CN109659217A - 用于多等离子处理腔的射频系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多等离子处理腔的射频系统，包括：复数个匹配调节单元，其与一匹配网络电耦接以产生适用于等离子工艺的射频讯号。该复数个匹配调节单元的每一者包含一第一可变电子组件及一第二可变电子组件，其中该第一可变电子组件具有连接匹配网络的一输出端及连接至一处理腔中一电极的一输入端，该第二可变电子组件的一端电连接至该第一可变电子组件的输出端，另一端连接至腔体、匹配网络或接地。

Description

用于多等离子处理腔的射频系统
技术领域
本发明是关于半导体处理设备中的一种用于等离子处理腔的射频系统，尤其涉及射频系统共同连接有多个等离子处理腔体。
背景技术
用于晶圆处理的等离子体处理设备包含有射频(Radio Frequency，RF)控制电路。射频控制电路经配置而提供射频讯号并传送给等离子体处理设备中的电极，藉以在一处理腔室中的一处理区域产生电场。反应气体经由电场的施加而离子化并与待处理之晶圆发生反应，像是蚀刻或沉积。一般而言，RF控制电路包含RF讯号产生器及阻抗匹配电路，其中阻抗匹配电路具有电阻组件、电容组件、电感组件或这些的组合。阻抗匹配电路经适当配置以使RF讯号源的阻抗与负载的阻抗匹配。阻抗匹配电路接收RF讯号产生器的RF讯号并通过电路调变而成为供应至等离子体处理设备的RF讯号。
为了生产量提升的需求，半导体处理设备中的处理腔数量也因应需求而增加，藉此提高负载量及效率。对于共享单一射频电源和一个匹配网络的多腔室等离子处理装置而言，通常由于不同腔室的组成组件之间的差异和装配的差异，导致这些腔室本身的阻抗不一致。就此而言，尽管共享单一射频电源和匹配电路可保持讯号的一致性，但可能因所述阻抗的差异而无法在多腔室中产生一致的电场、电流或功率，进而造成等离子处理的工艺(沉积或蚀刻)产生差异，如薄膜沉积速率不一致。
因此，有必要发展一种适用于具有上述状况的多腔室等离子处理装置的射频系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于多等离子处理腔的射频系统，包含：一射频电源，产生一或多个射频讯号；一匹配网络，与该射频电源电耦接以接收并处理所述一或多个射频讯号；及复数个匹配调节单元，与该匹配网络电耦接以接收并调节经处理的射频讯号，该复数个匹配调节单元的每一者包含一第一可变电子组件及一第二可变电子组件，其中该第一可变电子组件连接匹配网络的一输出端及连接至一处理腔中一电极的一输入端，该第二可变电子组件的一端电连接至该第一可变电子组件，另一端连接至腔体、匹配网络或接地。
在一具体实施例中，该第二可变电子组件的另一端接地。
在一具体实施例中，该第二可变电子组件的另一端与该第一可变电子组件的输出端电连接。
在一具体实施例中，该第一可变电子组件为一第一可变电容，该第二可变电子组件为一第二可变电容。
在一具体实施例中，该第一可变电子组件为一可变电容，该第二可变电子组件为一可变电感。
在一具体实施例中，该第一可变电容或该第二可变电容的电容值介于50pF至5nF的范围。
在一具体实施例中，该复数个匹配调节单元的每一者还具有多个开关分别连接及控制该可变电容及该可变电感的导通。
在一具体实施例中，该复数个匹配调节单元的任一者的第一和第二可变电子组件的值不同于该复数个匹配调节单元中的另一者，藉此保持所述多等离子处理腔中的功率一致。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明多等离子处理腔的射频系统的示意图；
图2为本发明匹配调节单元的一实施例示意图；
图3为本发明匹配调节单元的另一实施例示意图；
图4为本发明匹配调节单元的一具体实施例示意图；
图5为本发明匹配调节单元的另一具体实施例示意图；
其中，100、等离子处理腔；101、上电极；102、下电极；200、匹配调节单元；201、匹配调节单元的输入端；匹配网络的输出端；202、匹配调节单元的输出端；电极的输入端；210、第一可变电子组件；220、第二可变电子组件；300、射频电源；400、匹配网络；500、射频连接部件；S、开关。
具体实施方式
在以下多个示例具体实施例的详细叙述中，对该等随附图进行参考，该等附图形成本发明之一部分。且系以范例说明的方式显示，藉由该范例可实作该等所叙述之具体实施例。提供足够的细节以使该领域技术人员能够实作该等所述具体实施例，而要了解到在不背离其精神或范围下，也可以使用其他具体实施例，并可以进行其他改变。此外，虽然可以如此，但对于「一具体实施例」的参照并不需要属于该相同或单数的具体实施例。因此，以下详细叙述并不具有限制的想法，而该等叙述具体实施例的范围系仅由该等附加申请专利范围所定义。
在整体申请书与申请专利范围中，除非在上下文中另外明确说明，否则以下用词系具有与此明确相关联的意义。当在此使用时，除非另外明确说明，否则该用词「或」系为一种包含的「或」用法，并与该用词「及/或」等价。除非在上下文中另外明确说明，否则该用词「根据」并非排他，并允许根据于并未叙述的多数其他因子。此外，在整体申请书中，「一」、「一个」与「该」的意义包含复数的参照。「在…中」的意义包含「在…中」与「在…上」。
以下简短提供该等创新主题的简要总结，以提供对某些态样的一基本了解。并不预期此简短叙述做为一完整的概述。不预期此简短叙述用于辨识主要或关键组件，或用于描绘或是限缩该范围。其目的只是以简要形式呈现某些概念，以做为稍后呈现之该更详细叙述的序曲。
图1显示本发明等离子多处理腔及其共享的一射频系统。此处显示腔室的数量有三个，但在其他实施例中，更多或更少的数量也为可行的。等离子处理腔100(后述仅简称处理腔)为晶圆或基板发生等离子处理的空间，通常包含晶圆支撑座、喷淋组件、排气信道及电极组件，其中电极组件包含上电极101和下电极102。上电极101通常配置于喷淋组件的某一层，而下电极102配置于晶圆支撑座中的某一层。依据射频讯号源的配置，上电极101可为射频发射端而下电极102为接地。在其他实施例中，两者为相反。
本发明用于等离子处理的射频系统包含一射频电源300、一匹配网络400、复数个匹配调节单元200。射频电源300或称RF讯号产生器，其经配置以产生一或多个射频讯号。在一些实施例中，射频电源300可包含一或多个射频产生单元，且具有不同或相同的工作频率。在已知的技术中，射频电源300可为至少一低频射频讯号产生单元及至少一高频射频讯号产生单元所实施。
匹配网络400电耦接该射频电源300以接收前述一或多个射频讯号。匹配网络400用于匹配所有处理腔室的阻抗，使射频电源300提供的能量有效传输到各个处理腔室中。具体而言，匹配网络400经配置以达到射频电源300与负载端(处理腔体的各个组件)的阻抗匹配。匹配网络400包含一阻抗匹配电路。在已知的技术中，可通过一控制手段控制阻抗匹配电路的电抗(reactance)来达成所述阻抗匹配。匹配网络400接收所述一或多个射频讯号并处理成适用于等离子体处理的射频讯号并通过多个射频连接部件500输出。射频连接部件500可为铜带或同轴电缆等导电材料。
匹配调节单元200接收并调节自匹配网络400输出的射频讯号，并将经调节的射频讯号传送至各别的等离子处理腔的上电极101。这些匹配调节单元200进一步匹配各处理腔100的阻抗，使匹配网络400输出的射频能量能符合预期传输至各处理腔100。
图2和图3分别显示本发明匹配调节单元200的电路配置。匹配调节单元200具有电耦接匹配网络400的一输出端201和电耦接上电极101的一输入端202。匹配调节单元200具有一第一可变电子组件210及一第二可变电子组件220，其中该第一可变电子组件210电连接于匹配网络400的输出端201与电极的输入端202之间，至于第二可变电子组件220的安排可以有一些变化。图2的第二可变电子组件220以一端电连接电极的输入端202并以另一端接地。图3的第二可变电子组件220则分别电连接匹配网络的输出端201及电极的输入端202，意即第一可变电子组件210与第二可变电子组件220为并联连接。基于前述配置，通过调整第一可变电子组件210和第二可变电子组件220的组合及特性，可使对应处理腔100的整体阻抗产生变化，从而使射频电源300提供的射频能量平均分配至各个处理腔100。
图4显示根据图2安排的一具体实施例，其中第一可变电子组件210为一第一可变电容，而第二可变电子组件220为一第二可变电容。该第一可变电容或该第二可变电容的电容值介于50pF至5nF的范围。图5显示根据图3安排的一具体实施例，其中第一可变电子组件210为一可变电容，而第二可变电子组件220为一可变电感。此外，匹配调节单元200还具有多个开关S，其分别电连接于匹配网络的输出端201和可变电容及匹配网络的输出端201和可变电感之间，用于选择性控制可变电容和可变电感的导通。所述开关S的目的在于不同等离子配方的处理下进行切换，以选择性适用第一可变电子组件210及/或第二可变电子组件220。藉此，各匹配调节单元200能调节各处理腔100的射频输入端和接地端之间的阻抗，亦可调节这些处理腔100的功率分配。
据此，多等离子处理腔的同步工艺可具备相同的标准和质量。举例而言，以前揭手段进行薄膜沉积工艺，一旦通过实时测量发现这些等离子处理腔的其中一者沉积速率过快或落后其他者，可调整图4的第一可变电容和第二可变电容的数值，使该处理腔的沉积速度与其他者的速度一致。
综上所述，本发明提供的用于多等离子处理腔的射频系统，尽管初步产生的是一致的射频讯号，但经由这些处理腔各自专用的匹配调节单元(电路)依据各处理腔自身的实际阻抗进行适当的匹配进而调制出一致的射频讯号于处理腔中进行工艺，克服了习知设备中射频讯号能量不一致的情况。
以上内容提供该等叙述具体实施例之组合的制造与使用的完整描述。因为在不背离此叙述精神与范围下可以产生许多具体实施例，因此这些具体实施例将存在于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于多等离子处理腔的射频系统，包括：
一射频电源，产生一或多个射频讯号；
一匹配网络，与该射频电源电耦接以接收并处理所述一或多个射频讯号；及
复数个匹配调节单元，与该匹配网络电耦接以接收并调节经处理的一或多个射频讯号，其特征在于：
该复数个匹配调节单元的每一者包含一第一可变电子组件及一第二可变电子组件，其中该第一可变电子组件连接该匹配网络的一输出端及连接至一处理腔中一电极的一输入端，该第二可变电子组件的一端电连接至该第一可变电子组件。
2.按照权利要求1所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该第二可变电子组件的另一端连接该腔体、该匹配网络或接地。
3.按照权利要求2所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该第一可变电子组件为一第一可变电容，该第二可变电子组件为一第二可变电容。
4.按照权利要求2所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该第一可变电子组件为一可变电容，该第二可变电子组件为一可变电感。
5.按照权利要求2所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该第一可变电容或该第二可变电容的电容值介于50pF至5nF的范围。
6.按照权利要求4所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该复数个匹配调节单元的每一者还具有多个开关分别连接及控制该可变电容及该可变电感的导通。
7.按照权利要求1所述用于多等离子处理腔的射频系统，其特征在于：该复数个匹配调节单元的任一者的第一和第二可变电子组件的值不同于该复数个匹配调节单元中的另一者，藉此保持所述多等离子处理腔中的功率一致。
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