TW202318921A - 用於多頻率、多位準、多狀態脈波之包含rf匹配電路的基板處理系統 - Google Patents

Abstract

一種連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其包含：第一RF匹配電路，其配置係用以接收在第一RF頻率操作之第一RF源的輸出。第二RF匹配電路係配置用以接收在大於第一RF頻率的第二RF頻率下操作之第二RF源的輸出。第二RF匹配電路係包含阻抗轉換電路，其配置係用以在高於共振下操作且用以改變第二RF匹配電路之調諧空間的斜率以降低反射功率。RF輸出節點係與第一RF匹配電路、第二RF匹配電路以及位於電漿處理系統之處理室內的一電極通訊。

Description

用於多頻率、多位準、多狀態脈波之包含RF匹配電路的基板處理系統

[相關申請案] 本揭露內容係主張於2021年8月13日申請之美國臨時專利申請案第63/233,087號的優先權。上述申請案之完整內容係合併於此以作為參考。

本揭露內容係關於基板處理系統，尤其是關於用於基板處理系統之RF匹配電路。

此處所提供之背景描述係為了大致上呈現本揭露內容上下文的目的。在此背景部分中所描述的範圍內，目前列名的發明人之工作成果以及在提出申請時可能無法以其他方式視為先前技術的描述態樣，均未明示或暗示地承認為相對於本揭露內容的先前技術。

基板處理系統通常用於對例如半導體晶圓的基板進行處理。基板通常佈置在處理室中，其中包含例如靜電卡盤（ESC）的基板支撐件。基板處理的示例包含沉積、蝕刻、清潔及/或其他製程。蝕刻通常包含濕式化學蝕刻或乾式蝕刻。可以使用由電容耦合電漿（CCP）或電感耦合電漿（ICP）產生的電漿來執行乾式蝕刻。供應處理氣體混合物並供應RF電漿功率以點燃處理氣體並在處理室中產生電漿。

在處理期間，RF電漿功率的大小及/或頻率可以加以變化，以改變基板處理的效果。此外，RF電漿功率可以作為連續波及/或脈衝開及關及/或在不同的非零功率位準之間輸出。RF 電漿功率及/或脈波的變化可導致藉由RF 驅動電路而看到阻抗變化。此外，電漿構成負載的一部分。隨著電漿條件的變化，負載的阻抗也會變化。當負載及RF源之間發生阻抗不匹配時，功率便會被反射而效率不佳。

一種連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路包含第一RF匹配電路，其配置係用以接收在第一RF頻率操作之第一RF源的輸出。第二RF匹配電路係配置用以接收在第二RF頻率操作之第二RF源的輸出，第二RF頻率係大於第一RF頻率。第二RF匹配電路係包含阻抗轉換電路，其配置係用以在高於共振下操作且用以改變第二RF匹配電路之調諧空間的斜率以降低反射功率。RF輸出節點係與第一RF匹配電路、第二RF匹配電路以及位於電漿處理系統之處理室內的電極通訊。

在其他特徵中，該電極係位於靜電卡盤的頂板中。該電極包含靜電卡盤的底板。該阻抗轉換電路包含第一阻抗，第一阻抗包含連接至第二RF源的第一端以及連接至參考電位的第二端。第二阻抗包含連接至第二RF源的第一端；第三阻抗包含連接至第二阻抗之第二端的第一端以及連接至參考電位的第二端。第四阻抗包含連接至第二阻抗之第二端的第一端。第五阻抗包含連接至第四阻抗之第二端的第一端以及連接至參考電位的第二端。

在其他特徵中，第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗及第五阻抗中的每一個都包含電抗性阻抗。第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第二電感器；第五阻抗包含第三電容。

在其他特徵中，第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第三電容；第五阻抗包含第二電感器。

在其他特徵中，第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第二電感器；第五阻抗包含與第三電容串聯的第三電感器。

在其他特徵中，第一RF匹配電路係包含第一電感器，第一電感器包含連接至第一RF源的第一端。第一電容包含連接至第一電感器之第二端的第一端以及連接至參考電位的第二端；以及第二電感器包含第一端，該第一端係連接至第一電感器之第二端以及第一電容之第一端。

在其他特徵中，第一RF匹配電路進一步包含連接至第二電感器之第二端的第二電容。第三電容係連接至第二電感器之第二端。第四電容係連接至第二電感器之第二端以及第三電容之第二端。

在其他特徵中，第二RF匹配電路進一步包含第一電容，該第一電容包含與阻抗轉換電路通訊的第一端以及與第一阻抗之第一端通訊的第二端。

用於電漿處理系統的電漿產生器包含第一RF源、第二RF源、RF匹配網路以及與RF輸出節點通訊的DC源。

在其他特徵中，第二RF源係包含自動調諧電路，該自動調諧電路係設置用以在中心頻率附近的預定頻帶內調整第二RF頻率以最小化反射功率。相較於第二RF源之頻率，第二RF匹配電路之電阻的實部變化率係大於零。中心頻率為 60 MHz，預定頻帶係界於57 MHz到63 MHz之間。

在其他特徵中，第一電感具有與DC源及第一RF匹配電路通訊的第一端。第二電感具有第一端及第二端，第二端係連接至RF輸出節點。第三電感具有第一端及第二端。第三電感之第一端係與第二RF匹配電路通訊，且第三電感之第二端係連接至第二電感之第一端。

一種用於電漿處理系統之電漿產生器包含在第一RF頻率操作之第一RF源。第一RF匹配電路係設置用以接收第一RF源之輸出。第二RF源係在大於第一RF頻率的第二RF頻率下操作，且其包含自動調諧電路以用於調整第二RF頻率而最小化反射功率。第二RF匹配電路係設置用以接收第二RF源之輸出，且其包含阻抗轉換電路，該阻抗轉換電路係配置用以在高於共振下操作且在相較於第二RF源之頻率下，該阻抗轉換電路係配置用以提供使第二RF匹配電路之電阻的實部變化率大於零。RF輸出節點係與第一RF匹配電路、第二RF匹配電路以及位於電漿處理系統之處理室內的電極通訊。DC 源係與 RF 輸出節點通訊。

在其他特徵中，電極係位於靜電卡盤的頂板中。電極係包含靜電卡盤的底板。阻抗轉換電路係包含第一阻抗，該第一阻抗包含連接至第二RF源的第一端以及連接至參考電位的第二端；第二阻抗包含連接至第二RF源的第一端；第三阻抗包含連接至第二阻抗之第二端的第一端以及連接至參考電位的第二端；第四阻抗包含連接至第二阻抗之第二端的第一端；以及第五阻抗包含連接至第四阻抗之第二端的第一端以及連接至參考電位的第二端。第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗及第五阻抗中的每一個都包含電抗性阻抗。

在其他特徵中，第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第二電感器；以及第五阻抗包含第三電容。

在其他特徵中，第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第三電容；以及第五阻抗包含第二電感器。

在其他特徵中，第一阻抗包含第一電感器；第二阻抗包含第一電容；第三阻抗包含第二電容；第四阻抗包含第二電感器；以及第五阻抗包含與第三電容串聯之第三電感器。

在其他特徵中，第二RF匹配電路進一步包含第一電容，第一電容係包含與阻抗轉換電路通訊的第一端以及與第一阻抗之第一端通訊的第二端。

從詳細描述、申請專利範圍及附圖中，本揭露內容的進一步應用領域將變得顯而易見。詳細描述及具體示例僅用於說明的目的，並不旨在限制本揭露內容的範圍。

在基板處理期間，RF電漿功率可供應至靜電卡盤（ESC）的電極以促進化學反應。當使用多頻率、多位準、多狀態RF脈波時，電漿阻抗將根據所選擇的RF電漿功率狀態而不同。儘管將在下面示例中描述頻率及/或功率位準的具體示例，但也可以使用其他頻率及/或功率位準。在一些示例中，第一及第二RF源可用於向ESC中的電極提供兩個或更多頻率的RF功率。 RF功率可以以連續波（CW）及/或一或多種脈衝模式提供。脈衝模式的非限制性示例包含在1kHz、 2KHz 、3KHz或其他脈衝頻率下以開及關或以兩種或更多種不同的非零幅度進行脈衝。

例如，第一RF源可以在400KHz下運行，而第二RF源可以在60MHz下運行，但在基板處理期間可以使用其他頻率。第一及第二RF電源123、125可以在多個功率狀態下操作。例如，可以使用三種功率狀態S0、S1及S2。在此例中，功率狀態S0可以對應於僅使用第二RF電源的操作。功率狀態S1可以對應於分別在第一及第二功率位準使用第一RF電源及第二RF電源兩者的操作。功率狀態S2可以對應於分別在第三及第四功率位準使用第一RF電源及第二RF電源兩者的操作。在一些示例中，第一、第二、第三及第四功率位準是不同的。在其他示例中，第二RF電源的第二及第四功率位準在功率狀態S1及S2是相同的。

就蝕刻速率及薄膜品質而言，更高的頻率往往具有更高的功率傳輸效率。較低功率狀態傾向於會在較高的反射功率（5-20%）下運行，這會降低功率傳輸效率。一般而言，RF 匹配網路係設計用以最小化所有功率狀態的反射功率。 RF匹配電路可以包含可針對給定應用進行調整的可變電容及/或微調電容。可變電容的電容值可以使用馬達而在幾百毫秒內調整。然而，當在不同功率狀態（例如 S0、S1 及/或 S2）之間切換以將反射功率降低到所需限制內時，並無法足夠快地調整電容值。如在下文將進一步描述的，只有頻率變化（例如，使用自動調諧來最小化反射功率）才足以快速跟上脈波瞬變及峰值RF功率輸送。然而，一些RF匹配電路可能無法使用自動調諧提供的頻率調整來充分降低反射功率。

本揭露內容將阻抗轉換電路添加到RF匹配網路以根據自動調諧頻率範圍調整調諧空間以及電漿負載阻抗的實部及虛部之間的關係。因此，RF 匹配網路降低了在所有操作狀態下的反射功率。當前的RF匹配網路係在所有功率位準及脈波狀態下以大於或等於 4-5% 的反射功率運行。在一些示例中，根據本揭露內容的RF匹配網路在60MHz的較高功率位準下會以低於1%的反射功率運行，且在較低功率運行時會以低於4%的反射功率運行。在一些示例中，根據本揭露內容的RF匹配電路係採用「T」及/或pi網路的組合來根據自動調諧頻率範圍改變阻抗之實部的斜率。

雖然圖1顯示的是電容耦合電漿（CCP）系統，本文所揭露之實施例可用於其他類型的電漿處理系統。在一些示例中，基板處理系統100包含具有ESC頂板102及底板103的ESC 101。ESC頂板102可以由陶瓷及/或其他合適的材料製成，而底板103可以由陶瓷、鋁或其他材料製成。參見圖 1 中的修正。

基板處理系統100包含含有RF電漿的處理室104。 ESC 101及上電極105係位於處理室104中。在操作期間，基板107係佈置在ESC 101之ESC頂板102上並被靜電夾持至頂板102。

上電極105可以包含噴淋頭109，噴淋頭109係引入並配送處理氣體及/或清洗氣體至處理室104。噴淋頭109可包含一端連接至處理室104之頂表面的桿部111。噴淋頭109通常是圓柱形的且在與處理室104之頂表面相隔開的位置處從桿部111的相對端徑向向外延伸。噴淋頭109包含內部氣體充氣部（未顯示）。處理或清洗氣體係藉由噴淋頭109面向基板的表面中的孔而從充氣部流入處理室。交替性地，上電極105可以包含導電板，並且可以以另一種方式引入氣體。中間（或粘合）層114係將ESC頂板102粘合到底板103上。

如將在下文進一步描述的，RF產生系統120係將RF功率輸出到ESC頂板102中的電極121及/或底板103。在此例中，上電極105係連接到參考電位，例如接地。在其他示例中，RF功率可以輸送到上電極105且ESC 101可以接地。在另一示例中，上電極及ESC都可以通電。

來自 RF 產生系統 120 的功率係由匹配網路 124 饋送到 ESC 101 的下電極 121（或替代地至底板 103）。RF 產生系統 120 包含以第一頻率操作的第一 RF 源 123 以及以第二頻率操作的第二RF源125。匹配網路124包含分別連接到第一RF源123的第一RF匹配電路127及連接到第二RF源125的第二RF匹配電路129。如在下文將進一步描述的，第二RF匹配電路129包含阻抗轉換電路，該阻抗轉換電路在高於共振之下操作並且調整第二RF匹配電路之調諧空間，如下面將進一步描述的。

氣體輸送系統130包含一或多個氣體源132-1、132-2、…及132-N（統稱為氣體源132），其中N是大於零的整數。氣體源132係由閥134-1、134-2、…及134-N（統稱為閥134）及質量流量控制器136-1、136-2、…及136-N（統稱為質量流量控制器 MFC）連接到歧管140。歧管140的輸出係藉由噴淋頭109而供給到處理室104。

基板處理系統100可以包含冷卻系統141，冷卻系統141包含溫度控制器142。雖然此處溫度控制器142顯示與系統控制器160分開，但是溫度控制器142可以作為系統控制器160的一部分來實施。溫度控制器142與冷卻劑組件146通訊，冷卻劑組件146係包含冷卻劑泵及貯液槽（均未顯示）。溫度控制器142係控制冷卻劑經由通道116的流動。閥156及泵158可用於從處理室104排出反應物。

系統控制器160控制基板處理系統100的組件，包含RF功率位準、氣體流速等。系統控制器160還可控制閥156及泵158以控制處理室中的壓力。

在一些示例中，RF源123及125兩者分別包含自動調諧電路187及188（AT 系統），其使用一或多個感應器（未顯示）監控反射功率。自動調諧電路187及188係將RF源123及125的頻率分別自動調整在每一RF源之中心頻率附近的頻帶中。僅舉例來說，第二RF源125可以在60MHz的中心頻率下操作並且可以具有在57MHz及63MHz之間的可調頻帶，雖然也可以使用其他的中心頻率及/或頻帶。自動調諧電路188在可調頻帶內自動調整RF頻率以達到最低的反射功率。 ESC箝位源190可以向箝位電極182提供DC箝位電壓，以將基板107靜電箝位到ESC頂板102。ESC箝位源190可以由系統控制器160控制。

由於 ESC DC 源 180 提供 DC 電壓至電極 121 及/或底板 103。在一些示例中，ESC DC 源 180 提供 DC 偏壓以確保靜電夾持力在電漿被撞擊時保持平衡並在基板處理期間維持住。在一些示例中，DC偏壓係介於-500V到-1500V的範圍內（例如-1kV），儘管可以使用其他電壓值。

現在參考圖2，其顯示RF匹配電路200的示例。通常，RF匹配電路200的電抗組件係經選擇以確保在共振以下操作。在一些示例中，RF匹配電路200的輸出亦連接到ESC DC源180。RF匹配電路200係連接到以第一RF頻率提供RF功率的第一RF源123。在一些示例中，第一RF頻率係介於100到600kHz（例如400kHz）的範圍內，儘管可以使用其他RF頻率。 RF匹配電路200係連接到以第二RF頻率提供RF功率的第二RF源125。在一些示例中，第二RF頻率高於第一RF頻率且介於10MHz到100MHz （例如60MHz）的範圍內，儘管可以使用其他RF頻率。RF匹配電路200的RF輸出節點232乃連接到ESC的底板103或電極121。

ESC DC源180係藉由電阻器R1連接到節點230。感應器222（藉由電阻器R2及導體234連接到節點230）感應到節點230處的電壓V _感應（V _sense） 。第一RF源123連接到電感器 L1 及 L2。電動可變電容C2的一端係連接在電感器L1及L2的第一端之間，其另一端則連接到例如接地的參考電位。電感器L2的第二端係連接到微調電容C4、電容C5及電容C6的第一端。微調電容C4的第二端連接到例如接地的參考電位。電容C5及C6的第二端則連接到節點230。節點230係連接到電感器L3的第一端。電感器L3的第二端連接到電感器L5b的第一端。電感器L5b的第二端連接到RF輸出節點232。

第二RF源125連接到電感器L4、可變電容C7及微調電容C8的第一端。微調電容C8的第二端連接到電感器L5a的第一端。電感器L5a的第二端連接到電感器L3的第二端、電感器L5b的第一端及可變電容C9的第一端。可變電容C9的第二端連接到例如接地的參考電位。

在一些示例中，第一RF源123係在400kHz下操作且具有從340kHz到440kHz的頻率調諧範圍，第二RF源125係在60MHz下操作且具有在57MHz及63MHz之間的頻率調諧範圍，雖然也可以使用其他頻率及頻帶。電感器 L1、L3、C2、L2、C4、C5 及 C6 的合適值的示例分別包含 53 μH、2.2 μH、40 到 2000 pF、30 μH、25-35 pF、2800 pF 及 2800pF，雖然也可以使用其他值。電感器 L4、C7、C8、L5a + L5b 及 C9 的合適值的示例分別包含 0.45 μH、25 到 250 pF、10-20 pF、0.188 μH 及 3-30 pF，但也可以使用其他值。

現在參考圖3，反射係數係顯示為對於電容C7之不同值的分接頭函數且對應於使用圖2之RF匹配電路的輸出功率狀態S0、S1及S2。分接頭代表一或多個可變電容的不同電容值。在一些示例中，可變電容包含馬達、第一螺旋金屬部分及可變地與第一螺旋部分重疊的第二螺旋金屬部分，雖然也可以使用其他類型的可變電容。馬達係用於調整重疊量以改變電容。馬達的不同位置係對應至不同的分接頭值。

吾人可以理解，對於不同的分接頭值，會在不同功率狀態S0、S1及S2下出現最低反射功率。在圖3中，分接頭2對應於功率狀態S0出現最小反射功率，分接頭6對應於功率狀態S1出現最小反射功率，且在分接頭11及分接頭12之間則是對應於功率狀態S3出現最小反射功率。如上所述，在基板處理期間是不可能足夠快地改變分接頭或電容值以在多位準功率及脈衝模式下充分降低反射功率。

現在參考圖4，其係顯示圖2之RF匹配電路的調諧空間350（實阻抗（x軸）及虛阻抗（y軸））。大致垂直線係對應於不同的分接頭值（對應不同的電容值）。調諧空間350中之上部大致垂直線係對應於自動調諧電路188的最大調諧頻率，而下部大致垂直線則對應於自動調諧電路188的最小調諧頻率。

在操作期間，RF 源的頻率會垂直沿著選定的分接頭線之一而自動調整，以最小化反射係數。吾人應注意，在操作期間並沒有足夠的時間來更換分接頭。通常，每個功率狀態都有一個與最小反射功率相對應的理想匹配阻抗點（映射在實部及虛部阻抗空間中）。然而，與所有功率狀態之最低反射功率相對應的調諧空間中的位置並無法足夠接近任何一條分接頭線以提供夠低的總反射功率。

如吾人可以理解的，相較於使用馬達改變可變電容的電容值（大約數百毫秒的量級），藉由自動調諧電路188可以非常快速的調整第二RF源125的頻率。

對於圖2 中的匹配網路，在最小及最大RF頻率之間的自動調諧期間改變RF頻率以最小化反射功率係主要改變阻抗的虛部（在一些示例中大於10Ω的電感性或電抗性阻抗）。然而，自動調諧對阻抗的實部並沒有太大影響。如圖4所示，隨著頻率的增加（由於分接頭線之非常高的負斜率），沿著任何一條分接頭線移動（由於RF頻率從最小自動調諧頻率到最大自動調諧頻率的變化）並不怎麼會改變實部（在某些示例中，實部變化小於 -0.5 歐姆（例如大約 -0.25 歐姆））。

現在參考圖5，RF匹配電路400係包含阻抗轉換電路410。阻抗轉換電路410係配置用以在高於共振之下操作並且改變分接頭線在最大及最小RF頻率之間的斜率。經改變的分接頭線斜率乃允許自動調整頻率（以降低反射功率），從而對RF匹配電路之阻抗的實部產生更顯著的影響。更具體地，將斜率從高的負斜率轉換為較低的正斜率。因此，使用自動調諧電路188來改變RF頻率便允許使用單個旋鈕在短時間內以可察覺得到的方式調整阻抗的虛部及實部兩者。此外，在所選分接頭線上的各個工作點係更接近於所有不同功率狀態的理想匹配阻抗點。結果，藉由使用自動調諧電路188來改變RF頻率，RF匹配電路400便允許在不同功率狀態的操作期間自動降低反射功率。

阻抗轉換電路410包含第一阻抗Z1、第二阻抗Z2、第三阻抗Z3、第四阻抗Z4及第五阻抗Z5。阻抗Z1至Z5中的每一個包含一或多個電抗性組件（電容及/或電感器）且可以包含一或多個電阻器。阻抗Z1至Z5中的每一個的組件可以串聯、並聯及/或其組合連接。第二RF源125係連接到第一阻抗Z1的第一端及第二阻抗Z2的第一端。第一阻抗Z1的第二端係連接到例如接地的參考電位。第二阻抗Z2的第二端則是連接到第三阻抗Z3的第一端及第四阻抗Z4的第一端。第三阻抗Z3的第二端係連接到例如接地的參考電位。第四阻抗Z4的第二端係連接到第五阻抗Z5的第一端及微調電容C8的第一端。第五阻抗Z5的第二端連接到例如接地的參考電位。微調電容C8的第二端連接到電感器L5a的第一端。如將在下文進一步描述的，具有圖5所示架構的阻抗轉換電路410可允許更穩健的頻率調諧以減少反射功率。

現在參考圖6，圖5的阻抗轉換電路410係在共振之上運行並且改變了對應於圖2之RF匹配電路的調諧空間350的斜率（顯示一些示例分接頭線352）。針對給定分接頭線之最大及最小頻率之間的頻率變化對RF匹配電路阻抗的實部影響更大。隨著頻率從頻率範圍內的最小值增加到頻率範圍內的最大值，電阻的實部及虛部也跟著增加。換言之，電阻相對於頻率的變化率（dR/df）係大於零（與圖2的匹配電路不同，其中dR/df ＜ 0）。因此，自動頻率調諧也可以用於降低反射功率。如同下面即將描述者，此處顯示了具有改變的斜率（相對於實部電阻）的調諧空間610（顯示了一些示例分接頭線611）及調諧空間612（顯示了一些示例分接頭線613）的示例。

現在參考圖7，顯示包含阻抗轉換電路710之RF匹配電路700的另一個示例。在此例中，第一阻抗Z1包含電感器L4，第二阻抗Z2包含微調電容C10，第三阻抗Z3包含微調電容C11，第四阻抗Z4包含電感器L6，第五阻抗Z5包含微調電容C7。如吾人可以理解的，雖然固定、微調及可變電容係顯示在不同的電路位置，但固定、可變或微調電容可用於任何位置。圖6中的調諧空間610係對應於RF匹配電路700。此處可以看出，分接頭線的斜率係被阻抗轉換電路710從負改變為正，且斜率的幅度減小。

現在參考圖8，顯示包含阻抗轉換電路810的RF匹配電路800的另一個示例。在此例中，第一阻抗Z1包含電感器L4，第二阻抗Z2包含微調電容C10，第三阻抗Z3包含電感器L6，第四阻抗Z4包含微調電容C11，第五阻抗Z5包含電動可變電容C7。阻抗轉換電路810改變分接頭線的斜率（以提供dR/df ＞0）並在共振之上運行。

現在參考圖9，顯示包含阻抗轉換電路910的RF匹配電路900的另一個示例。在本例中，第一阻抗Z1包含電感器L4，第二阻抗Z2包含微調電容C10，第三阻抗Z3包含微調電容C11，第四阻抗Z4包含電感器L6，第五阻抗Z5包含與電動可變電容C7串聯的電感器L7。圖6中的調諧空間612係對應於RF匹配電路700。此處可以看出，與調諧空間350及610相比，分接頭線的斜率係從負改變為正，且斜率的幅度減小。阻抗轉換電路810改變了分接頭線的斜率（以提供 dR/df ＞0）並在高於共振之下運行。

在此例中，電感器L7的值及可變電容C7的最小值係被選擇為具有比第二RF源之最低工作頻率（例如57MHz）還低的共振頻率，以確保在共振頻率之上的運行。此外，第二阻抗值與第三阻抗值的比值可用於旋轉虛阻抗空間及實阻抗空間中的調諧空間。電感器 L4、C10、C11、L6、L7、C7、C8、L5a + L5b 及 C9 的合適值的示例包含 0.45 μH、55-65 pF、25-35 pF、150 nH、120nH、25 至 250 pF 、10-20 pF、0.188 μH 及 3-30 pF，儘管可以使用其他值。吾人可以理解，對於RF源的給定頻率、處理室、所使用的功率狀態及/或取決於特定實現的其他變量，分部值將變化。

以上描述本質上僅是說明性的，絕不旨在限制本揭露內容、其應用或用途。本揭露內容的廣泛教示可以以多種形式實現。因此，儘管本揭露內容包含特定範例，但是本揭露內容的真實範圍不應受到如此限制，因為在研究附圖、說明書及所附申請專利範圍之後，其他修改將變得顯而易見。吾人應當理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，可以以不同的順序（或同時）執行方法內的一或多個步驟。此外，儘管以上將實施例中的每一個描述為具有某些特徵，但是對於本揭露內容中之任何實施例所描述的那些特徵中的任何一或多者可以在任何其他實施例的特徵中實現及/或與其他實施例的特徵組合，即使沒有明確描述該組合。換句話說，所描述的實施例並非互相排斥，且一或多個實施例彼此的置換仍在本揭露內容的範圍內。

此處使用多種用語來描述元件之間（例如模組、電路元件、半導體層等之間）的空間及功能關係，其包含「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「在…旁邊」、「在...之上」、 「在…上方」、「在…下方」、以及「放置於…之間」。除非明確描述為「直接」，否則在以上揭露內容中描述第一元件及第二元件之間的關係時，該關係可以是在第一元件及第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，但是也可以是在第一元件及第二元件之間（空間上或功能上）存在一或多個中間元件的間接關係。如本文所使用的，用語A、B及C中的至少一個應使用非排他性的邏輯「或（OR）」來解釋為表示邏輯（A或B或C），並且不應解釋為表示成「至少一個 A、至少一個B及至少一個C」。

在某些實施方式中，控制器為系統的一部分，其可為上述範例之一部分。這樣的系統可包括半導體處理設備，其中包括一處理工具或複數處理工具、一腔室或複數腔室、用以進行處理之一平台或複數平台、及∕或特定的處理元件（晶圓基座、氣體流動系統等）。這些系統與電子元件整合而用以於半導體晶圓或基板之處理之前、期間內、及之後控制它們的操作。該等電子元件可以稱為「控制器」，其可控制一系統或複數系統之各個元件或子部分。根據處理需求及∕或系統類型，控制器可以經程式化以控制本文中所揭露的任何處理，包括處理氣體之輸送、溫度設定（例如加熱及∕或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、定位及操作設定、基板傳遞進出一工具以及其他傳送工具、及∕或連接至特定系統或與特定系統接合之負載鎖。

廣義而言，控制器可定義為具有用以接收指令、發出指令、控制操作、使清洗操作得以進行、使端點測量得以進行、及達成類似功能之各種積體電路、邏輯、記憶體、及∕或軟體之電子元件。積體電路可包括儲存程式指令之韌體形式之晶片、數位信號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）之晶片、及∕或一或多個微處理器、或執行程式指令（例如軟體）之微控制器。程式指令可為以各種單獨設定（或程式檔案）之形式通訊至控制器的指令，其定義了用以在半導體基板上、或對半導體基板、或對系統實行特定處理之操作參數。在一些實施例中，操作參數可以是由製程工程師定義之配方的一部分，以在製造下列各者期間完成一或多個處理步驟：層、材料、金屬、氧化物、矽、矽氧化物、表面、電路以及/或晶圓之晶粒中的一或多個。

在一些實施方式中，控制器可以是電腦的一部份或是耦合至電腦，而電腦則是整合至系統、耦合至系統或與系統聯網，或前述的組合。例如，控制器可以位於「雲端」或者是晶圓廠電腦主機系統的全部或一部分，如此可以允許對晶圓處理的遠端存取。該電腦可以啟動對系統進行遠端存取，以監控制造操作的當前進度、檢查過去製造操作的歷史、檢查來自多個製造操作的趨勢或性能指標、改變當前製程的參數、設定製程步驟以接續當前製程、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦（例如伺服器）可以透過網路向系統提供製程配方，該網路可以包含區域網路或網際網路。遠端電腦可以包含使用者界面，而使得能夠對參數及/或設定進行輸入或程式化，然後將參數及/或設定從遠端電腦傳送到系統。在一些例子中，控制器接收數據形式的指令，其為在一或多個操作期間要執行的每個製程步驟指定參數。吾人應理解，參數係針對於欲進行製程的類型以及控制器用以與之相接或控制的工具類型。因此如上所述，可以例如透過包含被聯網在一起並朝著共同目的（例如本文中所描述的處理及控制）而工作的一或多個離散控制器來分佈控制器。用於此種目的之分佈式控制器的例子為腔室中的一或多個積體電路，其與遠端（例如在平台等級或作為遠端電腦的一部分）的一或多個積體電路進行通信，這些積體電路相結合以控制腔室中的製程。

非限制性地，系統範例可以包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉清洗室或模組、金屬電鍍室或模組、清潔室或模組、斜面邊緣蝕刻室或模組、物理氣相沉積（PVD）室或模組、化學氣相沉積（CVD）室或模組、原子層沉積（ALD）室或模組、原子層蝕刻（ALE）室或模組、離子植入室或模組、徑跡室或模組、以及可以與半導體晶圓製造及/或生產中相關聯或用於其中之任何其他半導體處理系統。

如上所述，取決於工具要執行的一或多個製程步驟，控制器可以與下列一或多個通信：其他工具電路或模組、其他工具組件、叢集工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、位於工廠各處之工具、主電腦、另一控制器或在半導體製造工廠中用於將晶圓容器運送往返工具位置及/或裝載埠之材料運輸的工具。

100:基板處理系統 101:ESC 102:ESC頂板 103:底板 104:處理室 105:上電極 107:基板 109:噴淋頭 111:桿部 114:中間（或粘合）層 116:通道 120:RF產生系統 121:下電極 123:第一RF源 124:匹配網路 125:第二RF源 127:第一RF匹配電路 129:第二RF匹配電路 130:氣體輸送系統 132,132-1,132-2…,132-N:氣體源 134,134-1,134-2…,134-N:閥 136,136-1,136-2…,136-N:質量流量控制器 140:歧管 141:冷卻系統 142:溫度控制器 146:冷卻劑組件 156:閥 158:泵 160:系統控制器 180:ESC DC 源 182:箝位電極 187:自動調諧電路 188:自動調諧電路 190:ESC箝位源 200:RF匹配電路 222:感應器 230:節點 232:RF輸出節點 234:導體 350:調諧空間 352:分接頭線 400:RF匹配電路 410:阻抗轉換電路 610:調諧空間 611:分接頭線 612:調諧空間 613:分接頭線 700:RF匹配電路 710:阻抗轉換電路 800:RF匹配電路 810:阻抗轉換電路 900:RF匹配電路 910:阻抗轉換電路 C2:電動可變電容 C4:微調電容 C5:電容 C6:電容 C7:可變電容 C8:微調電容 C9:可變電容 C10:微調電容 C11:微調電容 L1:電感器 L2:電感器 L3:電感器 L4:電感器 L5a:電感器 L5b:電感器 L6:電感器 L7:電感器 R1:電阻器 R2:電阻器 S0,S1,S2,S3:功率狀態 V _感應:電壓 Z1:第一阻抗 Z2:第二阻抗 Z3:第三阻抗 Z4:第四阻抗 Z5:第五阻抗

藉由詳細描述及附圖將更充分地理解本揭露內容，其中：

圖1為根據本揭露內容中基板處理系統之一示例的功能方塊圖，該基板處理系統包含用於多頻率、多位準、多狀態脈波的RF匹配電路；

圖2為RF匹配電路之一示例的電氣示意圖；

圖3為一曲線圖，顯示使用圖2之RF匹配電路使反射係數作為針對不同電容值之分接頭函數的一例；

圖4為一曲線圖，說明圖2之RF匹配電路的RF匹配電路之調諧空間（在虛阻抗空間及實阻抗空間）的一例；

圖5為根據本揭露內容之RF匹配電路之一例的電氣示意圖；

圖6為一曲線圖，顯示用於圖2之RF匹配電路的RF匹配電路的多種調諧空間（在虛阻抗空間及實阻抗空間中）以及圖5之電路的實施範例；

圖7為根據本揭露內容之RF匹配電路之示例的電氣示意圖；

圖8為根據本揭露內容之RF匹配電路的另一示例的電氣示意圖；以及

圖9為根據本揭露內容之RF匹配電路的另一RF示例的電氣示意圖。

在附圖中，可以重複使用參照號碼來標識相似及/或相同的元件。

123:第一RF源

125:第二RF源

180:ESC DC源

187:自動調諧電路

188:自動調諧電路

200:RF匹配電路

222:感應器

230:節點

232:RF輸出節點

234:導體

C2:電動可變電容

C4:微調電容

C5:電容

C6:電容

C7:可變電容

C8:微調電容

C9:可變電容

L1:電感器

L2:電感器

L3:電感器

L4:電感器

L5a:電感器

L5b:電感器

R1:電阻器

R2:電阻器

V_感應:電壓

Claims (26)

1. 一種連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其包含： 一第一RF匹配電路，其配置係用以接收在一第一RF頻率操作之一第一RF源的一輸出； 一第二RF匹配電路，其配置係用以接收在一第二RF頻率操作之一第二RF源的一輸出，該第二RF頻率係大於該第一RF頻率， 其中該第二RF匹配電路係包含一阻抗轉換電路，其配置係用以在高於共振下操作且用以改變該第二RF匹配電路之一調諧空間的一斜率以降低反射功率；以及 一RF輸出節點，其係與該第一RF匹配電路、該第二RF匹配電路以及位於該電漿處理系統之一處理室內的一電極通訊。
2. 如請求項1之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該電極係位於一靜電卡盤之一頂板中。
3. 如請求項1之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該電極係包含一靜電卡盤之一底板。
4. 如請求項1之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該阻抗轉換電路係包含： 一第一阻抗，其包含連接至該第二RF源的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端； 一第二阻抗，其包含連接至該第二RF源的一第一端； 一第三阻抗，其包含連接至該第二阻抗之一第二端的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端； 一第四阻抗，其包含連接至該第二阻抗之該第二端的一第一端；以及 一第五阻抗，其包含連接至該第四阻抗之一第二端的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端。
5. 如請求項4之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該第一阻抗、該第二阻抗、該第三阻抗、該第四阻抗以及該第五阻抗中的每一者均包含一電抗性阻抗。
6. 如請求項4之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第二電感器；以及 該第五阻抗包含一第三電容。
7. 如請求項4之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第三電容；以及 該第五阻抗包含一第二電感器。
8. 如請求項4之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第二電感器；以及 該第五阻抗包含與一第三電容串聯的一第三電感器。
9. 如請求項1之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該第一RF匹配電路係包含： 一第一電感器，其包含連接至該第一RF源的一第一端； 一第一電容，其包含連接至該第一電感器之一第二端的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端；以及 一第二電感器，其包含一第一端，該第一端係連接至該第一電感器之該第二端以及該第一電容之該第一端。
10. 如請求項9之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該第一RF匹配電路進一步包含： 一第二電容，連接至該第二電感器之一第二端； 一第三電容，連接至該第二電感器之該第二端；以及 一第四電容，連接至該第二電感器之該第二端以及該第三電容之一第二端。
11. 如請求項1之連接至電漿處理系統之RF產生器的RF匹配網路，其中該第二RF匹配電路係進一步包含一第一電容，該第一電容包含與該阻抗轉換電路通訊的一第一端以及與一第一阻抗之一第一端通訊之一第二端。
12. 一種用於電漿處理系統之電漿產生器，其包含： 一第一RF源； 一第二RF源； 請求項1之該RF匹配網路；以及 與該RF輸出節點通訊之一DC源。
13. 如請求項12之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該第二RF源係包含一自動調諧電路，其設置用以在一中心頻率附近的一預定頻帶內調整該第二RF頻率以最小化反射功率。
14. 如請求項13之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中相較於該第二RF源之一頻率，該第二RF匹配電路之該電阻之一實部的變化率係大於零。
15. 如請求項13之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該中心頻率為60 MHz，且該預定頻帶係界於57 MHz到63 MHz之間。
16. 如請求項12之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中更包含： 一第一電感，具有與該DC源及該第一RF匹配電路通訊之一第一端； 一第二電感，具有一第一端及一第二端，該第二端係連接至該RF輸出節點；以及 一第三電感，具有一第一端及一第二端，其中該第三電感之該第一端係與該第二RF匹配電路通訊，且該第三電感之該第二端係連接至該第二電感之該第一端。
17. 一種用於電漿處理系統之電漿產生器，其包含： 在一第一RF頻率操作之一第一RF源； 一第一RF匹配電路，設置用以接收該第一RF源之一輸出； 一第二RF源，其係在大於該第一RF頻率的一第二RF頻率下操作，且其包含一自動調諧電路，用於調整該第二RF頻率以最小化反射功率； 一第二RF匹配電路，設置用以接收該第二RF源之一輸出，且其包含一阻抗轉換電路，該阻抗轉換電路係配置用以在高於共振下操作且相較於該第二RF源之一頻率，該阻抗轉換電路係配置用以提供使該第二RF匹配電路之該電阻之一實部的變化率大於零；以及 一RF輸出節點，其係與該第一RF匹配電路、該第二RF匹配電路以及位於該電漿處理系統之一處理室內的一電極通訊。
18. 如請求項17之用於電漿處理系統之電漿產生器，更包含與該RF輸出節點通訊之一DC源。
19. 如請求項17之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該電極係位於一靜電卡盤之一頂板上。
20. 如請求項17之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該電極係包含一靜電卡盤之一底板。
21. 如請求項17之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該阻抗轉換電路係包含： 一第一阻抗，其包含連接至該第二RF源的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端； 一第二阻抗，其包含連接至該第二RF源的一第一端； 一第三阻抗，其包含連接至該第二阻抗之一第二端的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端； 一第四阻抗，其包含連接至該第二阻抗之該第二端的一第一端；以及 一第五阻抗，其包含連接至該第四阻抗之一第二端的一第一端以及連接至一參考電位的一第二端。
22. 如請求項21之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該第一阻抗、該第二阻抗、該第三阻抗、該第四阻抗以及該第五阻抗中的每一者均包含一電抗性阻抗。
23. 如請求項21之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第二電感器；以及 該第五阻抗包含一第三電容。
24. 如請求項21之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第三電容；以及 該第五阻抗包含一第二電感器。
25. 如請求項21之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中： 該第一阻抗包含一第一電感器； 該第二阻抗包含一第一電容； 該第三阻抗包含一第二電容； 該第四阻抗包含一第二電感器；以及 該第五阻抗包含與一第三電容串聯之一第三電感器。
26. 如請求項17之用於電漿處理系統之電漿產生器，其中該第二RF匹配電路進一步包含一第一電容，該第一電容係包含與該阻抗轉換電路通訊之一第一端以及與一第一阻抗之一第一端通訊之一第二端。

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