数的可配置式网络拓扑结构。
图3、4A与4B描绘适用于本发明实施例的匹配网络组件的各式不同配置的示例壳体300的视图。注意，在全部实施例中，安装于输出背板302(作为匹配网络组件的主体的框架/保持器以及也作为散热/冷却板)、连接器、及RF输入连接器304(如电子工业联盟(Electronic Industries Alliance，EIA)1-5/8”50欧姆(Ohm)的同轴接口)上的零件可以视需要自左侧和右侧交换或反转和/或旋转以容纳(accommodate)诸多不同的等离子体腔室(即负载)配置。该紧凑型设计也支持布局包括设置于等离子体腔室的盖件上的匹配网络组件以及RF发生器的配置。
在某些实施例中，壳体300可以包括控制器隔室306，控制器隔室306包含用于操作匹配网络组件内的致动器与其他器件的一个或多个控制器(如处理器)及关联电路。例如，用于调整匹配网络组件的电子部件(如可变电容器)的步进电机、其他控制器及相关电子器件可以被封装(house)在控制器隔室306中。此外，一个或多个风扇308可以安装于壳体300上，风扇308由控制器操作。类似地，一个或多个泵可被包括在壳体300中，该一个或多个泵由控制器操作。此外，一个或多个传感器(如热、湿度等)可以包含于壳体300中且可以操作性地耦接于控制器以检测何时例如需要额外的冷却或其他状态变化发生。
示于图3、4A与4B中的示例实施例描绘了可配置式匹配网络组件的紧密度。例如，匹配网络组件带有在13.56MHz下针对600A rms与10kVp所额定的RF输出以及可以在13.56MHz下处理高达40kW的RF功率的RF输入，所描绘的实施例可以实现于约21英寸长、约11英寸深，且约14英寸高的壳体300中。其他尺寸是可能的。此外，RF输出与输入二者皆可以依据偏好的接口和/或功率要求而修改。在某些实施例中，可以在约13.5MHz正负1MHz范围内使用电感负载。这些负载也可以在更低或更高频率(例如，从约2MHz直至约60MHz)使用。
根据本发明的实施例，图5A、5B与6描绘了包含多个固定阻抗部件502及任选的可变阻抗部件504的创造性的紧凑型可配置式RF匹配网络组件500的示例。部件502、504(如电容器)设置于紧凑型部件组件阵列506中，紧凑型部件组件阵列506邻近于多个传导汇流条508、510且电耦接至传导汇流条508、510。可配置式成组连接器512、514、516、518也与传导汇流条508、510耦接，可配置式成组连接器512、514、516、518允许汇流条508、510、高功率RE输入连接器304、RF输出带522及输出背板302容易地互相耦接/解耦(decouple)。这些模块化元件允许部件502、504及传导汇流条508、510以不同网络拓扑结构(如L型、倒L型、T型、П型等)耦接在一起。例如，图5A中所示的特定配置形成如图5B中最清晰所示的“П”型网络拓扑结构。
在某些实施例中，提供致动器526以控制可变阻抗部件504。致动器526允许处理控制器(图5A中未示出)调整可变阻抗部件504的阻抗。可以使用伺服电机来体现(embody)致动器526，但在某些实施例中，可以包括任何可行的致动器，如其他类型的电动机、液压驱动器、气缸、电子电磁线圈等或以上各项的任意组合。在某些实施例中，可以使用包含集成致动器的部件。例如，伺服电机控制的可变电容器可以用于可变阻抗部件504。
在某些实施例中，部件502、504可以与网络耦接以及通过将部件502、504自汇流条508、510实体移位或通过将一个汇流条508自另一个实体移位而将部件502、504自网络解耦。例如，部件502可以自汇流条510放开或断开且以非导电间隔物或绝缘体替代。注意，部件502、504可以使用可移除的固定件(如螺栓与螺母)而耦接至汇流条508、510以及连接器508、510、512、514、518。可以使用任何数量的其他可行的固定件。进一步注意，部件502、504(如电容器)设置于紧凑型部件组件阵列506中，紧邻传导汇流条508、510且彼此紧密靠近，从而最小化RF电流路径的长度以及最小化串联电阻与串联电感。
还如图5A的实施例中所示，可提供布置以冷却RF匹配网络组件500从而防止任何可能发生的过热。可通过形成RF输出带522的主体内的流体储存槽及通道提供冷却。注意，输入与输出冷却流体通道528被示出。进一步注意，这些流体通道528可以耦接至壳体300(图3)上的冷却流体输入及输出连接器。此外，包含一个或多个风扇308的开口或开孔的(ported or vented)壳体(图5A中未示出但见于图4A)可连同增加厚度的输出背板302被用于进一步散热。在某些实施例中，输出背板302可以包括冷却流体通道。
示于图5A(且为以下所述的全部配置实施例所共有)的匹配网络组件500的显著特征是整个匹配网络组件500坐于作为输出接地(或RF返回)的厚金属板(即输出背板302)上，其中全部重要的匹配网络元件及部件实体靠近RF输出。此配置最小化匹配网络组件500的内部串联电阻及电感，即，其最小化RF输出处的损耗及电压。“大型”金属输出背板302也作为用于部件502、504的冷却板。如上所述，在某些实施例中，输出背板302可以任选地被流体冷却。
示于图5A、5B及6中的可配置式匹配网络组件500被示出在∏网络拓扑结构中以用于电感负载。此第一示例配置包括三排固定电容器(CL1、CT及CL2)，各自包括多达三个电容器以及在CL1与CT电容器组中包括两个可变电容器。如以下将更详尽描述，通过移动和/或取代匹配网络组件500内的部件502、504中的一些，RF输入、网络拓扑结构和/或等效电路可以被容易地改变。换言之，本发明实施例的匹配网络组件500是可容易地、快速地及具有成本效益地重新配置的。
现在转到图7A、7B与8，第二示例配置的匹配网络组件700被示出，阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件700包括与图5A、5B及6的匹配网络组件500相同的部分(如部件502、504，汇流条508、510及连接器512、514、516、518)，但是RF输入连接器304已从匹配网络组件的左侧变到右侧。两个匹配网络组件中的网络拓扑结构是相同的，但RF输入侧(如因为便利性或必要性)是不同的以更好地支持到发生器104和/或负载102的连接。本发明实施例的此特征源于整体匹配网络组件设计的对称布局。
现在转到图9A与9B，第三示例配置的匹配网络组件900被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件900依与图5A、5B及6所示的配置相似的П网络拓扑结构进行配置，但具有可变电容器的不同组合与排列。特别是，原为固定电容器的CL2(图9B)已被可变电容器取代且原为可变电容器的CT已被固定电容器取代。换言之，负载电容器CL1与CL2二者现在是可变电容器，而调谐电容器CT已变成固定电容器。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，这种改变在本领域中可以通过仅仅将匹配网络组件900的右手侧上的可变部件504上的顶连接器512改成连接至输出背板302而不是汇流条508来容易、快速且具有成本效益地达成。此类“电路改变”允许移动(shifting)或拉伸(stretching)匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图10A与10B，第四示例配置的匹配网络组件1000被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件1000依与图9A及9B所示的配置相似的П网络拓扑结构进行配置，但具有可变电容器的不同组合与排列。特别是，原为可变电容器的负载部件CL1(图10B)已被固定电容器取代且原为固定电容器的调谐部件CT已被可变电容器取代。换言之，相较于图9A与9B所示的配置，可变负载部件的位置已跟固定调谐部件的位置互换。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，这种改变在本领域中可以通过仅仅将匹配网络组件1000的左手侧上的可变部件504上的底连接器518改成连接至汇流条510而不是输出背板302来容易、快速且具有成本效益地达成。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图11A与11B，第五示例配置的匹配网络组件1100被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件1100依带有可变负载及调谐电容器的L网络拓扑结构而配置。注意，这是不同于例如图5A、5B及6所示的配置的П网络的网络拓扑结构。特别是，固定负载部件CL2已从电路中移除。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，从П网络到L网络的这种改变在本领域中可以通过仅仅将附接于汇流条510的固定部件502以绝缘体402取代来容易、快速且具有成本效益地达成。然而，要注意，此实施例中的绝缘体402的使用是任选的且其仅用来维持匹配网络组件的机械强度。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图12A与12B，第六示例配置的匹配网络组件1200被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件1200依带有可变负载及调谐电容器的倒L网络拓扑结构而配置。注意，这是不同于例如图5A、5B及6所示的配置的П网络的网络拓扑结构。特别是，可变负载电容器CL1已从电路中移除，且固定负载电容器CL2已变成可变电容器。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，从П网络到倒L网络的这种改变在本领域中可以通过仅仅以下方法来容易、快速且具有成本效益地达成：(a)将附接于汇流条508的固定部件502以绝缘体402取代；(b)将匹配网络组件1200的左手侧上的可变部件504上的底连接器518改成连接至汇流条510而不是输出背板302；及(c)将匹配网络组件1200的右手侧上的可变部件504上的顶连接器512改成连接至输出背板302而不是汇流条508。然而，要注意，此实施例中的绝缘体402的使用是任选的且其仅用来维持匹配网络组件的机械强度。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图13A、13B与14，第七示例配置的匹配网络组件1300被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件1300依带有可变调谐电容器及固定负载电容器的T网络拓扑结构而配置。注意，这是不同于例如图11A及11B所示的配置的L网络的网络拓扑结构。特别是，如图13B所示(相较于图11B)，可变负载电容器CL1已变为固定电容器且可变调谐电容器CT1已加入该电路而与现有的可变调谐电容器CT2串联、介于发生器104和负载电容器CL1之间。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，从L网络拓扑结构到T网络拓扑结构的这种改变在本领域中可以通过仅仅将匹配网络组件的左手侧上的可变部件504上的底连接器518改成连接至RF输入连接器304而不是输出背板302(且这样作使RF输入连接器304自连接器512断开)来容易、快速且具有成本效益地达成。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
或者，例如如图5A、5B及6所示的∏网络拓扑结构可以容易、快速且具有成本效益地改变至T网络拓扑结构的第八示例配置。这可以通过仅仅将匹配网络组件的左手侧上的可变部件504上的底连接器518改成连接至RF输入连接器304而不是输出背板302(且这样作使RF输入连接器304自连接器512断开)来完成。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图15A、15B与16，第九示例配置的匹配网络组件1500被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。匹配网络组件1500依带有如图15B所示的可变调谐电容器CT1、固定调谐电容器CT2及可变负载电容器CL1的T网络拓扑结构而配置。注意，这是不同于例如图11A及11B所示的配置的L网络的网络拓扑结构。特别是，如图15B所示(相较于图11B)，可变调谐电容器CT2已变成固定电容器且可变调谐电容器CT1已加入该电路而与现有的调谐电容器CT2串联、介于发生器104和负载电容器CL1之间。不像会需要昂贵部件及接线改变(如果有可能的话)的传统匹配网络，从L网络拓扑结构到T网络拓扑结构的这种改变在本领域中可以通过仅仅以下方法来容易、快速且具有成本效益地达成：(a)仅仅将匹配网络组件的左手侧上的可变部件504上的底连接器518改成连接至RF输入连接器304而不是输出背板302(且这样作使RF输入连接器304自连接器512断开)及(b)仅仅将匹配网络组件的右手侧上的可变部件504上的底连接器514改成连接至输出背板302而不是汇流条510。如前所述，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
或者，例如如图13A、13B及14所示的T网络拓扑结构可以容易、快速且具有成本效益地改变至T网络拓扑结构的第十示例配置。这可以通过仅仅将匹配网络组件的右手侧上的可变部件504上的底连接器514改成连接至输出背板302而不是汇流条510来完成。如同前面，此类电路改变有效地允许移动或拉伸匹配网络组件调谐空间以容纳特别给定的负载(如针对特定工艺配方的负载阻抗的所需范围或频谱)。
现在转到图17A、17B与18，第十一示例配置的匹配网络组件1700被示出，进一步阐明了本发明实施例的灵活性与可配置性。所示为没有任何可变电容器的呈∏网络拓扑结构的固定匹配网络组件。在某些实施例中，如果频率范围针对给定的阻抗(或阻抗范围)而言够宽的话，这种匹配网络组件可能是足够的，例如当使用可变频率的RF发生器时以及当负载阻抗范围对于给定频率或频率范围而言够窄时(反之亦然)。当然，如上所述的可变/预设RF匹配配置可以与固定或可变频率发生器一起使用。
若干示例实施例及配置已在上面进行描述且描绘于图5A至18中。使用相同的连接器512、514、516、518，汇流条508、510及部件502、504，但许多不同的配置是可能的，且即便仅明确描述了可能配置的一个子集，本领域普通技术人员也会容易地了解到可以达成诸多额外的配置。此外，注意，通过例如用绝缘体402取代上述拓扑结构中的各个中的汇流条508、510上的部件502中的一或两个，许多额外的替代配置是可能的。
图19至32单独地描绘图5A至18中所示的元件以更清楚地说明匹配网络组件的各元件。图19描绘高功率RF输入连接器304的示例实施例。用于将RF输入连接器304耦接至连接器512的同轴适配器1902可移除地与RF输入连接器304耦接。图20描绘致动器526的示例实施例，图21描绘可变阻抗部件504的示例实施例，图22描绘绝缘体402的示例实施例，以及图23描绘固定阻抗部件502的示例实施例。注意，绝缘体402与固定阻抗部件502被选择成是相同高度的，使得在匹配网络组件中，绝缘体402与固定阻抗部件502是可互换的。
在某些实施例中，例如，固定阻抗部件502可以体现为约20mm长度至约100mm长度的约10pF至约5000pF范围内的固定真空电容器，如瑞士Flamatt的COMET AG公司、日本东京的Meidensha公司或加州圣何塞的Jennings科技公司制造的固定真空电容器。在某些实施例中，可以使用约52mm长度的固定电容器，其额定为约250pF、约350pF、或约500pF；约3kVp至约30kVp；以及约100A rms。
在某些实施例中，例如，可变阻抗部件504可以体现为约50mm长度至约200mm长度的约100pF至约5000pF范围内的可变电容器，如瑞士Flamatt的COMET AG公司、日本东京的Meidensha公司或加州圣何塞的Jennings科技公司制造的可变电容器。在某些实施例中，可以使用约100mm长度的可变电容器，其额定为约50pF至约1000pF；约5kVp至约15kVp；以及约100A rms。
图24描绘用于将高功率RF输入连接器304的接地屏蔽耦接至输出背板302的连接器516的示例实施例。图25描绘汇流条508的示例实施例以及图26描绘汇流条510的示例实施例。注意，汇流条508、510及其他连接器可以由柔性导体(如金属片)构成以容纳当部件与其附接时因制造公差产生的部件长度的变化。图27描绘任选的加强杆2702的示例实施例，加强杆2702被适配成与汇流条510耦接以为汇流条510的部分提供刚性并保证汇流条510与输出背板302的齐平耦接。在某些实施例中，加强杆2702可以与汇流条510一体形成。
图28至32分别描绘连接器512、1302、518、902及514的示例实施例。注意，汇流条508、510及连接器512、1302、518、902、514各自包括孔图案，所述孔图案被适配成允许耦接至以下各项中的至少两个：(a)部件502、504，(b)绝缘体402，(c)同轴适配器1902，(d)输出背板302，及(e)RF输出带522。还要注意，在某些实施例中，连接器518、902及514可以由单一连接器取代，该单一连接器包含孔图案以充当连接器518、902及514中的任一者。这种取代会减少用于制造上述各种不同配置的独特连接器512、1302、518、902及514的数量，从五种连接器减少至只有三种(如连接器512、1302及新连接器)。同样地，在某些实施例中，汇流条508、510可以由单一汇流条零件取代，该单一汇流条零件包括允许单一汇流条零件作为汇流条508与510两者使用的孔图案，从而进一步减少独特零件的计数。
虽然上述示例实施例使用电容器作为部件502、504，但是在替代实施例中，所述部件可以包括电感器和/或电容器、电感器和/或电阻器的组合。例如，在某些实施例中，固定阻抗部件502中的一个或多个可以由模块化电路取代，该模块化电路包含在适于安装在匹配网络组件中的固定阻抗部件502的位置处的形状因数中。
如上所指示，包含各式阻抗部件504允许调谐空间(即在其上匹配网络组件可以经调整而使源和负载阻抗匹配的域(domain)和范围)的显著扩展。化学气相沉积(CVD)工艺与清洗步骤和配方方面以及处理腔室硬件方面的持续发展已经使得更大范围的负载阻抗要被匹配以将RF功率有效率地耦接至负载，同时维持RF发生器的稳定性以及避免负载功率报警条件。
通过提供快速、容易、具有成本效益且有效率地改变阻抗与匹配拓扑结构配置的能力以及由此而来的调谐空间，本发明实施例避免了缆线长度问题并且减少了使用的固定电容器的数量。此外，较少类型的电容器被需要，这减少了操作人员必须维护的电容器的清单，从而减少了运营成本。例如，根据本发明实施例使用П网络拓扑结构，因为到负载的RF电流流过两个分支，所以每个电容器组的额定电流可以更小，这表示需要比传统布置更少的电容器以及需要更少的总电容。
另外，本发明实施例的紧凑型部件阵列最小化了RF电流路径，这意味着较低的串联电感以及由此而来较低的RF驱动电压、较低的电弧风险、以及还有潜在的较低的RF功率损失。此外，本发明实施例的紧凑型部件阵列导致比现有技术的匹配电路小的总占用面积，这允许匹配网络组件与RF发生器被安装于等离子体腔室的盖件上，进一步缩短了RF电流路径。在某些实施例中，匹配网络组件足够紧凑使得该组件可以实现于约20”宽乘以约11”深乘以约14”高的壳体内。其他更小的尺寸是可能的。
图33描绘输出背板302的示例实施例且图34描绘RF输出带522的示例。输出背板302包括孔图案，所述孔图案用于支持匹配网络组件的各式元件，用于耦接至壳体，以及用于耦接至等离子体处理腔室。输出背板302还包括窗，所述窗提供出入口给RF输出带522以及开口以用于排出由部件502、504吹出的空气。在某些实施例中，输出背板302由热传导材料制成且被设置尺寸以充当热沉。例如，在某些实施例中，输出背板302由约20”宽乘以约12”高乘以约0.8”厚的铝(Al)板制成，其带有开口以用于约9”宽乘以约5”高的RF输出带522。在某些实施例中，RF输出带522由涂覆有银(Ag)电镀层的0.8”厚的铜(Cu)制成。在其他实施例中，RF输出带522与背板302由铝(Al)或任何可行的金属或导体制成。此外，可以使用用于RF输出带522与背板302的其他厚度及尺寸。在某些实施例中，输出背板302可以包括冷却流体通道。
因此，虽然本发明已经联系其示例性实施例而公开，但是应该了解其他实施例可落于以下权利要求所限定的本发明的精神与范围内。

Claims (15)

1.一种用于将来自射频发生器的射频能量输出与带有可变阻抗负载的等离子体腔室匹配的射频匹配网络组件，所述射频匹配网络组件包括：
壳体，所述壳体具有输出背板，所述输出背板形成所述壳体的壁；
输入连接器；
输出连接器；以及
紧凑型可配置式部件组件阵列，所述部件组件阵列封闭在所述壳体内并安装在所述输出背板上，所述部件组件阵列包含一个或多个调谐与负载电子部件，
其中所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输入连接器耦接，所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输出连接器耦接，所述部件组件阵列适于使用固定数量的汇流条与可配置式连接器而被排列为多个网络拓扑中的一者并且能够从所述多个网络拓扑结构中的一个网络拓扑结构改变为另一个网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包含选择的网络拓扑结构，且所述选择的网络拓扑结构被适配成减少自所述可变阻抗负载反射的射频能量；并且
其中所述多个网络拓扑结构包括L型网络拓扑，倒L型网络拓扑，T型网络拓扑和∏型网络拓扑。
2.如权利要求1所述的射频匹配网络组件，其中所述部件组件阵列包括两个汇流条与固定的可配置式连接器组。
3.如权利要求2所述的射频匹配网络组件，其中所述两个汇流条各自被适配成耦接至成排的固定阻抗部件，而所述固定的可配置式连接器组被适配成实现包含所述选择的网络拓扑结构的所述多个网络拓扑结构中的所述部件组件阵列的配置。
4.如权利要求2所述的射频匹配网络组件，其中所述两个汇流条是柔性的且每条所述汇流条被适配成耦接至成排的固定阻抗部件，而所述固定的可配置式连接器组被适配成实现包含所述选择的网络拓扑结构的所述多个网络拓扑结构中的所述部件组件阵列的配置。
5.如权利要求1所述的射频匹配网络组件，其中所述输出连接器包括射频输出带，以及
其中所述输出背板包括用于进出所述射频输出带的开口。
6.如权利要求5所述的射频匹配网络组件，其中所述射频输出带包括用于流体冷却的通道。
7.如权利要求6所述的射频匹配网络组件，其中所述部件组件阵列的所述调谐与负载电子部件互相紧邻以最小化射频电流的长度。
8.一种等离子体处理系统，包括：
射频发生器；
阻抗匹配网络组件，所述阻抗匹配网络组件耦接至所述射频发生器；以及
等离子体腔室，所述等离子体腔室带有与所述阻抗匹配网络组件耦接的可变阻抗负载，
其中所述阻抗匹配网络组件包括壳体、输入连接器、输出连接器，及紧凑型可配置式部件组件阵列，所述部件组件阵列封闭在所述壳体内并安装在所述壳体的输出背板上，所述输出背板形成所述壳体的壁，所述部件组件阵列包含一个或多个调谐与负载电子部件，
其中所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输入连接器耦接，所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输出连接器耦接，所述部件组件阵列适于使用固定数量的汇流条与可配置式连接器而被排列为多个网络拓扑结构中的一者并且能够从所述多个网络拓扑结构中的一个网络拓扑结构改变为另一个网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包含选择的网络拓扑结构，且所述选择的网络拓扑结构被适配成减少自所述可变阻抗负载反射的射频能量；并且
其中所述多个网络拓扑结构包括L型网络拓扑，倒L型网络拓扑，T型网络拓扑和∏型网络拓扑。
9.如权利要求8所述的等离子体处理系统，其中所述部件组件阵列包括两个汇流条与固定的可配置式连接器组。
10.如权利要求9所述的等离子体处理系统，其中所述两个汇流条各自被适配成耦接至成排的固定阻抗部件，而所述固定的可配置式连接器组被适配成实现包含所述选择的网络拓扑结构的多个不同网络拓扑结构中的所述部件组件阵列的配置。
11.如权利要求10所述的等离子体处理系统，其中所述输出连接器包括射频输出带。
12.如权利要求11所述的等离子体处理系统，其中所述输出背板包括用于进出所述射频输出带的开口。
13.如权利要求12所述的等离子体处理系统，其中所述射频输出带包括用于流体冷却的通道。
14.如权利要求13所述的等离子体处理系统，其中所述部件组件阵列的所述调谐与负载电子部件互相紧邻以最小化射频电流的长度。
15.一种将来自射频发生器的射频能量输出与带有可变阻抗负载的等离子体腔室匹配的方法，所述方法包括以下步骤：
在输入连接器处接收射频功率；
将所述射频功率施加到紧凑型可配置式部件组件阵列，所述部件组件阵列封闭在壳体内并被安装在输出背板上，所述输出背板形成所述壳体的壁，所述部件组件阵列包含一个或多个调谐与负载电子部件；
经由输出连接器将所述射频功率输出至所述等离子体腔室，所述输出连接器带有与所述等离子体腔室的所述可变阻抗负载匹配的阻抗，
其中所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输入连接器耦接，所述调谐与负载电子部件中的至少一个与所述输出连接器耦接；以及
依选择的网络拓扑结构配置排列所述部件组件阵列，所述选择的网络拓扑结构配置从多个可行的网络拓扑结构配置中选择，所述多个可行的网络拓扑结构配置全部能够使用所述部件组件阵列来组装并能够在所述多个可行的网络拓扑结构之间改变，其中所述选择的网络拓扑结构配置被适配成减少自所述可变阻抗负载反射的射频能量；
其中所述多个网络拓扑结构包括L型网络拓扑，倒L型网络拓扑，T型网络拓扑和∏型网络拓扑。
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