TW201233835A - RF impedance matching network with secondary frequency and sub-harmonic variant - Google Patents

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201233835 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有次要頻率及次諧波變異之射頻阻抗 匹配網路。 【先前技術】 半導體裝置中’一般使用物理氣相沉積（“ PVD” ） 或“濺射”在真空沉積腔室中沉積薄膜。傳統的PVD使 用惰性氣體原子，例如：氬離子電場，和低壓撞擊靶材材 料。靶材於惰性氣體中經撞擊產生中性靶材原子，移動至 半導體底材與其他靶材之原子形成薄膜。通過原子離子化 PVD ( “ iPVD” ）之靶材電離，產生另一種類型的濺射， 藉由電場和磁場來控制靶材電離原子的路徑，可以在窄孔 沉積薄膜，在半導體底材上沉積原子。 然而，在傳統的PVD系統，電離原子的精細控制是 有限的。因此需要在物理氣相沉積腔室中精確控制離子軌 跡的系統和方法。 【發明內容】 本發明之實施例提供用於物理氣相沉積之匹配網路。 匹配網路包括一第一射頻產生器通過具有第一調諧電路之 阻抗匹配網路耦合於沉積腔室靶材。第一射頻產生器可組 態爲引入第一交流信號至沉積腔室靶材。匹配網路還包括 藉由第二阻抗匹配網路耦合於沉積腔室托架之第二射頻產 -5- 201233835 生器。第二射頻產生器可組態爲引入第二交流信號至沉積 腔室托架。第一調諧電路可組態爲調整第二交流信號於沉 積腔室靶材及沉積腔室托架之間形成電漿的效果。 本發明之實施例可進一步提供物理氣相沉積的控制方 法。該方法可包括藉由具有第一調諧電路之第一阻抗匹配 網路引入第一交流信號至物理氣相沉積腔室之靶材和通過 第二阻抗匹配網路引入第二交流信號至腔室內的托架以偏 置托架。該方法還可包括引入氣體進入腔室，以方便形成 電漿於靶材和托架之間。該方法可進一步加強調節效果， 包括藉由第一調諧電路作用於電漿中第二交流信號之基頻 ，從而調整電漿鞘，以方便控制離子軌道。 本發明之實施例可進一步提供物理氣相沉積的控制方 法。此方法可包括通過具有調諧電路的第一阻抗匹配網路 引入第一交流信號至物理氣相沉積系統之腔室的靶材和引 入第二交流信號至腔室的托架，以偏斜托架。此方法還可 包括引氣體進入腔室，以方便形成電漿於靶材和托架之間 。此方法可進一步加強調節的效果，包括藉由第一調諧電 路作用於電漿中第二交流信號之基頻，從而調整電漿鞘， 以方便控制離子軌道，且自動調諧此調諧電路。可自動調 諧的調諧電路包括決定第二交流信號之電壓數値和電流數 値，並調節調諧電路之可變濾波器元件的阻抗，以根據所 決定的電壓數値和電流數値進一步調整電漿鞘。 【實施方式】 -6- 201233835 以下揭露數個實施例，以執行不同的功能、結構、功 能或發明。實施例的元件、安排和配置介紹如下，以簡化 目前的描述；然而，這些實施例只作爲例子說明，而不用 於限制本發明的範圍。此外，目前的揭露，在不同實施例 與圖示使用重複參考數字和/或字母。這種重複是爲了簡 單與清楚的目的，實施例及/或討論中的各種數字配置本 身並不決定各種例子之間的關係。此外，如下的描述，在 第二個特徵與第一個特徵或實施例中可能包括第一和第二 個特徵是形成直接相關，還包括第一和第二個特徵不直接 相關但實施例中的附加功能可能相關的第一和第二特徵。 最後，實施例可能以任何組合方式，即任何元素相結合的 一個實施例可用於任何其他實施例，而不偏離所揭露的範 圍。 此外，某些名詞將用於以下說明的名詞，並爲特定的 元件。各實體可參考不同的名稱相同的元件，因此，除非 另有明確定義以外，描述元素的命名並非用於限制本發明 的範圍。此外，此處所使用的命名約定並非區分不同的名 字，但沒有功能差異的元件。此外，在以下的討論與專利 範圍，名詞“包括”和“包含”皆爲開放式的用法，因此 應被解釋爲“包括但不限於”。除非另有明確表示，在此 揭露所有可能數値爲精確或近似的値。因此’本發明之實 施例所披露的數字在不影響申請範圍下有可能部分偏離數 字、數値和範圍。此外’因爲是申請範圍或描述’除非另 有明文規定’名詞“或”旨在包括排他性和包容性的情況 201233835 下，即“ A或B”的目的是等同於“至少有一個A和B” 〇 圖1描述一個物理氣相沉積系統100。物理氣相沉積 (“PVD” ）系統100包括具有—個腔體112和蓋或上板 1 1 4的腔室1 1 〇。磁性構件丨丨6係至少部分地組態於蓋i ! 4 之第一或“上”側。磁性構件1 1 6可爲但不局限於固定的 永久磁鐵、旋轉型永久磁鐵、磁控管、電磁鐵或其任何組 合。在至少一個實施例中，磁性構件Π 6可包括設置於旋 轉盤上的一個或多個永久磁鐵，該旋轉盤係由馬達旋轉致 動每秒約0 · 1與約1 〇轉之間。例如，磁性構件1 1 6可逆 時針旋轉約每秒1轉。 靶材1 1 8係至少部分地設置於蓋1 1 4之第二或“下” 側，通常面對於磁性構件1 1 6。靶材1 1 8可至少部分地由 下列組成，但不局限於下列：單一元素，硼化物、碳化物 、氟化物、氧化物、矽化物、硒化物、硫化物，碲化物、 貴重金屬、合金、金屬間化合物或其他。例如，靶材118 之組成可爲銅（Cu )、矽（Si )、鈦（Ti )、鉬（Ta )、 鎢（W )、鋁（A1 )或其任何組合。 托架1 20可配置在腔室1 1 〇中，並組態爲支托晶圓或 底材122»在至少一個實施例中，托架120可爲或包括托 盤，其組態爲在托架120上支托底材122。例如，托架 120可包括機械托盤、真空托盤、靜電托盤（“e-ChUCk” )或其任何組合，用於在托架120上支托底材122。機械 托盤可包括一個或多個夾具，以在托架120上固定底材。 -8 - 201233835 真空托盤可包括一個耦合至真空源（未顯示）的真空光圈 (未顯不）以在托架120上承托底材122。e-chuck藉由直 流電壓源通電電極產生靜電力，以固定托盤上的底材i 22 。在至少一個實施例中，托架122可爲或包括由直流電源 124 供電的 e-chuck。 遮屏126係至少部分地環繞托架120和底材122以相 交靶材118與腔體112之間的任何直接路徑。遮屏126可 爲一般圓柱形或截頭錐形，如圖所示。遮屏126 —般例如 藉由物理附著至腔體112而電性接地。濺射粒子從靶材 118向腔體112行進被遮屏126截獲而沈積於其上。遮屏 126最終產生一層濺射材料，經清洗以維持可接受腔室顆 粒數。使用遮屏126可減少重建腔室110之消耗，以減少 粒子數。 氣體供應器1 28可耦合至腔室丨丨〇和組態爲引入選定 氣體之控制流量至腔室110。引入到腔室110的氣體可包 括’但不局限於’氬氣（Ar )、氮氣（N2 )、氦氣（He ) 、氙（X e )、氫氣（Η 2 )或其任何組合。 真空泵浦1 3 0可耦合至腔室〗丨〇和組態爲維護腔室 11〇內所需的低氣壓或真空水平。在至少一個實施例中， 在腔室110內真空栗浦13〇可保持約1至約1〇〇毫托（ millitorr)之間的壓力。氣體供應器128和真空泵浦130 二者係至少部分地設置穿過腔體112。 第一射頻產生器140—般經由第—阻抗匹配網路142 通過腔室110之蓋114耦合至靶材118。第一射頻產生器 -9 - 201233835 140組態爲產生第一射頻信號通過蓋114至靶材118。第 —射頻產生器140可具有從300赫茲（“ Hz” ）到162兆 赫（“ MHz” ）的一個頻率範圍。 在至少一個實施例中，直流發電機150可提供直流信 號至腔室110。例如，直流發電機150可提供直流信號至 靶材118。直流濾波器152可耦合至直流發電機15〇和組 態爲阻擋例如，來自射頻產生器1 4 0之射頻信號，避免影 響和損壞直流發電機150。雖然沒有在此顯示，在同一機 箱內可設置直流濾波器152作爲第一阻抗匹配網路142。 直流發電機150 —般可提高離子撞擊靶材122的能力。 藉由第二阻抗匹配網路162第二射頻產生器160耦合 於托架1 2 0。第二射頻產生器1 60組態爲引入第二射頻信 號至托架12〇以偏置托架120和/或腔室110。第二阻抗匹 配網路162可與第一阻抗匹配網路M2相同，也可視需求 而不同。第二射頻產生器160可具有一個從300赫茲至 162兆赫的頻率範圍。 在至少一個實施例中，第三射頻產生器170也可藉由 第三阻抗匹配網路172或藉由第二阻抗匹配網路162耦合 至托架120，以進一步控制偏置腔室11〇。第三阻抗匹配 網路172可與第一和/或第二阻抗匹配網路142、162相同 ，或者它可視需求而不同。雖然沒有在此顯示，一或數個 額外的射頻產生器和相應的阻抗匹配網路可與第二和第三 射頻產生器160、170和第二和/或第三阻抗匹配網路162 、172合倂或使用。 -10 - 201233835 第一阻抗匹配網路142可包括第一調諧電路144，其 組態爲具有第二射頻產生器160、第三射頻產生器170, 或其任何組合而產生之RF偏置信號的基頻頻率。第一調 諧電路1 44也可被組態爲具有此基頻之第二和/或第三諧 波、第二和第’三次諧波的組合或結合所有三個頻率的組合 。如果系統100包括兩個或兩個以上的偏置射頻產生器且 每個都有相應的阻抗匹配網路，例如第二和第三產生器 160、170可有第二和第三阻抗匹配網路162、172，第一 調諧電路1 44可具有多於一個基頻與對應的諧波，或其任 何組合。 第二阻抗匹配網路162可包括第二調諧電路164，其 組態爲具有被引入蓋1 1 4和/或第一射頻產生器1 40之靶 材118的第一射頻信號之基頻、二次諧波和/或第三諧波 〇 在至少一個實施例中，第三阻抗匹配網路172可包括 第三調諧電路1 74，其組態爲具有由第一射頻產生器1 40 被引入蓋114和/或靶材118的第一射頻信號之基頻、二 次諧波和/或第三諧波。 調諧電路I44、164、174可有數個不同的配置。例如 ’調諧電路144、164、174可爲固定電路、手動可調諧電 路、由系統控制器1 80控制之電路、自動調諧電路或其任 何組合。如果是固定電路，調諧電路144、164、174可包 括固定的即，不可調電路元件。如果是手動可調諧電路， 調諧電路144、164、174可包括可調或可變的電路元件（ -11 - 201233835 如可變應變元件）。例如手動可調諧電路可包括一個或多 個可以用螺絲或旋鈕手動調整的可變電容器。如果調諧電 路144、164 ' 174是由系統控制器180控制，調諧電路 144、164、174的電路元件，可根據系統控制器180之控 制信號由步進馬達（未顯示）調整。如果是自動調諧電路 ，調諧電路144、164、174的電路元件，可根據腔室1 10 所感測之訊息透過系統控制器1 8 0由步進馬達（未顯示） 調整。 通過第一射頻產生器140、第二射頻產生器160、第 三射頻產生器170、直流發電機150，或其任意組合供應 至腔室110之氣體在由氣體供應器128所供應之惰性氣體 中協同離子化原子以形成腔室110中的電漿105。電漿 105，例如，可爲高密度電漿。電漿105包括在電漿105 其中一層之電漿鞘，其正離子密度更大，因此，總體過剩 的正電荷會有接觸材料表面的相反負電荷形成平衡。 系統控制器1 80可耦合至一個或更多的氣體供應器 128、真空泵浦130、射頻產生器140、160、170與直流發 電機150。在至少一個實施例中，系統控制器180也可耦 合至一個或多個阻抗匹配網路142、162、172。系統控制 器1 80可組態爲控制每個耦合元件的功能。例如，系統控 制器1 8 0可組態爲控制氣體供應器1 2 8到腔室1 1 0的氣體 供應速度。系統控制器1 8 0可組態爲以真空泵浦1 3 0調整 腔室1 1 〇之壓力。系統控制器1 80可組態爲調整射頻產生 器140 ' 160、170和/或直流發電機150之輸出信號。在 -12- 201233835 至少一個實施例中，系統控制器1 80可組態爲調整阻抗匹 配網路142、162、172的阻抗。 圖2描述一個範例調諧電路144的示意圖。調諧電路 H4可設置於阻抗匹配網路142中，且包括電壓/電流探針 3 00和濾波器陣列400。濾波器陣列400可包括，但不局 限於一個或多個陷波濾波器、一個或多個低通濾波器和/ 或一個或多個高通濾波器。在濾波器陣列400內的濾波器 是可調的，例如，由步進馬達（未顯示）調整組成濾波器 陣列400的部分濾波器之可變電容器（或其他應變元件） 。雖然已描述第一調諧電路144，但設置於第二和第三阻 抗匹配網路162、172中的第二和第三調諧電路164、174 可使用類似的電壓/電流探針和濾波器陣列。 第一阻抗匹配網路I42的輸出243上之電壓/電流探 針3 00可量測腔室1 1 0的電壓、電流和相位。電壓/電流 探針300可與第一阻抗匹配網路142配置於同一機箱內和 /或可耦合至腔室110之蓋114和/或靶材118。電壓、電 流和相位資訊可被饋送到電壓/電流探針3 00中的控制板 和/或外部系統控制器180以調整濾波器陣列400的一個 或多個濾波器。在至少一個實施例中，電壓/電流探針300 直接饋送電壓、電流和相位資訊至爐波器陣列400。基於 所接收之電壓、電流和/或相位信息，電壓/電流探針3 00 中的控制板和/或系統控制器1 80可對濾波器陣列400作 出調整。 在至少一個實施例中，電壓/電流探針300提供反饋 ,：£ . -13- 201233835 至系統控制器180。例如，系統控制器180根據歷史資料 或用戶指令，例如查閱表，可調節濾波器陣列400中的一 或多個濾波器參數，以及電壓/電流探針300可提供系統 控制器180反饋來驗證調諧電路144之實際阻抗，與系統 控制器1 8 0所設的阻抗値比較。在另一個實施例中，該系 統控制器180可按照預定算法使用來自電壓/電流探針300 之輸入主動控制濾波器陣列400。 圖3是一個範例電壓/電流探針300的示意圖。電壓/ 電流探針3 00包括設置於或靠近圖1腔室110之射頻棒 3 02 ’其組態爲感測來自腔室1 1〇的信號301的狀況。電 壓感測器，例如’電容器3〇4，可耦合於射頻棒302，且 組態爲檢測或“啓動”從射頻棒3 02來的表示腔室信號 301之電壓。低通濾波器306可耦合於電容器304，並組 態爲通過低於截止頻率的頻率和衰減截止頻率以上的頻率 〇 衰減器3 08可耦合於低通濾波器3 06和組態爲減少收 到的信號之振幅和/或減低功率而不扭曲低通濾波器306 之訊號波形。過衝箝制3 1 0可耦合於衰減器3 0 8和組態爲 限制正和/或負瞬態電壓偏移，並提供經箝制之射頻有效 値電壓信號。 轉換器3 1 2可耦合於過衝箝制3〗〇和組態爲轉換經箝 制射頻有效値信號爲直流之形式。在至少一個實施例中， 轉換器3 1 2可爲高頻率、低電壓、線性響應有效値至直流 電源轉換器。在至少一個實施例中，轉換器312可爲具有 -14- 201233835 寬帶能力。例如，轉換器3 1 2可在範圍從約低到4 Ο 0 k Η z 至高約3GHz的頻率操作。轉換器312可爲一個離散集成 電路。 直流電壓縮放器（voltage scaler) 314可耦合於轉換 器3 1 2和組態爲縮放自轉換器3 1 2接收之電壓。偏移調節 3 1 6可耦合於直流電壓縮放器3 1 4和組態爲消除或調整經 縮放的電壓信號之偏移量。電壓緩衝放大器318可耦合於 偏移調.節3 16和組態爲輸出經測量電壓或“Vmag”信號 320的幅度至低阻抗負載。在至少一個實施例中，電壓緩 衝放大器318可爲具有寬帶能力。例如，電壓緩衝放大器 3 1 8可在範圍從約低到400 kHz至高約3GHz的頻率操作 ，且可爲一個離散集成電路。 電流感測器，例如：電感器3 24，也可耦合於射頻棒 3 02和組態爲藉由電感器324的電場檢測或啓動來自射頻 棒3 02之腔室信號301的電流。低通濾波器326可耦合於 電感器324和組態爲通過低於截止頻率的頻率和衰減截止 頻率以上的頻率。 衰減器3 2 8可耦合於低通濾波器326和組態爲減少收 到的信號之振幅和/或減低功率而不扭曲低通濾波器326 之訊號波形。過衝箝制33〇可耦合於衰減器328和組態爲 限制正和/或負瞬態電流偏移，並提供經箝制之射頻有效 値電流信號。 . 轉換器3 3 2可耦合於過衝箝制3 3 〇和組態爲轉換經箝 制射頻有效値電流信號爲直流的形式。在至少一個實施例 -15- 201233835 中，轉換器332可爲高頻率、低電壓、線性響應有效値至 直流電源轉換器。在至少一個實施例中，轉換器332可具 有寬帶能力。例如，轉換器332可在範圍從約低到4〇〇 kHz至咼約3GHz的頻率操作，且可爲一個離散集成電路 〇 直流電流縮放器（current scaler) 3 34可親合於轉換 器332和組態爲縮放從轉換器332接收到的電流。偏移調 節336可親合於直流電流縮放器334和組態爲消除或調整 經縮放電流信號的偏移量。電流緩衝放大器338稱合於偏 移調節33 6和組態爲輸出經測量電流或“Imag，’信號34〇 的幅度至低阻抗負載。在至少一個實施例中，電壓緩衝放 大器338可具有寬帶能力。例如’電流緩衝放大器338可 在範圍從約低到400 kHz至高約3GHz的頻率操作，且可 爲一個離散集成電路。 在至少一個實施例中，低通濾波器326、衰減器328 '箝制器3 3 0、直流縮放器3 3 4、偏移調節3 1 6和/或緩衝 放大器338可與低通濾波器306'衰減器308、箝制器310 、直流縮放器3 1 4、偏移調節3 1 6和/或緩衝放大器3 1 8相 同，或根據需要爲不同的元件。 雖然沒有描繪’ Vmag信號320和/或Imag信號340可 耦合至相位偵測電路來決定由桿3 02所感測之腔室信號 301的相位。相位檢測由Vmag信號3 20和Imag信號340之 相減測量和/或增益而得。相減或增益比較，發生在對數 域，導致輸出爲線性比例。V^g信號3 20、Imag信號340 -16- 201233835 和/或相位可傳送到系統控制器ISO或電壓/電流探針300 的控制器板（未顯示）。 圖4是圖2所示的設置於調諧電路144中之濾波器陣 列400的示意圖。濾波器陣列400可包括一個或多個低通 濾波器410、一個或多個高通濾波器430和/或一個或多個 陷波濾波器或共振陷阱450。低通濾波器410、高通濾波 器430和陷波濾波器450可爲並聯或串聯。 在至少一個實施例中，低通濾波器410可爲被動、類 比低通濾波器，包括一個或多個電感器（圖示三個411， 413，415)和一個或多個電容器（圖示三個 412,414， 416)，其中電容器可爲可變電容器。例如，低通濾波器 41〇可包括三個串列電感電容組，其中第一電感電容組包 括一個第一電感器411串聯第一可變電容器412，第二電 感電容組包括第二電感器413串聯第二可變電容器414， 第三電感電容組包括一個第三電感器415與第三可變電容 器416串聯。 在至少一個實施例中，高通濾波器430可爲被動、類 比高通濾波器，包括一個或多個電感器（圖示三個43 1， 43 3，435)和一個或多個電容器（圖示三個 432，434， 436)，其中的電容器可爲可變電容器。例如，高通濾波 器430可包括三個串列電感電容組件，其中第一電感電容 組件包括第一可變電容器43 2串聯第一電感器43 1，第二 電感電容組件包括第二可變電容器434串聯第二電感器 43 3，第三電感電容組件包括第三可變電容器與436第三 -17- 201233835 電感器435串聯。 在至少一個實施例中，陷波濾波器450可爲被動、類 比濾波器’包括一個或多個電感器（’圖示四個451，453， 455’ 457) ’ 一個或多個可變電容器（圖示四個452，454 ，456’458 ) ’一個或多個固定電容器（圖示四個459, 460，46 1 ’ 462 )。陷波濾波器450、高通濾波器“ο和/ 或低通濾波器410根據需要包括規定在多個頻率的多個部 分。例如’陷波濾波器450可包括一個或多個部分單獨規 定於第二射頻產生器160之基頻，第二射頻產生器160之 二次諧波’第二射頻產生器160的三次諧波和/或其任意 組合。如需要’陷波濾波器450可或可不包括一個或多個 部分規定於第三產生器170之基頻，第三產生器170之二 次諧波’第三產生器1 70的三次諧波和/或其任何組合。 在至少一個實施例中，陷波濾波器4 5 0包括四個串列 m導型並聯半組件，其中規定第一m導型並聯半組件於第 二產生器160 (見圖1)的基頻，規定第二m導型並聯半 組件於基頻的二次諧波，規定第三m導型並聯半組件於基 頻的三次諧波，而規定第四個m導型並聯半組件於基頻和 第二諧波的組合。例如，第一 m導型並聯半組件包括與第 一可變電容器452並聯之第一電感器451，提供第一串聯 阻抗和第一固定電容器459以提供第一並聯導納。串列的 第二m導型並聯半組件包括與第二可變電容器454並聯之 第二電感器453，提供第二串聯阻抗和第二固定電容器 460以提供第二並聯導納。串列的第三m導型並聯半組件 -18- 201233835 包括與第三可變電容器456並聯之第三電ί 第三串聯阻抗和第三固定電容器46丨以提ΐ 。第四m導型並聯半組件包括與第四可變| 之第四電感器457，提供第四串聯阻抗和| 462以提供第四並聯導納。 濾波器陣列400的阻抗調諧電路元件B 供所需阻抗値，例如：r +/-jX値，於第二 或第三射頻產生器之基頻的衍生頻率、二階 波或其任意組合，取決於所需的製程性能要 144具有一個共振頻率Feriti(：al，但濾波器陣 缺口的調諧點並不必然在特定的次要基頻或 設置到一個史密斯圖上以影響次要基頻和一 二次或第三次諧波之-j X値的點，但濾波缺 次要頻率或諧波最小阻抗。例如，如果集中 頻率之間的某處，濾波器陣列400有影響基 和/或第三諧波的低Q。 圖5是一個示意圖，說明圖1實施例所 和調諧電路144的電流路徑590。如上描述 第一射頻產生器140經由第一阻抗匹配網路 至靶材118,耦合第二射頻產生器160經第 路162提供偏置電流至托架120。 如果沒有第二調諧電路1 44，電流路徑 始於第二射頻產生器160、經過第二阻抗匹 托架120和底材122(托置於托架120上） 疼器455，提供 ^第三並聯導納 :容器45 8並聯 :四固定電容器 '專門組態爲提 射頻產生器和/ 諧波、三階諧 求。調諧電路 列4 0 0之濾波 諧波。電抗可 個相關聯的第 口不一定要有 在兩個或三個 頻、二次諧波 :示經腔室1 1 0 的圖1，輔合 142提供電流 二阻抗匹配網 5 90的電流開 配網路162、 至電漿1 05。 -19- 201233835 電流路徑590中的電流可爲一個低電壓 漿105，電流經電流路徑591，通過遮厚 然後返回第二阻抗匹配網路162，而返 器 160。 如果有第二調諧電路144，至少部 的電流經第二電流路徑592通過第二調 第二射頻產生器1 60。例如，電流路徑 1〇5之至少部分電流可至遮屏126形成 經靶材1 1 8和蓋1 1 4至設置於第一阻抗 第二調諧電路144，然後繼續通過腔室 配網路162和第二射頻產生器160。 參考圖1-5，圖6所示是一個控制 6〇〇的流程圖。在操作中，第一射頻產当 產生器150對靶材118通電。在至少一 —射頻產生器140經第一阻抗匹配網路 流信號，通過蓋114至腔室110之靶材 抗匹配網路包括第一調諧電路144，如 生器160和/或第三射頻產生器170偏置 一個實施例中，經由第二阻抗匹配網路 信號至設置的托架120以偏斜托架120 產生靶材1 1 8和腔室1 1 〇之殘留物間的 個實施例中，靶材118之通電源可從約 瓦。 氣體，例如惰性氣體，由氣體供應 有效値電流。從電 异126、腔體1 12、 回至第二射頻產生 分在電流路徑5 9 0 諧電路144返回到 ;590中來自電漿 第二電流路徑592 匹配網路142中的 1 1 0至第二阻抗匹 物理氣相沉積方法 三器140和/或直流 個實施例中，從第 142導入之第一交 1 1 8，其中第一阻 602。第二射頻產 托架1 2 0。在至少 162引入第二交流 ，如 6 0 4。此偏斜 電壓差。在至少一 5千瓦至約60千 器128引入腔室 -20- 201233835 1 10內以在腔室1 10內形成電漿105，如606。氣體之中性 原子離子化，放出電子。由於靶材118和腔室110之間的 電壓差，電子影響氣體其他的中性原子，創造更多的電子 和離子化原子。重複此過程，使包括電子、離子化原子及 中性原子的電漿105存在腔室110內。 帶正電荷之離子化的原子被吸引，因此加快至帶負電 荷的靶材118。腔室110之電壓差的大小控制氣體原子被 吸引到靶材118的力和/或速度。藉由靶材118之衝擊時 ’離子化氣體的能量被釋放，並從靶材材料擊出原子。一 些離子化氣體的能量可以熱的形式轉移到靶材118。藉由 撞擊在電漿105中的電子，脫落原子如同中性原子一般被 離子化。一旦離子化，釋放原子遵循磁場路徑至底材122 ’形成具有已在底材122上的相同，相似或不同原子和/ 或材料的濺鍍層。在腔室110的磁場可至少部分由腔室 1 1 〇之蓋1 1 4上的磁鐵1 1 8所控制。 如果射頻產生器140、160、1"70存在的話，通過阻抗 匹配網路142、162、172分別耦合於腔室11〇。調整各自 阻抗匹配網路142、162、172以使腔室110與各自匹配網 路142、162、172合倂後的阻抗符合各自射頻產生器140 ' 160、170的阻抗，以有效地從射頻產生器140、160、 17〇傳輸射頻能量至腔室110，而不是被反射回來至射頻 產生器140 ' 160、170。例如，第一阻抗匹配網路142可 能進行調整，使腔室1 1 0和第一匹配網路1 42合倂後的阻 抗與第一射頻產生器140的阻抗匹配，以防止射頻能量被 -21 - 201233835 反射回到第一射頻產生器1 40。 此外，阻抗匹配網路142、162、172可各自具有調諧 電路144、164、174。藉由重塑電漿105之一個或多個電 漿鞘參數，調諧電路144、164、174對腔室1 10內所維持 之電漿105中的離子化金屬之離子軌跡提供了更好的控制 〇 調諧電路1 44、1 64、1 74之阻抗控制腔體1 1 2和靶材 1 1 8之間的電流返回路徑比例。重塑電漿鞘和相關的次要 射頻基本電流路徑影響整個底材122表面上離子能量的分 佈和/或離子密度。這種能量的再分配可允許對底材122 表面離子軌跡的精細控制。在至少一個實施例中，可以調 諧電路144修改來自第二射頻產生器160的第二交流信號 之基頻對電漿105之影響，從而調整在腔室110內形成之 電漿105的電漿鞘參數以控制電離軌跡，如60 8。在另一 個實施例中，調諧電路1 44可修改第二交流信號的基頻、 其二次諧波、其三次諧波，或其組合對電漿1〇5之影響， 以進一步控制電漿105之電漿鞘參數和/或在腔室110之 電離軌跡。因此，調諧電路1 4 4可控制電離軌跡，以減少 沉積懸浮和改善對底材122上之高寬比結構的底部覆蓋率 〇 在至少一個實施例中，一個或多個調諧電路164、174 也可以修改來自第一射頻產生器14〇之第一交流信號的基 頻、其二次諧波、其三次諧波，或其組合對電漿i 05之影 響，以進一步控制電漿105之電漿鞘參數和/或在腔室n〇 -22- 201233835 之電離軌跡。 如上所述，調諧電路144、164、174可爲固定電路、 手動可調諧電路、由系統控制器180控制之電路、自動調 諧電路或其任何組合。在固定電路中，調諧電路1 44、1 64 、174，可包括固定，即不可調之電路元件，且該等元件 之選擇及數値可依據在腔室110正常運行同時所收集之資 料。例如’調諧電路1 44的固定電路元件可依照於系統 100中加入第一阻抗匹配網路142之前所收集的資料來形 成一個或多個濾波器，其設計以規定第二射頻產生器160 和/或第三射頻產生器170的基頻、二次諧波、三次諧波 和/或其任何組合。 使用手動可調諧電路，調諧電路144、164、174可包 括可調或可變的電路元件。例如，手動可調諧電路可包括 可以用螺絲或旋鈕手動調整之可變電容器。在至少一個實 施例中’可變電容器可爲一個或多個濾波器之一部分，且 可以調整以改變濾波器的特點，例如：經據波頻率範圍。 在至少一個實施例中，在不同的階段和/或由系統i 00所 執行之氣相沉積過程的模式中，調諧電路1 44、1 64、1 74 中之可變電容器，可手動進行調整。可以根據理論數據或 在系統100中實測數據進行手動可調諧電路的調整。 在至少一個實施例中，根據從系統控制器1 8 〇的指令 ’可由一個或多個馬達（未顯示），例如：步進馬達或類 似裝置，對調諧電路144、164、174的電路元件進行調整 。例如’在一個或多個調諧電路I44、164、174中的電路 -23- 201233835 元件可包括可變電容器。系統控制器180可參考包含針對 每個可變電容器之特定電容値的查閱表。系統.控制器180 可參考查閱表之値經由步進馬達調整或修改可變電容器的 電容値。查閱表可包括由系統1〇〇所執行之氣相沉積過程 中之不同階段和/或過程模式之電容値。查閱表之不同數 値可依據歷史數據或理論値。在至少一個實施例中'系統 控制器1 80可調整或修改針對不同階段和/或模式之可變 電容器之電容値。 使用自動調諧電路，調諧電路144、164、174之電路 元件可根據來自腔室110所感測資訊自動調整。參考圖2 ，調諧電路144可包括電壓/電流探針300以感測來自腔 室1 1 〇之信號之電壓大小、電流大小和/或相位。 電壓/電流探針3 00也可被用於反饋系統控制器180。 例如，當系統控制器180依查閱表調整可變電容器時，電 壓/電流探針3 00所感測之値可作爲反饋來驗證是否適當 地調整可變電容器和/或指示系統控制器1 80參考查閱表 中之不同値。 再以參照圖3，在至少一個實施例中，電壓/電流探針 300中的電容器3〇4可拾取來自電壓/電流探針300中所設 置之桿3 02的電壓。電壓信號可經濾波和衰減和過衝箝制 以防止轉換器312諧波失真。電壓信號可由轉換器312轉 換爲直流形式之電壓信號。來自轉換器312之直流電壓信 號可進行縮放、偏移及緩衝以輸出對應腔室110中的瞬間 電壓大小的Vmag信號320。 -24- 201233835 電壓/電流探針300中之電感器324可拾取來自桿302 的電流。電感器324所拾取之電流信號可經爐波和哀減和 過衝箝制以防止轉換器3 3 2諧波失真。電流信號可由轉換 器332轉換爲直流形式之電流信號。轉換器332之直流電 流信號可進行縮放、偏移及緩衝以輸出Imag信號340。 在至少一個實施例中，Vmag信號320和/或Uag信號 3 40可引入至相位偵測電路來決定桿3 02所感測之輸入相 位。Vmag信號3 20、Imag信號3 40和/或相位可被饋入電壓 /電流探針3 00之控制板和/或系統控制器180。 根據Vmag信號320、Imag信號340和/或相位，電壓/ 電流探針30G之控制板和/或系統控制器1 80可調節射頻 調諧電路144的阻抗。在至少一個實施例中，電壓/電流 探針3 00之控制板和/或系統控制器1 80可藉由調整射頻 調諧電路1 44中之可變元件而調節射頻調諧電路1 44的阻 抗。在至少一個實施例中，可使用步進馬達或類似裝置調 整可變元件。在至少一個實施例中，射頻調諧電路1 44之 可變元件可爲或包括可變電容器。在至少一個實施例中， 調諧電路164、174可包括一個相同或類似的電壓/電流探 針，其以同樣的方式感應電壓大小、’電流大小和/或相位 〇 根據電壓/電流探針3 00所感測之電壓大小、電流大 小和/或相位，系統控制器1 80可以調整濾波器陣列400 之電路元件以對腔室110內之電漿105產生所欲之影響。 參考圖4，在至少一個實施例中，濾波器陣列400之低通 -25- 201233835 濾波器410、高通濾波器430和/或陷波濾波器450 元件可包括可變電容器。根據電壓/電流探針300 Vmag信號、Imag信號和/或相位’可調整濾波器陣 中的一個或更多的可變電容器。例如，陷波濾波器 可變電容器452、454、456、458之至少一者可調 變陷波濾波器450的Q値，從而多少影響第二射頻 之基頻、二次諧波和/或三次諧波。因此，調諧電 可調整以重塑電漿105之電漿鞘參數和/或遍及底 表面的離子能量和/或離子密度分佈的影響。 本發明描述上述幾個實施例，因此熟悉此技藝 更好地了解目前所揭露之功能。熟悉此領域的技術 該明白，可以很容易地依據本發明作爲設計或調節 程和結構以實現同樣的目的和/或實現本發明實施 現之相同的優點。熟練此技藝人士也應該認識到， 實施並不偏離目前本發明所揭露之精神和範圍，並 前所揭露的精神和範圍而作各種變化、替換和改換 目前本發明所揭露之精神和範圍之內。 【圖式簡單說明】 本發明之內容包含以下所描述之圖示與描述。 容中’各種功能描述都非按比例繪製的。事實上， 能的尺寸可以任意增加或減少以利於描述本發明。 圖1爲根據本發明之1或多個實施例，描述物 沉積系統的原理。 的電路 檢測之 歹!J 400 450之 整以改 產生器 路 144 材 122 人士可 人員應 其他製 例所展 如此的 且從目 ，仍在 申請內 各種功 理氣相 -26- 201233835 圖2爲根據本發明之1或多個實施例，描述一個調諧 電路。 圖3爲根據本發明之1或多個實施例，描述一個電壓 /電流探針的原理* 圖4爲根據本發明之1或多個實施例，描述第2圖中 電路之濾波器陣列。 圖5爲根據本發明之1或多個實施例，描述電流路徑 到腔室之路徑與圖1中電路之調諧電路的原理。 圖6爲根據本發明之1或多個實施例，說明控制自動 蒸氣沉積方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 100 :系統 105 :電漿 110 :腔室 112 :腔體 114 :蓋 1 16 :磁性構件 1 18 :靶材 120 :托架 122 :底材 1 2 4 :直流電源 126 :遮屏 :氣體供應器

S -27- —一 201233835 130 :真空泵浦 140 :射頻產生器 142 :阻抗匹配網路 144 :調諧電路 1 5 0 :直流發電機 1 5 2 :直流濾波器 160 :射頻產生器 162 :阻抗匹配網路 1 6 4 :調諧電路 1 7 〇 :射頻產生器 172 :阻抗匹配網路 1 7 4 :調諧電路 1 8 0 :系統控制器 243 :輸出 3 0 0 :電壓/電流探針 3 0 1 :腔室信號 3 02 :射頻棒 3 04 :電容器 3 0 6 :低通濾波器 3 0 8 :衰減器 3 1 0 :過衝箝制 312 :轉換器 3 1 4 :直流電壓縮放器 3 1 6 :偏移調節 -28 201233835 3 1 8 :緩衝放大器 320 : Vmag 信號 3 24 :電感器 3 26 :低通濾波器 3 2 8 :衰減器 3 3 0 :箝制器 3 3 2 :轉換器 3 3 4 :直流電流縮放器 3 3 6 :偏移調節 3 3 8 :緩衝放大器 3 40 : Imag 信號 400 :濾波器陣列 4 1 0 :低通濾波器 41 1 :電感器 412 :電容器 413 :電感器 414 :電容器 41 5 :電感器 416 :電容器 430 :高通濾波器 43 1 :電感器 432 :電容器 43 3 :電感器 434 :電容器 201233835 4 3 5 :電感器 436 :電容器 450 :陷波濾波器 45 1 :電感器 452 :可變電容器 45 3 :電感器 454 :可變電容器 45 5 :電感器 456 :可變電容器 457 :電感器 45 8 :可變電容器 45 9 :固定電容器 460:固定電容器 4 6 1 :固定電容器 462 :固定電容器 5 90 :電流路徑 5 9 1 :電流路徑 5 9 2 :電流路徑

Claims (1)

1. 201233835 七、申請專利範圍： 1. 一種用於物理氣相沉積之匹配網路，包括： 第一射頻產生器，其經由具有第一調諧電路之阻抗匹 配網路耦合至沉積腔室靶材，其中該第一射頻產生器係組 態爲將第一交流信號引入至該沉積腔室靶材；以及 第二射頻產生器，其經由第二阻抗匹配網路耦合至沉 積腔室托架，並組態爲將第二交流信號引入至該沉積腔室 托架， 其中該第一調諧電路係組態成調整在該沉積腔室靶材 和該沉積腔室托架之間形成的電漿受該第二交流信號作用 的效果。 2. 如申請專利範圍第1項所述之匹配網路，其中該 第二阻抗匹配網路包括第二調諧電路，其組態成調整該電 漿受該第一交流信號作用的效果。 3. 如申請專利範圍第1項所述之匹配網路，其中該 第一調諧電路包括耦合至該沉積腔室靶材的電壓/電流探 針以及耦合至該電壓/電流探針的濾波器陣列。 4. 如申請專利範圍第3項所述之匹配網路，其中該 電壓/電流探針和該濾波器陣列耦合至組態成調整該濾波 器陣列內的阻抗的系統控制器。 5. 如申請專利範圍第3項所述之匹配網路，其中該 電壓/電流探針包括： 電壓感測器，其組態成經由設置在該第一阻抗匹配網 路之輸出上的射頻棒來感測一交流信號的電壓； -31 - 201233835 有效値（RMS )至直流（DC )電壓轉換器，其藉由低 通濾波器、衰減器和過衝箝制器（clamp )耦合至電壓啓 動器，其中該有效値至直流電壓轉換器組態爲將經濾波、 衰減 '箝制後的交流電壓轉換爲直流電壓； 緩衝電壓放大器，其藉由直流調節電路和偏移調節電 路耦合至該電壓轉換器，其中該緩衝電壓放大器組態爲輸 出一電壓數値信號； 電流感測器，組態爲感測該交流信號的電流； 有效値至直流電流轉換器，其藉由低通濾波器、衰減 器和過衝箝制器耦合至電流啓動器，其中該有效値至直流 電流轉換器組態將經濾波、衰減、箝制後的交流電流轉換 爲直流電流；以及 緩衝電流放大器，其藉由直流調節電路和偏移調節電 路耦合至該有效値至直流電流轉換器，其中該緩衝電流放 大器組態爲輸出一電流數値信號。 6. 如申請專利範圍第5項所述之匹配網路，更包含 耦合至該緩衝電壓放大器與該緩衝電流放大器之至少其中 之一或兩者的相位偵測電路，其中該相位偵測電路組態爲 輸出該交流信號的相位。 7. 如申請專利範圍第3項所述之匹配網路，其中該 濾波器陣列包括並聯配置的低通濾波器、高通濾波器和陷 波濾波器，並且各自具有可調阻抗。 8. 如申請專利範圍第7項所述之匹配網路，其中該 低通濾波器包含兩個或多於兩個串列電感電容組件，每一 •32- 201233835 電感電容組件包括與可變電容器串聯連接的電感器； 其中，該高通濾波器包含兩個或多於兩個的串列電感 電容組件，每一電感電容組件包括與電感器串聯連接的可 變電容器； 其中該陷波濾波器包含兩個或多於兩個的並聯m導型 半組件，每一 m導型並聯半組件包含由電感器並聯可變電 容器所提供的串聯阻抗和由固定電容器所提供的並聯導納 〇 9. 一種用於控制物理氣相沉積的方法，包括： 經由具有第一調諧電路的第一阻抗匹配網路將第一交 流信號引入至物理氣相沉積腔室的靶材； 經由第二阻抗匹配網路將第二交流信號引入至設置於 該腔室內的托架以偏斜該托架； 導入氣體至該腔室內，以促進在該靶材和該托架之間 形成電漿；以及 利用該第一調諧電路，調整該電漿受該第二交流信號 之基頻作用的效果，從而調整電漿鞘以幫助離子軌道控制 〇 1 〇.如申請專利範圍第9項所述之方法’更包含利用 該第一調諧電路調節該電漿受該第二交流信號的第二和第 三諧波作用的效果。 11.如申請專利範圍第9項所述之方法’其中調整該 第二交流信號之基頻作用的效果包括藉由調整其中之可變 電容器的電容値以調整該第一調諧電路的阻抗値。 -33- 201233835 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該可 變電容器藉由手動調整。 13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該可 變電容器藉由連接至一系統控制器的馬達調整。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包含參 照一查閱表以決定該第一調諧電路的適合阻抗，其中藉由 該馬達調整該可變電容器的電容値以匹配該查閱表上的數 値。 〗5 .如申請專利範圍第1 3項所述之方法，更包含利 用耦合至該系統控制器的電壓/電流探針以感測該腔室內 的該第二交流信號的電壓數値、電流數値和相位，其中根 據感測到的電壓數値、電流數値和相位藉由該馬達調整該 可變電容器的電容値。 1 6 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，更包含利用 設置於該第二阻抗匹配網路中的第二信號調諧電路調整該 電漿受該第一交流信號作用的效果。 I7·如申請專利範圍第9項所述之方法，更包含將直 流電壓引入至該腔室內的靶材。 —種用於控制物理氣相沉積的方法’包括： 經由具有調諧電路的第一阻抗匹配網路將第一交流信 號引入至一物理氣相沉積系統的腔室內之靶材； 將第二交流信號引入至設置於該腔室內的托架以偏斜 該托架； 將氣體導入至該腔室內，以促進在該靶材和該托架之 -34- 201233835 間形成電漿； 利用該第一調諧電路，調整該電漿受該第二交流信號 作用的效果，從而調整電漿鞘以促進對離子軌道的控制； 以及 自動調諧該調諧電路包括： 決定該第二交流信號的電壓數値和電流數値；以及 根據該已決定的電壓數値和電流數値，調節該調諧電 路的可變濾波器元件之阻抗，以進一步調整該電漿鞘。 19. 如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中決定 該電壓數値和電流數値包含： 量測該第二交流信號的交流電壓和交流電流； 濾波和衰減該交流電壓； 轉換經濾波和經衰減的該交流電壓爲直流電壓； 縮放、偏移和緩衝該直流電壓以提供該電壓數値； 濾波和衰減該交流電流； 轉換經滴、波和經孩減的該父流電流爲直流電流；以及 縮放、偏移和緩衝該直流電壓以提供該電流數値。 20. 如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中自動 調諧該調諧電路更包含由該已決定的電壓數値和電流數値 決定該第二交流信號的相位。 -35-