TW201840989A - 用於測量高溫環境中之射頻電功率之電壓-電流探針及其校準方法 - Google Patents

用於測量高溫環境中之射頻電功率之電壓-電流探針及其校準方法 Download PDF

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Abstract

一種電壓-電流感測器，該電壓-電流感測器能更精確測量被輸送到高溫處理區域之RF功率的電壓、電流和相位。所述感測器可包括平面本體、測量開口、電壓拾取器及電流拾取器，所述平面本體包含非有機之電絕緣材料，所述測量開口形成於平面本體中，所述電壓拾取器設置在測量開口周圍，且所述電流拾取器設置在測量開口周圍。由於感測器的平面構造和材料組成，感測器可設置在電漿處理腔室的高溫表面附近或與電漿處理腔室的高溫表面接觸。

Description

用於測量高溫環境中之射頻電功率之電壓-電流探針及其校準方法
一般而言，本文所述之實施例是關於射頻(RF)電漿-處理系統，且更具體而言，是關於用來測量高溫環境中之RF電功率的電壓-電流探針及其校準方法。
在包括RF功率源、傳輸線及負載(load)之射頻(RF)系統中，可藉由使傳輸線阻抗與源阻抗及負載阻抗二者匹配，來最大化傳輸線上的功率傳輸。如果這些阻抗無法緊密匹配，由RF功率源所提供的RF功率在傳輸線中以駐波的形式經反射回來朝向RF功率源。結果，最大RF功率無法被傳輸到負載，並有效地耗損了經反射的功率，其中因反射引起的功率耗損量通常是源阻抗與負載阻抗之間的失配(mismatch)的函數。
傳統藉由在RF功率源與負載之間併入阻抗-匹配系統或設備，來減少反射耗損。然而，在RF電漿處理腔室中，因腔室中的非線性之故，RF功率源與電漿腔室之間通常仍存在顯著的阻抗失配。因此，通常不是所有由RF功率源提供的輸出功率都能到達RF電漿處理腔室之處理區域。此外，傳輸線中及阻抗匹配系統本身中的耗損進一步減少了實際到達RF電漿處理腔室之處理區域的輸出功率。因此，為了量化腔室中之特定蝕刻或沉積製程期間的RF功率，且為了更好地控制製程，有時會利用電壓-電流(V/I)探針來測量進入RF電漿處理腔室之處理區域的RF能量的電壓和電流。
理想情況下，由於在沿著RF傳輸線之任何點處之電壓和電流的精確測量可為高度位置依賴性，V/I探針位於電漿處理腔室上之功率輸入點附近。具體而言，RF傳輸線中由反射引起之駐波的存在，造成峰值電壓及峰值電流隨著沿傳輸線的位置而變化。然而，在高溫應用中，傳統的V/I探針無法定位於電漿腔室上。例如，典型的電漿增強化學氣相沉積(PECVD)腔室可具有在600 °C至700 °C之數量級的製程溫度，且腔室本體可達到在100 °C至200 °C之數量級的溫度。反觀通常由含有機材料之基板(如FR-4)製成之傳統V/I探針，可在高於約70 °C之溫度下熱降解。因此，就高溫應用而言，V/I探針通常位在離製程腔室一定距離處，這大幅降低了供應至阻抗-匹配系統及/或RF功率源之電壓和電流測量值的準確性。將測量元件安置在RF匹配裝置及/或RF電源內之傳統V/I型探針配置也容易出現訊號-對-雜訊比例的問題。並且，對傳統V/I探針而言，所測得之RF值對比於實際輸送之RF功率訊號，可能根據探針對其他外部部件的位置，而在腔室與腔室之間變化，這些都會阻止傳統的V/I探針能夠偵測提供至處理室的RF功率或相位的小變化。
因此，本案所屬之技術領域中需要有助於更精確測量RF電漿處理系統中所利用之電壓和電流的系統及方法。
本文所述之一或多個實施例提供了電壓-電流探針，用於在高溫環境中測量射頻電功率，及校正電壓-電流探針之方法。
在一個實施例中，一種電壓-電流感測器組件可包括：平面本體，包含非有機之電絕緣材料；測量開口，形成於平面本體中；電壓拾取器(voltage pickup)，設置在測量開口周圍，其中電壓拾取器電耦接至第一電壓測量電路；以及電流拾取器(current pickup)，設置在測量開口周圍，其中該電流拾取器電耦接至第一電流測量電路。
在另一個實施例中，一種電漿處理腔室可包括：腔室本體；放電電極，設置在腔室本體內；電壓-電流感測器，該電壓-電流感測器安裝至腔室本體之大氣表面(atmospheric surface)，並包含平面本體，該平面本體包含非有機之電絕緣材料，其中電壓-電流感測器包括第一電壓測量電路及第二電流測量電路；以及射頻傳輸線，該射頻傳輸線透過電壓-電流感測器之測量開口饋電，並將射頻功率電耦接至放電電極。
在另一個實施例中，一種非暫態電腦可讀媒體，儲存有指令，當由處理器執行時，致使處理器進行以下步驟：使第一量級之RF功率產生並經由傳輸線傳送至電漿處理腔室，傳輸線透過測量開口饋電，測量開口形成於感測器之平面本體中；接收來自電壓拾取器之第一電壓訊號和來自電流拾取器之第二電壓訊號，電壓拾取器設置於測量開口周圍，且電流拾取器設置於測量開口周圍，其中第一電壓訊號及第二電壓訊號回應經由傳輸線所傳送之RF功率而產生；根據第一電壓訊號、第二電壓訊號、應用於第一電壓訊號之第一校正係數及應用於第二電壓訊號之第二校正係數，決定實際RF功率，實際RF功率耦接至電漿處理腔室，其中第一校正係數是根據來自電壓拾取器之第三電壓訊號，第三電壓訊號是回應第二量級之RF功率而產生，第二量級之RF功率經由傳輸線傳送至虛擬負載，該虛擬負載匹配於傳輸線，且第二校正係數是根據來自電流拾取器之第四電壓訊號，第四電壓訊號是回應經由傳輸線傳送至虛擬負載的第二量級之RF功率而產生；決定耦接至電漿處理腔室之實際RF功率是在目標RF功率之預定範圍之外；以及回應於確定實際RF功率是在預定範圍之外，使第三量級之RF功率產生並經由傳輸線傳送至電漿處理腔室。
在以下描述中，闡述了許多具體細節以提供對本揭示內容的實施例的更全面理解。然而，對於本案所屬領域技術中之習知技術者來說顯而易見的是，可以在沒有一或多個這些具體細節的情況下實施本揭示內容之一或多個實施例。在其他實例中，為了避免模糊本揭示內容的一或多個實施例，未描述習知特徵。
第1圖為圖解根據本發明的一或多個態樣之射頻(RF)電漿系統100的方塊圖。RF電漿系統100可包括電漿處理腔室120、透過第一RF匹配131及傳輸線132耦接至電漿處理腔室120的第一RF產生器130，及透過第二RF匹配141及傳輸線142耦接至電漿處理腔室120的第二RF產生器140。RF電漿系統100可進一步包括控制電路系統150 (在本文也稱作「控制器150」)及電壓-電流(V/I)感測器151及152。
電漿處理腔室120可為任何技術上可實現的電漿沉積或蝕刻腔室，電漿處理腔室120可包括電容耦合式電漿系統或電感耦合式電漿系統，以於其中產生電漿，包括電漿增進式化學氣相沉積(PECVD)系統、物理氣相沉積系統、磊晶層沉積系統、電漿蝕刻系統等等。第一RF產生器130可為任何技術上可實現的RF功率產生器，經配置以將RF功率供應至電漿處理腔室120的一或多個放電電極，從而驅動電漿處理腔室120中之電漿產生。第一RF產生器130可在一個RF頻率或在多個RF頻率下提供RF功率。舉例而言，在某些實施例中，第一RF產生器130可經配置以將13.56 MHz之RF頻率下的功率供應至分配岐管(也稱作噴頭)或適於用作電漿處理腔室120中之放電電極的其他部件。類似地，第二RF產生器140可為任何技術上可實現的RF功率產生器，所述RF功率產生器經配置以驅動電漿處理腔室120中之一個RF頻率或多個RF頻率下之電漿生成。舉例而言，在某些實施例中，第二RF產生器140可經配置以將360 kHz或類似的低RF頻率之功率供應至基板支撐件(也稱為基座)或適合作為電漿處理腔室120中之放電電極的其他部件。
如所示，第一RF產生器130可將RF功率(即，透過第一RF匹配131及傳輸線132之功率)傳送至電漿處理腔室120中之RF負載。V/I感測器151能藉由將與RF功率相關聯的電壓所感應生成的電壓，及與RF功率相關聯的電流所感應生成的電壓，透過訊號引線153傳送至控制電路系統150，來測量RF功率的電流、電壓及相位。因為V/I感測器151設置在傳輸線132連接點221、222處(連接點221、222位在電漿處理腔室120的外部表面上或接近電漿處理腔室120的外部表面)，所以一般而言，不需要由控制電路系統150校正傳輸線132中之駐波分量的影響。類似地，第二RF產生器140可經由第二RF匹配141及傳輸線142將RF功率傳送至電漿處理腔室120中的RF負載。V/I感測器152能測量透過傳輸線142耦接至電漿處理腔室120之RF功率的電流、電壓及相位。具體而言，V/I感測器152透過訊號引線154，將與RF功率相關聯的電壓所感應生成的電壓，及與RF功率相關聯的電流所感應生成的電壓，傳送至控制電路系統150。因為V/I感測器152設置在傳輸線142連接點247處(連接點247位在電漿處理腔室120的外部表面上或接近電漿處理腔室120的外部表面)，所以一般而言，不需要由控制電路系統150校正傳輸線142中之駐波分量的影響。
在電漿處理腔室120配置有支座或基板支撐件加熱器的實施例中，RF電漿系統100可進一步包括加熱器電源160透過導電引線161及162耦接電漿處理腔室120中之加熱元件(未繪示於第1圖中)。在此類實施例中，RF電漿系統100也可包括RF濾波器170，RF濾波器170以電氣方式設置在電漿處理腔室120中之加熱元件與加熱器電源160之間。儘管設置在支座或基板支撐件內的加熱元件在名義上不是電漿處理腔室120之RF系統的一部分，但此類加熱器元件通常包括線圈式導電部件(線圈式導電部件具有許多繞組)，且因此可耦合至電漿處理腔室120的處理區域(未示於第1圖中)內所供應之RF能量。因此，RF濾波器170為電子系統或設備，RF濾波器170經配置以提供在加熱器線圈與加熱器電源160之間形成的導電路徑的一部分，同時保護加熱器電源160免受電漿處理腔室120內供應之RF能量。RF濾波器170通常經設置而鄰近或接觸電漿處理腔室120的外部(即，大氣)表面。結果，在電漿處理腔室120運作期間，RF濾波器170可達到100 °C至200 °C的溫度。在此類實施例中，可將V/I感測器152設置在容納RF濾波器170之外殼內的表面上，以最大化或以其他方式增加V/I感測器152對電漿處理腔室120的接近程度。或者，可將V/I感測器152設置在RF濾波器170與電漿處理腔室120的表面之間。
控制電路系統150可包括邏輯，所述邏輯可經配置以從V/I感測器151接收訊號，並決定透過傳輸線132進入電漿處理腔室120之耦接RF功率的電流、電壓、相位和量級(magnitude)。在某些實施例中，此類邏輯可被實作為量級和相位偵測電路系統。在第一RF產生器130透過傳輸線132將RF功率傳送至電漿處理腔室120內之多個連接點221、222的實施例中，控制電路系統150可包括邏輯，所述邏輯可經配置以接收來自V/I感測器151的多個訊號，並藉此決定透過各個傳輸線132進入電漿處理腔室120之耦接RF功率的電流、電壓、相位和量級。類似地，控制電路系統150可包括邏輯，所述邏輯經配置以接收來自V/I感測器152的訊號，並決定透過傳輸線142進入電漿處理腔室120之耦接RF功率的電流、電壓、相位和量級。
在電漿處理腔室120經配置而具有支座或基板支撐件加熱器的實施例中，V/I感測器152經配置以透過訊號引線154將訊號電壓傳送至控制電路系統150，所述訊號電壓是由來自支座或基板支撐件加熱器內之加熱器元件而通過導電引線161及162之RF功率所感應生成。V/I感測器152進一步經配置，以將由與供應至支座的RF功率的一部分相關聯的電流所感應生成之電壓訊號，透過訊號引線154傳送至控制電路系統150，所述電流經由導電引線161及162連接至外部接地(external ground) (未繪示)。在此類實施例中，控制電路系統150可進一步經配置以根據透過訊號引線154傳送之電壓，來決定通過導電引線161及162之RF功率的電流、電壓、相位和量級。因此，可根據V/I感測器152所提供之電流及電壓測量值，來量化透過導電引線161及162和加熱器電源160耗損的RF功率。因此，含有RF濾波器170之電子電路的電氣行為(electrical behavior)之情況-對-情況變化(instance-to-instance variation) (即，從一個腔室至下一個腔室)可被量化並補償，從而防止在電漿處理腔室120的各種情況中進行的製程中之腔室-對-腔室變化(chamber-to-chamber variation)。舉例而言，在此類實施例中，因對透過導電引線161及162耗損之RF功率進行校準之故，在電漿處理腔室120中進行的製程可基於透過傳輸線142傳遞至製程腔室之處理區域285的實際或接近實際RF功率，而不僅只是基於由第二RF產生器140提供之RF功率的測量值。
在某些實施例中，可將V/I感測器152安置在處理腔室的區域內，如基板支撐件內的區域285，所述區域至少部分地被接地的或屏蔽的製程腔室元件(如，加熱器波紋管、加熱器的中央軸件)所圍繞，以將V/I感測器152組件與各種外部雜訊源隔離。在某些配置中，可在所有V/I感測器152部件與圍住處理腔室之區域285的部件之間維持最小固定間隙(如，1至10mm)，其中V/I感測器置於所述區域285中。因此，由V/I感測器152提供之電氣測量值中的情況-對-情況變化將被減少，從而防止在電漿處理腔室120的各種情況中進行的製程中的腔室-對-腔室變化。在一個實例中，V/I感測器152A或152B設置於基座208的內部區域285內。
在第1圖所圖解的實施例中，單一控制器150被描繪於RF電漿系統100中。在其它實施例中，可將不同的控制器150併入RF電漿系統100a中所包括的各個RF產生器。在其它實施例中，控制電路系統150的功能性可併入供RF電漿系統100所用之中央系統控制器中。在任一情況下，控制電路系統150的功能性可包括任何技術上可實現的實作，包括透過軟體、硬體及/或韌體。
第2圖為根據本揭示內容的各種實施例所配置之電漿處理腔室120的示意截面視圖。作為示例，第2圖中之電漿處理腔室120的實施例是根據PECVD系統所描述，但任何其他電漿處理腔室可落入所述實施例的範疇，包括其他電漿沉積腔室或電漿蝕刻腔室。電漿處理腔室120可包括壁202、底部204和腔室蓋224，所述壁202、底部204和腔室蓋224一起圍住基座208和處理區域246。電漿處理腔室120可進一步包括真空泵214、氣體源218、第一RF產生器130及第一RF匹配131、第二RF產生器140及第二RF匹配141，和RF濾波器170，以上各者耦接至電漿處理腔室120外部。
此外，電漿處理腔室120可包括一或多個V/I感測器151及152，所述V/I感測器151及152直接耦接至電漿處理腔室120的大氣表面(atmospheric surface)或安裝在電漿處理腔室120的大氣表面上。在第2圖所圖解的實施例中，電漿處理腔室120包括V/I感測器151，V/I感測器151耦接至電漿處理腔室120的上表面或安裝在電漿處理腔室120的上表面上，使得可在處理區域246及基板210附近準確地測量通過(多條)傳輸線132的電壓及電流。此外，電漿處理腔室120可包括V/I感測器152，V/I感測器152耦接至電漿處理腔室120的下表面或安裝在電漿處理腔室120的下表面上，使得可在處理區域246及基板210附近準確地測量通過傳輸線142的電壓和電流。在某些實施例中，可將V/I感測器152安裝在電漿處理腔室120的底部204上或附近，或可直接耦接至電漿處理腔室120的底部204。或者，可將V/I感測器152安裝在電漿處理腔室120內的大氣區域246中，例如在耦接至可移動之基座208的波紋管250內。在此類實施例中，V/I感測器152可直接耦接至基座208的表面。或者，可透過支架或其他支撐結構將V/I感測器152安裝至基座208。在任一情況下，V/I感測器152都設置在基板210及處理區域246的幾公分內。在某些配置中，V/I感測器152，如V/I感測器152A，設置在連接點247的幾公分內，連接點247形成在金屬桿242的介面處，金屬桿242可耦接至基座208的導電部分(如，電極或電極連接)。將V/I感測器152安置在連接點247處，或至少在連接點247的幾公分內是有用的，因為此點位通常將是傳輸線142的一部分內之節點(如，沿著駐波的點，波在該點具有最小波幅)。
請注意，V/I感測器151及152未設置在電漿處理腔室120內，而是可直接耦接到電漿處理腔室120的表面，所述表面在基板210的處理期間暴露於大氣。替代或額外地，可將V/I感測器151及152安裝至直接耦合到電漿處理腔室120的此類大氣表面的支架或其他支撐結構。
壁202及底部204可以包含導電材料，例如鋁或不銹鋼。設置在電漿處理腔室120中的陰影框架238可經配置以防止或減少在處理期間未被基板210覆蓋之基座208的表面上發生不想要的沉積。當電漿處理腔室120閒置時，陰影框架238擱置在凸部240上，且可藉由一或多條帶子243耦接至壁202的內表面。穿過一或多個壁202可存在有狹縫閥開口206，狹縫閥開口206可經配置以便於將基板210插入電漿處理腔室120和從電漿處理腔室120移出基板210。經配置以密封狹縫閥開口206之狹縫閥可設置在電漿處理腔室120的內部或外部。為了清楚起見，狹縫閥未繪示於第2圖中。
真空泵214可耦接至電漿處理腔室120，並經配置以調節其中的真空程度。如所示，閥216可耦接於電漿處理腔室120與真空泵214之間。真空泵214可在基板處理之前排空電漿處理腔室120，並在處理期間經由閥216從電漿處理腔室120去除製程氣體。閥216可為可調節的，以有助於調控電漿處理腔室120的排空速率。經由閥216的排空速率和來自氣體源218的進氣流速率決定了電漿處理腔室120中之腔室壓力和製程氣體駐留時間。
基座208可包括任何技術上可實現的裝置，用於在電漿處理腔室120處理期間支撐基板210，例如第2圖中的基板210。在某些實施例中，基座208設置在軸件212上，軸件212可經配置以升高並降低基座208。在一個實施例中，軸件212和基座208可至少部分地由導電材料形成或含有導電材料，所述導電材料可如鎢、銅、鉬、鋁或不銹鋼。在電漿處理腔室120為電容耦合式電漿腔室的實施例中，基座208可經配置而含有電極(未繪示)。在此類實施例中，金屬桿242電耦接至設置於基座208內的嵌入式電極，並經配置以經由連接點247將RF功率供應至所述嵌入式電極。藉此，嵌入式電極和金屬桿242透過傳輸線142電耦接至第二RF產生器140。
在某些實施例中，基座208可包括一或多個加熱元件209，用以在處理期間加熱基板210。在此類實施例中，加熱元件209可透過導電引線161及162耦接至加熱器電源160，導電引線161及162可設置於軸件212內。導電引線161及162各自通過V/I感測器151之相應測量開口(未繪示於第1圖中)，從而可由此測量RF電流及電壓。
氣體源218可透過管223耦接至電漿處理腔室120，管223通過腔室蓋224。管223可耦接至背板226，以允許處理氣體通過背板226並進入背板226與氣體分配噴頭228之間的氣室248。氣體分配噴頭228可藉由懸吊件234保持在與背板226相鄰的位置，使得氣體分配噴頭228、背板226及懸吊件234一起形成有時被稱為氣體箱(gas box)的組件。因此，在運作期間，從氣體源218導入電漿處理腔室120的處理氣體可填充氣室248，並接著通過在氣體分配噴頭228中形成之氣體通道230，以均勻地進入處理區域246。在替代的實施例中，除了氣體分配噴頭228或代替氣體分配噴頭228，可透過附接至壁202的入口及/或噴嘴(未繪示)，將製程氣體導入處理區域246。
第一RF產生器130可透過一或多條傳輸線132在耦接點221及222處耦接至背板226。因此，對背板226而言，耦接點221及222可作為RF功率饋入點(feed point)。或者，第一RF產生器130可在單一耦合點處耦接至背板226。傳輸線132可包括同軸纜線，且在某些實施例中，在這些同軸纜線外部可經配置有額外的屏蔽，以防止RF功率過度洩漏至接地。在一個實施例中，第一RF產生器130可包括RF產生器，所述RF產生器能以約13.56 MHz的頻率產生RF電流。在另一個實施例中，第一RF產生器130可包括VHF產生器，所述VHF產生器能產生VHF功率，如在介於約40 MHz至200 MHz或更高之間的頻率下的VHF功率。如所示，傳輸線132各自通過V/I感測器151的相應測量開口。
在某些實施例中，第一RF產生器130可經由第一RF匹配131將高頻功率供應至設置在處理區域246附近的放電電極。此類放電電極可包括製程氣體分配元件，如氣體分配噴頭228 (如第2圖所示)，或氣體噴嘴陣列，可經由所述製程氣體分配元件將製程氣體導入處理區域246內。放電電極(如，氣體分配噴頭228)可經定向而實質上平行於基板210的表面，並將電漿源功率電容耦合至處理區域246內，而處理區域246設置於基板210與氣體分配噴頭228之間。在處理期間，基座208、陰影框架238及基板210可升起並定位在噴頭228的下表面附近(如，在1至30 mm以內)，以形成至少部分封閉的處理區域246。
在某些實施例中，電漿處理腔室120還可包括機械相容性控制器(machine-compatible controller) (如，控制電路系統150)，所述機械相容性控制器可經配置以控制電漿處理腔室120的運作，包括：第一RF產生器130的輸出功率位準、透過氣體源218導入處理區域246之各種製程氣體的流速、閥216的調節，等等。一般而言，此類控制器可包括一或多個處理器、記憶體以及適於控制電漿處理腔室120之運作的指令。或者，在某些實施例中，經配置來控制多腔室處理系統的運作之系統控制器可以替代地被配置為控制電漿處理腔室120還有一或多個其他處理腔室的運作。
通常藉由將基板210置於基座208上，並將一或多種前驅物氣體從氣體源218導入處理區域246，而在電漿處理腔室120中進行電漿處理，如PECVD製程。可藉由透過耦接點221及222將RF功率施加至氣體分配噴頭228，及/或將RF功率施加至基座208，而將處理區域246中之前驅物氣體或多種前驅物氣體能量化(如，激發)成電漿態。由於電子加熱機制主要經由氣體分配噴頭228附近的電容性電漿鞘(capacitive plasma sheath)和接地電極(例如，基座208或壁202)，此電漿類型通常稱作電容耦合式電漿(capacitively coupled plasma；CCP)。被激發的氣體可反應而在基板210的表面上形成材料層。
一般而言，RF電流會尋求最短路徑返回驅動它的源。因此，在電漿處理期間，被驅動的RF電流從第一RF產生器130行進經過在處理區域246中所產生的電漿，並接著到RF返回路徑(如壁202)。在基座208耦接至第二RF產生器140的實施例中，RF電流從第二RF產生器140行進經過桿242、嵌入式電極及設置在處理區域246中之電漿，並接著到RF返回路徑(如壁202及底部204)。然而，在基座208包括加熱元件209的實施例中，加熱元件209可耦接至被輸送到電漿處理腔室120之RF能量，且被提供至基座208之RF能量的某些部分可不返回第二RF產生器140。代替的是，由第二RF產生器140提供之RF能量的一部分可透過導電引線161及162流入加熱器電源160。儘管濾波器170經配置以降低沿著導電引線161及162的RF能量流，但濾波器170的效率很難完美。結果，儘管存在濾波器170，但顯著的RF能量的部分仍可能流入加熱器電源160。因此，除了由反射導致的功率耗損之外，經過導電引線161和162的RF功率耗損也可影響實際輸送到處理區域246的RF能量的量級。並且，因為濾波器170性能通常隨著情況而變化，所以經過導電引線161和162的RF功率耗損的影響可以在電漿處理腔室120的各情況下變化。因此，當在電漿處理腔室120的兩個不同情況中進行名義上相同的製程時，諸如膜厚度、均勻性等製程結果可能遭受不可預測的變化，除非可以準確地測量實際輸送到處理區域246的RF功率。
用於RF應用之傳統V/I感測器一般包括有機基板，所述有機基板(如FR-4)可在70 °C或更高的溫度下被熱損壞。結果，針對高溫應用(如PECVD腔室)，傳統V/I感測器通常位在離處理腔室一定距離處。因此，由於會引起所感測之電氣測量值中之錯誤，故由此類感測器完成且由電子電路中之RF匹配部件使用的測量值依賴外推技術，以補償沿著不完美匹配的傳輸線，從離處理腔室一定距離處所完成之RF測量值的位置依賴性。此類外推法高度依賴電漿處理腔室120的結構細節，且難以實驗驗證，且即使就一個製程得到驗證，通常會根據製程化學物質及腔室運作條件而就其他製程產生改變。進而，因存在於傳輸線132及142中之駐波的非線性本質之故，基於理想化的傳輸線模型之傳統外推技術不能準確地解釋基板210與遠端測量點之間遭受的RF功率耗損，且因此可能大幅度低估或高估此類功率耗損。
根據實施例，V/I感測器151及/或152使得能夠更精確地測量被輸送到處理區域246之RF功率的電壓、電流和相位。具體而言，V/I感測器151及/或152是針對高溫環境而配置，且因此即使在電漿處理腔室120中進行高溫製程時，也能接近電漿處理腔室120而安置。一個此類實施例圖解於第3A及3B圖。
第3A圖為根據本揭示內容的各種實施例之V/I感測器152的示意平面視圖。第3B圖為沿著第3A圖中之截面A-A截取之V/I感測器152的示意截面視圖。V/I感測器152可經配置以在高溫環境(如在高溫PECVD製程期間，接近電漿處理腔室120或與電漿處理腔室120接觸的位置)中準確地測量RF電流及電壓。在第3A及3B圖所圖解的實施例中，V/I感測器152可經配置以測量金屬桿242及導電引線161及162中之電流及電壓。在一個實施例中，V/I感測器152可經配置以測量在金屬桿242的遠端處和在導電引線161及162的遠端處所提供之RF電壓和電流。在某些實施例中，V/I感測器152可包括平面本體301，平面本體301具有第一V/I探針310、第二V/I探針320、第三V/I探針310及接地平面302，接地平面302圍繞並使第一V/I探針310、第二V/I探針320及第三V/I探針330彼此電氣隔離。
平面本體301由含有非有機之電絕緣材料(如陶瓷、雲母、鐵素體或類似材料)所組成。舉例而言，合適的陶瓷材料可包括氧化鋁及氮化鋁。相較於常用在傳統V/I感測器(如FR-4)的有機基板而言，上述非有機之電絕緣材料具高度耐溫性。因此，平面本體301及V/I感測器152可以經設置而與電漿處理腔室120的大氣表面或外表面直接接觸，及/或可以被安裝在很靠近電漿處理腔室120的大氣表面或外表面處。結果，V/I感測器152可位於電漿處理腔室120的處理區域246附近，如在用於濾波器170之濾波器箱外殼內，或耦接至底部204或安裝在底部204上。然而，在某些中等溫度應用中，平面本體301可由聚亞醯胺(如Kapton®)製成。
第一V/I探針310可包括各設置在測量開口315周圍的電壓拾取器311及電流拾取器312。測量開口315經配置以容置適於傳送RF功率之導電結構，如傳輸線142或金屬桿242的導體，以將RF功率供應至基座208內的嵌入式電極。因此，V/I探針310可經配置以提供在電漿處理腔室120鄰近位置處傳送至電漿處理腔室120的RF功率之準確的電壓和電流測量值。
第4B圖中所圖解的電壓拾取器311可經配置以產生電壓訊號，所述電壓訊號是由通過在平面本體301中形成之測量開口315 (例如透過傳輸線142或金屬桿242)的RF功率所感應生成。電壓拾取器311所產生之電壓訊號基本上與通過位於測量開口315內之導電元件的一部分之RF功率的電壓成比例。在某些實施例中，電壓拾取器311可經配置為導電環311A，導電環311A可設置在測量開口315周圍或可形成在測量開口315的表面上。導電環311A通常被接地的元件320所圍繞。導電環311A及接地的元件320二者都連接在電路(如第4B圖所圖解的RF電壓測量電路455)內，且一起被用來測量RF功率的電壓，所述RF功率通過位於測量開口315內之RF導電元件的一部分。接地的元件320通常包括一或多個接地的層302A及302B，所述接地的層302A及302B設置在V/I感測器152的表面上或在V/I感測器152的表面內，且藉由複數個互連穿孔(interconnecting via) 302C電耦接在一起。一或多個接地的層302A及302B和複數個互連穿孔302C可由導電材料(如，含有Al、Ag、Au、Mo、Sn或Cu之金屬)形成，且可用於使第一V/I探針310、第二V/I探針320及第三V/I探針330彼此電性屏蔽且與其他外部部件電性屏蔽。在某些配置中，複數個互連穿孔302C安置在各V/I探針310、320及330周圍，以形成屏蔽，所述屏蔽將使各個V/I探針內的部件之間的串擾(cross-talk)最小化。在某些實施例中，接地的元件320可以連接到同軸傳輸線(未繪示)的外部屏蔽導體402，例如訊號引線154。
第4A圖中所圖解的電流拾取器312可經配置以藉由使用電子電路(如第4A圖中所圖解之RF電流測量電路454)來產生電壓訊號，所述電壓訊號是由通過安置在測量開口315內之導電元件的一部分之RF功率所感應生成。由磁場通量感應生成的電壓訊號是在電流拾取器312中感應生成，且實質上與通過安置在測量開口315內之導電元件的一部分之RF電流成比例。在某些實施例中，電流拾取器312經配置為環形線圈，或與其非常近似。舉例而言，在第3A及3B圖所圖解的實施例中，電流拾取器312包括在平面本體301的頂表面301A上之基本上平面的電路跡線(circuit trace) 313、在平面本體301之底表面301B上之基本上平面的電路跡線314，及穿過平面本體301所形成的導電穿孔316。各導電穿孔316將電路跡線313連接至相應的電路跡線314，使得電路跡線313、電路跡線314和導電穿孔316一起串聯連接，以形成連續的導電迴路結構。
應注意的是，第3A及3B圖中所圖解的V/I感測器152之配置可最小化或減少電壓拾取器311與電流拾取器312之間的串擾。具體而言，因為電壓拾取器311和電流拾取器312位於單一平面中，即，由平面本體301所界定之平面(如，X-Y平面)，且因為此平面正交於RF功率傳送通過測量開口315的方向，設置在測量開口315中之傳輸線中的RF電壓使電流拾取器312中感應生成少量或無電壓，且在設置於測量開口315中之傳輸線中流動的RF電流使電壓拾取器311中感應生成少量或無電壓。因此，咸信，傳輸線電壓測量值及電流測量值可被視為彼此相互排斥，且因此這些感測元件之間的串擾非常小。亦即，來自電壓拾取器311的電壓訊號(包括來自通過測量開口315之RF電流的作用)沒有引起顯著的測量誤差，且來自電流拾取器312的電流訊號(包括來自通過測量開口315之RF電壓的作用)沒有引起顯著的測量誤差。因此，所測得之電壓、所測得之電流，及介於電壓拾取器311與電流拾取器312之間的相位差之餘弦的乘積實質上與測量點處之瞬時傳輸線功率成比例。在某些實施例中，V/I探針310中之電壓拾取器311和電流拾取器312的尺寸可經設定而與通過形成於其中之開口315之導電元件的部分之尺寸或截面積成比例，或與通過形成於其中之開口315所產生之場(field)成比例。
第二V/I探針320及第三V/I探針330的配置和運作可基本上類似於第一V/I探針310，並被包括於V/I感測器152中，以就與電漿處理腔室120相關聯之額外RF傳輸線(如導電引線161及162)提供電壓和電流測量值。應注意的是，不欲使導電引線161及162作為RF傳輸線，而是可在電漿處理腔室120的某些實施例中起到此作用。
第二V/I探針320可包括各自設置在測量開口325附近之電壓拾取器321和電流拾取器322。測量開口325經配置以容置與電漿處理腔室120相關聯之特定RF導電引線，所述特定RF導電引線未耦接在RF生成源與接地之間(所述接地可耦接至電漿處理腔室120)，如導電引線161。在某些實施例中，V/I探針320中之電壓拾取器321和電流拾取器322的尺寸可經設定而與通過形成於其中之測量開口325之導電元件的部分之尺寸或截面積成比例，或與通過形成於其中之測量開口325所產生之場(field)成比例。
類似地，第三V/I探針330可包括各設置在測量開口335周圍的電壓拾取器331和電流拾取器332。測量開口335經配置以容置與電漿處理腔室120相關聯之另一RF導電引線，所述另一RF導電引線未耦接在RF生成源與接地之間(所述接地可耦接至電漿處理腔室)，如導電引線162。在某些實施例中，V/I探針330中之電壓拾取器331和電流拾取器332的尺寸可經設定而與通過形成於其中之測量開口335之導電元件的部分之尺寸或截面積成比例，或與通過形成於其中之測量開口335所產生之場(field)成比例。因為第二V/I探針320和第三V/I探針330能夠經由導電引線161和162測量RF功率耗損，所以可以比僅藉由透過金屬桿242或傳輸線142的上游部分測量輸送至電漿處理腔室120之RF功率，更精確地測定耦接至處理區域246之實際RF功率。因此，藉由使用各種V/I探針及腔室RF匹配元件，可以偵測、量化並補償濾波器170之效率中的腔室-對-腔室變化。
第4A及4B圖為根據本揭示內容的各種實施例之V/I感測器152的第一V/I探針310之工作原理示意圖。如所示，訊號引線154的訊號引線154A (第1圖)可耦接至電壓拾取器311，且訊號引線154的另一訊號引線154B可耦接至電流拾取器312。在某些實施例中，這些訊號引線154A及154B之各訊號引線經配置作為一或多條同軸纜線的一部分，該部分在中央導體401與外屏蔽導體402之間具有50 ohm的電阻。
在某些實施例中，為了最佳化或改良電漿處理腔室120的運作，與電漿處理腔室120相關聯的各個V/I感測器可被校正。在此類實施例中，由V/I感測器的電壓拾取器所產生之特定訊號電壓可精確地與通過V/I感測器的測量開口之特定已知RF電壓相關聯。類似地，由V/I感測器的電流拾取器312所產生之特定訊號電壓可精確地與通過V/I感測器的測量開口之特定已知RF電流相關聯。以此方式，可就電壓拾取器產生校正係數，並可就電流拾取器312產生另一校正係數。在隨後運作中，由電壓拾取器產生之訊號電壓並乘以適當的校正係數，可以精確地指示在任何時間點，何種(如，峰值或RMS) RF電壓通過測量開口。類似地，由電流拾取器312產生之訊號電壓並乘以適當的校正係數，可以精確地指示在任何時間點，何種(如，峰值或RMS) RF電流通過測量開口。一個此類實施例結合第5圖描述於下文。
第5圖闡述根據本揭示內容的各種實施例，用於校正V/I感測器之製程的流程圖。儘管是結合第1至4圖中之RF電漿系統100來描述製程，本案所屬技術領域中之習知技術者將理解，可用其他類型的RF電漿系統來進行所述製程。用於方法500之控制演算法可駐留在控制器150中，機器相容性控制器可經配置以控制電漿處理腔室120的運作，或在校正製程期間駐留在與RF電漿系統100耦接之單獨的計算元件中。這些控制演算法可以全部或部分地實作為軟體或韌體實作邏輯，及/或實作為硬體實作邏輯電路。
在製程之前，合適的RF產生器可透過RF匹配及合適的已知阻抗的傳輸線，耦接至已知阻抗的虛擬負載。更具體而言，RF產生器、虛擬負載及RF匹配可經選擇以形成匹配的RF系統，即，沒有反射的RF系統。舉例而言，在一個實施例中，第二RF產生器140可透過第二RF匹配142及傳輸線142耦接至50 ohm的虛擬負載。此外，在製程之前，傳輸線可經由待校正之V/I感測器(如V/I感測器152)的測量開口饋電。
方法500始於方塊501，其中藉由第二RF產生器140在特定RF頻率下產生RF功率。舉例而言，在一個實施例中，第二RF產生器140可在27 MHz下產生2500W。在某些實施例中，方塊501中產生之RF功率的量級等於預期在特定頻率下，由第二RF產生器140採用的最大或RMS RF功率。
在方塊502，V/I探針(例如第一V/I探針310)產生第一電壓訊號及第二電壓訊號，其中傳輸線141經由所述V/I探針饋電。電壓拾取器311產生第一電壓訊號，第一電壓訊號與在第一V/I探針310的測量開口315處發現的RF電壓成比例。電流拾取器312產生第二電壓訊號，第二電壓訊號與通過第一V/I探針310的測量開口315之RF電流成比例。控制電路系統150可接著將這些接收的測量訊號儲存在記憶體中。
在方塊503，可根據第一電壓訊號和通過測量開口315的已知RF電壓，就電壓拾取器311決定校正係數。應注意的是，因為方法500中採用的匹配RF系統中沒有反射，RF電壓等於RF功率和系統阻抗之乘積的平方根。因為RF功率和系統的阻抗二者均為已知，所以RF電壓為已知。因此，在完成方塊501至503之後，可形成至少兩倍的V/I探針電壓對RF電壓的已知量級之曲線。由於校正曲線將為線性且截距將為零伏特，因此係數將等於所形成之曲線的斜率，而該係數接著可用作V/I探針電壓之校正係數。
同樣在方塊503，可根據第二電壓訊號和通過測量開口315的已知RF電流，就電流拾取器312決定校正係數。因為方法500中採用的匹配RF系統中沒有反射，所以RF電流也是已知的，因為電流等於RF功率對系統阻抗之比例的平方根。因為RF功率及系統之阻抗二者均為已知，所以RF電流為已知。因此，在完成方塊501至503之後，可以形成至少兩倍的V/I探針電流測量值(如，電壓訊號)對RF電流的已知量級之曲線。由於校正曲線將為線性且截距將為零伏特，因此係數將等於所形成之曲線的斜率，而該係數接著可用作V/I探針電流測量值之校正係數。
在某些實施例中，可將針對各V/I探針，就電壓拾取器311決定的校正係數，及/或就電流拾取器312決定的校正係數儲存在控制電路系統150的記憶體內，供部分控制電路系統使用來調整由V/I探針測得的RF電流及電壓值，接著由處理腔室中所用之RF匹配元件及/或RF電源元件使用所述RF電流及電壓值。
在某些實施例中，可在RF電漿系統中利用RF產生器來提供混合式運作頻率。舉例而言，在某些狀況中，兩個RF頻率同時驅動PECVD電漿，以控制處理中之基板210附近的電漿密度及離子能量。並且，可利用脈衝運作來最佳化某些膜特性。在任一情況下，當RF系統中存在有超過一個頻率時，由V/I感測器之電流拾取器312及電壓拾取器產生之處於各運作頻率下的訊號，通常在到達量級和相位偵測電路系統之前，經由帶通濾波器(未繪示)饋電。此類帶通濾波器的插入可導致在電流拾取器312所產生之訊號與電壓拾取器所產生之訊號之間的量級差(衰減)及相位差，接著可使用所述量級差及相位差來調整由各個RF產生器所提供之RF功率，及/或調整與各RF源相應之(多個) RF匹配元件相關聯之RF匹配參數。
根據某些實施例，當在RF電漿系統中利用RF產生器來提供混合式運作頻率時，可在不同的RF功率位準下，在各個用於處理腔室中之RF頻率下，利用方法500的校正製程，以就各個所述被驅動的RF頻率產生精確的校正係數。具體而言，可在各運作頻率下利用方法500的校正製程，以就各運作頻率產生校正係數，從而能夠對由上述帶通濾波器所導致之所產生之(多個)訊號的衰減進行校正。此外，因為方法500中所利用之RF系統為沒有反射之匹配的RF系統，在第一電壓訊號與第二電壓訊號之間偵測到的任何相位差實際上是由測量電路系統所偵測到之RF系統的相位偏移，所述相位偏移是由包括在RF系統中的帶通濾波器所引起的。對RF系統的多頻率運作而言，通常在各驅動RF頻率下利用不同的系統相位偏移，且在方法500的不同實作中決定各個此類相位偏移。因此，方法500在特定頻率下所測量之相位差可被視為是可以用於該特定運作頻率的系統相位偏移，以用於由V/I探針所偵測之RF功率參數的修正，而所述RF功率參數可用於控制由各個RF產生器所提供之RF功率，及/或調整與各個RF源的相應(多個)RF匹配元件相關聯的RF匹配參數。
第6圖闡述了根據本揭示內容的各種實施例，用於控制RF功率之製程的流程圖，所述RF功率施加至電漿處理腔室120。儘管是結合第1至4圖中之RF電漿系統100來描述製程，本案所屬技術領域中之習知技術者將理解，可用其他類型的RF電漿系統來進行所述製程。用於所述方法之控制演算法可駐留在控制器150中，或者機器相容性控制電路系統可經配置以控制電漿處理腔室120的運作。這些控制演算法可以全部或部分地實作為軟體或韌體實作邏輯，及/或實作為硬體實作邏輯電路。
在製程之前，可例如透過方法500，就與RF電漿系統100相關聯之各V/I探針，決定合適的校正係數。舉例而言，就V/I感測器152而言，就電壓拾取器311、電流拾取器312、電壓拾取器321、電流拾取器322、電壓拾取器331及電流拾取器332中的每一者，決定合適的校正係數。此外，在第二RF產生器140經配置以產生混合頻率的實施例中，也就各頻率決定來自RF電漿系統100的測量電路系統之系統相位偏移。
方法600始於方塊601，其中由第二RF產生器140在特定RF頻率及輸出量級下產生RF功率。於方塊601產生之RF功率的量級意欲導致耦合至處理區域246之目標RF功率。一般而言，目標RF功率與電漿處理腔室120中運行的特定製程相關聯。因此，就不同的製程而言，可在方塊601利用不同的目標RF功率。
於方塊602，V/I感測器152可產生至少第一電壓訊號及第二電壓訊號，其中電壓拾取器311可產生第一電壓訊號，且電流拾取器312可產生第二電壓訊號。第一電壓訊號與通過V/I探針310的測量開口315之RF電壓成比例，且第二電壓訊號與通過V/I探針310的測量開口315之RF電流成比例。在V/I感測器152包括多個探針的實施例中，V/I感測器可產生額外的電壓訊號，如測量與導電引線161及162相關聯之RF電壓和電流的電壓訊號。
於方塊603，決定輸送至電漿處理腔室120中之處理區域246的實際RF功率。在某些實施例中，決定輸送的實際RF功率可包括將第一校正係數應用在第一電壓訊號，並將第二校正係數應用在第二電壓訊號。如上文所註記，通常在先前進行的校正製程(如方法500)中決定第一及第二校正係數。
在決定輸送至處理區域246之實際RF功率的過程中，控制電路系統150可從記憶體擷取第一校正係數及第二校正係數，並接著將適當的校正係數與從適當的V/I探針所收集的適當測量訊號相乘，以決定經修正的測量訊號值，接著可用所述經修正的測量訊號值控制由各個RF產生器所提供之RF功率，及/或調整與各個RF源之相應(多個)RF匹配元件相關聯之RF匹配參數。舉例而言，在某些實施例中，第一電壓訊號乘以第一校正係數，以產生所測得的電壓值，所測得的電壓值實際上指示了通過V/I感測器152之實際電壓，且第二電壓訊號乘以第二校正係數，以產生所測得的電流值，所測得的電流值實際上指示了通過V/I感測器152之實際電流。接著可根據所測得的電壓值及所測得的電流值，來計算耦接至處理區域246之實際RF功率。接著，在控制電路系統150內運行的軟體可使用耦接至處理區域246之實際RF功率，以更精確地控制處理腔室中進行的製程，及/或在圖形化使用者介面(如，監視器或顯示器)上顯示的製程，圖形化使用者介面可耦接至控制電路系統150且可供使用者存取。
在某些實施例中，耦接至處理區域246的實際RF功率進一步根據所測得的電壓值與所測得的電流值之間測得的相位差。具體而言，在此類實施例中，在測量點處之瞬時傳輸線功率為所測得的電壓值、所測得的電流值，及介於電壓拾取器311和電流拾取器312之間所測得的相位差之餘弦的乘積。接著，在控制電路系統150內運行的軟體可使用所測得的相位差，以更精確地控制在處理腔室中進行，及/或在圖形化使用者介面(如，監視器或顯示器)上顯示之RF相關製程，圖形化使用者介面可耦接至控制電路系統150且可供使用者存取。
在由第二RF產生器140產生混合頻率(mixed frequency)的實施例中，首先從第一電壓訊號(來自電壓拾取器311)與第二電壓訊號(來自電流拾取器312)之間所測得的相位差減去先前決定的系統相位偏移。以此方式，可在於方塊603計算耦接至處理區域246的實際RF功率之前，確定介於電壓拾取器311與電流拾取器312之間的實際相位差。
在某些實施例中，耦接至處理區域246之實際RF功率也基於未被輸送至處理區域245的耗損RF功率。舉例而言，在此類實施例中，輸送至處理區域246的實際RF功率也基於在導電引線161及162中測量的RF功率。
於方塊604，判斷耦接至處理區域246的實際RF功率是否在耦接至處理區域246的目標RF功率之預定範圍內。若是的話，電流輸出量級維持不變，且方法600進行至方塊601；若否的話，600進行至方塊605。
在方塊605中，電流輸出量級可經調整，使得耦接至處理區域246的實際RF功率更接近或等於耦接至處理區域246的目標RF功率。方法600接著進行返回方塊601。
方法600的實作能夠改進高溫環境中之RF電壓、電流、相位及耦接的RF功率之測量及控制。因為可在靠近電漿處理腔室120的處理區域之位置處測量RF電壓和電流，可更準確地決定耦接之RF功率，從而改進電漿處理腔室120的效能，並減少電漿製程的腔室-對-腔室變化。
在本文所揭示的某些實施例中，V/I感測器可包括：平面本體301、測量開口、電壓拾取器及電流拾取器，平面本體301包含非有機之電絕緣材料，測量開口形成於平面本體301中，電壓拾取器設置於測量開口周圍，且電流拾取器設置於測量開口周圍。因為V/I感測器的平面構造和材料組成，V/I感測器可被設置在電漿處理腔室120的高溫表面附近，或甚至與電漿處理腔室120的高溫表面接觸。如上文所註記，在某些實施例中，與通過V/I感測器之RF電壓成比例的電壓訊號，是得自V/I感測器的電壓拾取器部分，且與通過V/I感測器之RF電流成正比的電壓訊號，是得自V/I感測器的電流拾取器部分，由於所感測之訊號的性質，感測器之間不會產生顯著的測量交互作用，因此可最小化測量值中引起的誤差。因此，基於一或多個這些因素，由本文所揭示的一或多個實施例所提供之RF電壓和電流測量值通常比常規放置的V/I感測器更精確。
本實施例的態樣可被實施成系統、方法或電腦程式產品。因此，本揭示內容的態樣可採取完全硬體實施例、完全軟體實施例(包括韌體、常駐軟體、微編碼(micro-code)，等等)或結合軟體態樣與硬體態樣的實施例，在本文中，這些實施例通常可全部稱作「電路」、「模組」或「系統」。此外，本揭示內容的態樣可採取電腦程式產品的形式，所述電腦程式產品可被實施成一或多個電腦可讀媒體，所述電腦可讀媒體上可實施電腦可讀程式碼。
可利用一或更多個電腦可讀媒體之任何組合。電腦可讀媒體可為電腦可讀訊號媒體或電腦可讀儲存媒體。電腦可讀儲存媒體可為，例如，但不限於，電子、磁、光學、電磁、紅外線或半導體系統、設備或裝置或前述之任何適當的組合。電腦可讀儲存媒體之更多具體實例(非窮舉列表)可包括以下者：具有一或更多條導線之電連線、可攜式電腦磁碟、硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、可攜式光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、光學儲存裝置、磁性儲存裝置或前述之任何適當的組合。在此文件之上下文中，電腦可讀儲存媒體可為任何有形媒體，該有形媒體可包含或儲存由指令執行系統、設備或裝置使用之程式，或與指令執行系統、設備或裝置有關之程式。
儘管前文涉及本揭示內容的實施例，可在不悖離本揭示內容的基本範疇之情況下衍生其它和進一步的實施例，且本揭示內容的範疇由隨附申請專利範圍決定。
100‧‧‧RF電漿系統
120‧‧‧電漿處理腔室
130‧‧‧第一RF產生器
131‧‧‧第一RF匹配
132‧‧‧傳輸線
140‧‧‧第二RF產生器
141‧‧‧第二RF匹配
142‧‧‧傳輸線
150‧‧‧控制器/控制電路系統
151‧‧‧V/I感測器
152‧‧‧V/I感測器
152A‧‧‧V/I感測器
152B‧‧‧V/I感測器
153‧‧‧訊號引線
154‧‧‧訊號引線
154A‧‧‧訊號引線
154B‧‧‧訊號引線
160‧‧‧加熱器電源
161‧‧‧導電引線
162‧‧‧導電引線
170‧‧‧RF濾波器
202‧‧‧壁
204‧‧‧底部
206‧‧‧狹縫閥開口
208‧‧‧基座
209‧‧‧加熱元件
210‧‧‧基板
212‧‧‧軸件
214‧‧‧真空泵
216‧‧‧閥
218‧‧‧氣體源
221‧‧‧耦接點
222‧‧‧耦接點
223‧‧‧管
224‧‧‧腔室蓋
226‧‧‧背板
227 228‧‧‧氣體分配噴頭
230‧‧‧氣體通道
234‧‧‧懸吊件
238‧‧‧陰影框架
240‧‧‧凸部
242‧‧‧金屬桿
243‧‧‧帶子
246‧‧‧處理區域
247‧‧‧連接點
250‧‧‧波紋管
285‧‧‧區域
301‧‧‧平面本體
301A‧‧‧頂表面
301B‧‧‧底表面
302‧‧‧接地平面
302A‧‧‧接地的層
302B‧‧‧接地的層
302C‧‧‧互連穿孔
310‧‧‧V/I探針
311‧‧‧電壓拾取器
311A‧‧‧導電環
312‧‧‧電流拾取器
313‧‧‧電路跡線
314‧‧‧電路跡線
315‧‧‧測量開口
316‧‧‧導電穿孔
320‧‧‧V/I探針
321‧‧‧電壓拾取器
322‧‧‧電流拾取器
325‧‧‧測量開口
330‧‧‧V/I探針
331‧‧‧電壓拾取器
332‧‧‧電流拾取器
335‧‧‧測量開口
401‧‧‧中央導體
402‧‧‧外屏蔽導體
454‧‧‧RF電流測量電路
455‧‧‧RF電壓測量電路
500‧‧‧方法
501~503‧‧‧方塊
600‧‧‧方法
601~605 方塊
為了能夠詳細理解本揭示內容的上述特徵的方式，可以通過參考實施例來獲得上面簡要總結的本揭示內容的更具體描述，其中一些在附圖中示出。然而，要注意的是，附圖僅圖解本揭示內容的典型實施例並且因此不被認為是對本揭示內容之範圍的限制，因為本揭示內容可以允許其他等效實施例。
第1圖為圖解根據本揭示內容的各種實施例之射頻(RF)電漿處理系統的方塊圖。
第2圖為根據本揭示內容的各種實施例所配置之第1圖中之RF電漿處理系統的電漿處理腔室之示意截面視圖。
第3A圖為根據本揭示內容的各種實施例，第1圖中之RF電漿處理系統中的V/I感測器之示意平面視圖。
第3B圖為沿著第3A圖中之截面A-A所截取之第1圖中之RF電漿處理系統中的V/I感測器之示意截面視圖。
第4A及4B圖為根據本揭示內容的各種實施例，第3A及3B圖中之V/I感測器的V/I探針的工作原理圖。
第5圖闡述了根據本揭示內容的各種實施例之用於校準V/I感測器的處理步驟的流程圖。
第6圖闡述了根據本揭示內容的各種實施例之用於對施加至電漿處理腔室之RF功率進行控制的處理步驟之流程圖。
為有助於理解，在可能的情況下已使用相同的元件符號來表示圖式中的相同元件。可以預期，一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
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Claims (20)

  1. 一種電壓-電流感測器組件，包含： 一平面本體，包含一非有機之電絕緣材料；一測量開口，形成於該平面本體中；一電壓拾取器(voltage pickup)，設置在該測量開口周圍，其中該電壓拾取器電耦接至一第一電壓測量電路；以及一電流拾取器(current pickup)，設置在該測量開口周圍，其中該電流拾取器電耦接至一第一電流測量電路。
  2. 如請求項1所述之電壓-電流感測器組件，其中該電壓拾取器包括一導電環，該導電環形成於該測量開口周圍，且該電流拾取器包括一環形線圈，該環形線圈形成於該平面本體內並設置於該測量開口周圍。
  3. 如請求項2所述之電壓-電流感測器組件，其中該環形線圈設置在該導電環周圍。
  4. 如請求項2所述之電壓-電流感測器組件，其中該環形線圈包括複數個串列互連迴圈，各迴圈包含： 一第一導體，形成於該平面本體之一第一表面上； 一第二導體，形成於該平面本體之一第二表面上； 一第一導電穿孔，穿過該平面本體而形成並接觸該第一導體及該第二導體；以及 一第二導電穿孔，穿過該平面本體而形成並接觸該第二導體。
  5. 如請求項1所述之電壓-電流感測器組件，進一步包含： 一附加的測量開口，形成於該平面本體中； 一附加的導電環，設置在該測量開口周圍，其中該附加的導電環電耦接至一第二電壓測量電路；以及 一附加的環形線圈，埋設於該平面本體中，並設置在該附加的測量開口周圍，其中該附加的環形線圈電耦接至一第二電流測量電路。
  6. 如請求項5所述之電壓-電流感測器組件，其中形成於該平面本體中之該測量開口經配置以接納一導電元件，該導電元件經配置以將RF功率提供給一RF電極或一RF線圈，當RF功率藉由一RF源提供至該導電元件時，該RF電極或該RF線圈與一電漿處理腔室之一處理區域電子通訊(electrical communication)，且該附加的測量開口經配置以接納一導電引線，該導電引線不耦接在一RF生成源與一接地之間，該接地係耦接至該電漿處理腔室。
  7. 如請求項1所述之電壓-電流感測器組件，其中該測量開口經配置以容納一射頻傳輸線、一導電引線或一導電結構中之一者。
  8. 如請求項1所述之電壓-電流感測器組件，其中該非有機材料包含：陶瓷、雲母或鐵素體(ferrite)。
  9. 一種電漿處理腔室，包含： 一腔室本體； 一放電電極，設置在該腔室本體內； 一電壓-電流感測器，該電壓-電流感測器安裝至該腔室本體之一大氣表面(atmospheric surface)，並包含一平面本體，該平面本體包含一非有機之電絕緣材料，其中該電壓-電流感測器包括一第一電壓測量電路及一第二電流測量電路；以及 一射頻傳輸線，該射頻傳輸線透過該電壓-電流感測器之一測量開口饋電，並將射頻功率電耦接至該放電電極。
  10. 如請求項9所述之電漿處理腔室，其中該放電電極包含一基板支撐件或一氣體分配板。
  11. 如請求項9所述之電漿處理腔室，其中該電壓-電流感測器進一步包含： 一導電環，設置於該測量開口周圍，其中該導電環電耦接至該第一電壓測量電路；以及 一環形線圈，埋設於該平面本體中，並設置在該測量開口周圍，其中該環形線圈電耦接至該第一電流測量電路。
  12. 如請求項11所述之電漿處理腔室，其中該放電電極包含一基板支撐件，該基板支撐件包括一加熱線圈及一電導線，該電導線電耦接至該加熱線圈，且該電壓-電流感測器進一步包含： 一附加的測量開口，形成於該平面本體中； 一附加的導電環，設置於該附加的測量開口周圍，其中該附加的導電環電耦接至一第二電壓測量電路；以及 一附加的環形線圈，埋設於該平面本體中，並設置在該附加的測量開口周圍，其中該附加的環形線圈電耦接至一第二電流測量電路， 其中該電導線透過該附加的測量開口饋電。
  13. 如請求項12所述之電漿處理腔室，其中該電漿處理腔室進一步包含一射頻濾波器，該射頻濾波器在電性上位於該基板支撐件與一加熱器電源之間，該加熱器電源用於該加熱線圈。
  14. 如請求項13所述之電漿處理腔室，其中該大氣表面包含該射頻濾波器之一表面。
  15. 如請求項11所述之電漿處理腔室，其中該大氣表面包含一基板支撐件之一表面，且該電壓-電流感測器設置於該基板支撐件內。
  16. 如請求項9所述之電漿處理腔室，其中該電壓-電流感測器位於該電漿處理腔室之一區域內，該區域藉由一或多個接地的或屏蔽的製程腔室元件而與外部雜訊源至少部分隔離。
  17. 如請求項9所述之電漿處理腔室，其中該放電電極包含一基板支撐件，該基板支撐件於一連接點處耦接至該射頻傳輸線，且其中該電壓-電流感測器位在該連接點處或接近該連接點。
  18. 如請求項17所述之電漿處理腔室，其中該連接點對應至沿著該射頻功率中之一駐波的一點，該射頻功率電耦接至該放電電極，該駐波在該點處具有一最小波幅。
  19. 一種非暫態電腦可讀媒體，儲存有指令，當由一處理器執行時，致使該處理器進行以下步驟： 使一第一量級之RF功率產生並經由一傳輸線傳送至一電漿處理腔室，該傳輸線透過一測量開口饋電，該測量開口形成於一感測器之一平面本體中，其中該感測器安置在該電漿處理腔室上或直接耦接至該電漿處理腔室； 接收來自一電壓拾取器之一第一電壓訊號和來自一電流拾取器之一第二電壓訊號，該電壓拾取器設置於該測量開口周圍，且該電流拾取器設置於該測量開口周圍，其中該第一電壓訊號及該第二電壓訊號係回應經由該傳輸線所傳送之該RF功率而產生； 根據該第一電壓訊號、該第二電壓訊號、應用於該第一電壓訊號之一第一校正係數及應用於該第二電壓訊號之一第二校正係數，決定一實際RF功率，該實際RF功率耦接至該電漿處理腔室； 決定耦接至該電漿處理腔室之該實際RF功率是在一目標RF功率之一預定範圍之外；以及 回應於確定該實際RF功率是在該預定範圍之外，使一第三量級之RF功率產生並經由該傳輸線傳送至該電漿處理腔室。
  20. 如請求項19所述之非暫態電腦可讀媒體，其中該第一校正係數是根據來自該電壓拾取器之一第三電壓訊號，該第三電壓訊號是回應一第二量級之RF功率而產生，該第二量級之RF功率經由該傳輸線傳送至一虛擬負載，該虛擬負載匹配於該傳輸線，且該第二校正係數是根據來自該電流拾取器之一第四電壓訊號，該第四電壓訊號是回應經由該傳輸線傳送至該虛擬負載的該第二量級之該RF功率而產生。
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