TW201924493A - 匹配源阻抗的驅動系統和操作其的方法 - Google Patents

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Abstract

一種在一參考點（例如，在產生器輸出處）具有一有效源阻抗Zg 之射頻(RF)產生器包括一參考輸入，且控制相對於在該參考點處在參考輸入K(v+Zgi)下接收之一信號之幅度及相位，其中v及i分別為在該參考點處之電壓及來自該參考點處之產生器之電流，且K為一純量。該產生器維持在傳遞時及在吸收功率時的K(v+Zgi)之控制。

Description

匹配源阻抗的驅動系統和操作其的方法
本揭露之態樣係關於用於驅動電漿處理系統之改良方法及系統。
電漿處理系統用以使用諸如化學氣相沈積（CVD）及物理氣相沈積（PVD）之製程將薄膜沈積在一基板上，以及用以使用蝕刻製程自基板移除膜。電漿通常藉由將射頻（RF）或直流（DC）發電機耦接至一電漿腔室而產生，該電漿腔室填充有在低壓下注射至電漿腔室內之氣體。典型地，使用耦接至一阻抗匹配網路之一RF產生器將RF功率施加至電漿腔室。該匹配網路又耦接至一天線，該天線耦接至電漿。在本申請中使用之普通天線為電容耦合式電極及電感耦合式線圈。
維持基板之表面上的均勻沈積或蝕刻速率係必要的。對腔室中之電磁場分佈之控制為達成均勻沈積及蝕刻速率過程中之一因素。可藉由使用具有多個輸入之天線或多個天線，且用受控制之振幅及相對相位驅動天線輸入，來改良電磁場分佈。自一單一RF產生器分裂輸出，以便按所需振幅與相位關係驅動多個天線輸入，這是難以實施。使用耦接至天線輸入之單獨RF發生器需要新類型之RF產生器，此係由於介於輸入之間的強耦合導致介於產生器之間的不合需要之相互作用之可能性，外加其他難題。牢記尤其此等觀察結果，設想出本揭露之態樣。
根據一個具體實例，一種在一參考點處（例如，在產生器輸出處）具有一有效源阻抗Zg 之射頻(RF)產生器，其包括一參考輸入，且控制相對於在該參考點處在參考輸入K (v +Zg i )下接收之一信號之相位的幅度（magnitude ）及相位（phase），其中v 及i 分別為在該參考點處之電壓及來自該參考點處之產生器之電流，且K 為一純量。在又一具體實例中，該產生器維持在傳遞時及在吸收功率時的K (v +Zg i )之控制。
本揭露之具體實例提供一種用於一多輸入電漿腔室之一匹配源阻抗驅動系統，其使用多個相位鎖定源（RF產生器），其中每一源經控制以傳遞關於源之源阻抗計算的正向功率，以驅動電漿腔室之多個輸入。然而已藉由一單一RF產生器及一固定或可變分佈網絡實施習知技術以驅動至一電漿腔室之多個天線輸入，實務上，已難以在同時將良好匹配阻抗提供至產生器之輸出時而維持該等輸入之間的充分振幅與相位關係。在各問題當中，本揭露之具體實例藉由提供一RF產生器提供對此問題之一解決方案，當傳遞時及當吸收功率時，該RF產生器控制著關於在某一參考點（典型地，產生器之）處之電壓與電流之線性組合的在一參考輸入處提供之一輸入信號之一幅度及一相位。若將電壓與電流之此線性組合選擇為一純量乘以電壓與電流與產生器之源阻抗相乘之總和，控制之量（有效地，純量乘以如在散射參數之理論中遇到的正向或入射分量）對呈現給產生器之阻抗係不敏感。另外，在RF頻率下利用並聯較小電流源可使此方法對無限參考阻抗情境有吸引力。
為了達成電漿腔室中之均勻電漿激發，可利用至激發天線之多個輸入，其可用該等多個輸入當中之某一振幅與相位關係來同調（coherently）地驅動。一旦判定（理論上或經由實驗）創造電漿腔室中之所要的電磁場之一激發，則可以眾多方式指定該激發。舉例而言，若在所有N 個輸入處之電壓經記錄，則指定在N 個輸入處之電壓為所要的激發之一個規範。替代地，可將所需電壓施加至該系統，且量測N 個輸入電流。指定N 個輸入電流為在腔室中產生相同電磁場之一等效規範（假定，該系統良好表現，且不承認如一些非線性系統可進行之多個解決方案）。一般而言，在每一輸入處，可指定等效於所要的激發之電壓與電流之線性組合。指定激發以驅動多個輸入之方式之選擇（例如，電壓、電流或其組合，諸如，正向分量）常不在用以驅動該等輸入的源之提供者之控制下，此係由於其常由電漿處理設備之使用者判定。對於一給定指定激發，用於產生設備的源阻抗之正確選擇常常重要。舉例而言，若將振幅與相位關係指定正向電壓（亦即，電壓加電流乘以一參考阻抗），則用具有等於參考阻抗之一源阻抗之一產生器驅動該等輸入顯著地簡化了控制問題，此係因為在這情況下，受控制之變數對由電漿系統呈現給產生器之阻抗不敏感。
一重要控制參數為傳遞至電漿系統之總功率。使用單一產生器及分佈網絡將功率分佈至天線輸入，允許對傳遞至電漿系統的總功率之簡單控制。然而，控制電壓與電流之線性組合不直接控制傳遞功率。（取決於呈現給產生器之阻抗，用於所選擇的電壓與電流之線性組合之相同值將導致傳遞功率之不同值）。電漿負載之非線性本質以及達到其目標值的個別產生器之間的延遲及電漿負載之變化，可導致在個別產生器正接近電壓與電流之其目標化線性組合時，過多之功率傳遞至電漿。預期地，除了控制電壓與電流之線性組合外，每一個別產生器將具有關於諸如傳遞功率及關於某一參考阻抗計算的正向與反射功率之組合的參數之限制。亦預期地，個別產生器將對一主控制器報告選自電壓、電流、阻抗、傳遞功率、正向功率及反射功率之量測結果或此等量測結果之衍生物（例如，負載反射係數、無功功率等），該主控制器將針對每一產生器調整電壓與電流之目標化線性組合，以確保與總傳遞功率目標及其他準則（諸如，由一個別產生器傳遞之最大功率、在一或多個輸入處之最大電壓等）之遵從性。若執行此功率控制，則可在一些情況下僅多達一比例因數控制著在天線輸入處的電壓與電流之線性組合，。舉例而言，若至個別產生器之設定點為（s1、s2……sN），則可將該等設定點調整至k（s1、s2……sN），其中k為一實數，以便維持多達一比例因數之輸入，同時滿足一總傳遞功率要求。
比起其他（例如，若天線磁耦接至電漿，則電流可比電壓更與電磁場密切有關；若天線電容耦接至電漿，電壓可比電流更與電磁場密切有關），電壓與電流之具體線性組合可與腔室中之所要的電磁場更密切有關。可引起使產生器對電漿系統中之變化不敏感的電壓與電流之線性組合使電磁場分佈對電漿系統中之小改變敏感之情形。在此情況下，藉由調整給予產生器之設定點，可獲得對電磁場變化之密切控制，以便維持與電漿腔室中之電磁場密切有關的電壓與電流之那些線性組合。可藉由干擾產生器設定點以判定在操作點周圍的系統之線性化回應且接著計算對產生器設定點之調整，來判定所需之調整。為了實現此等計算，應自每一產生器獲得電壓與電流之兩個線性獨立組合。（例如，電壓與電流；或關於具有一非零電阻性部分之一阻抗計算的正向與反射功率；或電壓加電流及電壓減電流等）。
為了說明該過程，令匹配連接至第k 個天線輸入之第k 個產生器之產生器源阻抗的電壓與電流之線性組合為fk ，且自產生器獲得的電壓與電流之第二線性獨立組合為rk 。將Ak 定義為使fk 及rk 分別與在第k 個天線輸入處之電壓vk 及電流ik 有關之矩陣：令使電磁場分佈對電漿系統中之小改變不敏感的在第k 個天線輸入處的電壓與電流之線性組合為ck 。 將Ck 定義為使ck 與vk 及ik 有關之矩陣。令在操作點周圍的系統之線性化回應為H 。其中Δ表示（大體而言小）改變：可藉由一次干擾一個產生器逐行判定線性化之回應矩陣H ，如下：假定導致所要的電磁場分佈的ck 之值係已知的，且由於ck 之當前值可自fk 及rk 計算，因此對於k = 1 、 2 …… N ，達成期望值的c k 之所要的改變Δck 係已知的。其中I k 為N 乘N 單位矩陣之第k 列： 注意，對於調整fk 以達成所要的ck 以收斂至期望值的重複過程，H 未必為精確已知。若已知對H 之良好估算則干擾產生器以判定H 之步驟可全部省略，或者視情況而定不頻繁地計算或每次計算。注意，矩陣M 為可逆的是被假定的——情況可能不始終如此，且在一些情況下，M 可經不良地調節使得此過程將不起作用，但預期地，在許多應用中，此過程可導致至所要的ck 之收斂。
電漿腔室之提供者可指定限制情況，諸如，對應於指定電壓之零參考阻抗，及對應於用於對電漿腔室通電之指定電流之無窮大參考阻抗。在此等限制性情況下，適當產生器為用於零參考阻抗情況之電壓源，及用於無窮大參考阻抗情況之電流源。然而，分裂自單一產生器之輸出且使用可變阻抗元件以達成所要的相位與振幅關係之習知技術實施起來已花費高且相對困難。
圖1說明根據本揭露之一個具體實例的可用以驅動電漿腔室102之天線（例如，電極）112之一實例匹配源阻抗驅動系統100。電漿腔室102包括用以含有用於處理（例如，沈積或蝕刻）之電漿104的一殼體及一基板106。根據本揭露之具體實例，匹配源阻抗驅動系統100包括多個RF產生器108，其各經組態以量測在一參考點122處的電壓124與電流126之線性組合，以及一參考信號110。當傳遞時及當吸收功率時，該產生器進一步將電壓與電流之此線性組合相對於參考信號之幅度及相位，調整至自系統控制器116接收到之一目標值。
電漿腔室102可為能夠產生電漿以用於處理基板106之任何類型。舉例而言，雖然展示電漿腔室102具有三個天線112，但應理解，電漿腔室102可具有任何合適數量個天線112，或至單一或多個天線之單一或多個輸入。另外，預期地，電漿腔室102可包括在電漿腔室102內的電線之多個線圈（代替電極112），該等線圈充當用於將電磁能發射至電漿腔室102內之天線。參考信號110可由信號產生器114或由產生器108中之一者提供。產生器亦可共用一共同DC供應器118（在電力軌120上），來自該共同DC供應器之功率可由將功率傳遞至電漿系統之產生器108吸收，且由自電漿系統吸收功率之產生器108返回。
為了達成電漿腔室中之均勻電漿激發，可利用至激發天線之多個輸入。按該等輸入之間的某一指定振幅與相位關係同調地驅動此等輸入。當前先進技術已使用與一固定或可變分佈網絡耦合之一單一RF產生器來驅動多個天線（例如，電極）輸入。實務上，難以維持所需之振幅與相位關係並同時提供一良好匹配阻抗至單一RF產生器。若使用多個鎖相產生器來驅動單獨之電極輸入，則該問題可簡化。然而，頻繁引起之複雜性係，該等產生器中之一些可能需要吸收功率以便維持所需之振幅與相位關係。然而，習知產生器未經設計成以受控制方式吸收功率；即，在吸收功率時提供在產生器輸出或某一其他定義之參考點處的電壓與電流之某一線性組合之指定振幅及相對相位。
除了以受控制方式吸收功率之能力外，其亦可適用於使產生器之源阻抗匹配電壓與電流的請求之線性組合，使得請求之組合對電漿之改變不太敏感。舉例而言，若將振幅與相位關係指定為正向（入射）分量（亦即，(v + Zo i )/[2√Real(Zo )]，其中v 為電壓，i 為電流且Zo 為參考阻抗），則用具有等於此參考阻抗之一源阻抗的一產生器驅動該輸入顯著地簡化控制問題，此係因為在彼情況下，受控制之可變正向（入射）分量對由電漿系統呈現給產生器之阻抗不敏感。通常，限制情況是被指定的，諸如對應於指定電壓的零參考阻抗，及對應於指定電流之無窮大參考阻抗。在限制情況中，適當的產生器分別為電壓源及電流源。
圖2為說明在與一負載206耦接之在某一參考點（典型地，產生器之輸出）處有效的RF產生器108之Thévenin等效電路208之圖200。眾所周知，此Thévenin等效電路很好地模型化實際產生器之行為（見美國專利申請20150270104）。Thévenin等效電路208包括一Thévenin等效電壓源（V ）202，其與一Thévenin等效阻抗（Zo ）204耦接，如所展示。另外，Thévenin等效電路208具有一輸出 ，其耦接至負載阻抗（ZL ）206。產生器108之源阻抗為Thévenin等效阻抗204。
自在至負載206之介面處的產生器之角度看來，關於產生器源阻抗計算之正向（入射）分量（其經按比例調整使得正向分量之平方幅度為入射於負載上之正向功率）為：此處，v 為產生器之輸出電壓，且i 為來自產生器208之電流。 既然由此可見，正向分量a 與V成比例且獨立於負載阻抗ZL 206。在產生器之此模型中，V傾向於針對至產生器功率放大器或轉換器之一固定控制輸入保持固定。因此，控制一純量乘以電壓加電流乘產生器源阻抗使該受控制量對負載阻抗不敏感。
在一特定實例中，兩個天線112由兩個RF產生器108在單頻（例如，13.56 MHz）下驅動。此實例不排除耦接至同一電漿腔室102的額外天線112之存在，該額外天線112可能亦具有在相同或另一頻率（例如，2 MHz）下驅動之對應的輸入。另外，本實例僅係關於在激發之頻率下之電磁場、電壓及電流，且無關諧波含量、混合產物及互調變（intermodulation）產物，雖然此類可能是重要的。
在天線112輸入處選擇控制什麼之是稍微任意的。舉例而言，如果在場分佈是如需要時量測在每一輸入處的電壓之振幅及相對相位的話，則在一相同系統上重複那些電壓將導致相同的場分佈。替代地，可控制在一些輸入處之電流及在其他輸入處之電壓。一般而言，控制在每一天線112處之電壓與電流之線性組合控制著電場分佈。在此特定實例中，輸入將限於可明確地定義電流及電壓之輸入。
控制在每一天線112輸入處的電壓與電流之線性組合控制著所有輸入電壓及所有輸入電流。因此，經由量測或經由計算（假定已知網路之性質）給定一組輸入條件，則在所有輸入處之所有電壓及所有電流係已知的。在天線112之輸入處的任一組之電壓（v ）與電流（i ）的線性組合，可因此轉換至不同一組之電壓與電流的線性組合。舉例而言，給定在一個輸入處10.0安培（10 + j0）及在第二輸入處（3 + j5）安培之一需要的激發，則可將電流施加至該等輸入，且可在此激發下量測在該等輸入處之電壓。舉例而言，若在此激發下，將在第一及第二輸入處之電壓分別量測為（55 - j20）伏特及（-2 - j3）伏特，則以下系統中之任一者將導致其中產生器（源）對電漿負載不敏感之一系統： 1）使用兩個電流源按以下規範驅動兩個輸入： （10 + j0）A及（3 + j5）A：及 2）使用具有（58.5 + j0）V及（-0.85 - j3.5）V之規範的兩個電壓源； 3）使用具有具0°之正向分量角度之1542 W正向功率及具61°之正向分量角度之415 W正向功率的規範之兩個50歐姆源阻抗產生器。 4）使用具有（58.52 + j0）V及具有39.4°之一正向分量角度的關於3 - j2歐姆計算之27.1 W正向功率之一規範的一電壓源及一3 - j2歐姆源阻抗產生器。 注意，對於此實例，在所有情況下，第一產生器將550 W傳遞至5.5 - j2歐姆負載內，且第二產生器自-0.62 + j0.03歐姆負載吸收21 W，且存在此類型之眾多實例。
圖3A說明根據本揭露之一個具體實例的可供圖1之系統100用作一產生器108之一實例RF產生器300。RF產生器300包括如所展示耦接在一起之一DC源302、一半橋接器304、一濾波器306、一感測器308、一量測系統310及一控制器312。DC源302、半橋接器304、感測器308、量測系統310及控制器312形成反饋迴路，以用於將輸出維持在相對於參考信號314的一幅度及相位下，該參考信號314係藉由一系統控制器（例如，圖1之116）經由一通信頻道316命令的。
習知RF產生器未經設計成以受控制方式吸收真功率。意即，其未典型地經設計成藉由對在某一參考點（例如，在產生器之輸出連接器或沿著電力輸送系統之某一其他點處）處的電壓、電流或電壓與電流之線性組合之相位之控制來吸收受控制之功率量。然而，在可能需要以受控制方式吸收功率之情況中，如所展示的RF產生器300之具體實例可適合於驅動電漿腔室102之個別天線112輸入。
RF產生器300可具備可吸收功率之一引擎（例如，功率放大器、轉換器反相器等）。另外，RF產生器300可具備自其接收一相位參考信號314之一輸入。RF產生器300亦可具備一量測及控制系統，其允許產生器以受控制方式傳遞及吸收功率。此外，可校準RF產生器300，以便用於當電壓與電流之線性組合之相位被控制在相對於在相位參考輸入處接收之輸入的某一參考點處之時，功率之相對準確傳遞及吸收。
如所展示之RF產生器300，在傳遞或吸收功率時，其能夠相對於在某一參考點處的電壓與電流之一線性組合之一參考，控制幅度及相位。當吸收功率時，功率可返回至DC源302。此功率可接著經耗散或用以做有用功，例如藉由將功率供應至其他RF產生器300，該其他RF產生器300例如經由一共同電源供應器匯流排120將功率傳遞至電漿腔室102。
可在允許展開及維持指定輸出之任何合適模式中操作RF產生器300。在各種具體實例中，RF產生器300可具有一有限源阻抗、零源阻抗（亦即，電壓源）或無窮大源阻抗（亦即，電流源）。可藉由在線性而非開關模式操作中操作半橋接器，或藉由在平衡放大器組態中組合兩個半橋接器，以在提供一有限源阻抗時維持效率來達成有限源阻抗。在開關模式中操作半橋接器，及例如使用連接於半橋接器與輸出之間的一串聯共振LC濾波器，或使用具有180°延遲或更一般地具有等於90°之偶數倍的一延遲之濾波器306，創造零源阻抗產生器。在開關模式中操作半橋接器，及使用具有90°延遲或更一般地具有等於90°之奇數倍的一延遲之濾波器306，創造無窮大源阻抗產生器。
90°之偶數與奇數倍延遲將常常對於90°之正及負倍數適用。具有一負延遲之濾波器可具有正相位超前。90°延遲濾波器之相對簡單實現可包括具有電抗X之一串聯（series）電感器，接著為具有電抗-X之一分路（shunt）電容器。此濾波器將具有振幅V之一電壓源轉換至具有振幅V/Z0 之一電流源，其中Z0 等於L/C之平方根，其中L為電感器之電感且C為電容器之電容。此實例大體描述藉由一電壓源在其共振頻率下操作之一串聯共振槽電路，諸如，驅動槽電路且選取電壓源連接至電容器之處與電感器與電容器之間的連接之間的輸出之半橋接器。對應的90°延遲相位超前（或-90°延遲）濾波器具有電抗-X之一串聯電容器及電抗X之一分路電感器。此濾波器亦可將具有振幅V之一電壓源轉換至具有振幅V/Z0 之一電流源，其中Z0 等於L/C之平方根，其中L為電感器之電感且C為電容器之電容。此實例亦可描述藉由一電壓源在其共振頻率下操作之一串聯共振槽電路，諸如，驅動槽電路但在此情況下選取電壓源連接至電容器之處與電感器與電容器之間的連接之間的輸出之半橋接器。
在此上下文中，濾波器延遲可被看作當輸出在電阻性負載中端接時的電壓轉移功能之相位延遲。任意延遲（例如30°）之濾波器對端接濾波器之負載電阻敏感，從而僅在一具體端接負載電阻下達成30°延遲。針對高達某一高電阻器值之廣泛範圍之端接電阻器值，具有等於90°之奇數倍之一延遲的濾波器維持此延遲，且針對低至某一低電阻器值之廣泛範圍之端接電阻器值，等於90°之偶數倍之一濾波器延遲維持此延遲。當考慮濾波器延遲時，延遲通常在產生器中之某一節點（例如，圖3A中之節點a）與參考點之間，且可因此包括諸如感測器308之電路系統對該延遲之效應。歸因於實際限制，真實電壓及電流源難以建構。若達成之源阻抗Zo 足夠低（例如，|Zo |＜ 10），則RF產生器300可僅控制其輸出電壓。若達成之源阻抗Z0 足夠高（例如，|Z0 | ＞ 250），則RF產生器300可僅控制其輸出電流。
無RF產生器可自被動負載吸收功率，但在連接至同一電漿系統之多個產生器之情況下，該等產生器中之一些產生器傳遞功率且一些產生器可吸收功率。自連接至一天線112輸入的一產生器300之角度來看，產生器300連接至一電源，產生器300需要自天線112輸入吸收功率。RF產生器300之Thévenin等效電壓之振幅與相位之調整，允許自其連接至的源受控制地吸收功率，其限制條件為來自產生器連接至的源之可用功率大於RF產生器300需要吸收之功率。實際限制可更有限制性，且操縱所選擇的線性組合之功率及相位之電壓與電流之能力亦受到RF產生器300之能力（諸如，RF產生器300之電壓、電流及功率限制）限制。可藉由調整DC源302來調整產生器300之Thévenin等效電壓源之振幅，且可藉由調整半橋接器304開關之時序來調整相位。
半橋接器304通常自任何合適類型之兩個開關形成，諸如，兩個金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）或高電子遷移率電晶體（HEMT）。
感測器308可為方向耦合器或電壓及電流（VI）感測器或任何其他合適感測器。可使用類比電路系統或類比至數位轉換器及數位電路系統實施量測系統310。
控制器312可包括一處理系統，其執行儲存於一記憶體（例如，電腦可讀媒體）中之指令，以控制RF產生器300之操作。在其他具體實例中，預期地，控制器312可以其他具體形式具體化，諸如，使用離散及/或積體類比電路系統、場可程式化閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）或其任何組合。
控制器312可包括一或多個處理器或其他處理裝置及記憶體。該一或多個處理器可處理機器/電腦可讀可執行指令及資料，且記憶體可儲存機器/電腦可讀可執行指令。處理器為硬體，且記憶體為硬體。RF產生器300之記憶體可包括隨機存取記憶體（RAM）及/或其他非暫時性記憶體，例如，諸如一或多個快閃碟或硬碟機之非暫時性電腦可讀媒體。該非暫時性記憶體可包括任何有形電腦可讀媒體，包括例如磁碟及/或光碟、快閃碟及類似者。
圖3B說明根據本揭露之一個具體實例的可供圖3A之RF產生器300使用之一實例濾波器306。濾波器306可包括一電感性預負載電路330。該電感性預負載電路提供用於軟（零電壓）開關之感應電流，而不影響產生器之源阻抗。比未經具體設計成吸收功率之一產生器，經設計成吸收功率之一產生器可需要多的感應電流來在吸收功率時維持軟開關。該濾波器可包括一串聯共振電路340。該串聯共振電路充當一濾波器以移除由半橋接器之開關創造之諧波。在於串聯共振電路340之共振頻率下操作時，具有此特定濾波器拓樸之一放大器300近似一電壓源。濾波器306可含有可變元件350，以使負載匹配產生器。某些可變元件影響產生器源阻抗。產生器300可儲存關於可變元件影響產生器源阻抗之方式的資訊，且使那個資訊可用於例如系統控制器116。
圖4說明根據本揭露之一個具體實例的可經執行以準備驅動電漿系統之一實例過程400。此過程可由系統控制器116、或執行電漿系統之另一控制器、或系統控制器116與執行電漿系統之其他控制器之組合，在具有或無其他控制輸入之情況下進行。在步驟402，電漿系統準備點燃，且可包括調整氣體混合物和壓力以及設定系統中存在之任何可變調諧元件，以增強電漿點燃。在步驟404，點燃電漿，典型地藉由接通產生器中之一些產生器或所有產生器。在步驟406，電漿系統經調整以在點燃後執行，且可涉及調整氣體混合物及壓力、系統中存在之可變調諧元件（例如，可變元件350）及至產生器之功率設定點。在步驟408，將設定點給予產生器，該設定點包括相對於參考信號的控制之量（例如，電流）之相位。在步驟410，評估電漿之均勻性。此可經由電漿腔室中之儀器或經由評估在系統中處理之基板來進行。在步驟412，進行電磁場分佈是否可接受之一判定。若電磁場分佈不可接受，則在步驟414進行至產生器設定點之調整。若作出涉及停止電漿系統之判定，則需要重複步驟402至406，否則，該循環可在步驟408繼續，如在步驟416中所展示。該循環繼續，直至在步驟412作出電磁場分佈可接受之一判定。在步驟418，獲得產生器源阻抗。若產生器中沒有一個產生器具有可變組件且源阻抗固定，則可省略此步驟。在步驟420，將產生器設定點是被相對於關於產生器源阻抗計算之一參考信號轉換至所要的正向分量位準及相位。
圖5說明根據本揭露之一個具體實例的可經執行以驅動電漿系統之一實例過程500。由於此過程涉及閉合迴路控制，因此此過程將通常不由人類操作者進行。典型地，此過程將由系統控制器116或另一可用控制器進行。在步驟502，電漿系統準備點燃，且可包括調整氣體混合物和壓力以及設定系統中存在之任何可變調諧元件，以增強電漿點燃。在步驟504，點燃電漿，典型地藉由接通產生器中之一些產生器或所有產生器。在步驟506，電漿系統經調整以在點燃後執行，且可涉及調整氣體混合物及壓力、系統中存在之可變調諧元件及至產生器之功率設定點。在步驟508，就相對於關於產生器源阻抗計算之一參考信號之所要的正向分量位準及相位而言，將設定點給予產生器。在步驟510，控制器自每一產生器獲得兩個電壓與電流之線性獨立組合，包括這些組合相對於一參考信號之相位關係。在步驟512，依次干擾每一產生器，且記錄電壓與電流之線性組合之量測結果的所得改變。若足夠準確地已知在操作點周圍的系統之線性化之回應，則可省略步驟512。舉例而言，步驟512可在電漿處理步驟之開始時經執行幾次，直至足夠準確地已知線性化之回應，且若調整產生器設定點之過程，未能將使電磁場分佈對電漿系統之改變不敏感的電壓與電流之線性組合，朝向其期望值移動，則再次干擾。在步驟514中，計算產生器設定點之所需改變，以將使電磁場分佈對電漿系統之改變不敏感的電壓與電流之那些線性組合朝向其期望值改變。在步驟516，控制器自所有產生器獲得傳遞之功率量測結果，且計算傳遞至電漿系統之總功率。在步驟520，調整至所有產生器之設定點，以維持傳遞至電漿之總功率。此調整可例如藉由按一純量乘數調整所有設定點來進行。該循環繼續，直至該過程完成，如在步驟518判定。該過程在步驟522停止。該過程僅說明係關於產生器設定點之調整以維持在電漿腔室中之所要的電磁場分佈的過程之那個部分。同時發生之其他過程可包括可變調諧元件、氣體混合物及氣體壓力之調整。
雖然圖4及圖5描述根據本揭露之一具體實例的可經執行以驅動一電漿系統之過程之實例，但在不脫離本揭露之精神及範圍之情況下，所揭示之過程之特徵可以其他具體形式來具體化。舉例而言，控制器（例如，116）可執行與如在本實例中描述之那些操作相比額外、少或不同之操作。作為另一實例，本文中描述的過程之步驟可由圖1中未展示之一計算系統執行，該計算系統可為（例如）控制在電漿腔室102上實施的所有RF產生器300之操作之一單一計算系統。
以上描述包括具體化本揭露之技術的實例系統、方法、技術、指令序列及/或電腦程式產品。然而，應理解，所描述之揭示內容可在無此等具體細節之情況下加以實踐。
在本揭露中，揭示之方法可實施為可由一裝置讀取的指令或軟體之集合。另外，應理解，所揭示之方法中的步驟之具體次序或階層為實例方法之例子。基於設計偏好，應理解，方法中的步驟之次序或階層可重新排列，同時保持在揭示之主題內。隨附方法技術方案以樣本次序呈現各種步驟之要素，且未必意謂限於所呈現之具體次序或階層。
描述之揭示內容可提供為一電腦程式產品或軟體，其可包括具有儲存於其上之指令的一機器可讀媒體，該等指令可用以程式化一電腦系統（或其他電子裝置）以執行根據本揭露之過程。機器可讀媒體包括用於儲存呈可由一機器（例如，電腦）讀取之形式（例如，軟體、處理應用程式）之資訊的任何機構。該機器可讀媒體可包括（但不限於）磁性儲存媒體（例如，硬碟機）、光學儲存媒體（例如，CD-ROM）；磁-光儲存媒體、唯讀記憶體（ROM）；隨機存取記憶體（RAM）；可抹除可程式化記憶體（例如，EPROM及EEPROM）；快閃記憶體；或適合於儲存電子指令的其他類型之媒體。
舉例而言，圖6為說明可在實施本揭露之具體實例過程中使用的主機或電腦系統600（諸如，如圖3A中展示之控制器312或圖1中展示之系統控制器116）之一實例之方塊圖。電腦系統（系統）包括一或多個處理器602-606。處理器602-606可包括一或多個內部層級之快取記憶體（圖中未示）及匯流排控制器或匯流排介面單元，以指引與處理器匯流排612之互動。處理器匯流排612（亦被稱為主機匯流排或前側匯流排）可用以將處理器602-606與系統介面614耦接。系統介面614可連接至處理器匯流排612，以將系統600之其他組件與處理器匯流排612介面連接。舉例而言，系統介面614可包括一記憶體控制器613，以用於將一主記憶體616與處理器匯流排612介面連接。主記憶體616典型地包括一或多個記憶卡及一控制電路（圖中未示）。系統介面614亦可包括一輸入/輸出（I/O）介面620，以將一或多個I/O橋接器或I/O裝置與處理器匯流排612介面連接。一或多個控制器及/或I/O裝置可與I/O匯流排626連接，諸如，I/O控制器628及I/O裝置630，如所說明。
I/O裝置630亦可包括一輸入裝置（圖中未示），諸如，文數字輸入裝置，包括用於將資訊及/或命令選擇傳達至處理器602-606之文數字及其他密鑰。另一類型之使用者輸入裝置包括用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器602-606及用於控制顯示裝置上之游標移動的光標控制器，諸如，滑鼠、軌跡球或游標方向按鍵。
系統600可包括一動態儲存裝置（被稱作主記憶體616），或一隨機存取記憶體（RAM）或耦接至處理器匯流排612之其他電腦可讀裝置，用於儲存待由處理器602-606執行之資訊及指令。主記憶體616亦可用於在由處理器602-606進行的指令之執行期間儲存臨時變數或其他中間資訊。系統600可包括一唯讀記憶體（ROM）及/或耦接至處理器匯流排612之其他靜態儲存裝置，用於儲存用於處理器602-606之靜態資訊和指令。圖6中闡述之系統僅為可根據本揭露之態樣使用或組態的一電腦系統之一個可能實例。
根據一個具體實例，以上技術可由電腦系統600回應於處理器604執行主記憶體616中含有的一或多個指令之一或多個序列而執行。此等指令可經自諸如儲存裝置之另一機器可讀媒體讀取至主記憶體616內。主記憶體616中含有的指令序列之執行可使處理器602-606執行本文中所描述之過程步驟。在替代性具體實例中，電路系統可用來代替軟體指令，或與軟體指令結合使用。因此，本揭露之具體實例可包括硬體及軟體組件兩者。
電腦可讀媒體包括用於儲存或傳輸呈可由機器（例如，電腦）讀取之形式（例如，軟體、處理應用程式）的資訊之任何機構。此等媒體可呈（但不限於）非揮發性媒體及揮發性媒體之形式。非揮發性媒體包括光碟或磁碟。揮發性媒體包括動態記憶體，諸如，主記憶體616。常見形式之機器可讀媒體可包括（但不限於）：磁性儲存媒體（例如，硬碟機）；光學儲存媒體（例如，CD-ROM）；磁-光儲存媒體；唯讀記憶體（ROM）；隨機存取記憶體（RAM）；可抹除可程式化記憶體（例如，EPROM及EEPROM）；快閃記憶體；或適合於儲存電子指令的其他類型之媒體。
本揭露之具體實例包括在此說明書中描述之各種操作或步驟。該等步驟可由硬體組件執行或可以機器可執行指令具體化，該等機器可執行指令可用以使用該等指令程式化之通用或專用處理器執行該等步驟。替代地，該等步驟可由硬體、軟體及/或韌體之組合執行。
咸信，本揭露及其許多伴隨優勢將藉由前述描述被理解，且將顯而易見的是，可在不脫離所揭示之主題或不犧牲其所有材料優勢的情況下對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述之形式僅為解釋性的，且以下申請專利範圍之意圖為涵蓋且包括這類改變。
雖然已參考各種具體實例描述本揭露，但應理解，這些具體實例為說明性的且本揭露之範圍不限於其。許多變化、修改、添加及改良係可能的。更通常地，根據本揭露之具體實例已在特定實施之情況下描述。功能性可在本揭露之各種具體實例中不同地按區塊分開或組合，或用不同術語描述。此等及其他變化、修改、添加及改良可屬於如以下之申請專利範圍中所定義的本揭露之範圍。
100‧‧‧匹配源阻抗驅動系統
102‧‧‧電漿腔室
104‧‧‧電漿
106‧‧‧基板
108‧‧‧RF產生器
110‧‧‧參考信號
112‧‧‧天線/電極
114‧‧‧信號產生器
116‧‧‧系統控制器
118‧‧‧DC供應器
120‧‧‧電力軌
122‧‧‧參考點
124‧‧‧電壓
126‧‧‧電流
200‧‧‧圖
202‧‧‧Thévenin等效電壓源（V）
204‧‧‧Thévenin等效阻抗（Zo ）
206‧‧‧負載/負載阻抗（ZL ）
208‧‧‧Thévenin等效電路
300‧‧‧RF產生器
302‧‧‧DC源
304‧‧‧半橋接器
306‧‧‧濾波器
308‧‧‧感測器
310‧‧‧量測系統
312‧‧‧控制器
314‧‧‧參考信號
316‧‧‧通信頻道
330‧‧‧電感性預負載電路
340‧‧‧串聯共振電路
350‧‧‧可變元件
400‧‧‧可經執行以準備驅動電漿系統之一實例過程
500‧‧‧可經執行以驅動電漿系統之一實例過程
600‧‧‧主機或電腦系統
602‧‧‧處理器
604‧‧‧處理器
606‧‧‧處理器
612‧‧‧處理器匯流排
614‧‧‧系統介面
616‧‧‧主記憶體
620‧‧‧輸入/輸出（I/O）介面
626‧‧‧I/O匯流排
628‧‧‧I/O控制器
本揭露之技術的各種特徵及優勢，將自以下對這些技術之特定具體實例之描述（如同隨附圖式中所說明）而顯而易見。應注意，該等圖式未必按比例繪製；然而，取而代之，重點放在說明技術概念之原理上。另外，在圖式中，相似參考標號在不同視圖中可指代相同部分。該等圖式僅描繪本揭露之典型具體實例，且因此，不應被視為在範圍上為限制性。
圖1說明根據本揭露之一個具體實例的可在一電漿腔室上實施之一實例匹配之源阻抗驅動系統。
圖2說明連接至一負載的一RF產生器之Thévenin等效電路。
圖3A說明根據本揭露之一個具體實例的可供圖1之系統使用之一實例RF產生器。
圖3B說明根據本揭露之一個具體實例的可供圖3A之RF產生器使用之一實例濾波器。
圖4說明根據本揭露之一個具體實例的可經執行以準備驅動電漿系統之一實例過程。
圖5說明根據本揭露之一個具體實例的可經執行以驅動電漿系統之一實例過程。
圖6說明根據本揭露之一個具體實例的一實例電腦系統。

Claims (25)

  1. 一種在一參考點具有一源阻抗Zg 之射頻產生器，其包含： 一參考輸入；及 一控制器，其控制根據K (v +Zg i )計算的一輸出信號相對於在該參考輸入處接收之一參考信號之一相位的一幅度及一相位，其中v 為在該參考點處之一電壓，i 為在該參考點處來自該產生器之一電流，且K 為一純量。
  2. 如請求項1所述之射頻產生器，其中|Zg | ＜ 10，且該控制器將進一步控制該輸出信號之一電壓。
  3. 如請求項1所述之射頻產生器，其中|Zg | ＞ 250，且該控制器將進一步控制該輸出信號之一電流。
  4. 如請求項1所述之射頻產生器，進一步包含耦接至在一電漿腔室中組態之對應的複數個天線輸入之複數個射頻產生器之一者。
  5. 如請求項1所述之射頻產生器，進一步包含一半橋接器電路，該半橋接器電路包含一第一開關及一第二開關，該第一開關將一直流源之一第一節點選擇性耦接至該射頻產生器之一節點n1，及該第二開關將該射頻產生器之該節點n1選擇性耦接至該直流源之一第二節點。
  6. 如請求項5所述之射頻產生器，進一步包含耦接至該射頻產生器之該節點n1之一電感性預負載電路，當該半橋接器使用零電壓開關時，該電感性預負載電路提供感應電流。
  7. 如請求項6所述之射頻產生器，進一步包含連接至該射頻產生器之該節點n1的一串聯共振電路，該串聯共振電路濾波藉由該半橋接器電路之開關產生之諧波，該串聯共振電路具有基本上類似於開關該半橋接器電路之頻率的一共振頻率。
  8. 如請求項6所述之射頻產生器，進一步包含具有等於90度之一正或負偶數倍之一延遲的一濾波器，該濾波器耦接於該射頻產生器之該節點n1與該參考點之間，其中該控制器將控制該輸出信號之一電壓。
  9. 如請求項6所述之射頻產生器，進一步包含具有等於90度之一正或負奇數倍之一延遲的一濾波器，其耦接於該射頻產生器之該節點n1與該參考點之間，其中該控制器將控制該輸出信號之一電流。
  10. 如請求項1所述之射頻產生器，其中當傳遞功率至一電漿腔室時及當自該電漿腔室吸收功率時，該控制器將進一步控制根據K (v +Zg i )計算的一輸出信號相對於在該參考輸入處接收之一參考信號之一相位的一幅度及一相位。
  11. 一種方法，其包含： 由執行儲存於至少一個記憶體中且由至少一個處理器執行之指令的至少一個處理器針，對在一參考點處具有一源阻抗Zg 之一射頻產生器接收用於根據K (v +Zg i )計算的一輸出信號相對於在該參考輸入處接收之一參考信號之一相位的一幅度及一相位之一目標值，其中v 為一電壓且i 為在該參考點處來自該射頻產生器之一電流，且K 為一純量； 使用由該至少一個處理器執行之該等指令，接收根據K (v +Zg i )計算的該輸出信號相對於在該參考輸入處接收之該參考信號之該相位的一幅度及一相位之一量測結果；及 使用由該至少一個處理器執行之該等指令控制該射頻產生器，使得該量測之K (v +Zg i )接近K (v +Zg i )之該目標值。
  12. 如請求項11所述之方法，進一步包含當|Zg | ＜ 10時，控制該輸出信號之該輸出電壓。
  13. 如請求項11之方法，進一步包含當|Zg | ＞ 250時，控制該輸出電流。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該射頻產生器包含耦接至在一電漿腔室中組態之對應的複數個天線輸入之複數個射頻產生器中之一者。
  15. 如請求項11所述之方法，進一步包含當該射頻產生器使用零電壓開關時，使用一電感性預負載電路提供感應電流。
  16. 如請求項11所述之方法，進一步包含使用具有基本上類似於開關該射頻產生器之頻率的一共振頻率之一串聯共振電路，過濾藉由該射頻產生器之開關產生之諧波。
  17. 如請求項11所述之方法，進一步包含當傳遞功率至一電漿腔室時及當自該電漿腔室吸收功率時，控制根據K (v +Zg i )計算的該輸出信號相對於在該參考輸入處接收之該參考信號之該相位的該幅度及該相位。
  18. 一種電漿處理系統，其包含： 一殼體，其組態有複數個天線； 複數個射頻產生器，其耦接至該等天線，在第k個射頻產生器之一參考點處具有一源阻抗Zgk 之該第k個射頻產生器包含： 一參考輸入；及 一控制器，其控制根據Kk (vk +Zgk ik )計算的一輸出信號相對於在該參考輸入處接收之一參考信號之一相位的一幅度及一相位，其中vk 為在該第k個射頻產生器之該參考點處之一電壓且ik 為在該第k個射頻產生器之該參考點處來自該第k個產生器之一電流，且Kk 為一純量。
  19. 如請求項18所述之電漿處理系統，其中當|Zgk | ＜ 10時，該控制器將進一步控制該第k個產生器之該輸出電壓。
  20. 如請求項18所述之電漿處理系統，其中當|Zgk | ＞ 250時，該控制器將進一步控制該第k個產生器之該輸出電流。
  21. 如請求項18所述之電漿處理系統，其中當傳遞功率至一電漿腔室時及當自該電漿腔室吸收功率時，該控制器將進一步控制根據K k (v k +Z gk i k )計算的該第k個射頻產生器之該輸出信號相對於在該參考輸入處接收之該參考信號之該相位的該幅度及該相位。
  22. 一種用於操作一電漿處理系統之系統，其包含： 一殼體，其組態有複數N個天線輸入； 複數N個射頻產生器，其耦接至該等天線輸入，在第k個產生器之一參考點處具有一源阻抗Zgk 之該第k個射頻產生器包含： 一參考輸入；及 一控制器，其： 控制根據fk = K (vk +Zgk jk )計算的一輸出信號相對於在該參考輸入處接收之一參考信號之一相位的一幅度及一相位，其中v k 為在該第k個產生器之該參考點處之一電壓且ik 為在該第k個產生器之該參考點處來自該第k個產生器之一電流，且Kk 為一純量； 藉由調整每一產生器之該輸出信號相對於該參考信號之該幅度及該相位判定一集合（c1 、c 2 、……、c N ），其中c k 為具有相對於該參考信號之一幅度及一相位的v k 與ik 之一線性組合，其導致該電漿腔室中之一指定電磁場分佈； 當應用（c1 、c 2 、……、c N ）時，自每一射頻產生器獲得該輸出電壓與該輸出電流之兩個線性獨立的組合，且將該輸出電壓與該輸出電流的線性組合之該集合（c1 、c 2 、……、c N ）轉換至用於該射頻產生器的設定點之一對應集合（f1 、f 2 、……、f N ）；及 將該等設定點（f1 、f 2 、……、f N ）給予該等射頻產生器，其中第k個產生器將Kk (vk +Zgk ik )之所量測值調整至該設定點f k ，k = 1、2、……、N。
  23. 如請求項22所述之系統，其中該控制器將進一步： 依次干擾該等射頻產生器設定點； 自每一射頻產生器獲得該輸出電壓與該輸出電流之兩個線性獨立組合之量測結果，及判定在該射頻產生器之一操作點周圍的該系統之一線性化之回應；及 使用該等量測結果及該判定之線性化之回應調整該等設定點（f1 、f 2 、……、f N ），使得該輸出電壓與該輸出電流的線性組合之該集合（c1 、c 2 、……、c N ）朝向導致該電漿腔室中之該指定電磁場分佈的該輸出電壓值與該輸出電流值的線性組合之該集合進展。
  24. 如請求項22所述之系統，其中當傳遞功率至一電漿腔室時及當自該電漿腔室吸收功率時，該控制器將進一步控制根據Kk (vk +Zgk ik )計算的該第k個射頻產生器之該輸出信號相對於在該參考輸入處接收之該參考信號之該相位的該幅度及該相位。
  25. 如請求項22所述之系統，其中該控制器將進一步自每一產生器獲得一傳遞之功率，且按一純量值調整該等產生器設定點以維持傳遞至該電漿腔室之一指定總功率。
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