TW201709774A - 藉由射頻波型用於修改離子能量分布的反饋控制 - Google Patents

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Abstract

一種用於控制射頻功率器之系統，其施加功率至例如電漿腔體的負載，該系統包含主控功率供應器以及從屬功率供應器。主控功率供應器提供控制訊號，例如頻率以及相位訊號至從屬功率供應器。從屬功率供應器接收頻率以及相位訊號且亦接收自負載偵測之頻譜發射之訊號特徵。從屬射頻功率供應器改變相位以及施加至負載的射頻輸出訊號之相位及功率。改變功率控制離子分布函數之寬度，且改變相位控制離子分布之波峰。依據介於RF產生器以及負載之耦合，偵測不同的頻譜發射，其包含第一諧波、第二諧波，以及在雙頻率驅動系統之情況下的互調變失真。

Description

藉由射頻波型用於修改離子能量分布的反饋控制
本揭露是關於射頻產生系統以及射頻產生控制系統。
於此所述之先前技術說明係用以對本揭露之內容作一般性說明為目的。發明人當前提出的工作，即於此先前技術部分敘述之工作程度，以及說明書中可能尚未成為申請日之前的現有技術的內容，無論是以明確或隱含的方式均不被視為相對於本揭露的現有技術。
電漿蝕刻係經常用於半導體製程。在電漿蝕刻中，離子由電場增速以蝕刻基板上的暴露表面。電場是根據由射頻(radio frequency，RF)功率系統的RF產生器產生的RF功率訊號所生成。由RF產生器所產生之RF功率訊號必須精準地控制以有效地進行電漿蝕刻。
RF功率系統可包括RF產生器、匹配網路、以及負載(例如，電漿腔體)。RF產生器產生RF功率訊號，其在匹配網路被接收。匹配網路將該匹配網路之輸入阻抗與在RF產生器與匹配網路之間之傳輸線之特徵阻抗匹配。 此阻抗匹配有助於最大化順向至該匹配網路之功率量(「順向功率(forward power)」)以及最小化從該匹配網路反射至RF產生器之功率量(「反向功率(reverse power)」)。當匹配網路之輸入阻抗匹配傳輸線之特徵阻抗時，順向功率可被最大化且反向功率可被最小化。
在RF功率源或者供應場中，典型有兩種施加RF訊號至負載的方法。其一，較習知的方法為施加連續波訊號至負載。在連續波模式，連續波發送訊號通常係為正弦波，是由供應源持續的輸出至負載。 在連續波方法中，RF訊號假定為正弦輸出，且正弦波之振幅及/或頻率可為了改變施加於負載之輸出功率而改變。
第二種施加RF訊號至負載之方法包含將RF訊號脈衝，而非施加連續波訊號至負載。在脈衝模式的操作中，RF正弦訊號為由調變訊號調變，以界定用於調變正弦訊號的波封(envelope)。 在習知脈衝調變方式中，RF正弦訊號通常為在一定頻率以及振幅下輸出。傳送至負載的功率藉由改變調變訊號而改變，而非改變正弦的RF訊號。
在通常之RF功率供應組態下，施加於負載的輸出功率藉由利用感測器量測順向功率以及反向功率或施加於負載之RF訊號的電壓以及電流之感測器來判別。任一組該訊號是在通常控制迴路中進行分析。 該分析通常判別用於調整輸出的RF功率源施加之功率數值，以改變施加於負載的功率。在RF功率傳輸系統中，其中負載為電漿腔體，因為施加功率是負載之阻抗功能的一部分，改變負載之阻抗造成對應改變施加至負載之功率。
在電漿系統中，功率通常以兩種組態中之其一傳送。在第一組態中，功率為電容式耦合至電漿腔體。此系統係指電容式耦合電漿(capacitively coupled plasma，CCP)系統。在第二組態中，功率為感應耦合至電漿腔體。 此系統通常係指感應耦合電漿(inductively coupled plasma，ICP)系統。電漿傳送系統通常包含施加於一或複數個電極的偏壓功率以及源功率。源功率通常產生電漿，而偏壓功率相對於RF偏壓電功率供應而將電漿調整成功率。根據各種設計考量，偏壓以及源頭可能共用相同電極或者可利用個別的電極。
當RF功率傳送系統以電漿腔體形式驅使負載時，由功率傳送至電漿腔體產生之電場造成腔體中之離子能量。離子能量之一特徵測量為離子能量分布函數(on energy distribution function，IEDF)。離子能量分布函數(IEDF)可以RF波形控制。 其中多RF功率訊號施加至負載之用於控制系統的IEDF之一方式是藉由改變與頻率及相位相關之多RF功率訊號而發生。介於多RF功率訊號之頻率為閉鎖的，以及介於多RF訊號之相對相位亦為閉鎖的。 此系統之示例可參照美國專利號7,602,127、美國專利號8,110,991、以及美國專利號8,395,322，其受讓本發明之受讓人以及其全部內容於此併入作為參考。
RF電漿製程系統包括用以電漿產生以及控制之元件。此一元件係指電漿腔體或者反應器。典型的電漿腔體或者反應器利用在RF電漿製程系統，如方法之示例，用以薄膜製造，利用雙頻率系統。 雙頻率系統之一頻率(源頭)控制電漿之產生，以及雙頻率系統之另一頻率(偏壓)控制離子能量。示例之雙頻率系統包括有上述參照的美國專利號US7,602,127、美國專利號8,110,991、美國專利號8,395,322敘述之系統。 在上述參照專利所述之雙頻率系統需要閉迴路控制系統，以適應用以控制離子密度以及其對應之離子能量分布函數(IEDF)之RF功應操作。
現有用以控制產生電漿的電漿腔體之複數個方法。譬如，驅動RF訊號之相位以及頻率可利用以控制電漿產生。用於RF驅動電漿源，周期性波形影響電漿鞘動力(plasma sheath dynamics)以及對應離子能量通常是習知的以及周期性波形之頻率以及相關相位交互作用。 另一方法包含雙頻率操作。也就是說，兩種RF頻率源用於提供電漿腔體能量，以實質上提供離子以及電子密度之獨立控制。
另一方法利用寬頻(wideband)RF功率源以驅動電漿腔體，但其具有一定困難性。第一個困難為將電源耦合至電極。第二個困難為為了所需之IEDF而產生波形對實際鞘電壓之轉換函數必須針對廣製程空間(wide-process space)進行公式化，以支持材料表面交互作用。 在感應耦合電漿方法的另一方法中，控制施用於源極電極的功率控制電漿密度，同時控制施用於偏壓電極的功率控制IEDF，以提供蝕刻速率控制。利用源極電極以及偏壓電極控制，蝕刻速率經由離子密度以及功率進行控制。
同時上述系統致使一定程度電漿製程之控制，對更小元件以及增加產量的持續增加的需求需要相對於上述方法持續地改善。
此部分提供本揭露之概括內容，且其並非完全地揭露其全範圍或所有特徵。
一種射頻(RF)產生器系統，其包含產生施加於負載的RF輸出訊號之功率源。感測器檢測自負載之頻譜發射，其中頻譜發射包含諧坡以及互調變失真(intermodulation distortion，IMD)的至少其一。控制模組根據在頻譜發射中檢測之諧波或IMD之其一改變輸出訊號。
一種射頻(RF)功率傳輸系統，其包含產生第一射頻輸出訊號之第一功率供應器以及產生第二射頻輸出訊號之第二功率供應器。感測器偵測自負載之頻譜發射，其中頻譜發射包含第一功率供應器或第二功率供應器之至少一諧波以及介於第一RF訊號與第二RF訊號之互調變失真(IMD)。 控制器根據自第一功率供應器之至少一控制訊號改變第二RF輸出訊號，或諧波或IMD的至少其一。
射頻(RF)系統包含第一RF產生器，其具有第一功率源，其中第一RF產生器產生控制訊號。第二RF產生器包含第二功率源，其中第二RF產生器接收自第一RF產生器的控制訊號。控制訊號包含相位以及頻率資訊。 第二RF產生器具有訊號處理單元，並且產生訊號處理單元，其產生施加於第二功率源的相位或功率指令的至少其一。
一種用以射頻功率供應系統之控制器，其包含諧波/互調變失真(IMD)處理器。IMD處理器接收頻率輸入訊號及自負載感測的頻譜發射，且諧波/IMD處理器產生相位設定。相位判定處理器接收頻率輸入訊號、相位設定、及施加於負載的功率之感測訊號特徵之至少其一。 相位判定處理器根據接收的訊號產生相位控制訊號。
一種用以控制射頻(RF)產生器之方法，其包含自負載偵測的頻譜發射，其中頻譜發射具有諧波及互調變失真(IMD)的至少其一。射頻功率源之輸出訊號改變根據頻譜發射中偵測的諧波或IMD改變。
本揭露之應用領域將因詳細的說明、申請專利範圍及圖式而更變得顯而易見。詳細的說明及具體示例僅旨在用以說明之用途而非旨在侷限本揭露之範圍。
示例實施方式現將參照所附之圖式而更完整地敘述。
第1圖繪示感應耦合電漿(ICP)系統10之例示性圖式。ICP系統10包含用以產生電漿14之電漿腔體12。以電壓或電流之形式之功率是經由一對線圈施加於電漿腔體12，該線圈包含內線圈16以及外線圈18。 功率是經由RF功率源20施加於內線圈16，以及功率是經由RF產生器或功率源22施加於外線圈18。線圈16及18安裝到介電質窗24，其協助將電源耦合至電漿腔體12。 基板26設置在電漿腔體12，且通常形成電漿操作之主體之工件。RF產生器或功率源28經由基板26施加功率至電漿腔體12。在不同組態下，RF功率源20、22提供偏壓或電流以激起或產生電漿14。 此外在各種組態中，RF功率源28提供偏壓或電流，其改變電漿14之離子能量及/或離子密度。在不同組態下，RF源極20、22以及28為閉鎖，以在相同頻率、電壓以及電流以固定或改變的相對相位進行運作。 在不同其他組態下，RF源極20、22以及28可在不同頻率、電壓、電流以及相對相位下進行運作。
第2圖繪示電容式耦合電漿(CCP)系統30之例示性圖式。CCP系統30包含用以產生電漿34之電漿腔體32。設置在電漿腔體32中的一對電極36、38連接至各別之RF產生器或功率源40、42。在不同組態下，RF功率源40提供源極電壓或電流以激起或產生電漿34。 此外在不同組態下，RF功率源42提供偏壓或電流，其改變電漿34之離子能量及/或離子密度。在不同組態下，RF功率源40、42在相同頻率、電壓、及電流、及相對相位下運作。在不同其他組態下，功率源40、42在不同頻率、電壓、及電流以固定或改變的相對相位下運作。 此外在不同組態下，功率源40、42可連接至相同的電極，同時另一電極連接至接地或至其他的第三RF產生器。
第3圖繪示雙頻率電漿系統50之概括圖式且將用以敘述本揭露之RF功率系統之一般操作。電漿系統50包含連接至接地54之第一電極52以及自第一電極52分隔之第二電極56。 低頻第一功率源58在第一頻率f產生施加於第二電極56的第一RF功率。高頻第二功率源60在第二頻率產生施加於第二電極56之第二射頻功率，該第二頻率為第一功率源58之頻率之諧波頻率。
各別的第一功率及第二功率施加至第二電極56產生具有電子密度之電漿62。電漿62中是具有較大的正離子密度之鞘層，因此整體過量正電荷平衡與其接觸的電漿(未繪示)中的材料表面上之相反負電荷。 判別鞘之位置與電漿製程運作相關。相對於第一電極52以及第二電極56的鞘之位置可根據在方程式(1)顯示之鞘調變函數(sheath modulation function)定義：(1) 其中：是雙頻率系統之較低頻率f；以及 η 是介於頻率之相對相位，在此情況下諧波音調(n＞1)。  用語是鞘振盪(sheath oscillation)之振幅以及其如方程式(2)所定義：(2) 其中：是與相關的驅動電流；是電子密度；是電子釋放區域；以及是電子電荷。
以上方程式(1)以及方程式(2)證實鞘之位置是根據在方程式(1)之情況下於θ之間的相對相位，以及在方程式(2)之情況下施加的功率而變化。就IEDF而言，施加的功率有時亦指相對振幅變異或幅寬(width)，以及相對相位θ有時亦指相對相位變異或偏斜(skew)。
具有鞘的特徵的有效特性可由關於以下方程式(3)所述之鞘電壓發現：(3)   其中，是自由空間之電子電荷介電常數，以及，，以及為如前所述。  從鞘振盪之振幅，電漿之離子電壓可根據方程式(4)判別：(4) 其中：、、、、、、以及如上所述；以及(5) 其中：以及如上所述；以及(6) 其中：是離子之質量；以及是直流(DC)電壓，其表示電漿之特徵。 第4圖呈現的波形證實電漿鞘電壓顯示在波形68以及離子視電壓顯示在波形70。電漿鞘電壓68的尺度提供在左側y軸上，以及離子視電壓70的尺度提供在右側y軸上。 X軸提供奈秒的時間尺度。因此可從第4圖看出，顯示在波形70之離子視電壓提供用於電漿鞘電壓68之近似波封。
驅動在複數個諧波之一對電極中之其一可藉由調整介於驅動頻率之相位而電性控制DC自偏壓。驅動一電極亦可由控制IEDF之高階矩(controlling higher-order moments)以及自訂在基材之鞘電壓波形而修改IEDF之波形。為了調整至特定IEDF，可特殊化以上用於鞘動力的方程式。舉例來說，假設第3圖之電漿系統10為雙頻率、CCP系統，鞘厚度為如方程式(7)的時間函數所述：(7) 其中：為上述於方程式(1)中；以及為介於諧波音調(n＞1)之相對相位。 因此，方程式(7)為具有n=2的方程式(1)之特定表現。鞘振盪之振幅以上方程式(2)所界定。更進一步，時間相依鞘電壓為由方程式(8)所敘述：(8) 其中方程式用語為相對於上述方程式(3)所述。應注意到的是方程式(3)以及方程式(8)為相似，且其不同在於另一者為負。
從以上方程式，相對相位以及電流強度為RF功率傳輸系統之可控制元件。功率設定點調整方程式(2)之對應的In ，以及雙RF功率傳輸系統之頻率為諧波地推導，使得相位閉鎖。方程式(8)之鞘電壓為由RF訊號之頻率、相位、以及振幅所管控，以從具有RF功率傳輸方式之任意波形產生生成特定IEDF。 綜上所述，(1)鞘電壓為驅動頻率以及功率吸收之函數；(2)離子電壓受鞘電壓直接影響；以及(3)鞘電壓可控制RF功率源，以影響離子電壓以及離子能量之分布。
在以上用於鞘動力之標準化描述之具體示例中，以ICP源極而言，介於雙感應線圈以及介於此線圈與偏壓陰極之電漿鞘關係得益於數位鎖相迴路。以具有雙感應線圈之ICP系統而言，在方程式(1) (具有n=2)描述之鞘厚度係如方程式(9)所示的時間函數進行標準化及參數化(9) 其中：以及為自用於分別內線圈及外線圈之源極之鞘振盪之振幅；為用於偏壓之鞘振盪之振幅；以及為介於分別施加於源極以及偏壓的RF訊號之相對相位。對於鞘調變函數兩者而言，偏壓為由時變鞘方程式(9)之平方所獲得。藉由平方正弦曲線之函數，推導諧波組成。倘若正弦函數包含不同頻率，亦產生互調變失真產物。
綜上所述，連接至電漿腔體之RF功率源可被改變以控制離子能量，其中離子電壓為藉由鞘調變之平方產生。因此，產生自離子電壓之諧波發射。諧波之總量提供形成的離子能量之反饋機制。
因此將更詳細地進行描述，系統檢查從鞘射出之RF頻譜。從RF頻譜、訊號特徵，例如強度以及相位係自諧波以及互調變失真產物判別，以具有鞘電壓的特徵以及控制離子能量。自訊號特徵，判別離子能量分布函數(IED)之條件，以及控制RF功率傳輸系統以達到需要之IEDF結果。因此，RF功率傳輸系統之控制係根據RF頻譜發射而改變。
在本文描述的各種實施例中，一實施例解決了在功率源以及偏壓電極在相同頻率驅動下耦合具有RF功率之感應耦合電漿(ICP)源之示例。在各種實施例中，電容式耦合電漿(CCP)具有與偏壓功率供應器耦合以混合一組頻率之RF源功率。 在各種實施例中，離子能量分布函數可藉由功率控制而正影響且藉由自光譜諧波發射衍生的反饋而導向偏壓至源相位控制。在各種實施例中，耦合至偏壓電極之諧波相關的RF功率傳輸系統自諧波以及互調變失真產物之鞘電壓發射提供離子能量分布函數之可控制性。
第5圖至第8圖繪示作為介於源RF功率供應器與偏壓RF功率供應器的交互作用之函數之鞘調變以及離子電壓之圖式，例如如第1圖所示，介於ICP系統之RF功率源20、22(視為源供應器 (source supplies))以及RF功率源28(視為偏壓供應器)。 在此特定示例中，RF功率源20、22之頻率以及相位為閉鎖的。在此特定示例中，功率源20、22、28之頻率為13.56MHz。並且，在此例中，由源RF功率供應器20、22以及偏壓功率供應器28輸出的RF訊號之間的相位為變化的。 由源RF功率供應器20、22之輸出的電流為保持固定。
第5圖及第6圖繪示作為離子電壓以及相位之函數之IEDF波形80，如圖式中的標準化所示。第5圖為IEDF圖式之二維表現，以及第6圖為IEDF圖式之三維表現。因此，第5圖亦繪示IEDF之強度。 第5圖及第6圖之x軸代表電子伏特(eV)之離子電壓，y軸代表偏壓相位，其為針對施加於偏壓之電壓進行標準化，以及Z軸代表IEDF。於第5及6圖所示，介於源RF功率供應器20、22與偏壓RF功率供應器28(偏壓相位)之相位接近1，其稱為較低波峰82以及較高波峰84的兩個不同之波峰。 如在第6圖清楚所示，波峰為在IEDF之周邊。隨著偏壓相位降低，波峰擴大而在接近0.2之偏壓相位具有最大寬度，而後開始收斂(converge)。在接近-0.8之偏壓相位，較低波峰以及較高波峰交會而形成單能量波峰(mono-energetic peak)86。隨著偏壓相位持續降低，單波峰開始分歧而回到兩個獨立的波峰。
第7圖繪示在直流(DC)90、13.56MHz頻率92、以及27.12MHz頻率94的鞘電壓發射之波形。27.12MHz頻率為13.56MHz頻率之第二諧波。在第7圖中，x軸代表標準化相位，以及y軸代表電漿腔體之發射，例如第1圖之電漿腔體12。 因此可以看出，13.56MHz以及27.12MHz之電壓訊號對應於IEDF之寬度，以及此些訊號之最小值與在第6圖的-0.8的相位之單能量IEDF波峰86一致。
第8圖繪示沿x軸之標準化相位與在匹配網路下測量且沿左側y軸繪示之諧波電壓以及在RF產生器下測量且沿右側y軸繪示之諧波電壓之圖式。由圓圈表示的波形100對應於匹配網路之諧波電壓，且以及由方塊表示的波形102對應於RF產生器之諧波電壓。 諧波電壓可利用電壓/電流探針測量。具體來說，在匹配網路之諧波電壓可藉由設置於匹配網路以及偏壓電極之輸出之間的VI探針測量。相似地，RF產生器之諧波電壓可藉由設置於RF產生器以及與偏壓電極相關的匹配網路之輸出之間的VI探針測量。
雖然在RF源功率供應器20、22以及偏壓RF功率供應器28頻率以及相位為閉鎖，如第5圖以及第6圖所示偏壓相位之遞增變化指出IEDF之較低波峰以及較高波峰收斂以形成單一的單能量波峰，在第8圖中之第二諧波電壓皆達到最小值。 第7圖之27.12MHz電壓訊號94之最小值在接近-0.8之相位夾角對應於IEDF的最小寬度。在RF產生器以及匹配網路兩者測量的諧波訊號與單能量IEDF波峰所需的相位量測一致。
在上述相對於第1圖以及第5圖至第8圖的RF功率傳輸系統中，RF頻譜之檢查可改變RF功率傳輸系統之控制以達成需要的IEDF。在如前所述相對於第1圖以及第5圖至第8圖之系統(有時稱為三重(triplet)RF功率供應器)中，在離子能量分布(IED)的兩波峰82、84係藉由改變偏壓至源功率供應器之間之相對相位而控制。 更進一步，單能量離子能量分布函數發生在特定的偏壓-源(bias-source)相位關係。單能量條件為由在第二諧波發射的最小值下偵測，如第7圖之波形94所示。
相對於第1圖以及第5圖至第8圖之上述討論描述三重系統。在三重系統中，兩個RF功率供應器以及RF偏壓功率供應器在相同頻率下運作，以及兩個源RF功率供應器以及RF偏壓功率供應器在被改變之相對相位下運作。 另一方法以驅動源RF功率供應器以及偏壓RF功率供應器為利用在第一頻率下運作源RF功率供應器或偏壓RF功率供應器中之其一以及在第一頻率之諧波之第二頻率下運作源RF功率供應器或偏壓RF功率供應器之另一。 該組態可稱為諧波驅動電漿系統且可發現與運作CCP電漿系統30結合，例如第2圖中所示。從藉由鞘電壓衝擊之鞘調變函數以及對應離子電壓，相位調整可在諧波驅動電漿系統中控制離子能量分布函數之波峰。
由示例以及參照第2圖的方式，RF功率供應器42可指定為偏壓電極以及在頻率13.56MHz下驅動。第2圖之功率源40可指定為源極電極以及在頻率27.12MHz下驅動。 第9圖繪示在三維圖式中的IEDF波形110，其具有沿一軸繪示之標準化相位，沿第二軸繪示之在電子伏特之離子電壓，以及在第三軸上繪示之離子能量分布(IED)。因此可從第9圖看出，IEDF波峰之偏斜相對於在RF功率供應器40、42之間之相對相位為線性。 更進一步，IEDF波峰112為具有標準化相位之周期性。
第10圖繪示第2圖之電漿腔體34相對於標準化相位之電壓發射的圖式。第10圖繪示在IMD頻率(波形120)以及第二諧波頻率(波形122)之標準化相位與標準化鞘電壓發射之波形。也就是說，IMD為40.68MHz(13.56MHz(偏壓功率供應頻率)+27.12MHz(源功率供應器42頻率))。第二諧波為54.24MHz　(2x27.12　MHz)。在0的標準化相位下，第10圖之波形隨著相位改變而擴展至極大以及極小。個別之電壓波形120、122之最大波峰124、126為位在-0.3的標準化相位，以及個別的電壓波形120、122之最小波峰128、130在0.3的標準化相位為接近並列。 如在第9圖中關於IEDF之圖式，電壓波峰對應單一IEDF波峰之線性離子電壓範圍。藉由已知第10圖之電壓發射波峰判別第9圖之IEDF波峰之線性範圍。 由於波峰IEDF之了解，離子能量之偏斜可藉由改變諧波驅動RF功率傳輸系統之相對相位來控制。
不論驅動系統是否為三重驅動系統或諧波驅動系統，以上所述提供靈活性以控制從RF頻譜發射之IEDF以及IED波峰。在三重耦合RF功率傳輸系統中，例如在第1圖中以及第5圖至第8圖中概括描述，判別從諧波發射的最小電壓可收斂至單一IEDF。 針對諧波推導的RF功率傳輸系統，例如第2圖、第9圖、以及第10圖中概括描述，從頻譜發射偵測之波峰提供RF訊號至IEDF波峰之相對相位之間之線性關係。因此，本文描述之實施例提供(1)可判別離子能量分布之波峰； 以及(2)可後續控制分布波峰之離子能量。
第11圖繪示RF產生器或功率供應系統150包含用於驅動一種負載(圖中未顯示)之一對射頻(RF)產生器或功率供應器152a、152b。RF產生器152a、152b可利用控制訊號執行主從組態(master-and-slave configuration)，下文將更詳細地描述。RF產生器152a被指定為主控，以及RF產生器152b被指定為從屬。 在各種實施例中，RF產生器152b之功率(任一個電壓或電流)、頻率、以及相位可從屬於RF產生器152a之頻率，其利用控制訊號從RF產生器152a發送至RF產生器152b。在各種實施例中，由RF產生器152a輸出之頻率訊號可根據自負載，例如電漿腔體之頻譜發射樣本判別。當控制訊號不存在於RF產生器152a為時，RF產生器152a以及152b可自主地運作。併入此並作為參考的美國專利號7,602,127、8,110,991、以及8,395,322描述在主從關係下的雙功率供應系統之運作。
RF產生器152a、152b包含個別的RF功率源或放大器154a、154b、RF感測器156a、156b、以及處理器、控制器、或控制模組158a、158b。射頻功率源154a、154b產生RF功率訊號163a、163b輸出至個別的感測器156a、156b。感測器156a、156b接收功率源154a、154b之輸出以及產生個別的RF功率訊號以及以及輸出訊號，其根據從負載，例如電漿腔體接收之頻譜發射而變化。 當感測器156a、156b，分別與RF產生器152a、152b示出，應注意的是RF感測器之頻譜樣本可發生在RF功率產生器152a、152b的外部。此外部感測可發生在RF產生器之輸出、在位在RF產生器與電漿腔體之間的阻抗匹配裝置之輸入、或在阻抗匹配電路(包含，阻抗匹配裝置的內部)與電漿腔體之輸出之間。
感測器156a、156b從負載(圖中未顯示)偵測頻譜發射，例如電漿腔體、以及輸出訊號X以及Y。感測器156a、156b可包含電壓、電流、及/或定向耦合感測器。感測器156a、156b可偵測(i)從功率放大器154a、154b之電壓V以及電流I輸出、及/或(ii)分別從功率放大器154a、154b及/或RF產生器150a、150b之之順向(或源)功率輸出以及從匹配網路或分別連接至感測器156a、165b之負載接收之反向(或反射)功率。 電壓V、電流I、順向功率、以及反向功率可為分別與功率源154a、154b相關的實際電壓、電流、順向功率、以及反向功率之尺度及/或過濾版本(filtered versions)。感測器156a、156b可為類比及/或數位感測器。在數位實施方式中，感測器156a、156b可包含類比數位(A/D)轉換器以及具有對應採樣速率之訊號採樣元件。 訊號X以及Y可代表任何電壓V以及電流I或正向(或源)功率反向(或反射)功率。
感測器156a、 156b產生感測訊號X、Y，其藉由個別的控制器或功率控制模組158a、158b接收。功率控制模組158a、158b處理個別的X、Y訊號160a、162a以及160b、162b以及產生一或複數個反饋控制訊號至個別的功率源154a、154b。 功率放大器154a、154b基於接收的反饋控制訊號調整RF功率訊號163a、163b。功率控制模組158a、158b可至少包含比例-積分-微分(proportional integral derivative，PID)控制器或其子集合及/或直接數位合成(direct digital synthesis，DDS)元件及/或與下述稱為模組相連接之任何各種元件。 在各種實施例中，功率控制模組158a、158b為第一PID控制器或子集合且可包含識別為的函數、製程、處理器、子模組或模組。是以下述之模組變化中的任一來執行。反饋控制訊號164a、164b可為驅動訊號以及具有DC偏差或導軌電壓(rail voltage)、電壓或電流強度、頻率、以及相位。
RF功率源152a之控制模組158a施加控制函數至接收的訊號X、Y並產生反饋控制訊號164a。反饋控制訊號164a包含頻率以及功率控制元件兩者，其用以控制RF功率源154a。因此，RF功率源154a根據頻率以及在反饋控制訊號164a中通訊之功率資訊而產生RF功率訊號163a。 在反饋控制訊號164a通訊之功率資訊可包含電壓及/或電流資訊。控制模組158a亦產生頻率以及相位資訊訊號166輸入至RF產生器152b之控制模組158b。頻率以及相位資訊訊號166包含頻率資訊，其包含之頻率以及之相位。
在各種實施例中，從屬RF產生器152b調節相對於輸入頻率之之輸出相位以及相位資訊訊號166，因此以特定相位設定點由RF產生器152a輸出。頻率以及相位資訊訊號166包含關於之相位以及頻率的資訊。 RF功率供應器152b之控制模組158b，除了從感測器156b接收訊號X、Y之外，亦從RF產生器152a以及相位設定點訊號168接收頻率以及相位資訊訊號166以及施加函數、製程、處理器、子模組、或模組以及以產生一或一對個別的反饋控制訊號164b'、164b''。
控制模組158b包含諧波/IMD處理器或模組170以及時分多工器或多工模組172。控制模組158a、158b、諧波/IMD處理器或模組170、以及多工模組172是以下述之模組變化中的任一來執行。控制模組158b包含諧波/IMD模組170，其耦合至感測器156b以接收訊號X、Y。 諧波/IMD模組170亦接收相位以及頻率訊號166。諧波/IMD模組170產生相位設定ϕ以數位控制函數。相位設定定義相位，以及根據ϕ判別用於RF功率源154b之運作之相位以及頻率。是以下述之模組變化中的任一來執行。 在運作之第一模式下，諧波/IMD模組170根據相位設定點訊號168產生相位設定，其是從外部源接收，例如外部控制器。運作之第一模式可稱為運作之旁通模式(bypass mode)以及可在諧波/IMD模組170受阻(disabled)時運作。
在運作之第二模式中，例如當諧波/IMD模組170為允許時，諧波/IMD模組170根據輸出訊號X、Y產生相位設定以及包含在頻率以及相位資訊訊號166中的資訊。相位設定根據在RF感測器156b之輸出採樣頻譜發射來判別。 相位設定因此根據在第1圖至第10圖中描述的方法判別。也就是說，相位是與源訊號或偏壓訊號之最小化諧波及源訊號或偏壓訊號之諧波及IMD的兩者或其一結合來判別。
頻譜發射可在頻域(frequency-domain)或時域(time-domain)來判別。以頻域處理而言，可施加快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)或小波轉換(wavelet transform)以自RF感測訊號X、Y資訊獲得有益之一或多種頻率( frequency or frequencies)。以時域處理而言，外差法以及相關濾波之類比或數位形式為適合的方法以提取特定頻率。
控制函數接收相位設定ϕ以及產生頻率以及相位反饋控制訊號164b''至功率放大器154b。控制函數亦自RF產生器152a經由頻率以及相位資訊166接收頻率以及相位資訊。控制函數(z)產生頻率以及相位控制訊號164b''至功率源154b以改變鞘調變函數之偏斜參數，藉此控制IEDF之波峰。因此(z)頻率以及相位閉鎖自RF功率源154b之訊號與自RF功率源154a之訊號。
頻率以及相位資訊訊號166被輸入至時分多工器(TDM)172。TDM 172多工處理包含頻率以及相位資訊訊號166以及由感測器156b輸出之訊號Y之訊號資訊的資訊。在各種實施例中，輸入至TDM的訊號Y可為電壓或電流任一。 TDM 172多工處理訊號166以及自感測器156b輸出的Y且施加多工輸出以控制函數(z)以及控制函數(z)。
控制函數(z) 自RF產生器152a接收頻率以及相位資訊訊號166以及自感測器165b經由TDM 172之X訊號或Y訊號中之其一。在第13圖之實施例中，TDM 172接收自感測器156b的Y訊號。控制函數(z)亦接收自感測器156b輸出之X訊號、Y訊號中之另一。 因此，控制模組158b之控制函數(z)176接收頻率以及相位資訊訊號166，以及自感測器156b的X、Y訊號。根據接收的頻率，X訊號以及Y訊號，控制函數(z)產生功率訊號164b'輸出至RF源154b。RF源154b產生RF功率訊號163b。 控制模組158b之控制函數(z)因此產生功率訊號以控制鞘振盪振幅之寬度參數，且因此IDEF之寬度，如上關於第1圖至第10圖所述。
對任一頻率或時域處理而言，其目的為從由感測器156a、156b輸出之X訊號、Y訊號提取關於鞘電壓發射之訊號。鞘電壓發射訊號具有已知的頻率細節。在各種實施例中，例如與第1圖及第5圖至第8圖相關所述的三重功率供應組態，第二諧波被採樣，在一特定示例中為27.12MHz。在與第2圖、第9圖及第10圖相關所述的諧波驅動頻率方式之情況下，在一特定示例中為40.68MHz的互調變失真產物(IMD)，以及在一特定示例中為54.24MHz的第二諧波包含必要的訊號細節以判別關於離子能量分布之波峰位置資訊並且可調整RF功率源154b之運作參數以在特定離子能量下產生波峰。 因此，諧波/IMD模組170自由感測器156b輸出的訊號X、Y中提供的採樣RF感測器頻譜提取訊號資訊，因此其與鞘電壓發射相關。在上述各種實施例中，在RF功率源154a、154b或第一階互調變產物中之其一之諧波的電壓訊號識別離子能量分布之波峰位置。 一旦IEDF之波峰位置由諧波/IMD模組170判別時，IEDF波峰位置(偏斜)可調整至位在IEDF的需要位置。
在各種實施例中，第11圖之RF產生器152a、152b可獨立地如前所述配置或可相等地配置以有效檢查頻譜發射及相應地調整頻率、功率及相位。在實質上相似的組態中，RF產生器152a可配置成如所述的產生器152b。 更進一步，在各種實施例中，若配置相似，RF產生器152b可配置成作為RF產生器組態中的主控並且輸出控制訊號至從屬RF產生器152a。
各種實施例可包含耦合至電漿腔體的上述之RF功率傳輸系統。第12圖繪示ICP系統18之各種實施例，其利用上述關於第11圖之RF產生器之組態提供功率至電漿腔體12，例如在第1圖中繪示之ICP系統10。 在第12圖中，第1圖中之相似元件將使用相同的元件符號，並且該相似元件的描述可根據需要增加或區別。除了元件相似於在第1圖所述，第12圖亦包含感測器182、184、186三者。 感測器182、184、186與個別的RF產生器20、22、28相關並且提供X、Y輸入至個別的RF產生器20、22、28。
參照第11圖以及第12圖，RF產生器20、22運作類似在定義於美國專利號7,602,127、美國專利8,110,991和美國專利號8,395,322的主從關係，並併入本文。RF產生器20運作作為相對於各RF產生器22以及RF產生器28之主控RF產生器。 相對於RF產生器22，RF產生器20輸出頻率以及相位訊號至RF產生器22，並且RF產生器22運作作為上述參照之美國專利所述內容之從屬產生器。RF產生器20輸出相位及頻率資訊訊號至RF產生器28，其運作為對應於第11圖所討論內容之從屬。
在ICP系統180之各種實施例中，當RF功率供應器20作為對於RF產生器20及RF產生器28兩者的主控時，偏壓RF產生器28為閉鎖至RF產生器20、22的頻率及相位。在ICP系統180之組態中，頻譜採樣發生在偏壓RF產生器28。 RF產生器28配置為相似於第11圖中之RF產生器152b。偏壓RF產生器28包含諧波/IMD模組170，其檢查於個別的諧波、採樣的偏壓訊號，以調整在偏壓RF產生器28及源RF產生器20之間之相對相位。 相對於自RF產生器20接收之頻率及相位訊號調整RF產生器28之相位提供離子能量分布中波峰位置之控制。
第13圖繪示CCP系統190之各種實施例，其利用上述關於第2圖之RF產生器之相似組態用以提供功率至電漿腔體32，例如如第2圖之電漿系統30所述。在第13圖中，第1圖之相似元件將利用相同元件符號，以及該相似元件的描述可根據需要增加或區別。第2圖之RF產生器40以相似於第11圖之RF產生器152a的組態執行，以及RF功率源42以相似於第11圖之RF產生器152b的組態執行。
如前關於第2圖所述，RF產生器40、42可連接至一共同電極，例如電極36、38，以及兩個電極36、38之另一者可連接至接地或至其他的第三RF產生器。第13圖亦包含一對匹配網路192、194。 匹配網路192為配置成雙匹配網路，其接收頻率訊號及以及提供適當的阻抗匹配於各RF產生器40、42。雙匹配網路192可交替地執行作為獨立網路，其各提供適當的阻抗匹配於各RF產生器40、42。 CCP系統190亦包含特高頻(VHF)RF產生器或源196。在各種實施例中，VHF RF產生器196提供RF訊號至電漿腔體32之兩個電極36、38之另一者。VHF RF產生器196提供VHF RF功率訊號198至匹配網路194。 匹配網路194提供介於VHF RF產生器196以及電漿腔體32之阻抗匹配。在各種實施例中，RF產生器40、42施加功率至偏壓電極，以及VHF RF產生器186提供功率至源極電極。因此，以第13圖中之CCP系統而言，偏壓為由兩個RF產生器40、42供能，其為利用關於第2圖、第8圖及第9圖所述之方法閉鎖與相位以及頻率相關的諧波。
第14圖繪示根據各種實施例用於修改離子能量分布的RF波形之反饋控制方法之流程圖210。在區塊212中，控制開始以及初始化各種參數。在區塊214中，設定主控RF功率供應器之頻率，例如在具有相位之頻率。在各種實施例中，頻率輸出至負載，例如上述之電漿腔體。接下來繼續至區塊216的控制，其中具有頻率以及相位資訊之訊號發送至用於從屬功率供應器之控制器。在辨別區塊218，判別主控及從屬功率供應器是否實質上在相同的頻率下，例如以上討論之ICP系統，或在雙頻率下，例如在以上討論之CCP系統運作。 應注意的是，區塊218被視為選擇性的範圍，若已判別在實質上相同或不同頻率是否驅動主控以及從屬時，則為非必要的。因此，區塊218被包含以利於頻譜發射之理解，其依據主控功率供應器以及從屬功率供應器運作的頻率檢查。
若主控功率供應器以及從屬功率供應器在實質上相同的頻率運作時，繼續至區塊220的控制，其中檢查包含在自負載之頻譜發射中的諧波以及判別標靶相位。若主控功率供應器以及從屬功率供應器不同頻率下運作時，繼續至區塊222的控制，其中檢查包含在自負載之頻譜發射中之諧波以及IMD以及判別標靶相位。 在各種實施例中，標靶相位在IED中判別一波峰。在任一之區塊220或222，判別標靶相位，以及繼續至區塊224的控制。區塊224，從屬功率供應器之相位以及頻率根據標靶相位設定。接下來繼續至區塊226的控制，其中從屬功率供應器之功率亦根據自區塊220或222之輸出判別。在各種實施例中，功率藉由從屬判別IED之寬度設定。
在各種實施例中，可需要對從屬RF產生器152b進行脈衝，以改變離子電壓。也就是說，雖然在部分實施例中可能需要以在單能量波峰下，例如第5圖之波峰86，或沿著第9圖之波峰112的特定位置運作，其他各種電漿製程可受益於遠離上述波峰進行運作。參照第5圖，在波峰86運作提供約155eV之離子電壓。有時在製造程序中可能需要較多或較少的離子電壓。 離子電壓可由如第5圖所示在遠離-0.8的相位運作而調整。舉例來說，若相位被選為0.2時，電漿運作可能需要較少的定向波峰(directed peak) 而參照第5圖，離子電壓將根據較低波峰以及較高波峰成為大約128eV以及185eV之組合。 在各種實施例中，可為需要脈衝於相位之間之相位，以提供單能量波峰86以及提供兩個波峰之第二相位。在上述示例中，相位可介於-0.8以及0.2交替。
參照第9圖，各種電漿製程可自沿著波峰112之線性範圍改變相位而得到效益。舉例來說，相位可在第9圖以及第10圖的示例中自沿元件符號112所界定的波峰線的波峰等於0.3之相位而改變。 藉由改變相位，離子電壓之範圍可被提供至由關於第9圖以及第10圖描述之環境所驅動之電漿系統。
識別以及控制離子能量分布之波峰之的位置之效益之一為改善系統相位控制。舉例來說，在習知主從組態之雙RF功率傳輸系統的運作中，其中相位以及頻率為閉鎖的而不注意頻譜發射，而存在至少三個來源的系統相位誤差。 第一來源存在於自主控傳輸至從屬之控制訊號之間；第二來源存在於從屬RF產生器與其連接之匹配網路的輸出之間；以及第三來源存在於與從屬RF產生器相關的匹配網路中。藉由本揭露之相位調整提供的離子波峰密度之控制共同地解決所有三個來源之相位錯誤。從屬RF產生器藉由從屬RF產生器相對於頻率之相位以及輸入至從屬RF產生器的相位訊號調節波形輸出之相位。
於從屬RF功率供應器及電極之輸出至電漿腔體的相位之間，如前所述具有數個系統的相位偏移。以相對於參考頻率訊號輸入的相位偏移而言(也就是說，於主控RF產生器之輸出與輸入至從屬RF產生器之間)，耦合主控至從屬的纜線將具有長度，以及傳輸速度.。 忽視纜線損耗下，介於主控RF產生器之輸出以及輸入至從屬RF產生器之纜線將具有由傳輸線參數以及相關之相位偏移且表示為。在從屬RF功率供應器之輸出，存在兩個系統相位偏移促成因素：(1)表徵自從屬RF產生器的RF功率耦合至其相關的匹配網路之傳輸線，以及(2)相位相關於匹配網路之轉換函數。更進一步，功率產生單元將具有超過設計的功率範圍的改變相位輸出。
一方法適用於補償上述相位偏移，其共同地表徵系統相位偏移，需要測量各促成因素以及將校正相位調整施加至在從屬RF產生器之輸出所調節之需要相位。校正相位調整必須針對改變系統中之元件進行補償，例如以及。 本揭露描述之各種實施例避免該複雜方法之固有缺陷。本揭露之各種實施例依據RF諧波參數之頻譜發射以補償系統的相位偏移。也就是說，依據自採樣RF頻譜之諧波或互調變失真產物之一夥兩者之測量電壓調整系統的相位偏移。
本文描述之實施例揭示自電漿腔體採樣頻譜發射而允許離子能量以及對應的離子能量分布之直接控制。在部分系統中，測量包含於頻譜發射之電漿參數可利用各種感測器以及設備，其包含髮夾式共振器(hairpin resonators)、能量網分析儀(energy grid analyzers)以及光放射光譜分析儀。自此感測器之輸出端，相關性可發展成根據控制RF功率傳輸系統之設定參數判別離子能量波峰分布。然而，例如髮夾式共振器、能量網分析儀、以及光放射光譜分析儀之設備擾亂電漿腔體中的電漿製程且在高量製造環境中具有限制的實用性。 反之，本揭露中描述之各種實施例產生較少的破壞性RF功率採樣，以達成自主性(self-contained)RF功率傳輸系統解決方案。
因此，藉由根據自電漿腔體的頻譜發射調整RF波形，可提供窄的IEDF，以符合各種業界需求。一般來說，在偏壓功率供應器產生的較低激發頻率造成較高離子能量。較高的離子能量接著提供改善的蝕刻速率。然而，當較低頻率提供較高離子能量時，離子分布大幅變寬。通常，期望為具有分組為單一波峰(例如以上討論之單能量波峰)與兩個寬波峰之所有離子能量。舉例來說，在15-30eV之離子能量可在1-2nm範圍損壞材料。當單一頻率驅動偏壓電極時，各波峰提供兩個不同的材料移除速率。利用兩個不同的材料移除速率，蝕刻速率改善是藉由在兩個波峰之平衡蝕刻速率之最好產量的較低頻率以及增加功率而獲得。為了獲得改善表面材料移除保真度，期望形成用於恆定材料移除速率之離子能量分布。本揭露討論之各種實施例提供單一波峰、離子之單能量組，其用以具恆定材料速率之相同的蝕刻速率。改善的蝕刻速率亦提供改善的選擇性。
以上所描述在本質上僅為說明性，且不旨在侷限本揭露，其為應用(application)，或用途(uses)。本揭露之廣泛教示可以以各種形式來實現。因此，雖然本揭露包括特定示例，本揭露的真實範圍不應受此限制，因為其他的修改將根據在附圖、說明書及以下申請專利範圍的研究而變得顯而易見。 應當理解的是，方法中的一或多個步驟可以以不同的順序(或同時)在不改變本揭露之原理下執行。更進一步，雖然各實施例如上面描述具有特定特徵，相對於本揭露的任何實施例的所述任意的一或多個特徵可與其他實施例的任意特徵進行執行及/或結合，即使該組合並未明確地說明。 換句話說，所描述的實施例不是相互排斥的，以及一或多個實施例與另一者之置換保留在本揭露之範圍中。
元件之間的空間及功能的關係(例如，模組、電路元件、半導體層等之間)使用的各種用語描述，包括「連接(connected)」、「接合(engaged)」，「耦接 (coupled)」，「相鄰 (adjacent)」、「旁邊(next to)」、「在頂部的(on top of) 」，「之上(above)」，「之下(以下)(below)」和「設置”(disposed) 」。當在如上揭露敘述第一元件和第二元件之間的關係時，除非明確地描述是「直接的(direct)」，該關係可為沒有其他中間元件存在在第一元件和第二元件之間的直接關係，但亦可為一或多個中間元件(空間性或功能性的)存在於第一元件和第二元件之間的間接關係。 如本文所用，用語A、B、以及C中的至少其一應理解是意指邏輯(A或B或C)，利用非排他性邏輯”OR，並且不應被理解為「至少一A、至少一B，以及至少一C」。
在本申請案中，包含下列定義，用語「模組(module)」或用語「控制器(controller)」可利用用語「電路(circuit)」替換。用語「模組」可意指，其中的一部分或包含：特定應用積體電路(ASIC)；數位、類比、或混合數位/類比之離散電路；數位、類比、或混合數位/類比之離散電路； 組合邏輯電路；場可程式化閘陣列(FPGA)；執行程式碼的處理器電路(共用、專用、或群組)；記憶體電路(共用、專用、或群組)，其儲存藉由處理器電路執行的程式碼；其他適合硬體元件，其提供已描述的功能；或以上部分或所有之組合物，例如系統單晶片(system-on-chip)。
模組可包含一或多個介面電路。在部分示例中，介面電路可包含有線或無線介面，其連接至區域網路(LAN)、網際網路、廣域網路(WAN)、或其組合。本揭露之任何既定模組之功能性可分布在經由介面電路連接之多模組之間。 舉例來說，多模組可容許負載平衡。在另外一個例子中，伺服端(亦稱為遠端，或雲端)模組可完成客戶端模組的表現上的部分機能。
用語程式碼，如以上所用，可包含軟體、韌體、及/或微代碼，以及可意指為程式、常用程式、函數、類別、資料結構、及/或對象。用語共用處理器電路包含自多模組執行部分或所有程式碼之單一處理器電路。用語群組處理器電路包含處理器電路，其與附加處理器電路組合，自一或多個模組執行部分或所有程式碼。 參照多模組電路包含離散模具上的多模組電路、單模具上的多模組電路、單一處理器電路的多核心、單一處理器電路的多線程或其結合。用語共享記憶體電路包含單記憶體電路用於儲存來自多模組的部分或全部程式碼。 用語群組記憶體電路包含記憶體，其與附加記憶體的組合，儲存自一或多個模組之部分或全部程式碼。
用語記憶體電路為用語電腦可讀取媒體之子集合。用語電腦可讀取媒體，如本文所用，不包含經由媒介(例如在載波上)傳導的短暫電性或電磁訊號；因此用語電腦可讀取媒體可為有形的以及非臨時性的。非臨時性的有形的電腦可讀取媒體之非限制示例為非揮發性記憶體電路(例如，快閃記憶體電路、可抹除可程式化唯讀記憶體電路、或遮罩唯讀記憶體電路)，揮發性記憶體電路(例如，靜態隨機存取記憶體電路或動態隨機存取記憶體電路)，磁性儲存媒體(例如，類比或數位磁帶或硬式碟碟機)，以及光學儲存媒體(例如，CD、DVD、或藍光光碟)。
在此申請案描述之設備以及方法可部分或完全藉由配置一般用途電腦制造的專門用途電腦實施，以執行在電腦程式中實施的一或多個特定函數。上述之功能方塊以及流程圖元件作為軟體說明書，其可藉由所屬技術領域中具有通常知識者或程式設計師轉譯成電腦程式。
電腦程式包含處理器可執行指令，其被儲存在至少一非臨時性、有形的電腦可讀取媒體上。電腦程式亦可包含或依據所儲存資料。電腦程式可包含與專門用途電腦之硬體互動的基本輸入/輸出系統(BIOS)、與專門用途電腦之特定裝置互動的裝置驅動器、一或多個作業系統、使用者應用軟體、背景服務、背景應用軟體等。
電腦程式可包含：(i)描述性文字解析，例如HTML(超文字標記語言)或XML(可延伸標記語言)，(ii)組合語言碼，(iii)由編譯器自原始碼產生之物件程式碼，(iv)由轉譯器執行之原始碼，(v)由即時編譯器(just-in-time compiler)執行及編譯之原始碼等。 僅舉例而言，原始碼可利用自語言之語法撰寫，該語言包含C、C++, C#, C物件導向語言(Objective C)、Haskel、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5、Ada、ASP (主動伺服頁面) 、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua及Python®。
除非元件明確地被詳述利用片語「手段用以(mean for)」或利用片語「操作用以(operation for) 」或「步驟用以(step for) 」請求方法的情況下，否則申請專利範圍所敘述的元件皆不旨在為手段功能用語元件(means-plus-function element)。
、(z)、176‧‧‧控制函數
、‧‧‧RF功率訊號
10‧‧‧感應耦合電漿系統
100、102、110、70、80‧‧‧波形
112‧‧‧波峰
12、32‧‧‧電漿腔體
120、122‧‧‧電壓波形
124、126‧‧‧最大波峰
128、130‧‧‧最小波峰
14、34、62‧‧‧電漿
150‧‧‧功率供應系統
152a、152b、196‧‧‧RF產生器
154a、154b‧‧‧功率源
156a、156b、182、184、186‧‧‧感測器
158a、158b‧‧‧控制模組
16、18‧‧‧線圈
160a、160b、162a、162b、X、Y‧‧‧訊號
163a、163b‧‧‧RF功率訊號
164a、164b'、164b''‧‧‧反饋控制訊號
166‧‧‧相位資訊訊號
168‧‧‧相位設定點訊號
170‧‧‧諧波/IMD模組
172‧‧‧多工模組
180‧‧‧ICP系統
190‧‧‧CCP系統
192、194‧‧‧匹配網路
198‧‧‧VHF RF功率訊號
20、22、28、40、42‧‧‧功率源
210‧‧‧流程圖
212、214、216、218、220、222、224、226‧‧‧區塊
24‧‧‧介電質窗
26‧‧‧基板
30‧‧‧電容式耦合電漿系統
36、38‧‧‧電極
50‧‧‧雙頻率電漿系統
52‧‧‧第一電極
54‧‧‧接地
56‧‧‧第二電極
58‧‧‧低頻第一功率源
60‧‧‧高頻第二功率源
68‧‧‧電漿鞘電壓
82‧‧‧較低波峰
84‧‧‧較高波峰
86‧‧‧單能量波峰
90‧‧‧直流
92、94、ω‧‧‧頻率
f‧‧‧第一頻率
ne‧‧‧電子密度
nω‧‧‧第二頻率
、‧‧‧諧波
ϕ‧‧‧相位設定
本揭露將自詳細描述及所附之圖式而變得更充分理解。本文敘述之圖式僅用以說明所選的實施方式之目的，而非所有可能的實施方式，且非旨在侷限本揭露之範圍。
第1圖繪示一種感應耦合電漿系統之圖式；
第2圖繪示一種電容式耦合電漿系統之圖式；
第3圖繪示根據本揭露之各種實施方式配置之電漿系統設置之一種概括圖；
第4圖繪示關於第3圖之電漿系統之具體實施之時間的電漿鞘電壓以及離子視電壓(apparent voltage)的波形；
第5圖繪示第3圖之離子系統之具體實施之離子電壓與標準化相位(normalized phase)之二維圖式；
第6圖繪示第3圖之電漿系統之具體實施之離子電壓與標準化相位與離子能量分布用之三維圖式；
第7圖繪示第3圖之電漿系統之具體實施在基本頻率及基本頻率之第二諧波下的標準化相位與鞘電壓發射之圖式；
第8圖繪示位在第3圖之電漿系統之具體實施的電漿驅動系統中的測量兩個不同位置之標準化相位與諧波電壓之圖式；
第9圖繪示於第4圖之電漿系統之具體實施之離子電壓與標準化相位與離子能量分布之三維圖式；
第10圖繪示用於第4圖之電漿系統之具體實施之基本驅動訊號的諧波以及互調變失真頻率之標準化相位與鞘電壓發射之圖式；
第11圖繪示根據本揭露之原理配置之RF控制系統之方塊圖；
第12圖是在ICP系統上實施本揭露之RF控制系統之方塊圖；
第13圖是在CCP系統上實施本揭露之RF控制系統之方塊圖；以及
第14圖是修改離子能量分布之RF波形之方法之流程圖。
在圖式中，元件符號可重覆使用以識別相似及/或相同的元件。
50‧‧‧雙頻率電漿系統
52‧‧‧第一電極
54‧‧‧接地
56‧‧‧第二電極
58‧‧‧低頻第一功率源
60‧‧‧高頻第二功率源
62‧‧‧電漿
f‧‧‧第一頻率
nω‧‧‧第二頻率
ne‧‧‧電子密度
ω‧‧‧頻率

Claims (60)

  1. 一種射頻(RF)產生器系統，其包含： 一功率源，係產生施加至一負載的一射頻輸出訊號； 一感測器，係自該負載偵測頻譜發射，該頻譜發射包含諧波及互調變失真(IMD)中的至少其一；以及 一控制模組，係根據在該頻譜發射中偵測之該諧波或該互調變失真改變該射頻輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻產生器系統，其中該控制模組調整該射頻輸出訊號之一電流或一電壓以改變一離子電子分布(IED)之一寬度或調整該射頻輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之射頻產生器系統，其中該負載為一感應耦合電漿(ICP)系統或一電容式耦合電漿(CCP)系統中之其一。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之射頻產生器系統，其中在該感應耦合電漿系統中，該控制模組根據在該頻譜發射偵測之一選擇的諧波改變該射頻輸出訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之射頻產生器系統，其中該控制模組改變該射頻輸出訊號之一電流或一電壓以控制一離子電子分布(IED)之一寬度或該射頻輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之射頻產生器系統，其中在該電容式耦合電漿系統中，該控制模組根據在該頻譜發射偵測之一選擇的諧波以及一選擇的互調變失真改變該射頻輸出訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之射頻產生器系統，其中該控制模組改變在該射頻輸出訊號中的一電流或一電壓以控制一離子電子分布(IED)之一寬度或該射頻輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之射頻產生器系統，其中該感測器係設置在一匹配網路之輸入、在一匹配網路之輸出、或一射頻產生器中之其一。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之射頻產生器系統，其中該控制模組更包含： 一諧波/互調變失真模組，係根據自該負載的該頻譜發射接收自該感測器的複數個輸出訊號；以及 一相位判定模組，係產生一頻率或一相位以控制該功率源之一頻率或一相位中的至少其一。
  10. 一種射頻(RF)功率傳輸系統，其包含： 一第一功率供應器，係產生一第一射頻輸出訊號； 一第二功率供應器，係產生一第二射頻輸出訊號； 一感測器，係自一負載偵測頻譜發射，該頻譜發射包含該第一功率供應器或該第二功率供應器之一諧波以及於該第一射頻輸出訊號及該第二射頻輸出訊號之間的一互調變失真(IMD)中的至少其一；以及 一控制器，係根據自該第一功率供應器之至少一控制訊號、或該諧波或該互調變失真中的至少其一改變該第二射頻輸出訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器改變該第二射頻輸出訊號之一電流或一電壓中之其一以改變一離子電子分布(IED)之一寬度或於該第一射頻輸出訊號與該第二射頻輸出訊號之間一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器改變該相位以最小化至少一諧波。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之射頻功率傳輸系統，其中當一選擇的諧波為最小化時，一波峰發生在該離子電子分布。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之射頻功率傳輸系統，其中改變該相位改變該離子電子分布之一波峰之位置。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器改變該相位以最小化該互調變失真。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之射頻功率傳輸系統，其中當該互調變失真為最小化時，一波峰發生在該離子電子分布。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之射頻功率傳輸系統，其中改變該相位改變該離子電子分布中一波峰之位置。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之射頻功率傳輸系統，其中該第一功率供應器或該第二功率器供應中之其一為一主控功率供應器，以及該第一功率供應器或該第二功率供應器之另一者為一從屬功率供應器。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之射頻功率傳輸系統，其中該負載為一感應耦合電漿(ICP)系統或一電容式耦合電漿(CCP)系統之一。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之射頻功率傳輸系統，其中該第一功率供應器以及該第二功率供應器在實質上相同的頻率下運作。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器根據該諧波改變該第二射頻輸出訊號。
  22. 如申請專利範圍第10項所述之射頻功率傳輸系統，其中該第一功率供應器以及該第二功率供應器在不同頻率下運作。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器根據該諧波以及該互調變失真改變該第二射頻輸出訊號。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之射頻功率傳輸系統，其中該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一在該第一功率供應器或該第二功率供應器之另一者之一諧波頻率下運作。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之射頻功率傳輸系統，其中該控制器根據該諧波以及該互調變失真改變該第二射頻輸出訊號。
  26. 一種射頻(RF)系統，其包含： 一第一射頻產生器，其包含一第一功率源，該第一射頻產生器產生一控制訊號；以及 一第二射頻產生器，其包含一第二功率源，該第二射頻產生器接收自該第一射頻產生器的該控制訊號，該控制訊號包含相位以及頻率資訊，該第二射頻產生器包含一訊號處理單元，該訊號處理單元產生施加於該第二功率源之一相位或一功率指令中的至少其一。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之射頻系統，其中該訊號處理單元包含一諧波/互調變失真處理器，該諧波/互調變失真處理器分析自一負載的頻譜發射，該負載係由該第一射頻產生器或該第二射頻產生器之其一供能。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之射頻系統，其中該訊號處理單元更包含一相位判定處理器，該相位判定處理器接收自該諧波/互調變失真處理器的一相位訊號以及產生一控制訊號至該第二功率源，該控制訊號改變由該第二功率源輸出之一訊號之相位或頻率。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之射頻系統，其更包含一感測器，該感測器偵測自該負載的該頻譜發射，該感測器產生根據該頻譜發射改變的一感測訊號，其中該感測訊號施加於該諧波/互調變失真處理器。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之射頻系統，其中該諧波/互調變失真處理器輸出一相位訊號至一相位模組，該相位模組根據該相位訊號以及自該第一射頻產生器之該控制訊號產生一相位控制訊號至該第二功率源，該相位控制訊號改變該第二功率源之一相位。
  31. 如申請專利範圍第27項所述之射頻系統，其中該第一功率源或該第二功率源之其一為一主控功率供應器，以及該第一功率源或該第二功率源之另一者為一從屬功率供應器。
  32. 一種用於射頻功率供應系統之控制器，其包含：  一諧波/互調變失真(IMD)處理器，該諧波/互調變失真處理器接收一頻率輸入訊號以及自一負載感測之頻譜發射，該諧波/互調變失真處理器產生一相位設定；以及 一相位判定處理器，該相位判定處理器接收該頻率輸入訊號、該相位設定、或施加於該負載之一功率之一感測訊號特徵中的至少其一，該相位判定處理器根據一接收的訊號產生一相位控制訊號。
  33. 如申請專利範圍32項所述之控制器，其中與該控制器相關的之一射頻功率源之一相位根據該相位控制訊號改變。
  34. 如申請專利範圍33項所述之控制器，其中與該控制器相關的一射頻功率源之一頻率根據該相位控制訊號改變。
  35. 如申請專利範圍33項所述之控制器，其更包含一功率判定處理器，該功率判定處理器接收該頻率輸入訊號以及該感測訊號，該功率判定處理器產生一功率控制訊號。
  36. 如申請專利範圍35項所述之控制器，其中該功率控制訊號控制由與該控制器相關的一射頻源輸出的一功率。
  37. 如申請專利範圍32項之控制器，其更包含一功率判定處理器，該功率判定處理器接收該頻率輸入訊號以及該感測訊號，該功率判定處理器產生一功率控制訊號。
  38. 如申請專利範圍37項之控制器，其中該功率判定處理器調整由與該控制器相關的一射頻源輸出的一電壓或一電流之其一以改變一離子電子分布(IED)之一寬度。
  39. 如申請專利範圍37項所述之控制器，其中該相位判定處理器調整與該控制器相關的一射頻源之一相位以改變在一離子電子分布(IED)之一波峰。
  40. 如申請專利範圍32項所述之控制器，其中該控制器控制施加於該負載的複數個功率訊號，該負載位在一感應耦合電漿(ICP)系統或一電容式耦合電漿(CCP)系統之其一。
  41. 如申請專利範圍32項所述之控制器，其中該控制器控制一第一功率供應器或一第二功率供應器中的至少其一，其中該第一功率供應器以及該第二功率供應器在實質上相同的頻率下運作。
  42. 如申請專利範圍41項所述之控制器，其中該控制器根據一諧波改變該第一功率供應器或該第二功率供應器中的至少其一的輸出。
  43. 如申請專利範圍32項所述之控制器，其中該控制器控制一第一功率供應器或一第二功率供應器中的至少其一，其中該第一功率供應器以及該第二功率供應器在實質上不同的頻率下運作。
  44. 如申請專利範圍43項所述之控制器，其中該控制器根據一諧波以及一互調變失真改變該第一功率供應器或該第二功率供應器中的至少其一之輸出。
  45. 如申請專利範圍43項所述之控制器，其中該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一在該第一功率供應器或該第二功率供應器之另一者之一諧波頻率下運作。
  46. 如申請專利範圍45項所述之控制器，其中該控制器根據一諧波以及一互調變失真改變該第一功率供應器或該第二功率供應器中的至少其一之輸出。
  47. 一種用於控制射頻(RF)產生器之方法，其包含： 自一負載偵測頻譜發射，該頻譜發射包含至少一諧波以及至少一互調變失真(IMD)；以及 根據在該頻譜發射偵測之該諧波或該互調變失真之其一改變一射頻功率源的一輸出訊號。
  48. 如申請專利範圍47項所述之方法，其更包含調整該輸出訊號之一電流或一電壓之其一以改變一離子電子分布(IED)之一寬度或該輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  49. 如申請專利範圍47項所述之方法，其更包含施加該輸出訊號至在一感應耦合電漿(ICP)系統或一電容式耦合電漿(CCP)系統中之一負載。
  50. 如申請專利範圍49項所述之方法，其中在該感應耦合電漿系統中，根據在該頻譜發射偵測的至少一選擇的諧波改變該輸出訊號。
  51. 如申請專利範圍50項所述之方法，其更包含改變該輸出訊號之一電流或一電壓以控制一離子電子分布(IED)之一寬度或該輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  52. 如申請專利範圍49項所述之方法，其中在該電容式耦合電漿系統中，根據在該頻譜發射中偵測之一選擇的諧波以及一選擇的互調變失真改變該輸出訊號。
  53. 如申請專利範圍52項所述之方法，其更包含改變在該輸出訊號的一電流或一電壓以控制一離子電子分布(IED)之一寬度或該輸出訊號之一相位以改變該離子電子分布之一波峰。
  54. 如申請專利範圍47項所述之方法，其更包含在一匹配網路之輸入、在一匹配網路之輸出、或一射頻產生器中進行感測。
  55. 如申請專利範圍47項所述之方法，其更包含在實質上相同的頻率下運作一第一功率供應器以及一第二功率供應器。
  56. 如申請專利範圍55項所述之方法，其更包含根據該諧波改變該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一之運作。
  57. 如申請專利範圍47項所述之方法，其更包含在不同頻率下運作一第一功率供應器以及一第二功率供應器。
  58. 如申請專利範57項所述之方法，其更包含根據該諧波以及該互調變失真改變該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一之運作。
  59. 如申請專利範圍57項所述之方法，其更包含在該第一功率供應器或該第二功率供應器之另一者之一諧波頻率下運作該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一。
  60. 如申請專利範圍59項所述之方法，其更包含根據該諧波以及該互調變失真改變該第一功率供應器或該第二功率供應器之其一的運作。
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