TW202312227A - 射頻阻抗匹配電路、匹配阻抗的方法、半導體製程工具、製造半導體的方法 - Google Patents
射頻阻抗匹配電路、匹配阻抗的方法、半導體製程工具、製造半導體的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202312227A TW202312227A TW111119651A TW111119651A TW202312227A TW 202312227 A TW202312227 A TW 202312227A TW 111119651 A TW111119651 A TW 111119651A TW 111119651 A TW111119651 A TW 111119651A TW 202312227 A TW202312227 A TW 202312227A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- diodes
- capacitor
- evc
- series
- capacitors
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 100
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 title description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 387
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 42
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 41
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 16
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 16
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 16
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N Beryllium oxide Chemical compound O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 28
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000003491 array Methods 0.000 description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 1
- 206010017367 Frequent bowel movements Diseases 0.000 description 1
- 101150058395 US22 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 210000004508 polar body Anatomy 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
- H01J37/32183—Matching circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
- H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/74—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Transmitters (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
在一實施例中，係揭示一RF阻抗匹配電路。該匹配電路包括至少一電子可變電容器(EVC)。每個EVC包括複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變EVC的總電容。每個開關電路包括一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開。該開關包括至少一串的串聯連接的複數PIN或NIP二極體。對於每個串，該串的二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
Description
本發明是有關於一種射頻阻抗匹配電路。
在製造半導體裝置（諸如微處理器、記憶體晶片及其他積體電路）中，半導體裝置製程在不同製造階段使用電漿製程。電漿製程涉及藉由將RF（射頻）能量引入氣體混合物中，將能量賦予氣體分子，進而為氣體混合物提供能量。此氣體混合物通常包含在真空室（亦稱為一電漿室）中，且射頻能量透過室中的電極或其他構件引入。在一典型的電漿製程中，RF產生器係產生具所需RF頻率及功率的功率，且此功率透過RF電纜及網路傳輸到該電漿室。
為提供自該RF產生器至該電漿室的有效功率轉移，一RF匹配網路係位於該RF產生器及該電漿室之間。該RF匹配網路之目的在於將電漿阻抗轉換為適合該RF產生器的值。在許多情況中，尤其在半導體製程中，該RF功率係透過50 Ohm（歐姆）同軸電纜傳輸，且該RF產生器的系統阻抗（輸出阻抗）亦為50 Ohm。另一方面，由RF功率驅動的電漿阻抗會基於電漿化學成分與電漿室內的其他條件而變化。為了最大功率傳輸，此阻抗必須轉換為無電抗50 Ohm（亦即50 + j0）。RF匹配網路執行將RF產生器的電漿阻抗連續轉換為50 Ohm的工作。在多數情況下，此轉換使得RF匹配網路輸入側的阻抗變為50 +j0 Ohm，亦即純電抗50 Ohm。
RF匹配網路可包含可變電容器及一用於控制該等電容器的基於微處理器的控制電路。該等可變電容器的值與大小受到電漿室的功率處理能力、工作頻率及阻抗範圍的影響。RF匹配網路中使用的主要可變電容器是真空可變電容器(VVC)。該VVC是一機電裝置，其是由兩同心金屬環組成，彼此移動以改變電容。在阻抗變化非常迅速的復雜半導體製程中，快速與頻繁運動會對VVC施加壓力導致其失效。基於VVC的RF匹配網路是半導體製程中最後機電組件中之一者。
然而，隨著半導體裝置尺寸縮小並變得更複雜，特徵件幾何形狀變得非常小。因此，製造此等特徵件的處理時間變少，一般在5-6秒範圍中。目前的RF匹配網路需要1-2秒來調整製程，此導致一顯著部分製程時間的製程參數不穩定。電子可變電容器(EVC)技術（參見例如美國專利案第7,251,121號，其係以全文引用方式併入本文）係使得此半導體處理調整時間可自1-2秒縮短至低於500微秒。基於EVC的匹配網路是一種類型的固態匹配網路。其減少的調整時間係大幅增加可用的穩定處理時間，進而改善良率與效能。
雖然EVC技術係為已知，但其卻尚未發展為VVC的業界公認替代技術。因為EVC是純粹的電子裝置，使得EVC不是在RF匹配網路中的VVC之一對一替代品。因此，需要進一步的進步才能更充分利用EVC作為RF匹配網路的一部分。
本發明可針對射頻(RF)阻抗匹配電路，該匹配電路包含一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源；一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室；至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與二極體並聯的平衡電容器。
在另一態樣中，匹配阻抗的方法包括將一匹配電路的一射頻(RF)輸入耦接到提供一RF信號的一RF源；將匹配電路的一RF輸出耦接到一電漿室，其中，匹配電路包含至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的一總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一個開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器；藉由該至少一EVC的該等開關電路之至少一者接通或斷開其對應的固定電容器來匹配阻抗，以改變該EVC的一總電容。
在另一態樣中，一半導體製程工具包括一電漿室，其係配置成將材料沉積到基板上或從基板蝕刻材料；及一阻抗匹配電路，其可操作地耦接到電漿室，該匹配電路包含一RF輸入，該RF輸入係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源；一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室；至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，該等串聯連接二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
在另一態樣中，一製造半導體的方法包括將基板置於電漿室中，該電漿室係配置成在基板上沉積一材料層或從基板蝕刻一材料層；藉由將來自RF源的RF功率耦接到該電漿室來激能電漿室內的電漿，以執行沉積或蝕刻；且在激能該電漿的同時，藉由耦接在電漿室與RF源之間的阻抗匹配電路來執行一阻抗匹配，該匹配電路包含一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到RF源；一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室；至少一電子可變電容器(EVC)，其中該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能一阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，該等串聯連接二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
在又另一態樣中，RF阻抗匹配電路包括一RF輸入，該RF輸入係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源；一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室；至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；而且其中，串聯連接的該等二極體之每一者係直接位在不導電的一散熱器上。
在另一態樣中，一匹配阻抗的方法包括將匹配電路的射頻(RF)輸入耦接到提供RF信號的RF源；將匹配電路的RF輸出耦接到一電漿室，其中匹配電路包含至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的一總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；而且其中，串聯連接的該等二極體之每一者係直接定位於不導電的一散熱器上；及藉由至少一EVC中的該等開關電路之至少一者切換其對應的該固定電容器來匹配阻抗以改變該EVC的一總電容。
在另一態樣中，一半導體製程工具包括一電漿室，其係配置成將材料沉積到基板上或從基板蝕刻材料；及一阻抗匹配電路，其可操作地耦接到電漿室，該匹配電路包含一RF輸入，該RF輸入係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源；一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室；至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；而且其中，串聯連接的該等二極體之每一者係直接位在不導電的一散熱器上。
在另一態樣中，一製造半導體的方法包括將基板置於電漿室中，該電漿室係配置成在基板上沉積一材料層或從基板蝕刻一材料層；藉由將來自RF源的射頻功率耦接到電漿室內來激能電漿室內的電漿，以執行沉積或蝕刻；及在激能該電漿的同時，藉由耦接在電漿室與RF源之間的阻抗匹配電路執行一阻抗匹配，該匹配電路包含至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每個EVC包含複數固定電容，該等固定電容之每一者具有對應的一開關電路，用於切換固定電容以改變該EVC的總電容；及一控制電路，其係配置成使每個EVC的固定電容器接通及斷開以致能一阻抗匹配；其中，每個EVC中的每個固定電容器的每個開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，該等串聯連接二極體中的每個二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；而且其中，串聯連接的該等二極體之每一者係直接位在不導電的一散熱器上。
以下（多個）較佳實施例描述本質上僅是示例性且不意欲限制本發明。例示性實施例之描述意欲與隨附圖式一起閱讀，其係視為整個書面描述的一部分。在本文中所揭示之例示性實施例的描述中，任何對方向或方位之參考僅為便於描述且並非以任何方式限制本發明之範疇。本文之討論係描述及說明可單獨存在或在其他特徵組合中存在的一些可能的非限制性特徵組合。此外，如本文中所使用，用語「或」應解釋為一邏輯運算子，當其一或多個運算元為真時，其結果為真。此外，如本文所使用，片語「基於」應解釋為「至少部分基於」的含義，且因此並不限於「完全基於」的解釋。
本發明的特徵係可在軟體、硬體、韌體或其組合中實施。本文所述之電腦程式不限於任何特定實施例，且可在一作業系統、應用程式、前景或背景處理、驅動程式或其任一組合中實施。電腦程式可在單一電腦或伺服處理器或多個電腦或伺服處理器上執行。
本文所述之處理器可為配置成執行電腦程式指令（例如，程式碼）的任何中央處理單元(CPU)、微處理器、微控制器、計算或可編程裝置或電路。各種處理器可體現於任何適當類型的電腦及/或伺服器硬體（例如，桌上型電腦、膝上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、行動電話等），並可包括形成功能資料處理裝置所需的所有常用輔助組件，包括但不限於匯流排、軟體與資料儲存（例如揮發性與非揮發性記憶體、輸入/輸出裝置、圖形使用者界面(GUI)、抽取式資料儲存）及包括Wi-Fi、藍牙、LAN等的有線及/或無線通訊介面裝置。
本文所述之電腦可執行指令或程式（例如，軟體或程式碼）及資料可程式化成並明確地體現於如本文所述之個別處理器可存取且可恢復的一非暫時性電腦可讀媒體中，且其係藉由執行編碼於該媒體中的指令而配置及指示該處理器執行所需的功能及處理。具體實施配置為此類非暫時性電腦可執行指令或程式之可編程處理器的裝置，可稱為「可編程裝置」或「裝置」，而相互通訊的多個可編程裝置可稱為「可編程系統」。應注意，本文所述的非暫時性「電腦可讀媒體」可包括但不限於任何合適的揮發性或非揮發性記憶體，包括隨機存取記憶體(RAM)及其各種類型、唯讀記憶體(ROM)及其各種類型、USB快閃記憶體或光學資料儲存裝置（例如，內部/外部硬碟、軟碟、磁帶CD-ROM、DVD-ROM、光碟、ZIP™驅動器、藍光光盤及其他），其可藉由可操作地連接到媒體的處理器所寫入及/或讀取。
在某些實施例中，本發明可以電腦實施的處理與設備（諸如基於處理器的資料處理與通信系統或用於實踐這些處理的電腦系統）的形式具體實施。本發明可亦在非暫時性電腦可讀存儲媒體中具體實施的軟體或電腦程式碼形式具體實施，當載入資料處理與通信系統或電腦系統及由其執行時，電腦程式碼區段配置處理器以建立配置用於實施該處理的特定邏輯電路。
在以下示出及描述電路的描述中，熟習該項技藝者將明白，為了清楚起見，並非所有周邊電路或組件示出在附圖中或描述在說明中。此外，術語「耦接」和「可操作地耦接」可指電路中的兩組件的直接或間接耦接。
以下（多個）較佳實施例描述本質上僅是示例性且不意欲限制本發明。例示性實施例之描述意欲與隨附圖式一起閱讀，其係視為整個書面描述的一部分。在本文中所揭示之例示性實施例的描述中，任何對方向或方位之參考僅為了方便描述且並非以任何方式限制本發明之範疇。諸如「下部」、「上部」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「上面」、「下面」、「右邊」、「左邊」、「頂部」、「底部」、「前方」及「後方」及其衍生物（例如，「水平地」、「向下地」、「向下地」等）的相對用語應解釋為意指隨後描述的方向或討論中的如圖所示的方向。這些相對用語僅為描述之便利性，且除明確指示者外，並不要求在特定方位下建構或操作設備。除非另外明確描述，否則諸如「附接」、「附加」、「連接」、「耦接」、「互連」、「固定」等用語及其他類似用語是指結構透過中介結構直接或間接彼此固定或附接的關係以及兩者可移動或剛性附接或關係。本文之討論係描述及說明可單獨存在或在其他特徵組合中存在的一些可能的非限制性特徵組合。此外，如本文中所使用，用語「或」應解釋為一邏輯運算子，當其一或多個運算元為真時，其結果為真。此外，如本文所使用，片語「基於」應解釋為「至少部分基於」的含義，且因此並不限於「完全基於」的解釋。
如全文所述，範圍係用作描述範圍中每個值的簡寫。範圍中的任何數值皆可選擇作為範圍的端點值。此外，在此引用之所有參考文獻皆以全文引用方式併入本文。若本發明中與引用參考文獻中之定義存在衝突，則以本發明為主。
半導體製程系統
請即參考圖1，其示出利用RF產生器15的半導體裝置製程系統5。該系統85包括一RF產生器15及一半導體製程工具86。該半導體製程工具86包括一匹配網路11及一電漿室19。在其他實施例中，該產生器15或其他功率源可形成該半導體製程工具的一部分。
該半導體裝置可為一微處理器、一記憶體晶片或其他類型的積體電路或裝置。一基板27可置於該電漿室19中，其中該電漿室19係配置成在該基板27上沉積一材料層或自該基板27蝕刻一材料層。電漿製程涉及藉由將RF能量引入一氣體混合物中以賦予氣體分子能量，進而激能該氣體混合物。此氣體混合物通常含有在一真空室（電漿室19）中，且RF能量通常經由電極引入該電漿室19中。因此，該電漿可藉由將來自一RF源15之RF功率耦接到該電漿室19而激能，進而執行沉積或蝕刻。
在一典型的電漿製程中，該RF產生器15產生具通常介於3 kHz與300 GHz之間之射頻的功率，且此功率透過RF電纜及網路而傳輸到該電漿室19。為了提供自該RF產生器15至該電漿室19的有效功率轉換，一中間電路係用於使該RF產生器15之固定阻抗與該電漿室19之可變阻抗相匹配。此類中間電路通常稱為一RF阻抗匹配網路，或更單純地稱為一RF匹配網路。該RF匹配網路11之目的在於將該可變電漿阻抗變換為與該RF產生器15的固定阻抗更相符的值。共同擁有的美國專利公開案第2021/0183623號及第2021/0327684號（其內容係以全文引用方式併入本文）提供此類匹配網路的實例。
匹配網路
圖2為具有包括L-組態RF阻抗匹配網路11的製程工具86之半導體製程系統85的實施例之方塊圖。如下文將進一步詳細討論，該示例匹配網路11係利用電子可變電容器(EVC)，以用於該分流可變電容器33及該串聯可變電容器31兩者。需注意，本發明不如此受限。例如，EVC之一者（例如，分流EVC 33）可為一機械可變VVC，或可取代成一可變電感器。
該示例匹配網路11具有一連接到RF源15的RF輸入13及一連接到電漿室19的RF輸出17。一RF輸入感測器21可連接於該RF阻抗匹配網路11與該RF源15之間。一RF輸出感測器49可連接於該RF阻抗匹配網路11與該電漿室19之間，因此可監測來自該阻抗匹配網路的該RF輸出及由該電漿室19呈現的該電漿阻抗。某些實施例可僅包括該輸入感測器21及該輸出感測器49中之一者。以下更詳細描述這些感測器21、49的功能。
如上文所討論，該RF阻抗匹配網路11有助於藉由使該RF輸入13處之阻抗與該RF源15之固定阻抗相匹配而使自該RF源15轉換至該電漿室19的RF功率量最大化。該匹配網路11可由單一殼體中之單一模組組成，且該單一殼體係設計用於電連接到該RF源15及該電漿室19。在其他實施例中，該匹配網路11之組件可位於不同殼體中，一些組件可位於該殼體的外部，及/或一些組件可與該匹配網路外部的一組件共用一殼體。
如技藝中已知，一電漿室19內的電漿通常會經歷操作控制以外的某些波動，因此該電漿室19所呈現之阻抗為一可變阻抗。由於該電漿室19之該可變阻抗無法完全控制，因此一阻抗匹配網路可用以在該電漿室19與該RF源15之間建立一阻抗匹配。另外，該RF源15的阻抗可藉由特定RF源15的設計而固定在一設定值。儘管一RF源15的固定阻抗由於例如熱或其他環境變化而可能在使用期間經歷輕微的波動，但因為該等波動不會顯著地改變該固定阻抗的原始設定阻抗值，因此就阻抗匹配之目的而言，該RF源15的阻抗仍被視為一固定阻抗。其他類型的RF源15可設計成使得該RF源15的阻抗可在使用時或在使用期間設定。此類型RF源15之阻抗仍視為固定，因為其可由一使用者控制（或至少由一可編程控制器控制），且可在操作期間隨時得知該阻抗之設定值，因此使該設定值有效成為一固定阻抗。
該RF源15可為此項技藝中熟知類型的一RF產生器，並產生一具有適當頻率及功率的RF訊號，以用於該電漿室19內執行的製程。該RF源15可使用一同軸電纜電連接到該RF阻抗匹配網路11的該RF輸入13，其為了阻抗匹配目的，係具有與該RF源15相同的固定阻抗。
該電漿室19包括一第一電極23及一第二電極25，且在技藝中熟知的製程中，結合適當之控制系統（未圖示）的該第一及第二電極23、25與該電漿室中之電漿係使在一基板27上沉積材料及自該基板27蝕刻材料中之一或兩者成為可能。
在示例性實施例中，RF阻抗匹配網路11包括一串聯可變電容器31、一分流可變電容器33及一串聯電感器35以形成「L」型匹配網路。該分流可變電容器33示為並聯到串聯可變電容器31與串聯電感器35之間的參考電位，在此情況下為接地40，且熟習該技藝者將明白可配置RF阻抗匹配網路11具分流可變電容器33在RF輸入13或RF輸出17處並聯到參考電位。
替代地，RF阻抗匹配網路11可以其他匹配網路組態配置，諸如「T」型組態或「∏」或「pi」型組態，如圖3所示。在某些實施例中，以下描述的可變電容器及開關電路可包括在適用於一RF阻抗匹配網路的任何組態中。
在示例性實施例中，串聯可變電容器31與分流可變電容器33之每一者可為一電子可變電容器(EVC)，如美國專利案第7,251,121號中的描述，EVC有效形成為由複數個分立電容器所形成的電容器陣列。該串聯可變電容器31串聯耦接於該RF輸入13與該RF輸出17之間（其亦並聯耦接於該RF源15與該電漿室19之間）。該分流可變電容器33並聯耦接於該RF輸入13與接地40之間。在其他組態中，該分流可變電容器33可並聯耦接於該RF輸出19與接地40之間。可亦實施不悖離RF匹配網路功能的其他組態。在又其他組態中，該分流可變電容器33可並聯耦接於一參考電位與該RF輸入13及該RF輸出19中之一者之間。
該串聯可變電容器31連接到一串聯RF扼流圈及濾波電路37以及一串聯驅動電路39。同樣地，該分流可變電容器33連接到一分流RF扼流圈及濾波電路41及一分流驅動電路43。該等串聯及分流驅動電路39、43之每一者連接到一控制電路45，其配置有一合適的處理器及/或訊號產生電路，以提供一用於控制該等串聯及分流驅動電路39、43的輸入訊號。一電源供應器47連接到該RF輸入感測器21、該串聯驅動電路39、該分流驅動電路43及該控制電路45中之每一者，以提供具經設計電流及電壓的操作功率至這些組件中之每一者。由該電源供應器47所提供的電壓位準，及因此由該RF輸入感測器21、該串聯驅動電路39、該分流驅動電路43及該控制電路45所用以執行分別指定任務的電壓位準，係由設計選擇而定。在其他實施例中，各種電子組件可用於使該控制電路45可發送指令至該等可變電容器。再者，在該驅動電路及該RF扼流圈及濾波器係顯示為與該控制電路45分開的同時，這些組件亦可視為形成該控制電路45之部分。
在示例實施例中，該控制電路45包括一處理器。該處理器可為任何類型之正確進行編程的處理裝置（或協同工作的兩或多個處理裝置之集合），諸如一電腦或微處理器，其係配置以執行電腦程式指令（例如，程式碼）。該處理器可體現於任何適當類型的電腦及/或伺服器硬體（例如，桌上型電腦、膝上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、行動電話等），並可包括形成一功能資料處理裝置所需的所有常用輔助組件，包括但不限於一匯流排、軟體與資料儲存（諸如揮發性與非揮發性記憶體、輸入/輸出裝置、圖形使用者界面(GUI)、抽取式資料儲存）及包括Wi-Fi、藍牙、LAN等的有線及/或無線通訊介面裝置。該示例實施例的該處理器係利用特定演算法進行配置，以使匹配網路可執行本文所述的功能。
藉由該串聯可變電容器31及該分流可變電容器33之組合，該RF阻抗匹配網路11與該電漿室19之組合阻抗可使用該控制電路45、該串聯驅動電路39、該分流驅動電路43而控制，以匹配或至少實質上匹配該RF源15的該固定阻抗。
該控制電路45是RF阻抗匹配網路11的中樞，因為其從諸如RF輸入感測器21及串聯和分流可變電容器31、33等的來源接收多個輸入，進行必要的計算以確定對串聯和分流可變電容器31、33的變化，並將命令傳送到串聯和分流可變電容器31、33以建立阻抗匹配。該控制電路45為半導體製程中常用類型的控制電路，且因此為熟悉該項技藝者已知。相較於先前技術的控制電路，該控制電路45之任何不同處均發生在編程差異，以使該RF阻抗匹配網路11可執行該等可變電容器31、33之切換及阻抗匹配的速度。
該等串聯及分流RF扼流圈及濾波電路37、41之每一者係配置為使得DC訊號可通過該等串聯及分流驅動電路39、43與該等分別之串聯及分流可變電容器31、33之間，並同時阻隔來自該RF源15之該RF訊號，以阻止該RF訊號洩漏至該等串聯及分流驅動電路39、43之輸出及該控制電路45之輸出。該等串聯及分流RF扼流圈及濾波電路37、41係為熟悉該項技藝者已知的類型。
圖3為具有pi組態匹配網路11A之半導體製程系統85A的實施例之方塊圖，而與圖2的L組態匹配網路相反。為便於瞭解，此圖省略圖2的RF扼流圈與濾波器、驅動電路與電源。在圖3使用相同於圖2的參考數值的情況下，瞭解到相關組件可具有類似於圖2討論之類的特徵件。
L及pi-組態之間的最明顯區別在於L-組態使用串聯電容器31和分流電容器33，而pi-組態使用兩分流電容器31A、33A。然而，控制電路可改變這些分流可變電容器31A、33A的電容以能阻抗匹配。如前所討論，這些分流可變電容器31A、33A之每一者可為EVC。其可受到扼流圈、濾波器與驅動器的控制，類似於前面有關圖2討論的方法。
EVC電容器陣列
圖4為用於使用電子可變電容器151提供可變電容之電子電路150的實施例之方塊圖。該電路150利用一包括兩電容器陣列151a、151b的EVC 151。該示例的第一電容器陣列151a具有第一複數個分立固定電容器，且其每一者具有一第一電容值。該第二電容器陣列151b具有第二複數個分立固定電容器，且其每一者具有一第二電容值。該第一電容值與該第二電容值不同，使得該EVC 151可對該EVC 151所產生之電容提供粗調及微調的控制。該第一電容器陣列及該第二電容器陣列並聯耦接於一訊號輸入113與一訊號輸出130之間。
該等第一及第二電容值可為足以為該EVC 151提供所需總電容值的任何值。在一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的一半(1/2)。在另一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的三分之一(1/3)。在又另一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的四分之一(1/4)。
該電子電路150更包括一控制電路145，其可具有類似於上述控制電路45的特徵。該控制電路145藉由一命令輸入129而可操作地耦接到該第一電容器陣列151a及該第二電容器陣列151b，且該命令輸入129可操作地耦接到該第一電容器陣列151a及該第二電容器陣列151b。在示例實施例中，該命令輸入129具有一與該等電容器陣列151a、151b的直接電連接，但在其他實施例中，此連接可為間接。該控制電路145至該等電容器陣列151a、151b之耦接將於下列進一步詳細討論。
該控制電路145係配置以藉由控制(a)該第一複數個分立固定電容器之每個分立固定電容器及(b)該第二複數個分立固定電容器之每個分立固定電容器的開及關狀態而改變該EVC 151的該可變電容。如上所述，該控制電路145可具有類似於前述圖式之控制電路45的所述特徵。例如，該控制電路145可自該等電容器陣列151a、151b接收輸入，進行計算以決定電容器陣列151a、151b的變更，及將命令傳送至該等電容器陣列151a、151b以改變該EVC 151的電容。圖4之EVC 151可包括複數個電子開關。每個電子開關可配置成致動及停用一或多個分立電容器。
如同前述圖式之控制電路45，該控制電路145亦可連接到一驅動電路139及一RF扼流圈及濾波電路137。該控制電路145、該驅動電路139及該RF扼流圈及濾波電路137可具有類似於前述圖式所討論的能力。在示例實施例中，該驅動電路139可操作地耦接到該控制電路145與該等第一及第二電容器陣列151a，151b之間。該驅動電路139係配置成基於接收自該控制電路145的一控制訊號而改變該可變電容。該RF濾波器137可操作地耦接到該驅動電路139與該等第一及第二電容器陣列151a、151b之間。作為回應該控制單元145所發送的該控制訊號，該驅動電路139及該RF濾波器137係配置成發送一命令訊號至該命令輸入129。該命令訊號係配置成藉由指示該等電子開關中之至少一者以啟動或停用(a)該第一複數個分立電容器之該等分立電容器之至少一者或(b)該第二複數個分立電容器之該等分立電容器之至少一者而改變該可變電容。
在示例實施例中，該驅動電路139係配置成在少於15微秒的時間內打開及關閉一高電壓源，其中該高電壓源係控制該等第一及第二電容器陣列中之每一者的該等電子開關，以達成改變該可變電容之目的。然而，該EVC 151可透過本申請中所討論的任何構件或速度進行切換。
該控制電路145係可配置成計算由該等分別電容器陣列151a、151b所提供的粗調及微調電容值。在示例實施例中，該控制電路145係配置成藉由控制該第一電容器陣列151a的導通與關閉狀態而計算待提供的一粗調電容值。再者，該控制電路係配置成藉由控制該第二電容器陣列151b的導通與關閉狀態而計算待提供的一微調電容值。在其他實施例中，該等電容器陣列151a、151b可提供替代位準的電容。在其他實施例中，該EVC可利用額外的電容器陣列。
圖4之EVC 151可用於需要一變化電容的各種系統中。例如，EVC 151可用作一L匹配網路中的串聯EVC及/或分流EVC或用作一pi匹配網路中分流EVC之一或兩者。通常希望該等電容值間的差異可允許該電路之總電容的一充分精細解析度以及一廣泛範圍電容值，以實現在一RF匹配網路的輸入處的一較佳阻抗匹配，而EVC 151則允許此點。
接通及斷開分立電容器以改變EVC電容
如前所討論，EVC是一可使用多個開關的可變電容器類型，每個開關用於建立開路或短路，其具有個別串聯電容器以改變可變電容器的電容。該等開關可為機械（諸如繼電器）或固態（諸如PIN二極體、電晶體或其他開關裝置）。以下是設定一EVC或其他可變電容器以提供變化電容之方法的討論。
在有時稱為一EVC或其他可變電容器的一「累積設定」中，自最小起點（所有開關均打開）線性增加電容器值的途徑是逐漸增加被接通至電路的微調電容器數量。一旦最大數目的微調電容器被接通至電路，則一粗調電容器被接通，且該等微調電容器被斷開。該程序自增加接通至電路之微調電容器的數量開始，直到所有微調及粗調電容器皆被接通，此時另一粗調電容器被接通且該等微調電容器被斷開。此程序可繼續，直到所有粗調及微調電容器皆被接通為止。
在此實施例中，所有微調電容器具有相同或實質上相似的值，且所有粗調電容器具有相同或實質上相似的值。再者，一粗調電容器的電容值約等於所有微調電容器加上接通至電路之一額外微調電容器的組合電容值，因此可實現電容的一線性增加。然而，該等實施例並不如此受限。該等微調電容器（及粗調電容器）不需具有相同或實質上相似的值。再者，一粗調電容器的電容值不需要等於所有微調電容器加上一額外微調電容器的組合電容值。在一實施例中，該粗調電容值及該微調電容值具有實質上類似於10：1的比率。在另一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的一半(1/2)。在另一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的三分之一(1/3)。在又另一實施例中，該第二電容值小於或等於該第一電容值的四分之一(1/4)。
前述實施例在理想設定中的一實例是，若該等微調電容器等於1 pF且該等粗調電容器等於10 pF。在此理想設定中，當所有開關均斷開時，電容等於0 pF。當該第一開關關閉時，電路中存在1 pF。當該第二開關關閉時，電路中存在2 pF，以此類推，直至9個微調開關關閉，提供9 pF。接著，將該第一個10 pF電容器接通至電路並打開9個微調開關，以給出10 pF的總電容。該等微調電容器接著接通至電路，以自11 pF至19 pF。接著，另一粗調電容器接通至電路，且所有微調電容器皆可自電路斷開，以給出20 pF。此程序可重複，直至達到所需的電容。
此也可更進一步。使用先前具有9個1 pF電容器及9個10 pF電容器的實例，該可變電容器電路可具有甚至更大的值，100 pF，以接通及斷開電路。此將允許先前的電容器陣列向上達99 pF，且接著該100 pF電容器可用於下一個增量。此可使用較大的增量進一步重複，亦可結合任何計數系統一起使用。根據該累積設定，增加一可變電容器的總電容可藉由接通較已接通更多的粗調電容器或較已接通更多的微調電容器而達成，而不斷開已接通的粗調電容器。再者，當該可變總電容增加且該控制電路未接通較已接通更多的粗調電容器時，則該控制電路接通較已接通更多的微調電容器。關於累積設定之美國專利案第10,431,428號及第11,195,698號係以全文引用方式併入本文供參考。應注意，所主張的發明不限於使用該累積設定。例如，以全文引用方式併入本文中之美國專利案第10,679,824號及第10,692,699號係在於討論替代設定，諸如「部分二元」。
圖5為一用於接通及斷開電子可變電容器的分力固定電容器之可變電容系統155的示意圖。在此圖使用與圖4相似之參考元件編號的同時，應理解，相關組件可具有相似於圖4中所討論者的特徵。該可變電容系統155包含一用於提供變化電容的可變電容器151。該可變電容器151具有一輸入113及一輸出130。該可變電容器151包括複數個可操作地並聯耦接的分立固定電容器153。該等複數個電容器153包括第一（微調）電容器151a及第二（粗調）電容器151B。再者，該可變電容器151包括複數個開關161。在該等開關161中，一開關係可操作地串聯耦接到該等複數個電容器中之每一者，以接通及斷開每個電容器，藉此允許該可變電容器151提供變化的總電容。該可變電容器151具有一可變總電容，在分立電容器153接通時增加且在分立電容器153斷開時減少。
該等開關161可耦接到用於驅動該等開關之接通及斷開的開關驅動電路139。該可變電容系統155可更包括一控制單元145，其可操作地耦接到該可變電容器151。具體而言，該控制單元145可操作地耦接到該驅動電路139，以用於指示該驅動電路139接通該等開關161之一或多者，並藉此打開或關閉該等電容器153之一或多者。在一實施例中，該控制單元145可形成一控制可變電容器之控制單元的部分，諸如一指使匹配網路之該等可變電容器以改變電容進而實現阻抗匹配之控制單元。該驅動電路139及控制單元145可具有與上文參考圖4所討論者類似的特徵，且因此亦可利用如上文所討論的一RF扼流圈及濾波器。
電子可變電容器的開關電路
圖6顯示根據一實施例之用於匹配網路的EVC 151之開關電路140A的實施例。在示例實施例中，該EVC 151為圖5之EVC 151，但本發明之EVC並不如此受限，因為其可具有本文中所討論之任何替代特徵，包括不同數量的分立固定電容器153，及與圖5所討論者不同值的分立固定電容器。再者，該EVC可形成任何類型匹配網路的部分，包括文中討論之各種類型匹配網路。示例匹配網路係耦接於一RF源與一電漿室之間，例如，如前述圖式中所示。
示例EVC包含耦接到一第一端子113的複數個分立固定電容器153A、153B。每個分立電容器153A、153B係具有一對應開關161A、161B，其配置成接通（或「導通(ON)」）該分立電容器以及斷開（或「關閉(OFF)」）該分立電容器，以改變該EVC 151的總電容。在示例實施例中，該開關161A與該分立電容器153A串聯，但本發明並不如此受限。再者，在示例實施例中，該開關161A為一PIN二極體，但本發明並不如此受限，且可為諸如一NIP二極體的另一類型開關。在又其他實施例中，該開關可為一MOSFET、一JFET或其他類型的開關。再者，在示例實施例中，該PIN二極體具有一共同陽極組態，使得每個PIN二極體161A、161B的陽極皆耦接到一接地40，該接地可為任何共同節點。然而，本發明並不如此受限，由於在其他實施例中，該EVC可使用一共同陰極組態，使得每個PIN二極體的陰極皆耦接到該接地40（且該驅動電路之組件係相應改變）。再者，應注意，兩或多個開關可串聯使用以增加電壓額定值及/或兩或多個開關可並聯使用以增加通道的電流額定值。
每個PIN二極體開關161A、161B具有本身的開關電路140A、140B，其係連接到一控制電路145。該開關電路140B係顯示為包括開關161B、濾波器141B（其可類似於上述的濾波電路37、41）及驅動電路139B。濾波器141B可為例如一LC電路，類似於美國專利案第10,340,879號之濾波電路9或美國專利案第9,844,127號之圖6A的輸出207旁的濾波電路。這些專利的每一者在此係以全文引用方式併入本文供參考。
示例開關電路140A具有與開關電路140B相同的組件，但更詳細顯示該驅動電路139A。該驅動電路139A可與該PIN二極體161A（或其他類型開關）整合，或可與該匹配網路之該EVC的該等分立固定電容器整合。熟習該項技藝者亦將瞭解，該驅動電路139A之某些組件可替換為執行相同必要功能之其他組件，同時亦更容許其他電路參數的可變性（例如，電壓範圍、電流範圍及類似者）。
該示例驅動電路139A具有兩輸入105A-1、105A-2，用於接收該控制電路的控制訊號，以控制連接到並驅動該PIN二極體161A的該共同輸出107A上的電壓。該共同輸出107A上的電壓使該PIN二極體161A在導通狀態與關閉F狀態之間切換，因此亦會接通/導通及斷開/關閉與該PIN二極體161A連接的該分立電容器153A。在此例示性實施例中，該分立電容器的狀態遵循該對應PIN二極體的狀態，使得當該PIN二極體為導通時，該分立電容器亦為接通/導通，同樣地，當該PIN二極體161A為關閉時，該分立電容器亦為斷開/關閉。因此，本文中關於該PIN二極體161A之狀態的說明係本質上描述該EVC 151之該對應分立電容器153A的伴隨狀態。
在一較佳實施例中，該第一電源開關111A及該第二電源開關113A中之每一者為具本體二極體的MOSFET，但在其他實施例中，該等電源開關之任一者可為另一類型開關，包括任何其他類型半導體開關。本發明可利用各種開關電路組態。例如，本發明可利用美國專利申請案第9,844,127號所揭示開關電路中之任一者，諸如圖3、6A、6B中所示者；以及美國專利申請案第10,340,879號所揭示之開關電路的任一者，諸如圖18中所示之開關電路。如前所述，這些專利係以全文引用方式併入本文供參考。
在示例實施例中，一高電壓電源供應115A係連接到該第一電源開關111A，以提供一高電壓輸入，且該高電壓輸入係可切換連接到該共同輸出107A。一低電壓電源供應117A係連接到該第二電源開關113A，以提供一低電壓輸入，且該低電壓輸入亦可切換連接到該共同輸出107A。在所示之該驅動電路139A的組態中，該低電壓電源供應117A可供應一約-3.3V的低電壓輸入。此具有負極性之低電壓係足以提供用於切換該PIN二極體161A的順向偏壓。對於該驅動電路139A的其他組態，可使用一較高或較低的電壓輸入，且該低電壓輸入可具有一正極性，其係視受控制之電子開關的組態及類型而定。
在該示例開關電路140A中，該第一電源開關111A及該第二電源開關113A係配置成以非同步方式將該高電壓電源供應115A及該低電壓電源供應117A連接到該共同輸出107A，以將該PIN二極體161A於導通狀態與關閉狀態之間切換，進而接通及斷開該對應分立定電容153A。該高電壓電源供應115A係為該PIN二極體開關161A提供一逆向偏壓DC電壓。此可稱為「截止電壓」，因為其係逆向偏壓該PIN二極體161A且因此防止電流流動，因此斷開其對應分立電容器153A。如本文中所用，術語「截止電壓」將指用於使一開關將其對應分立電容器斷開或接通的任何電壓。進一步應注意，該開關電路不限於圖6中所示之該開關電路，但可為用於接通及斷開分立電容器的任何電路，包括於美國專利案第9,844,127號中所揭露者，其係以全文引用方式併入本文供參考。
在示例實施例中，該控制電路提供分開控制訊號，以分開該驅動電路139A的輸入105A-1、105A-2。在此實施例中，該等分開的輸入105A-1、105A-2係分別耦接到該第一及第二電源開關111A、113A。輸送給該等分開之輸入的該等控制訊號可為極性相反。在一較佳實施例中，該第一及第二電源開關161A、113A係為MOSFETS，且該等分開的控制訊號係前往分開的驅動器，以為MOSFET供電。在一替代實施例中，該控制電路145提供一共同輸入訊號。該共同輸入訊號可非同步控制該第一電源開關111A及該第二電源開關113A之ON及OFF狀態，使得當該第一電源開關111A處於導通狀態時，該第二電源開關113A處於關閉狀態，同樣地，當該第一電源開關處於關閉狀態時，該第二電源開關113A處於導通狀態。如此，該共同輸入訊號控制該第一電源開關111A及該第二電源開關113A，並以非同步方式使該高電壓輸入及該低電壓輸入連接到該共同輸出，以用於在導通狀態與關閉狀態之間切換該PIN二極體161A。然而，本發明不限於此非同步控制。
該等輸入105A-1、105A-2可配置成接收用於針對該第一電源開關111A及該第二電源開關113A所選定開關類型之任何類型的合適控制訊號，其可為例如+15 V控制訊號。在一較佳實施例中，該驅動電路具有用於驅動該第一電源開關111A及該第二電源開關112A中之每一者的一分開驅動器。在另一實施例中，該第一及第二電源開關111A、113A係加以選定，使得其可接收一共同輸入訊號。
在一例示性的實施例中，一電源供應118係耦接到一低電壓電源供應117A的輸入。在一較佳實施例中，該電源供應118提供24VDC。然而，本發明並不如此受限，且可利用其他電源供應。
在示例實施例中，當該第二電源開關113A為導通時，電流163A係於該PIN二極體161A與該低電壓電源供應117A之間流動。同時，電流係自該電源供應118流至該低電壓電源供應117A的該輸入，以及流至該接地40。一感測器可定位於該開關電路140A的一節點上，以測量與流動於該低電壓電源供應117A與該PIN二極體開關161A之間之該電流163A有關聯的一參數。在示例實施例中，感測器164A定位於該低電壓電源供應117A的一輸入，並測量自該電源供應118（其係與該電流163A有關聯）流入該輸入中的該電流167A。在其他實施例中，該感測器可位於該開關電路140A的其他位置，諸如在節點165A（該低電壓電源供應的輸出）或節點166A（PIN二極體161A的陽極）或在該驅動電路與該開關之間之該濾波器141A的路徑中（例如，驅動器輸出107A或該濾波器141A的輸出）。在示例性實施例中，該參數是在節點處流動的電流值，但在其他實施例中，測得的參數可為任何與流過該開關或該等開關之電流有關聯的參數（包括電壓）。在又其他實施例中，該參數為與該驅動電路有關聯的任何參數。
應注意，本文所論述之匹配網路可結合偏壓電路，諸如於2022年4月5日所申請的專利案PCT/US22/23395中討論之偏壓電路，其係以全文引用方式併入本文供參考。例如，偏壓電路的偏壓電感器可用於切換處於串聯位置中的EVC的固定分立電容器，此EVC並未接地。
決定電容值以實現匹配
圖7為示出根據一實施例之用於匹配阻抗的程序500A之流程圖。該匹配網路可包括與上述元件相似的元件。在一實施例中，係利用圖3的該匹配網路。在圖7的示例程序500A的第一步驟中，確定RF輸入13處的輸入阻抗(步驟501A)。輸入阻抗係基於在RF輸入13處由RF輸入感測器21所偵測的RF輸入參數。該RF輸入感測器21可為配置成偵測在該RF輸入13處之一RF輸入參數的任何感測器。該輸入參數可為在該RF輸入13處可測得的任何參數，包括在該RF輸入13處之一電壓、一電流或一相位。在示例實施例中，該RF輸入感測器21在該匹配網路11的該RF輸入13處偵測電壓、電流及相位。基於該RF輸入感測器21所偵測的該RF輸入參數，該控制電路45決定該輸入阻抗。
接下來，該控制電路45決定該電漿室19所呈現的該電漿阻抗（步驟502A）。在一實施例中，該電漿阻抗決定係基於該輸入阻抗（在步驟501A中的決定）、該串聯EVC 31的電容及該分流EVC 33的電容。在其他實施例中，可使用可操作地耦接到該RF輸出的該輸出感測器49而作出該電漿阻抗決定，其中該RF輸出感測器49係配置成偵測一RF輸出參數。該RF輸出參數可為在該RF輸出17處可測得的任何參數，包括在該RF輸出17處的一電壓、一電流或一相位。該RF輸出感測器49可偵測在該匹配網路11之該RF輸出17處的該輸出參數。基於該RF輸出感測器21所偵測到的該RF輸出參數，該控制電路45可決定該電漿阻抗。在又其他實施例中，該電漿阻抗決定可基於該RF輸出參數及該RF輸入參數兩者。
一旦已知該電漿室19的該可變阻抗，該控制電路45可決定為了達成一阻抗匹配而對該等串聯及分流EVC 31、33中之一或兩者之可變電容進行的變更。具體而言，該控制電路45決定該串聯可變電容的一第一電容值及該分流可變電容的一第二電容值（步驟503A）。這些值代表該串聯EVC 31及分流EVC 33為了實現一阻抗匹配或至少一實質阻抗匹配的新電容值。在示例實施例中，該等第一及第二電容值的決定係基於該可變電漿阻抗（在步驟502A中決定）及該固定RF源阻抗。
一旦決定該等第一及第二電容值，該控制電路45產生一控制訊號，以將該串聯可變電容及該分流可變電容中之至少一者分別改變為該第一電容值及該第二電容值（步驟504A）。此完成時間約t=-5 微秒。該控制訊號指使該開關電路改變該等串聯及分流EVC 31、33中之一或兩者的該可變電容。
在示例實施例中，該等EVC在該RF源繼續向該匹配網路的該RF輸入提供該RF訊號的同時改變。在改變該等EVC之前，無需停止該RF訊號的提供。新電容值的決定及該等EVC的改變可連續（且重複）完成，且同時間該RF訊號係持續提供至該匹配網路。
相較於一使用VVC之RF匹配網路的約1-2 秒，該等EVC 31、33的改變需要總共約9-11微秒(µsec)。一旦完成切換至不同可變電容後，由於構成該等EVC的額外分立電容器係加入電路並充電，因此有一段延遲期。此部分的匹配調整過程約需55毫秒。最後，顯示RF功率分布403係正好在t=56毫秒之前出現自約380 mV峰對峰值至約100 mV峰對峰值的減少。該RF功率分布403的此減少表示反射功率407的減少，且其發生期間約10毫秒，在此時該匹配調整過程係視為完成。
該串聯可變電容及該分流可變電容的改變可包含將一控制訊號傳送至該串聯驅動電路39及該分流驅動電路43以分別控制該串聯可變電容及該分流可變電容，其中該串聯驅動電路39係可操作地耦接到該串聯EVC 31，且該分流驅動電路43係可操作地耦接到該分流EVC 43。當該等EVC 31、33切換至所需的電容值時，該輸入阻抗可與該固定的RF源阻抗（例如，50歐姆(Ohm)）相匹配，因此導致一阻抗匹配。若由於該電漿阻抗之波動而使足量之阻抗匹配未得到結果，可將500A之程序重覆一或多次以達成一阻抗匹配或至少一實質阻抗匹配。
使用諸如圖3所示的RF匹配網路11，該輸入阻抗可表示如下：
其中Z
in為該輸入阻抗、Z
P為該電漿阻抗、Z
L為該串聯電感器阻抗、Z
series為該串聯EVC阻抗及Z
shunt為該分流EVC阻抗。在示例實施例中，該輸入阻抗(Z
in)係使用該RF輸入感測器21而加以決定。在任何特定時間該控制電路都知道該等EVC阻抗（Z
series及Z
shunt），因為該控制電路係用以命令該等串聯和分流EVC之每一者的各種分立固定電容器轉為導通或關閉。再者，該串聯電感器阻抗(Z
L)為一固定值。因此，該系統可使用這些值來求解該電漿阻抗(Z
P)。
基於此已決定的電漿阻抗(Z
P)與已知的所需輸入阻抗(
)（通常為50 Ohm）及已知的串聯電感器阻抗(Z
L)，該系統可決定一新的串聯EVC阻抗（
）及分流EVC阻抗(
)。
基於該新計算的串聯EVC可變阻抗(
)及分流EVC可變阻抗(
)，該系統可接著決定該串聯可變電容的新電容值（第一電容值），以及該分流可變電容的一新電容值（第二電容值）。當這些新電容值分別與該串聯EVC 31及該分流EVC 33一起使用時，可完成一阻抗匹配。
一步驟能計算所需第一及第二電容值並到達該等數值的示例方法相較於逐步移動兩EVC以使錯誤訊號變為零或使反射功率/反射係數達到最小，係明顯較速。在需要較快速調整方案的半導體電漿製程中，此途徑提供明顯改善匹配網路調整速度。應注意，用於決定本文中所討論之新EVC電容值的方法僅為實例。在其他實施例中，可使用其他參數及/或方法來決定新的EVC電容值。例如，基於一新電容值之參數可為有關於該電漿室的任何參數。
使用參數矩陣決定電容值
圖8提供使用一參數矩陣以匹配阻抗之替代程序500。在示例程序中，該控制電路45（參見圖3之匹配網路組件）係配置及/或編程以執行該等步驟之每一者。作為兩個初始步驟中之一者，RF參數係藉由該RF輸入感測器21在該RF輸入13處測量，且在該RF輸入13處的該輸入阻抗係使用該所測得的RF參數進行計算（步驟501）。在此示例程序500中，在該RF輸入13處係測得順向電壓及順向電流。在某些其他實施例中，該等RF參數可藉由該RF輸出感測器49在該RF輸出17處測量，但在此類實施例中，可能需要不同於以下所述者的不同計算。在又其他實施例中，可在該RF輸入13及該RF輸出17兩者處測量RF參數。
耦接於該RF源15與該電漿室19之間的該阻抗匹配電路之特徵可為熟習該項技藝者已知之數個參數矩陣類型中之一者，包括雙端口參數矩陣。一S參數矩陣及一Z參數矩陣是此類參數矩陣的兩個實例。其他實例包括（但不限於）一Y參數矩陣、一G參數矩陣、一H參數矩陣、一T參數矩陣及一ABCD參數矩陣。熟習該項技藝者亦將瞭解，此等各種參數矩陣係可針對一電路（諸如一匹配網路）而在數學上由一個轉成另一個。該示例程序500的第二初始步驟是在一參數查找表中查找用於該阻抗匹配電路之現有組態的參數矩陣（步驟502）。該阻抗匹配電路的該現有組態係由該阻抗匹配電路的現有工作參數所定義，尤其是該串聯EVC 31及該分流EVC 33兩者的現有陣列組態。為了達成一阻抗匹配，該阻抗匹配電路的該現有組態係改變為該阻抗匹配電路的一新組態，以作為該示例程序500的一部分。
該參數查找表包括複數個參數矩陣，其中每個參數矩陣係有關於該串聯EVC 31及該分流EVC 33的一特定組態。該參數查找表可包括前述參數矩陣類型中之一或多者。在該示例程序500中，該參數查找表包括至少複數個S參數矩陣。在某些實施例中，該參數查找表可包括至少複數個Z參數矩陣。在該參數查找表包括多種類型參數矩陣的實施例中，不同類型參數矩陣係以此種方式而在該參數查找表中產生關聯，以消除不同類型參數矩陣之間數學轉換的需要。例如，該T參數矩陣可包括作為該參數查找表的部分，其中每個T參數矩陣係關聯於從兩個矩陣之間轉換所導出的相關聯S參數矩陣。
該輸入阻抗計算（步驟501）及該參數矩陣查找（步驟502）可以任何順序執行。隨著完成計算該輸入阻抗（步驟501）及在該參數查找表中確認該阻抗匹配電路之該現有組態的參數矩陣（步驟502），接著即可使用該已計算的輸入阻抗及該現有組態的該參數矩陣而計算電漿或負載阻抗（步驟503）。接下來，根據該已計算的電漿阻抗，係於一陣列組態查找表中查找出可達成該RF源15與該電漿室19之間之一阻抗匹配或至少一實質阻抗匹配的該串聯EVC 31與該分流EVC 33的匹配組態（步驟504）。來自該陣列組態查找表中的這些匹配組態係為將產生該串聯EVC 31及分流EVC 33之新電容值的陣列組態，且一阻抗匹配係藉由新陣列組態及相關聯的新電容值而達成。該陣列組態查找表係為該串聯EVC 31及該分流EVC 33的一陣列組態表，且其包括當該串聯EVC 31及該分流EVC 33組合使用時的每個可能陣列組態。作為使用一陣列組態查找表的替代，該EVC 31、33之實際電容值可在程序期間計算，然而，該等電容值之此類即時計算本質上較在該陣列組態查找表中查找該等匹配組態更慢。在該陣列組態查找表中確認該串聯EVC 31及該分流EVC 33的該等匹配組態後，接著該串聯陣列組態及該分流陣列組態中之一或兩者係改變（步驟505）為該串聯EVC 31及該分流EVC 33的分別已確認匹配組態。
該串聯陣列組態及該分流陣列組態之改變（步驟505）可包括該控制電路45傳送一控制訊號至該串聯驅動電路39及該分流驅動電路43，以分別控制該串聯陣列組態及該分流陣列組態，其中該串聯驅動電路39係可操作地耦接到該串聯EVC 31，且該分流驅動電路43係可操作地耦接到該分流EVC 43。當該等EVC 31、33已切換為該等匹配組態時，該輸入阻抗係可與該固定的RF源阻抗（例如，50 Ohm）相匹配，因此導致一阻抗匹配。若由於該電漿阻抗之波動而無法得到足夠阻抗匹配，該程序500可重覆一或多次，以獲得一阻抗匹配或至少一實質阻抗匹配。
上文描述之該程序中所使用的該等查找表係在該RF匹配網路與該電漿室19結合使用之前已編譯。在建立該等查找表時，該RF匹配網路11係在與一電漿室一起使用之前進行測試，以決定相關聯於該串聯EVC 31及該分流EVC 33之每個陣列組態的每一類型的至少一參數矩陣及負載阻抗。由測試所得的該等參數矩陣係編譯至該參數查找表中，使得每個類型的至少一參數矩陣與該等EVC 31、33的一分別陣列組態產生關聯。同樣地，該等負載阻抗係編譯至該陣列組態查找表中，使得每個參數矩陣與該等EVC 31、33的一分別陣列組態產生關聯。該等預先編譯之查找表可考量該固定的RF源阻抗（例如，50 Ohm）、該RF源之功率輸出及該RF源之工作頻率，以及與該RF匹配網路之工作相關的其他因素。因此，每個查找表可具有數萬個或更多個項目，以負責該等EVC 31、33的所有可能組態。可能組態的數量主要係由構成該等EVC 31及33之每一者的分立固定電容器之數量來確定。在編譯該等查找表時，可考慮可能的安全限制，諸如該匹配網路內關鍵位置處的最大容許電壓及電流，且此可用以排除該等查找表之一或多者中關於該等EVC 31、33之某些組態的項目。
如本領域中已知，該S參數矩陣由稱為散射參數或簡稱S參數的組件組成。一用於該阻抗匹配電路的S參數矩陣有四個S參數，即S
11、S
12、S
21及S
22，每個參數皆代表在該RF輸入13及該RF輸出17處的一電壓比。該阻抗匹配電路的所有四個S參數係皆已預先決定及/或計算，使得知道完整的S參數矩陣。其他類型參數矩陣的參數可同樣預先決定及/或計算並併入該參數矩陣中。例如，該阻抗匹配電路的一Z參數矩陣有四個Z參數，即Z
11、Z
12、Z
21及Z
22。
藉由以此方式編譯該參數查找表，特定計算的全部時間成本係發生在該RF匹配網路的測試階段期間，而非在實際使用該RF匹配網路11與一電漿室19期間。此外，因為在一查找表中尋找一值的時間較即時計算相同值更短，因此使用該查找表可有助於減少達成一阻抗匹配所需的整體時間。在一電漿沉積或蝕刻製程中，其包括可能在整個製程中數百或數千個阻抗匹配調整，此時間節省可有助於整體製程的直接成本節省。
自從該控制電路決定該電漿室之該可變阻抗及決定該等串聯及分流匹配配置開始之該匹配調整程序的起始至該匹配調整程序結束，當反射回該RF源之該RF功率減少時，使用EVC的RF組抗匹配網路的整個匹配調整程序係具有約110 微秒的經歷時間或約150 微秒或更少的量級。該匹配調整程序之單次迭代的此短暫經歷時間係代表了對VVC匹配網路的顯著增加。此外，由於該匹配調整程序之單次迭代的此短暫經歷時間，使得使用EVC之該RF阻抗匹配網路可反覆執行該匹配調整程序，重複該兩個決定步驟並產生另一控制訊號以進一步改變該等電子可變電容器之一或兩者的該等陣列組態。藉由迭代地重複該匹配調整程序，預期可在該匹配調整程序的約2-4次迭代中建立一較佳阻抗匹配。此外，視該匹配調整程序每次重複的時間而定，預期可在500 微秒或更少時間內重複3-4次。假設使用VVC之RF阻抗匹配網路單次迭代一匹配調整程序為1-2 秒匹配時間，則此種在一很短時間內執行多次迭代的能力對於使用EVC的RF阻抗匹配網絡而言是一顯著的優勢。
熟習該項技藝者將瞭解到，對於一使用EVC的RF阻抗匹配網路，若干個因素可能促成該阻抗匹配程序的亞毫秒級經歷時間。此類因素可包括該RF訊號之功率、該等EVC之組態及設計、所使用匹配網路之類型及所使用驅動電路之類型及組態。其他未列舉的因素可亦能促成該阻抗匹配程序的整體經歷時間。因此，預期到，一具有EVC之RF阻抗匹配網路的整個匹配調整程序，自程序一開始（亦即藉由該控制電路之測量及計算建立該阻抗匹配所需的調整）至程序結束（當耦接到該電漿室之RF功率的效率因一阻抗匹配及該反射功率之減少而增加的時間點）的完成應不超過約500 微秒。即使在同一500 微秒量級的匹配調整程序中，此處理時間仍代表對於使用VVC之RF阻抗匹配網路相較的顯著改善。
表1係呈現顯示一EVC實例與一VVC實例之工作參數間比較的資料。如所見，EVC除了可實現一RF阻抗匹配網路的快速切換外，還具有若干優勢：
| 表 1 | ||
| 參數 | EVC | 典型 1000pF 真空電容器 |
| 電容 | 20 pF ~ 1400 pF | 15 pF ~ 1000 pF |
| 可靠性 | 高 | 低 |
| 反應時間 | ~ 500 微秒 | 1 s ~ 2 s |
| ESR | ~ 13 mW | ~ 20 mW |
| 電壓 | 7 kV | 5kV |
| 電流處理能力 | 216 A rms | 80 A rms |
| 體積 | 4.5 in 3 | 75 in 3 |
如所見，除了EVC可能達成的快速切換能力之外，EVC亦引入了可靠性優勢、電流處理優勢及尺寸優勢。使用EVC之RF阻抗匹配網路及/或用於該等EVC之該開關電路本身的額外優勢包括：
該所揭示RF阻抗匹配網路不包括任何移動部件，因此機械故障的可能性係降低至可用作該半導體製程之部分的其他整個電路的可能性。例如，典型的EVC可由一帶有銅金屬化之耐用陶瓷基板形成，以形成分立電容器。移動部件的排除亦增加對於使用期間因熱波動造成之損壞的抗性。
相較於一VVC，該EVC具有一小巧的尺寸，因此減小的體積及重量可節省製造設施中的寶貴空間。
EVC的設計引入自訂該RF匹配網路的增強能力，以滿足特定應用之特別設計需求。EVC可配置有自訂電容範圍，其中一實例是非線性電容範圍。此類自訂電容範圍可為更廣泛的製程提供較佳的阻抗匹配。舉另一例來說，一自訂電容範圍可在阻抗匹配的某些區域中提供更多的解析度。一自訂電容範圍亦可實現更高之觸發電壓的生成，從而使電漿碰撞更簡單。
該短暫的匹配調整程序（~500 微秒或更少）係允許該RF阻抗匹配網路更佳跟上製程中的電漿變化，從而增加電漿穩定性並導致製程的更受控功率。
在一RF阻抗匹配網路中使用數位控制之非機械式裝置的EVC係提供了更大的機會以透過編程而微調控制演算法。
相較於VVC，EVC展現卓越的低頻(kHz)效能。
跨系串聯連接PIN二極體的平衡RF電壓
如上文所論述，PIN二極體可用作RF匹配網路中之固態開關，諸如圖1-3中所示之匹配網路。（以下將討論PIN二極體，但一般技術技術人員將瞭解該討論可亦適用於NIP二極體。）如上文所論述，EVC可包含各自具有用於接通及斷開固定電容器之開關電路的固定電容器。例如，EVC可利用圖6之開關電路140A。在此開關電路140A中，開關為一單PIN二極體161A。
PIN二極體是有效的RF開關，因為其的漏電流非常低，並且具有處於關閉狀態的電容。這些特性可讓PIN二極體在關閉狀態下看似開路。某些市售的PIN二極體具有數千伏特的最大截止電壓。此最大截止電壓通常稱為逆向崩潰電壓。如果超過此電壓，裝置將發出崩潰故障。此崩潰電壓限制PIN二極體的有用功率範圍。PIN二極體在導通狀態亦具有最大電流額定值。此有限電流額定值亦限制二極體的最大有效功率範圍。若要使用PIN二極體建立高功率的RF開關，多個二極體可形成串聯及並聯。圖9提供此類PIN二極體陣列之實例。添加串聯PIN二極體會增加該以二極體為基礎之開關261A的最大截止電壓，且並聯連接PIN二極體會增加該開關261A的整體電流承載能力。雖然以此方式添加PIN二極體將增加開關的整體電壓和電流承載能力，但更希望二極體D1-D9能平均共用RF電位，從而有效避免任何一裝置崩潰。
示例性PIN二極體開關使用順向偏壓電流導通。在高功率應用中，此電流可約為0.5A。此順向偏壓電流使PIN二極體處於低電阻傳導狀態。在關閉或截止狀態下，示例化的PIN二極體接收從陰極到陽極的逆向電壓，其大於電路的峰值RF電位。這可確保PIN二極體保持在逆向偏壓狀態，且不會順向傳導。當多個PIN二極體串聯時，希望跨每個PIN二極體之間有均等共用逆向截止電壓。如果該等二極體中之一者的RF電位超過跨該二極體的DC截止電壓，則會進入傳導模式。
可用平衡電阻器以平衡跨每個PIN二極體上的電壓，參見例如，圖9之平衡電阻169A(R1-R3)。在示例性實施例中，電阻顯著低於跨PIN二極體的洩漏電阻，但其電阻並不過低，或將消耗過多功率。在某些具體例中，平衡電阻器為相同值（例如，10MΩ)，儘管本發明並不如此受限。
在高功率應用中，PIN二極體通常需要冷卻，並使用散熱器去熱。圖10顯示用於去熱之一電位配置。具體而言，圖10顯示安裝在（且可能製造於）基板252上傳導熱但不傳導電的PIN二極體251。基板可具有銅佈線來實現電連接。基板可為陶瓷但並不如此受限。較佳地，基板係電隔熱器及優良的熱導體。這允許PIN二極體與封裝或散熱器電隔離，但仍具有從接合點到殼體的低熱阻抗。基板252定位於散熱器253上。基板可夾緊至散熱器，導熱膏可安置在其間。雖然本發明並不如此有限，但散熱器通常接地並由金屬性導電材料製成。如下文將更詳細論述，寄生電容254生成於PIN二極體251與導電的熱253之間。
圖9中之平衡電阻器169A可平衡DC截止電壓，但可能無法適當平衡RF電壓。在較高頻率下，PIN二極體接合電容的電容性反應可等於或小於DC平衡電阻器值。此時，接合電容可成為跨串聯連接PIN二極體上RF電壓平衡的主要因素。此外，當多個PIN二極體串聯連接時，自晶粒至接地之接合電容及電容形成分壓器。此分壓器會影響跨PIN二極體的分壓。因此，此不相等電壓分配限制串聯PIN二極體的實用範圍。圖9顯示此等寄生電容171。Cp1-4是從晶粒至散熱器的電容，而Cj1-3是處於關閉狀態的陰極至陽極的電容。
在理想之環境中，截止電壓係跨該等PIN二極體中之每一者平均分配。例如，若使用三個二極體且DC截止電壓為3kV，則截止電壓將平均分配，使得跨每個二極體上有1kV。RF電位將亦平均分配。
圖11為基於模擬之跨圖9之基於二極體開關的二極體上的電壓之圖式。該型號用於3kV、17A PIN二極體。此二極體具有2.2pF的接合電容，以及3kV 時的10uA 漏電流。13MHz頻率源的振幅為2500V。使用3kV DC截止電壓。
圖11的波形201-203顯示每個PIN二極體開關的電壓如何受到來自晶粒至接地之寄生電容的影響。波形201顯示跨第一二極體D1的電壓。此二極體D1在跨其上具有最大的RF電壓。波形202顯示跨第二二極體D2上的電壓。此二極體D2具有第二大電位。波形203顯示跨第三二極體D3上的電壓。此二極體D3具有跨其上最小的RF電壓。跨D1上的電壓超過1kV截止電壓。因此，D1在正弦波的一部分期間順向傳導。
浮動散熱器
消除寄生電容至地面的方法之一方法是藉由浮動散熱器來移除接地。在此例中，散熱器充當接地。在此案例中，額外的寄生電容Cp5將介於浮動散熱器與電路接地之間。本選項顯示於圖9中的寄生電容Cp5。
圖12為使用浮動散熱器的圖9中基於二極體開關的跨二極體電壓之圖式。在此模擬中，非常小的0.1pF電容用來模擬散熱槽至接地的電容，且1000MΩ的極高電阻用來模擬從散熱槽至接地的電阻。
圖12顯示跨PIN二極體上的電壓不相等。波形204是跨D1的電壓，波形205是跨D2的電壓，而波形206是跨D3的電壓。電壓不相等，因為散熱器作用如同浮點接地平面。從PIN二極體至浮點接地之寄生電容彼此耦接。跨每個二極體的電容不相等，因此電壓不平衡。此問題的一可能的方法是對每個PIN二極體晶粒使用單個浮動散熱器。這會消除寄生電容之間的共同耦接路徑。然而，這種方法可能從機械實施的角度來看並不實用，因為散熱器可能很大。
不均平衡電阻器
如圖11所示，跨PIN二極體的電壓不均等，且具有最大電壓電位的二極體係順向傳導。這是因為DC截止電壓不大於跨此二極體上的RF電位。這個問題的一解決方案是對平衡電阻器使用不相等的值。在一實施例中，請即重新參考圖9，R1為15MΩ，R2為10MΩ，且R3為5MΩ。圖13顯示模擬結果。波形207是跨二極體D1的電壓，波形208是跨二極體D2的電壓，且波形209是跨二極體D3的電壓。圖13顯示模擬結果。跨每個二極體的DC截止電壓與不均的RF電位成正比。RF波形以DC位移為中心。所有三個二極體現在均保持在關閉狀態且不順向傳導。然而，如果跨該等二極體中之一者的RF電位大於該二極體的逆向電壓額定值，則二極體仍然會崩潰損壞裝置。此方法不會獲得串聯連接二極體的整個電壓額定值電位，因為其跨每個二極體上未均等分配電壓。
平衡電容器
由於不相等的電壓分配是寄生電容所形成的一系列相等分壓器的結果，因此一解決方案係使用集總元件或集成的印刷平衡電容器，將跨每個二極體的電壓恢復平衡。在一實施例中，經印刷之電容器係在基板上以銅佈線形成且使用基板材料之介電常數，不過本發明並不如此受限。
圖14顯示根據一實施例之利用平衡電容器170B(Cb1、Cb2)的以二極體為基礎之開關162B。如所示，跨每串168B的該等第一二極體173及第二二極體174中之每一者上添加平衡電容器Cb1、Cb2，以在關閉狀態下改變跨其上的分壓。雖然未顯示，但平衡電容器亦可跨每串168B中之最後二極體175添加。在示例性實施例中，將寄生陰極至陽極電容用於最後二極體175(D3、D6、D9)而非電容器。此外，在此實施例中，平衡電阻器169B係相等值，因為平衡電容器170B使跨每個二極體上的RF電位相等，不過本發明並不如此受限。在其他實施例中，可省略平衡電阻器。
在圖14中，開關162B顯示具有串聯連接二極體之串168B。顯示三個串168B,但在其他實施例中，可有任意數量的串。該等串聯連接二極體中之每一者為PIN二極體，但二極體可替代為NIP二極體。對於每個串168B，該等二極體中之至少一者具有並聯二極體之一平衡電容器170B。在此實例中，每個串中之第一二極體173係並聯平衡電容器Cb1，且每個串中之第二電容器174係並聯平衡電容器Cb2。第三二極體175確實具有平行平衡電容器，但在其他具體例中，這些二極體175可具有一平衡電容器。
在示例性實施例中，串168B之二極體配置成陣列，使得第一串176之第一二極體D1係並聯其他串177、178中之每一者之第一二極體D4、D7，以及第一串176之第二二極體D2係並聯耦接到其他串中之每一者之第二二極體D5、D6。此外，該等串168B中之每一者的第一二極體173共用一共同第一平衡電容器Cb1，且每個串168B之第二二極體174共用第二平衡電容器Cb2。此外，在此實施例中，該等串168B中之每一者的第一二極體173共用與第一二極體173並聯耦接的共同第一平衡電阻器R1，且每個串168B之第二二極體174共用與第二二極體174並聯耦接的共同第二平衡電阻器R2。
平衡電容器之值可不同或相同。這些值可藉由多種方法選擇，並可視使用的特定開關、二極體的值、預期寄生電容的值、電阻器的值等而定。雖然可使用多個方法計算電容值，但其可交替使用試驗及錯誤來確定最有效的電容值，以使跨的每個二極體的電壓相等（或接近平均分配）。
圖15示出在以二極體為基礎之開關162C中利用平衡電容器之替代組態。此組態相同於圖14，不同處在於陣列的特定列中的二極體（例如，第一二極體173C（D1、D4、D7）不彼此並聯耦接。在這情況下，不是具有平衡電容器(例如，Cb1)平行於每一列（例如，第一二極體173C），而是具有並聯第一和第二二極體列173C、174C的每個二極體的一單獨平衡電容器。在此實施例中，二極體175C的最後一列沒有平衡電容。在其他實施例中，最後一列的二極體可亦具有其自己的平衡電容。換句話說，二極體D1具有平衡電容器Cb11，二極體D2具有平衡電容器Cb21，二極體D4具有平衡電容器Cb12，二極體D5具有平衡電容器Cb22，二極體D7具有平衡電容器Cb1n，且二極體D2具有平衡電容器Cb2n。此圖中省略平衡電阻，但可類似於圖14包括在內。
下圖16是以二極體為基礎之開關162D的模擬示意圖，該開關使用與圖14類似的陣列中的平衡電容器與電阻器。對於二極體D1、D2、D3，該模擬使用具有接面電容為2.2與在3kV時漏電流為10uA的3kV、17A PIN二極體。使用振幅為2500V的13MHz頻率源V1（耦接到接地40）。使用3kV DC截止電壓。請注意，圖16的模擬原理圖已簡化。電壓源V1可亦包含DC偏移電壓（例如，3kV）。DC偏移電壓可用於模擬截止電壓，該截止電壓通常透過扼流圈饋送到PIN二極體的陰極。當開關導通時，該扼流圈可亦用於交替饋送順向偏壓（例如，-5V）。
使用單個第一串168D的PIN二極體D1、D2、D3，其具有對應的平衡電阻器169D(Rb1、Rb2、Rb3)以均勻分配3kV截止電壓。在此模擬中，該等平衡電阻器169D中之每一者的電阻為10 MΩ。前兩個二極體D1、D2具有對應的平衡電容器170D。平衡電容器Cb1具有3 pF之電容且平衡電容器Cb2具有1 pF之電容。寄生電容171亦分別表示為Cp1、Cp2及Cp3。偏壓電感器Lbias(1m)用作RF扼流圈。其在工作頻率下具有高阻抗，其為直流截止電壓和順向偏壓提供DC返迴路徑。此外，DC阻隔電容器C1用於允許RF通過但阻絕DC阻隔電壓。電阻器Rl(10MΩ)為RF負載。
圖17為根據一實施例之利用平衡電容器的圖15中基於二極體開關的跨二極體電壓之圖式。如可觀測到RF電位平衡，且跨每個二極體的電壓由波形210表示。
如上文所論述，本文中所論述之基於二極體開關可併入用於RF匹配網路中的EVC。此一用於匹配阻抗之匹配網路可用於半導體製程工具中。此類匹配網路亦可用於阻抗匹配方法中，及/或用於製造包括阻抗匹配之半導體的方法中。
非導電散熱器
如上文關於圖10所論述，使用導電之金屬性散熱器可導致使跨基於二極體開關之二極體RF電位失衡的寄生電容254。上述解決方案使用平衡電容器來處理此問題並平衡RF電位。
使跨二極體的RF電位保持平衡的另一方法係使用非導電散熱器，如圖18所示。根據此方法，散熱器255係由導熱但電絕緣材料製成。基於二極體開關之二極體251係直接定位於非傳導性散熱器上，而非定位於定位於傳導性散熱器上的非傳導性基板上。在某些實施例中，散熱器包含陶瓷材料或利用陶瓷材料製成，諸如氧化鈹(BeO)、氮化鋁(AlN)或氧化鋁陶瓷(Al2O3)。此類材料是有效的熱導體，且亦為有效的電絕緣體。另外還有多種複合材料可用來代替陶瓷。散熱器可為空氣或水冷式。
一旦去除散熱器的導電特性，電路原理圖類似於圖9的電路原理圖，但沒有寄生電容171。因此，RF電位在跨二極體251、168A上為相等平衡。
如上文關於圖10所論述，當PIN二極體陣列製造在非導電基板上時，基板上可以具有銅佈線以進行電連接。這些部件可焊接到基板上。如果基板附接到導電散熱器，則基板可夾到散熱器上，並可在其間安裝導熱膏。然而，導熱膏增加組件的額外熱阻抗，並提高安裝其上的組件之溫度。藉由消除導電散熱器，可消除基板夾持件與導熱膏，以使非導電散熱器與電路陶瓷基板成為一同質件。根據此實施例，可在陶瓷散熱器的正上方製作電路。
應注意，除了消除（或減少）開關的跨二極體電壓不平衡，圖18 的非導電散熱器還可提供另一優點。在L型匹配中（諸如圖2所示），從串聯輸出電容器（參見例如圖2的串聯電容器31）到接地的寄生電容可能是一個問題，因為此電容可能會限制匹配網路範圍。如文中所論述，當將開關電路置於陶瓷基板上時，可能會產生寄生電容，其進而又箝位到接地的傳導散熱器。這在寄生電容的電抗變低的較高頻率中特別明顯。藉由將電容陣列安裝在陶瓷散熱器上，可消除寄生電容，因此增加調諧範圍。替代地，傳導散熱器可為浮動。
儘管本文討論的匹配網路的實施例使用L或pi組態，但應注意，要求保護的匹配網路可係配置成其他匹配網路組態，諸如「T」型組態。除非另有聲明，否則此處所討論的該等可變電容器、開關電路及方法可與適用於一RF阻抗匹配網路的任何組態一起使用。
雖然本文中討論的該等實施例係使用一匹配網路中之一或多個可變電容器來實現一阻抗匹配，但應注意可使用任何可變電抗元件。一可變電抗元件可包括一或多個分立電抗元件，其中一電抗元件係為一電容器或電感器或類似的電抗裝置。
本申請案以參考文獻將其全部併入共同擁有的美國專利案第10,460,912號、美國公開案第US2021/0327684號、美國公開案第US2021/0327684號及美國專利案第10,984,985號中。
雖然已就包括目前實施本發明之較佳模式的特定實施例而描述本發明，但熟悉該項技藝者將理解，上文所描述之系統技術存在多種變化及排列。應瞭解，可使用其他實施例，且結構及功能可進行修飾而不背離本發明之範疇。因此，本發明之精神及範疇應如文後申請專利範圍中所闡述而廣泛構成。
11:匹配網路
11A:pi組態匹配網路
13:RF輸入
15:RF源
17:RF輸出
19:電漿室
21:RF輸入感測器
23:第一電極
25:第二電極
27:基板
31:串聯可變電容器
31A:分流可變電容器
33:分流可變電容器
33A:分流可變電容器
35:串聯電感器
37:串聯RF扼流圈及濾波電路
39:串聯驅動電路
40:接地
41:分流RF扼流圈及濾波電路
43:分流驅動電路
45:控制電路
47:電源供應器
49:RF輸出感測器
85,85A:半導體製程系統
86:半導體製程工具
105A-1:輸入
105A-2:輸入
107A:共同輸出
111A:第一電源開關
113:訊號輸入/第一端子
113A:第二電源開關
115A:高電壓電源供應
117A:低電壓電源供應
118:電源供應
129:命令輸入
130:訊號輸出
137:RF扼流圈及濾波電路
139:驅動電路
139A,139B:驅動電路
140A,140B:開關電路
141A,141B:濾波器
145:控制電路
150:電子電路
151:電子可變電容器(EVC)
151a:第一電容器陣列
151b:第二電容器陣列
153:電容器
153A,153B:電容器
155:可變電容系統
161:開關
161A,161B:開關/PIN二極體
162B,162C,162D:開關
163A:電流
164A:感測器
165A:節點
166A:節點
167A:電流
168A:二極體
168B:串
169A,169B,169D:平衡電阻器
170B,170D:平衡電容器
171:寄生電容
173,173C:第一二極體
174,174C:第二二極體
175,175C:二極體
176:第一串
177,178:串
201~210:波形
251:PIN二極體
252:基板
253:散熱器
254:寄生電容
255:散熱器
261A:開關
500:程序
500A:程序
501,502,503,504,505:步驟
501A,502A,503A,504A:步驟
C1:DC阻隔電容器
Cb1,Cb2:平衡電容器
Cb1n,Cb2n:平衡電容器
Cj1~Cj3:電容
Cp1~Cp5:寄生電容
D1~D9:二極體
Lbias:偏壓電感器
R1~R3:平衡電阻
Rb1~Rb3:平衡電阻
Rl:電阻器
V1:電壓源
本發明將藉由實施方式及附圖而可更全面理解，其中：
圖1為半導體製程系統的實施例之方塊圖。
圖2為具有L-組態匹配網路之半導體製程系統的實施例之方塊圖。
圖3是具有pi組態匹配網路之半導體製程系統的實施例之方塊圖。
圖4為使用電子可變電容器以提供可變電容之電路的實施例之方塊圖。
圖5為用於切換電子可變電容器之分立電容器的可變電容系統之示意圖。
圖6為用於EVC之開關電路的實施例之方塊圖。
圖7為用於藉由改變可變電容來匹配阻抗的示例性製程之流程圖。
圖8為使用參數矩陣匹配阻抗以改變可變電容的示例性製程之流程圖。
圖9為根據一實施例之利用平衡電阻器之基於二極體開關。
圖10為根據一實施例之位在陶瓷基板上的基於二極體開關之方塊圖，該陶瓷基板位在金屬散熱器上。
圖11為圖9的基於二極體開關的跨二極體電壓之圖式。
圖12為使用浮動散熱器的圖9中基於二極體開關的跨二極體電壓之圖式。
圖13為圖9中基於二極體開關使用不等值的平衡電阻器的跨二極體電壓之圖式。
圖14為根據一實施例之利用平衡電容器的基於二極體開關。
圖15為根據另一實施例之利用平衡電容器的基於二極體開關。
圖16為根據一實施例之利用平衡電容器的基於二極體開關之模擬示意圖。
圖17為根據一實施例之利用平衡電容器的圖15中基於二極體開關的跨二極體電壓之圖式。
圖18為根據另一實施例之位在陶瓷散熱器上的基於二極體開關之方塊圖。
11:匹配網路
15:RF源
19:電漿室
27:基板
85:半導體製程系統
86:半導體製程工具
Claims (32)
- 一種射頻(RF)阻抗匹配電路，其包含： 一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源； 一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室； 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含： 一開關，其可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體； 其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
- 如請求項1所述之阻抗匹配電路，其中，每一個該平衡電容器的值是基於當不存在該等平衡電容器時，該開關電路中的一或多個寄生電容的該預期值。
- 如前述請求項中任一項所述之阻抗匹配電路，其中，該至少一串的串聯連接的該等二極體包含彼此並聯耦接的至少兩串的串聯連接的複數二極體。
- 如請求項3所述之阻抗匹配電路： 其中，該等至少兩串的該等二極體係配置成一陣列，使得一第一串的一第一二極體與其他串中之每一者的複數第一二極體並聯，且該第一串的一第二二極體與其他串中之每一者的複數第二二極體並聯耦接； 其中，該等至少兩串中之每一者的該等第一二極體共用一共同第一平衡電容器，且該等串中之每一者的該等第二二極體共用一共同第二平衡電容器。
- 如請求項4所述之阻抗匹配電路，其中，該等串中之每一者的該等第一二極體共用與該等第一二極體並聯耦接的一共同第一平衡電阻器，且該等串中之每一者的該等第二二極體共用與該等第二二極體並聯耦接的一共同第二平衡電阻器。
- 如請求項5所述之阻抗匹配電路，其中，該等第一和第二平衡電阻具有相等電阻值。
- 如請求項4所述之阻抗匹配電路，其中，該第一平衡電容器有與該第二平衡電容器的電容值不同的電容值。
- 如前述請求項中任一項所述之阻抗匹配電路，其中，串聯連接的該等二極體之每一者位於導熱但不導電的一基板上，該基板位於導電的一散熱器上。
- 如請求項8所述之阻抗匹配電路，其中，該基板包含一陶瓷材料。
- 一種匹配阻抗的方法，其包含： 將一匹配電路的一射頻(RF)輸入耦接到提供一RF信號的一RF源； 將該匹配電路的一RF輸出耦接到一電漿室，其中，該匹配電路包含： 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的一總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含： 一開關，其可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體； 其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器；以及 藉由該至少一EVC的該等開關電路中至少一者接通及斷開其對應的該固定電容器來匹配阻抗以改變該EVC的一總電容。
- 如請求項10所述之方法，其中，每一個該平衡電容器的值基於當不存在該等平衡電容器時，該開關電路中的一或多個寄生電容的該預期值。
- 如請求項10至11中任一項所述之方法，其中，該至少一串的串聯連接的該等二極體包含彼此並聯耦接的至少兩串的複數串聯連接二極體。
- 如請求項12所述之方法： 其中，該等至少兩串的該等二極體係配置成一陣列，使得一第一串的一第一二極體與其他串中之每一者的複數第一二極體並聯，且該第一串的一第二二極體與其他串中之每一者的該第二二極體並聯耦接； 其中，該等至少兩串中之每一者的該等第一二極體共用一共同第一平衡電容器，且該等串中之每一者的第二二極體共用一共同第二平衡電容器。
- 如請求項13所述之方法，其中，該等串中之每一者的該等第一二極體共用與該等第一二極體並聯耦接的一共同第一平衡電阻器，且該等串中之每一者的該等第二二極體共用與該等第二二極體並聯耦接的一共同第二平衡電阻器。
- 如請求項14所述之方法，其中，該等第一和第二平衡電阻具有相等電阻值。
- 如請求項13所述之方法，其中，該第一平衡電容器有與該第二平衡電容器的電容值不同的電容值。
- 如請求項10至15中任一項所述之方法，其中，串聯連接的該等二極體中之每一者位在導熱但不導電的一基板上，該基板定位在導電的一散熱器上。
- 如請求項17所述之方法，其中，該基板包含一陶瓷材料。
- 一種半導體製程工具，其包含： 一電漿室，其係配置成將一材料沉積到一基板上或從該基板蝕刻一材料；以及 一阻抗匹配電路，其可操作地耦接到該電漿室，該匹配電路包含： 一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源； 一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到該電漿室； 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含： 一開關，其可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每一該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體； 其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
- 一種製造半導體的方法，該方法包含： 將一基板置於一電漿室中，該電漿室係配置成在該基板上沉積一材料層或從該基板蝕刻一材料層； 藉由將來自一RF源的RF功率耦接到該電漿室來激能該電漿室內的電漿，以執行沉積或蝕刻；以及 在激能該電漿的同時，藉由耦接在該電漿室與該RF源之間的一阻抗匹配電路進行一阻抗匹配，該匹配電路包含： 一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到該RF源； 一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到該電漿室； 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能一阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含： 一開關，其可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體中的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體； 其中，對於該至少一串中之每一者，該串的該等二極體之至少一者具有與該二極體並聯的一平衡電容器。
- 一種射頻(RF)阻抗匹配電路，其包含： 一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源； 一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到一電漿室； 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；以及 其中，串聯連接的該等二極體中之每一者係直接定位於不導電的一散熱器上。
- 如請求項21所述之阻抗匹配電路，其中，該散熱器包含一陶瓷材料。
- 如請求項22所述之阻抗匹配電路，其中，該陶瓷材料為氧化鈹(BeO)、氮化鋁(AlN)或氧化鋁陶瓷(Al2O3)之一者。
- 如請求項21至23中任一項所述之阻抗匹配電路，其中，該至少一串的串聯連接的該等二極體包含彼此並聯耦接的至少兩串的串聯連接的複數二極體。
- 如請求項24所述之阻抗匹配電路，其中，該等至少兩串的該等二極體係配置成一陣列，使得一第一串的一第一二極體並聯其他串中之每一者的複數第一二極體，且該第一串的一第二二極體係並聯耦接其他串中之每一者的複數第二二極體。
- 一種匹配阻抗的方法，其包含： 將一匹配電路的一射頻(RF)輸入耦接到提供一RF信號的一RF源； 將該匹配電路的一RF輸出耦接到一電漿室，其中，該匹配電路包含： 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的一總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；以及 其中，串聯連接的該等二極體中之每一者係直接定位於一不導電的散熱器上；以及 藉由該至少一EVC的該等開關電路之至少一者接通及斷開其對應的該固定電容器來匹配阻抗以改變EVC的一總電容。
- 如請求項26所述之方法，其中，該散熱器包含一陶瓷材料。
- 如請求項27所述之方法，其中，該陶瓷材料為氧化鈹(BeO)、氮化鋁(AlN)或氧化鋁陶瓷(Al2O3)之一者。
- 如請求項26至28中任一項所述之方法，其中，該至少一串的串聯連接的該等二極體包含彼此並聯耦接的至少兩串的串聯連接的複數二極體。
- 如請求項29所述之方法，其中，該等至少兩串的該等二極體係配置成一陣列，使得一第一串的一第一二極體並聯其他串中之每一者的複數第一二極體，且該第一串的一第二二極體並聯耦接到其他串中之每一者的該等第二二極體。
- 一種半導體製程工具，其包含： 一電漿室，其係配置成將一材料沉積到一基板上或從該基板蝕刻一材料；以及 一阻抗匹配電路，其可操作地耦接到該電漿室，該匹配電路包含： 一RF輸入，其係配置成可操作地耦接到提供一RF信號的一RF源； 一RF輸出，其係配置成可操作地耦接到該電漿室； 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的複數二極體，串聯連接的該等二極體的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；以及 其中，串聯連接的該等二極體中之每一者係直接定位於不導電的一散熱器上。
- 一種製造半導體的方法，該方法包含： 將一基板置於一電漿室中，該電漿室係配置成在該基板上沉積一材料層或從該基板蝕刻一材料層； 藉由將來自一RF源的RF功率耦接到該電漿室來激能該電漿室內的電漿，以執行沉積或蝕刻；以及 在激能該電漿的同時，藉由耦接在該電漿室與該RF源之間的一阻抗匹配電路進行一阻抗匹配，該匹配電路包含： 至少一電子可變電容器(EVC)，其中，該至少一EVC中的每一個該EVC包含複數固定電容器，該等固定電容器之每一者具有對應的一開關電路，用於接通及斷開該固定電容器以改變該EVC的總電容；以及 一控制電路，其係配置成使每一個該EVC的該等固定電容器接通及斷開以致能一阻抗匹配； 其中，每一個該EVC中的每一個該固定電容器的每一個該開關電路包含一開關，該開關可操作地耦接到該固定電容器以使該固定電容器接通及斷開，該開關包含至少一串的串聯連接的該等二極體，串聯連接的該等二極體的每一個該二極體是一PIN二極體或一NIP二極體；以及 其中，串聯連接的該等二極體中之每一者係直接定位於不導電的一散熱器上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163193183P | 2021-05-26 | 2021-05-26 | |
| US63/193,183 | 2021-05-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202312227A true TW202312227A (zh) | 2023-03-16 |
Family
ID=82100205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111119651A TW202312227A (zh) | 2021-05-26 | 2022-05-26 | 射頻阻抗匹配電路、匹配阻抗的方法、半導體製程工具、製造半導體的方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240234095A1 (zh) |
| JP (1) | JP2024522089A (zh) |
| KR (1) | KR20240037888A (zh) |
| TW (1) | TW202312227A (zh) |
| WO (1) | WO2022251269A2 (zh) |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57194629A (en) * | 1981-05-27 | 1982-11-30 | Nec Corp | Pin diode switch |
| US7251121B2 (en) | 2005-03-05 | 2007-07-31 | Innovation Engineering Llc | Electronically variable capacitor array |
| US10431428B2 (en) | 2014-01-10 | 2019-10-01 | Reno Technologies, Inc. | System for providing variable capacitance |
| US9844127B2 (en) | 2014-01-10 | 2017-12-12 | Reno Technologies, Inc. | High voltage switching circuit |
| US10679824B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-06-09 | Reno Technologies, Inc. | Capacitance variation |
| US10340879B2 (en) | 2015-02-18 | 2019-07-02 | Reno Technologies, Inc. | Switching circuit |
| US11017983B2 (en) | 2015-02-18 | 2021-05-25 | Reno Technologies, Inc. | RF power amplifier |
| US10679823B2 (en) * | 2015-02-18 | 2020-06-09 | Reno Technologies, Inc. | Switching circuit |
| US10692699B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-06-23 | Reno Technologies, Inc. | Impedance matching with restricted capacitor switching |
| US11521833B2 (en) | 2017-07-10 | 2022-12-06 | Reno Technologies, Inc. | Combined RF generator and RF solid-state matching network |
| US10963655B1 (en) * | 2019-11-25 | 2021-03-30 | Raytheon Company | Diplexed near-field sensor |
-
2022
- 2022-05-25 US US18/563,089 patent/US20240234095A1/en active Pending
- 2022-05-25 JP JP2023572617A patent/JP2024522089A/ja active Pending
- 2022-05-25 KR KR1020237044657A patent/KR20240037888A/ko unknown
- 2022-05-25 WO PCT/US2022/030796 patent/WO2022251269A2/en active Application Filing
- 2022-05-26 TW TW111119651A patent/TW202312227A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022251269A3 (en) | 2023-02-09 |
| JP2024522089A (ja) | 2024-06-11 |
| US20240234095A1 (en) | 2024-07-11 |
| KR20240037888A (ko) | 2024-03-22 |
| WO2022251269A2 (en) | 2022-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10454453B2 (en) | RF impedance matching network | |
| US10483090B2 (en) | Restricted capacitor switching | |
| US10727029B2 (en) | Impedance matching using independent capacitance and frequency control | |
| US9196459B2 (en) | RF impedance matching network | |
| US10026594B2 (en) | RF impedance matching network | |
| US9697991B2 (en) | RF impedance matching network | |
| US9306533B1 (en) | RF impedance matching network | |
| US9844127B2 (en) | High voltage switching circuit | |
| US9865432B1 (en) | RF impedance matching network | |
| US11114280B2 (en) | Impedance matching with multi-level power setpoint | |
| US11120971B2 (en) | Diagnostics for impedance matching network | |
| US11538662B2 (en) | Impedance matching network and method with reduced memory requirements | |
| US11264210B2 (en) | Impedance matching network and method | |
| US20240194449A1 (en) | Rf impedance matching network | |
| TW202312227A (zh) | 射頻阻抗匹配電路、匹配阻抗的方法、半導體製程工具、製造半導體的方法 | |
| TWI851988B (zh) | 射頻阻抗匹配電路、匹配阻抗的方法、用於製造半導體的方法、以及半導體處理工具 | |
| TW202304260A (zh) | 射頻阻抗匹配電路、阻抗匹配的方法、半導體處理工具、以及半導體製造方法 | |
| TW202433541A (zh) | 與連續波源及脈衝源之射頻阻抗匹配、及半導體處理工具 | |
| US20240145216A1 (en) | Rf impedance matching with continuous wave and pulsing sources | |
| CN117955449A (zh) | 连续波和脉冲源的rf阻抗匹配 |