TW202414505A - 用於電漿處理系統的寬頻供應電路系統 - Google Patents

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Abstract

本文所提供的實施例一般包括用於在一個電源的多個頻帶上進行動態阻抗匹配的裝置、電漿處理系統和方法。一個示例方法包括以下步驟：放大寬頻訊號；將該經放大的寬頻訊號在與阻抗匹配網路耦合的複數個通道路徑上進行分離；以及至少部分地基於與該寬頻訊號相關聯的反饋，調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，以實現在一個閾值內的第二阻抗。該阻抗匹配網路包括與電漿激發電路系統耦合的複數個阻抗匹配電路，並且該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一個不同的路徑和一個輸出節點耦合。

Description

用於電漿處理系統的寬頻供應電路系統
本揭示內容的實施例大致與用於半導體設備製造的系統相關。更具體地說，本揭示內容的實施例與用於處理基板的電漿處理系統相關。
可靠地形成、處理和填充高縱橫比的特徵是下一代半導體設備的一些關鍵技術挑戰。用於形成特徵的高縱橫比開口通常是使用電漿輔助的過程形成的，例如反應離子蝕刻（RIE）過程，該過程能夠進行定向控制（即各向異性）的材料移除，以將圖案從遮罩層轉移到其下面的基板表面的曝露部分。同樣，其他利用電漿的關鍵過程包括物理氣相沉積（PVD）和電漿增強化學氣相沉積（PECVD）過程，這些過程通常利用電漿產生的離子來再濺射和/或重塑沉積的材料層，這是因為基板表面受到電漿產生的離子的轟擊。隨著特徵尺寸的不斷縮小和圖案密度的不斷增加，各向異性的程度和RIE、PVD或PECVD過程的處理均勻性是形成和/或填充緊密間隔（細間距）高縱橫比開口的重要因素。
對於電漿離子發揮主要作用的電漿輔助過程，離子能量控制總是對半導體裝備（equipment）工業構成挑戰。在一個典型的電漿輔助過程中，基板被定位在一個基板支撐件（如設置在處理腔室中的靜電卡盤（ESC））上。在蝕刻過程中，以及在PVD或PECVD過程的至少一部分期間，可以在基板上方形成電漿，以使離子能夠從電漿穿過在電漿與基板表面之間形成的電漿鞘（即電子耗盡區域）朝向基板加速。傳統上，使用單一的驅動射頻（RF）頻率正弦波形來激發電漿並形成電漿鞘的射頻基板偏壓方法已經無法理想地形成和/或以電漿處理這些較小的設備特徵尺寸。
典型的電漿處理腔室包括一個射頻（RF）偏壓產生器，它向「電源電極」（例如，偏壓電極）（例如與「靜電卡盤」（ESC）組件相鄰的金屬板，更常稱為「陰極」）供應射頻電壓。在電容耦合氣體放電中，電漿是藉由使用射頻（RF）產生器創造的，該產生器藉由射頻匹配網路（「RF匹配」）與射頻電極耦合，該網路將表觀負載調至50Ω，以最小化反射功率並最大化功率輸送效率。對電源電極施加射頻電壓會導致電子排斥電漿鞘（也稱為「陰極鞘」）在基板的處理表面上方形成，該基板在處理期間被定位在ESC組件的基板支撐表面上。形成的電漿鞘導致所施加的射頻場的整流（rectification），使得在基板與電漿之間出現直流（DC）電壓降或「自偏壓」，從而使基板電位相對於電漿電位為負。產生的電壓降決定了朝向基板加速的電漿離子的平均能量，而提供的射頻波形決定了用於蝕刻過程或至少一部分沉積過程的電漿離子的離子能量分佈函數（IEDF）。在利用射頻偏壓的典型電漿中，IEDF通常有兩個非分立的峰值，一個處於低能量，一個處於高能量，而IEDF的離子群的能量範圍則延伸於這兩個峰值之間。離子群在IEDF的兩個峰值之間的存在，反映了基板與電漿之間的電壓降以射頻偏壓頻率振盪的事實。此外，由於輸送的一個或多個射頻頻率和/或相關諧波與電漿在製程腔室內形成的複雜負載交互作用，傳統的電漿處理系統往往會產生電漿的不均勻性和不理想的離子能量分佈函數（IEDF）。不均勻的電漿和不理想的IEDF將影響在基板上執行的蝕刻和/或沉積過程的性質，如蝕刻輪廓、蝕刻均勻性、當基板在處理期間被偏壓時的沉積薄膜的再濺射均勻性，以及再濺射率。隨著特徵尺寸的不斷降低和縱橫比的增加，同時特徵輪廓的控制要求變得更加嚴格，變得更加需要在電漿過程期間在基板表面處有一個良好控制的IEDF。
隨著對越來越小的微電子特徵尺寸的需求增加，在電漿處理技術領域中需要進一步改進電漿處理技術。因此，需要一種能解決上述問題的處理基板的裝置和方法。
本文所提供的實施例一般包括用於在電漿處理系統中處理基板的裝置、電漿處理系統和方法。在一個例子中，該電漿處理系統包括物理氣相沉積腔室。
本揭示內容的一個實施例涉及一種在電漿處理腔室中處理基板的方法。該方法一般包括以下步驟：放大寬頻訊號；將該經放大的寬頻訊號在與阻抗匹配網路耦合的複數個通道路徑上進行分離；以及至少部分地基於與該寬頻訊號相關聯的反饋，調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，以實現在一個閾值內的第二阻抗。該阻抗匹配網路包括與電漿激發電路系統耦合的複數個阻抗匹配電路，並且該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一個不同的路徑和一個輸出節點耦合。
本揭示內容的一個實施例涉及一種電漿處理系統。該系統一般包括：放大器，被配置為放大寬頻訊號；濾波器陣列，與該放大器耦合，並被配置為將該經放大的寬頻訊號在複數個通道路徑上進行分離；阻抗匹配網路，包括與該等通道路徑耦合的輸入側，以及輸出側，其中該阻抗匹配網路的該輸出側包括複數個阻抗匹配電路，該複數個阻抗匹配電路與一輸出節點耦合，該輸出節點被配置為與該電漿處理系統內的電漿處理腔室的電極耦合，並且該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一個不同的路徑耦合。該系統進一步包括記憶體和與該記憶體耦合的處理器。該處理器被配置為：至少部分地基於與該寬頻訊號相關聯的反饋，調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，以實現在一個閾值內的第二阻抗。
隨著半導體製造過程朝向更高的部件密度進步，製造具有更大縱橫比的更小的特徵對於大多數的電漿處理過程涉及到原子精度。本揭示內容的實施例描述了一種偏壓方案，該方案被配置為從電源向處理腔室內的一個或多個電極提供射頻（RF）產生的波形，以便在處理腔室內執行的一個或多個電漿處理步驟期間在基板表面處產生理想的離子能量分佈函數（IEDF）。本文揭露的電漿過程可以用於控制IEDF的形狀，從而在處理期間控制電漿與基板表面的交互作用。在一些配置中，本文揭露的電漿過程被用來控制處理期間在基板表面中形成的特徵的輪廓。
本揭示內容的一些實施例一般涉及用於在基板上執行電漿過程的電源內的寬頻供應電路系統中的動態阻抗匹配的技術和裝置。寬頻供應電路系統可以使用電壓波形定制的概念，為電漿處理系統的電源提供多個頻帶特定的阻抗匹配電路。阻抗匹配可以應用於多個頻帶，以為每個頻帶提供一個特定的阻抗。例如，寬頻電路系統可以調整與多個阻抗匹配電路中的每一者相關聯的阻抗，其中每個阻抗匹配電路用於不同的頻帶。
用於本文所述的動態阻抗匹配的技術和裝置可以為電容耦合電漿過程（如蝕刻、物理氣相沉積（PVD）、電漿增強原子層沉積（PEALD）或電漿增強化學氣相沉積（PECVD）過程）提供各種優勢。例如，用於本文所述的動態阻抗匹配的技術和裝置可以允許利用對施加到設置在電漿處理腔室中的其中一個電極的射頻訊號進行的相位控制，來對平均離子能量和通量進行單獨控制。在一個例子中，射頻訊號被施加到設置在基板支撐件內的電極上，基板在處理期間被放置在該基板支撐件上。用於本文所述的動態阻抗匹配的技術和裝置可以允許控制離子能量分佈函數（IEDF）的形狀，這反過來又可以實現蝕刻和/或沉積的選擇性、改進特徵塑造和改進製程均勻性。用於本文所述的動態阻抗匹配的技術和裝置可以允許控制電子能量分佈函數（EEDF）。用於動態阻抗匹配的技術和裝置可以實現對電漿均勻性的控制，這例如是由於向電漿處理系統的激發電路系統提供了高效和準確的電源輸送。 電漿處理系統的例子
雖然無意限制本文提供的揭示內容的範圍，但本文所述的裝置和方法包括一種動態阻抗匹配系統，該系統與PVD類型的電漿處理腔室相連接和/或設置於其內。然而，本文揭露的動態阻抗匹配系統以及使用該系統的方法也可以用於其他類似配置類型的電漿處理腔室，如乾式蝕刻腔室（如RIE腔室）、PECVD處理腔室、電漿增強原子層沉積（PEALD）腔室、電漿摻雜（PLAD）腔室或其他需要在其中執行的電漿過程的一個或多個階段期間對基板進行偏壓的電漿處理腔室。
圖1是配置為執行本文所闡述的一個或多個電漿處理方法（例如PVD沉積過程）的電漿處理系統100的示意橫截面圖。電漿處理系統100可以包括處理腔室102。在一個實施例中，處理腔室102被調適為在基板104的表面上沉積合適的濺射薄膜。處理腔室102包括真空腔室106、靶108、磁控管110、真空泵送系統112、基板支撐組件114和製程套件116。真空腔室106支撐著靶108，該靶在真空腔室106的一端藉由靶隔離器118使用複數個O形環密封。靶108至少有一個由要濺射沉積在基板104上的材料組成的表面部分，該基板設置在基板支撐組件114上。作為一個例子，靶108可以包括各種濺射材料中的任何一種，如濺射金屬、濺射合金或濺射化合物。在一些情況下，靶的濺射材料可以包括鋁、銅、鎢、鈷、銀、金、碳、鐵、鈦或其組合。在一些情況下，靶的濺射材料可以包括其他類型的材料，如各種金屬氧化物、金屬氮化物或矽。
與設置在靶108附近並相對於其旋轉的磁控管110包括複數個磁體122A、122B，這些磁體用於藉由使用第一電源126對靶108進行偏壓，來約束處理區域124中產生的電漿「P」，以從靶表面128「濺射」材料。第一電源126通常會包括直流（DC）電源和/或射頻電源，它們被配置為對靶108施加所需的偏壓量，以使靶材料能夠濺射和/或維持在設置於基板104與靶108之間的處理區域124中形成的電漿「P」。應理解，取決於特定的PVD應用，磁控管的類型可能有所不同。
在其他非PVD類型的電漿處理系統中，處理腔室102可以包括處理腔室102的上側部分的不同配置。例如，當處理腔室102被調適為執行PECVD過程、RIE過程或PEALD過程時，圖1所示的磁控管110和靶108通常將被板狀電極（未示出）或蓮蓬頭（未示出）所取代，後者被定位在基板支撐組件114上方並被配置為在處理期間將一種或多種製程氣體（例如，前驅物或蝕刻氣體）分佈至處理腔室102的處理區域124。
真空泵送系統112一般包括泵組件134和閥門136。泵組件134一般可以包括低溫泵（未示出）和初級泵（未示出），用於在處理腔室102的處理區域124中保持特定的壓力。
基板支撐組件114可以包括基板支撐基座138，它可以包括基座電極140和靜電卡盤142，該靜電卡盤具有支撐表面，該支撐表面被調適為在基座電極140上方支撐基板104。應理解，在處理期間，可以使用其他設備將基板104固定在原位。電阻加熱器（未示出）、致冷劑通道（未示出）和熱傳導氣體腔（未示出）可以在基板支撐基座138中形成，以便在處理期間提供對基板104的熱控制。在一些應用中，正如下文將進一步討論的那樣，基座電極140與第二電源144耦合，使得可以向基板104供應偏壓，以吸引電漿「P」中產生的離子。第二電源144包括寬頻供應電路系統，以動態調整在多個頻帶上施加到基板支撐件114內的電極（例如基座電極140）的阻抗匹配，如本文就圖4-7的進一步描述。
製程套件116一般可以包括蓋環146、暗空間（darkspace）護罩148和腔室護罩150，它們被介電質護罩隔離器152分開。製程套件116零件被定位在真空腔室106內，以保護腔室壁154（其通常包括電接地的金屬）不受處理區域124中產生的濺射材料的影響。可以允許暗空間護罩148在電氣上浮動，而腔室護罩150可以在電氣上接地。然而，在一些態樣中，任何一個或兩個護罩都可以接地、浮動或偏壓至相同或不同的非地位準。護罩148、150通常由不銹鋼組成，它們相應的內側156可以進行珠狀噴砂或以其他方式粗糙化，以促進濺射沉積在其上的材料的黏著。然而，在長期的濺射期間，在一些時候，沉積的材料會積累到一定的厚度，很可能會剝落，從而產生有害的顆粒。在達到這一點之前，護罩148、150可以被清潔或替換。
在處理腔室102中執行的電漿過程可以包括一個或多個步驟，其中：1)沉積過程主要在基板上執行；2)沉積和對沉積薄膜層的部分蝕刻兩者同時發生的過程；或3)蝕刻主要發生在基板或沉積薄膜層的表面上的過程。本文所述的裝置和過程可以用於調整基板104上方的電漿均勻性，並調整基板104上方形成的鞘，以控制在處理腔室102中執行的製程的一個或多個步驟期間與基板交互作用的離子的IEDF。在一些實施例中，可以藉由第二電源144向基座電極140施加直流（DC）、脈衝直流、射頻和/或脈衝射頻偏壓訊號，同時靶108由第一電源126進行偏壓。已經發現，這種訊號可以顯著改進沉積層的蝕刻、沉積或再濺射，或在蝕刻過程期間在基板表面中形成特徵。在一些實施例中，例如，為了將電漿產生的離子吸引到基板104上，電極140可以被第二電源144偏壓，以提供1至5千瓦的平均功率。施加到電極140的直流和/或射頻偏壓訊號可以包括具有複數個交替的第一間隔和第二間隔的訊號，其中在每個第一間隔中，施加的偏壓訊號的電壓是負的，以吸引離子到基板，而在交替的第二間隔期間，施加的偏壓訊號是正的，以消散第一間隔期間累積的電荷積聚。在一些配置中，在沉積過程期間，基座電極140被第二電源144在零至-1000伏的負電壓下負偏壓，例如約-300 VDC，以負偏壓基板104，以吸引離子化的沉積材料到基板104。
處理系統100還可以包括系統控制器120。系統控制器120（在本文也稱為處理腔室控制器）包括處理器162、記憶體164和電路系統166。系統控制器120被用來控制用於處理基板104的製程序列，包括執行本文進一步描述的波譜阻抗匹配的某些態樣。處理器162可以包括通用的電腦處理器，它被配置為用於工業環境，以用於控制與其相關的處理腔室和子處理器。處理器162可以包括數位訊號處理器（DSP）、ASIC、現場可程式閘陣列（FPGA）或其他可程式邏輯設備（PLD）、分立的閘或電晶體邏輯、分立的硬體部件，或其任何組合，它們被設計為執行本文所述的功能。處理器162與記憶體164耦合。本文所述的一般為非易失性記憶體的記憶體164可以包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟機，或其他合適形式的本端或遠端數位儲存器。電路系統166傳統上與處理器162耦合，並包括快取、時脈電路、輸入/輸出子系統、電源供應器和類似物，以及其組合。軟體指令（例如可執行指令）和資料可以被編碼並儲存在記憶體164內，用於指示處理器162。系統控制器120中的處理器162可讀取的軟體程式（或電腦指令）決定哪些任務是處理系統100中的部件可執行的。
通常，系統控制器120中的處理器162可讀取的程式包括代碼，該代碼當由處理器162執行時，執行與本文所述電漿處理方案有關的方法。該代碼可以包括用於控制處理系統100內的各種硬體和電氣部件，以執行用於實施本文所述方法的各種製程任務和各種製程序列的可執行指令。在一些態樣中，該代碼包括用於執行本文結合圖7所述的一個或多個操作的可執行指令。在某些態樣中，系統控制器120可以與第一電源126和/或第二電源144進行通訊，以控制由第一電源126和/或第二電源144產生的輸出訊號。
第一氣體源168藉由質量流量控制器170向真空腔室106提供處理氣體或濺射工作氣體，例如，化學性質不活躍的惰性氣體，如氬氣（Ar）。在某些態樣中，系統控制器120可以與質量流量控制器170通訊，以控制供應給處理腔室102的工作氣體的流量。工作氣體可以進入真空腔室的頂部，或者如圖所示，進入到其底部，要麼用穿透通過腔室護罩150的底部的孔的一個或多個入口管道，要麼通過腔室護罩150、靜電卡盤142和基板支撐基座138之間的間隙。在某些態樣中，在反應性PVD過程期間，處理氣體還可以包括從第二氣體源172輸送的含氮氣體，以在基板104上形成含氮化物的層，如氮化鋁。在要進行蝕刻的電漿處理配置中，可以由第一氣體源168向處理腔室102的處理區域124供應反應性蝕刻氣體。 寬頻供應電路系統
本揭示內容的某些實施例一般涉及用於在用於電漿處理系統（例如PVD處理系統）的電源的多個頻帶上進行動態阻抗匹配的技術和裝置。在一些實施例中，下面描述的設置在第二電源144內的寬頻供應電路系統被配置為動態地調整施加到設置在基板支撐基座138上的基板104的偏壓。所施加的偏壓包括經動態阻抗匹配的多個頻帶。
電壓波形定制（VWT）是一種基於基頻的諧波的傅立葉級數產生定制電壓波形的技術。驅動電壓波形可以根據以下運算式，作為基頻（ f）的 N個連續諧波的傅立葉級數來實現： 其中N是基頻 f的連續諧波的數量， 是給定諧波的振幅； 是給定諧波的相位角。波形的總振幅（ ）可以如下決定：
經由VWT形成的定制的電壓波形訊號可以施加到PVD處理系統的激發電路系統，如設置在基板支撐基座138內的電極140。定制的電壓波形訊號可以藉由調整諧波的相位和/或振幅形成，以控制處理腔室中的鞘和離子通量能量。
圖2A說明了作為時間函數的示例電壓波形訊號，該訊號可以由耦合到設置在電漿處理腔室內的一個或多個電極（例如，電極140）的電源施加到電漿（例如，複合負載）。在這個例子中，第一電壓波形202的佔空比可以是百分之三十，第二電壓波形204的佔空比可以是百分之七十。電壓波形202、204是可以用於電壓波形定制的波形的例子。
圖2B說明了由圖2A中描述的電壓波形202、204的組合產生的示例電壓波形206。在這個例子中，電壓波形202、204的相位和振幅可以被調整，使得電壓波形202、204的總和可以在應用電壓波形定制的情況下產生電壓波形206。
圖3說明了分別與用三個、五個、七個諧波產生的激發波形相關聯的示例離子能量分佈函數（IEDF）302a-c。在這個例子中，三諧波波形在較高的衝擊能量下提供了一個具有最低峰值的IEDF 302a。五諧波波形提供了一個IEDF 302b，其峰值在三諧波波形與七諧波波形之間的一個衝擊能量處。七諧波波形可以在最低的衝擊能量下提供一個具有最高峰值的IEDF 302c。將理解，VWT可以用於定制電漿處理系統（如PVD系統）的IEDF。在一些態樣中，由於製造支援更多諧波的電路系統的複雜性和成本較低，可以使用三諧波波形。
VWT的某些態樣可以擴展到控制電漿處理系統的電源電路系統（例如第二電源144）的阻抗匹配。例如，電源電路系統可以包括用於某些諧波的阻抗匹配電路，這些諧波可以用於形成（或構成）激發訊號。
圖4是說明示例寬頻供應電路400的圖。寬頻供應電路400可以是本文就圖1所述的任何電源的例子，例如第二電源144。在這個例子中，寬頻供應電路400可以包括訊號產生器402、功率放大器404和阻抗匹配電路系統406。寬頻供應電路400可以與設置在處理腔室408（例如，處理腔室102）內的電極（例如，電極140）耦合。
訊號產生器402可以包括創造電子訊號的設備，該電子訊號可以具有特定的波形（例如，正弦波、方波、鋸齒等）。在一些情況下，訊號產生器402可以輸出具有寬頻帶（如具有多個諧波或頻率通道的頻帶）的寬頻訊號。例如，寬頻訊號可以包括13.56 MHz的基本頻率、27.12 MHz的二次諧波頻率和40.68 MHz的三次諧波頻率（或通道和/或諧波的任何組合）。訊號產生器402可以包括波形產生器、射頻（RF）訊號產生器和/或直流電壓供應器。波形產生器可以產生一個脈衝波形訊號，其中經由射頻訊號產生器覆加射頻訊號，而直流電壓供應器可以為該脈衝波形訊號輸出直流偏壓電壓。在一些實施例中，訊號產生器402至少包括射頻訊號產生器，它被配置為調整輸出訊號的振幅、頻率和波形。訊號產生器402可以經由第一訊號路徑410耦合到功率放大器404和阻抗匹配電路系統406。訊號產生器402可以經由第一訊號路徑410將訊號輸出到功率放大器404的輸入和阻抗匹配電路系統406的輸入。
功率放大器404可以包括高功率寬頻功率放大器。例如，功率放大器404可以被配置為在1至100百萬赫（MHz）的頻譜上將訊號放大到3千瓦（kW）或更大的功率。功率放大器404可以耦合在訊號產生器402與阻抗匹配電路系統406之間。功率放大器404可以經由第一訊號路徑410獲得從訊號產生器402輸出的訊號，並經由第二訊號路徑412向阻抗匹配電路系統406輸出經放大的訊號。在一些配置中，同步訊號從訊號產生器402經由通訊訊號路徑411提供給阻抗匹配電路系統406，和/或經由類似的通訊訊號路徑（例如圖5中的路徑411）提供給系統控制器120。
阻抗匹配電路系統406可以包括將從路徑412接收的經放大的訊號在多個頻率通道（例如諧波通道）上進行分離的電路系統，以及阻抗匹配網路，如本文就圖5的進一步描述。阻抗匹配電路系統406也可以獲得從訊號產生器402輸出的訊號，並在決定如何調整應用於阻抗匹配網路的阻抗匹配時使用該訊號。阻抗匹配電路系統406在功率放大器404與處理腔室408之間耦合。阻抗匹配電路系統406可以經由沿第三訊號路徑414設置的輸出節點415輸出施加到處理腔室內的電極（例如，電極140）的激發訊號。
處理腔室408可以包括電漿處理腔室，如圖1中描述的處理腔室102。在某些態樣中，處理腔室408中的電容耦合電漿（CCP）可以被建模為具有電感416、電容418和電阻420的複合負載421，其中電感416與一個電容性負載串聯耦合，該電容性負載包括與電阻420並聯耦合的電容418。電容418可以代表複阻抗的高頻（RF）電抗分量，而電阻420可以代表複阻抗的低頻（例如，直流）電阻分量。作為一個例子，電感416可以是100納亨利（nH），電容418可以是400皮法拉（pF），而電阻420可以是300歐姆。
圖5是說明與圖4中描述的示例寬頻供應電路400的阻抗匹配電路系統406有關的進一步態樣的圖。在這個例子中，阻抗匹配電路系統406可以包括濾波器陣列522、阻抗匹配網路524、第一感測器526和第二感測器528。阻抗匹配電路系統406還可以包括處理器和記憶體，例如包括在系統控制器120中的處理器162和記憶體164。
濾波器陣列522可以是一個濾波器組，具有相互並聯耦合的複數個濾波器522a-n。濾波器陣列522可以用作通道化器，其中濾波器陣列522包括一組並聯的帶通濾波器（或低通濾波器、帶通濾波器和高通濾波器的組合），這些濾波器將輸入寬頻訊號分離成一組窄的子帶或通道。作為一個例子，濾波器522a-n中的任一者可以包括電感器-電容器（LC）濾波器。濾波器陣列522經由第二訊號路徑412耦合到放大器。濾波器陣列522被配置為將從功率放大器404輸出的經放大的訊號在複數個通道路徑530a-n上進行分離，其中通道路徑530a-n中的每一者可以對應於一個不同的頻率通道或子帶。濾波器522a-n中的每一者可以被配置為允許經放大的訊號的特定頻率通道（子帶）通過，並衰減其他頻率。濾波器522a-n中的每一者可以被配置為具有不同中心頻率的帶通（陷波）濾波器。在一些情況下，濾波器522a-n的中心頻率和/或通帶可以包括特定基頻的諧波，使得與通道路徑530a-n相關聯的子帶或通道可以包括相應的諧波。
寬頻訊號可以被分離成任何數量的諧波或頻率通道，例如兩個諧波或通道，三個諧波或通道，五個諧波或通道，或七個諧波或通道，例如，如本文就圖3的描述。例如，濾波器522a-n可以包括三個濾波器，其中第一濾波器的中心頻率為13.56 MHz，第二濾波器的中心頻率為27.12 MHz，第三濾波器的中心頻率為40.68 MHz。在一些情況下，寬頻訊號可以被分離成諧波或頻率通道的任何組合。例如，寬頻訊號可以被分離成基頻（如13.56 MHz）和二次諧波（如27 MHz），被分離成基頻（如13.56 MHz）和三次諧波（如40 MHz），或者被分離成基頻（如13.56 MHz）和更高次的通道（如60 MHz）。在某些情況下，與最低通道相關聯的濾波器（例如，濾波器522a）可以被配置為低通濾波器，而與最高通道相關聯的濾波器（例如，濾波器522n）可以被配置為高通濾波器。在一些情況下，與最低通道相關聯的濾波器（例如，濾波器522a）可以被配置為低通濾波器和帶通濾波器的組合。
在某些態樣中，經由濾波器陣列522施加到從功率放大器404輸出的寬頻訊號的諧波的不同增益和/或相移可以允許應用VWT以形成本文就圖2A、2B和3描述的定制波形。濾波器522a-n中的每一者可以被配置為向與從功率放大器404輸出的寬頻訊號相關聯的諧波或通道施加一定的增益和/或一定的相移。例如，濾波器522a-n可以包括三個濾波器，其中第一濾波器可以具有施加到第一諧波（例如13.56 MHz）的第一增益和/或第一相移（例如0度的相移），第二濾波器可以具有施加到第二諧波（例如27.12 MHz）的第二增益和/或第二相移（例如90度的相移），第三濾波器可以具有施加到第三諧波（如40.68 MHz）的第三增益和/或第三相移（例如165度的相移）。
在某些態樣中，可以經由濾波器522a-n向不同的諧波或通道施加不同或單獨的相移。在濾波器522a-n處施加的單獨相移可以使阻抗匹配電路系統406能夠控制與施加到電極（例如電極140）的激發波形相關聯的離子能量分佈。例如，阻抗匹配電路系統406可以在濾波器522a-n處施加第一組相位以進行沉積操作，並在濾波器522a-n處施加第二組相位以進行蝕刻操作。在一些情況下，阻抗匹配電路系統406可以包括多組濾波器522a-n，它們具有不同或單獨的濾波器特性，如中心頻率或通帶、增益和/或相移。系統控制器120可以選擇用於形成激發波形的特定組濾波器522a-n，例如，經由PA 404與濾波器522a-n之間耦合的多工器或開關（未示出）。
對於某些態樣，可以分階段施加相移，其中PA 404可以施加第一相移（例如，細相移），而濾波器522a-n可以施加第二相移（例如，粗相移）。系統控制器120可以控制在PA 404處施加的相移，例如，經由相位控制訊號548。相位控制訊號548可以表明在PA 404施加的相移。
阻抗匹配網路524可以包括複數個阻抗匹配電路532a-n，其中阻抗匹配電路532a-n中的每一者耦合到該複數個通道路徑530a-n中一個不同的路徑（例如，不同的諧波子帶）。阻抗匹配網路524可以包括與通道路徑530a-n耦合的輸入側，以及輸出側。阻抗匹配網路524的輸出側可以包括阻抗匹配電路532a-n，它們與輸出節點415（其例如對應於第三訊號路徑414）耦合。在一些情況下，可以向輸出節點415施加直流偏移，以便為激發波形提供直流偏壓。例如，直流電源550可以與輸出節點415耦合，並且直流電源550可以輸出直流偏移訊號。寬頻供應電路的輸出節點可以被配置為與電漿腔室408的激發電路系統（如靶108和/或電極140）耦合。
如圖所示，阻抗匹配電路532a可以包括具有複合輸出阻抗的各種電路系統，該複合輸出阻抗可以匹配與電漿腔室408相關聯的電漿激發電路系統的輸入阻抗。其他阻抗匹配電路532b-n中的任一者可以有與本文就阻抗匹配電路532a所描述類似的電路系統或相同的電路系統。阻抗匹配電路532a可以包括第一電容器534、第一電感器536、第二電容器538和第二電感器540，其中第一電容器534和第一電感器536可以串聯耦合到與輸入節點耦合的分支，而第二電容器538和第二電感器540可以串聯耦合在輸入節點與輸出節點之間。在某些情況下，阻抗匹配電路532a的各種電路系統可以有一個或多個可變或可調整的性質，例如電阻、電感、電容、電抗和/或阻抗。例如，電容器534、538可以包括可變電容器，如（高壓）真空可變電容器、可變電抗器（varactor）或變容二極體（varicap）。系統控制器120可以調整阻抗匹配電路532a的阻抗（例如，經由可變電容器），以匹配電漿激發電路系統的輸入阻抗，如本文的進一步描述。阻抗匹配電路532a-n中的每一者可以動態地被配置（例如，調整）為回應於反饋，匹配電漿激發電路系統的輸入阻抗。阻抗匹配電路532a-n中的每一者可以被配置和/或調整為具有不同的複阻抗，以利於在寬頻訊號的各諧波上向電漿腔室408高效地輸送電源。
處理器162可以被配置為至少部分地基於與訊號相關聯的反饋，調整與阻抗匹配網路524相關聯的至少一個第一阻抗，以滿足與電漿激發電路系統的第二阻抗相關聯的閾值。第一阻抗可以包括與阻抗匹配電路532a-n中的每一者相關聯的輸出阻抗。第二阻抗可以包括電漿激發電路系統的輸入阻抗，例如，複合負載421的阻抗。閾值可以對應於第一阻抗和第二阻抗的差異，例如，正負（±）一定的百分比差異（± 5%）。如果第一阻抗和第二阻抗的差異在第二阻抗的一定百分比差異（例如± 5%或10%）內，則第一阻抗可以滿足閾值。
與訊號相關聯的反饋可以包括分別經由第一反饋路徑542和第二反饋路徑544從第一感測器526和/或第二感測器528獲得的測量。每個第一感測器526可以與通道路徑530a-n中一個不同的路徑耦合，以允許單獨測量諧波。第二感測器可以與第三訊號路徑414耦合，以測量阻抗匹配網路524的輸出。反饋還可以包括經由第一通訊訊號路徑411獲得的來自訊號產生器402的同步訊號。同步訊號可以表明波形發生變化的時間，如脈衝、射頻波形、上升或下降。來自第一感測器526和/或第二感測器528的測量可以包括與訊號的子帶和/或寬頻訊號相關聯的一個或多個性質。例如，測量可以包括電壓、電流、相位、振幅和/或功率中的任何一者。
反饋可以使處理器162能夠評估阻抗匹配網路524的效能，並且處理器162可以調整阻抗匹配電路532a-n中的每一者的輸出阻抗，以為每個頻帶提供一個特定的輸出阻抗。反饋可以表明，寬頻供應電路正在接收來自電漿腔室408的電反射。例如，在第三訊號路徑414上展現出的功率增加可能表明了電反射，從而表明了阻抗不匹配。回應於反饋，處理器162可以調整特定阻抗匹配電路532a-n的輸出阻抗。例如，處理器162可以經由與阻抗匹配電路532a-n中的每一者耦合的控制路徑546輸出控制訊號。在某些態樣中，控制路徑546可以針對阻抗匹配電路532a-n中的每一者包括一個單獨的控制路徑。控制訊號可以表明針對特定阻抗匹配電路532a-n的阻抗調整。作為一個例子，假設可變電容器534、538是電壓控制的，控制訊號可以是耦合到阻抗匹配電路的可變電容器的電壓訊號，使得電容器534、538的電容取決於控制訊號的電壓位準。
圖6A和6B針對包括具有不同相位偏移的通道的不同激發波形說明了在整個能譜上的示例離子群。參考圖6A，曲線602與由不同通道（例如13.56 MHz和60 MHz）中具有相同相位（例如0度）的兩個訊號形成的激發波形相關聯。在這個例子中，離子群在整個能譜上在一個很窄的值範圍內，從而允許在整個能譜上有相對均勻的離子分佈。
參考圖6B，曲線604與由不同通道（例如13.56 MHz和60 MHz）中具有165度的相位偏移的兩個訊號形成的激發波形相關聯。例如，第一訊號的相位可以是0度，第二訊號的相位可以是165度。在這個例子中，離子群在某個能級下有一個峰值，從而允許離子集中在這樣的能級下。圖6A和6B顯示，相位控制可以使本文所述的阻抗匹配電路系統能夠控制由激發波形產生的離子能量分佈。在某些態樣中，本文所述的相位控制可以允許阻抗匹配電路系統選擇由激發波形產生的離子能量分佈，例如，基於特定的電漿處理操作（如沉積操作或蝕刻操作）。
圖7是一個製程流程圖，說明了在物理氣相沉積腔室中處理基板的示例方法700。方法700可以由處理系統（如處理系統100）用寬頻供應電路（如寬頻供應電路400）執行。
方法700可以可選地從活動702開始，其中處理系統可以放大寬頻訊號，例如，用放大器，如功率放大器404。
在活動704，處理系統可以將經放大的寬頻訊號在與阻抗匹配網路（例如，阻抗匹配網路524）耦合的複數個通道路徑上進行分離，其中每個通道路徑與阻抗匹配網路的單獨阻抗匹配電路耦合。作為一個例子，經放大的訊號可以使用濾波器陣列（例如，濾波器陣列522）分離成某些諧波通道（或子帶）。處理系統可以藉由配置為通道化器的濾波器陣列分離經放大的訊號。濾波器陣列可以包括並聯佈置的複數個帶通濾波器。在一些情況下，濾波器陣列可以包括並聯佈置的低通濾波器、帶通濾波器和高通濾波器。如本文所述，經放大的訊號可以被分離成與基頻的諧波（如包括13.56 MHz、27.12 MHz和40.68 MHz的諧波）相關聯的通道。
在活動706，處理系統可以至少部分地基於與寬頻訊號相關聯的反饋，調整與阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗（例如，輸出阻抗），以實現在一個閾值內的第二阻抗（例如相當於複合負載419的輸入阻抗）。在某些情況下，第一阻抗可以被調整為在閾值（例如，± 5%或10%）內與第二阻抗匹配。該阻抗匹配網路包括與電漿激發電路系統耦合的複數個阻抗匹配電路（例如阻抗匹配電路532a-n），並且該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一個不同的路徑和一個輸出節點（例如輸出節點415）耦合。
在某些態樣中，濾波器陣列可以對寬頻訊號施加某些增益和/或某些相移。濾波器陣列可以對至少一個通道路徑施加相移，例如，如本文關於圖6B的描述。通道路徑可以有濾波器陣列所施加的相同或不同的相位偏移。濾波器陣列可以將特定的增益（例如，功率增益、電壓增益和/或電流增益）施加到至少一個通道路徑。
在某些態樣中，處理系統可以回應反饋來調整第一阻抗，例如，當反饋表明由於阻抗不匹配而出現來自電漿腔室的反射、在阻抗匹配網路的輸出處出現的過電壓和/或過電流時。反饋可以包括該複數個通道路徑上的一個或多個第一測量（例如，經由第一感測器526a-n）和/或與阻抗匹配網路的輸出相關聯的一個或多個第二測量（例如，經由第二感測器528）。測量可以包括與相應的訊號相關聯的電壓、電流、相位、振幅和/或功率中的任何一者。反饋可以進一步包括訊號產生器的同步訊號，例如，經由通訊訊號路徑411。
處理系統可以至少經由複數個第一電感測器（例如，第一感測器526a-n）和/或第二電感測器（例如，第二感測器528）獲得反饋。該複數個第一電感測器中的每一者可以串聯耦合在該等通道路徑（例如通道路徑530a-n）中不同的一個通道路徑和該等阻抗匹配電路（例如阻抗匹配電路532a-n）中不同的一個阻抗匹配電路之間。第二電感測器可以與阻抗匹配網路的輸出耦合。
對於某些態樣，為了調整第一阻抗，處理系統可以調整（tune/adjust）與至少一個阻抗匹配電路相關聯的無源電氣部件（例如，電容器、電阻器和/或電感器）。無源電氣部件可以包括可變電容器、可變電阻器、可變電感器或其組合。
在某些態樣中，在活動706處的調整可以針對與通道路徑相關聯的每個阻抗匹配電路和/或與特定通道路徑相關聯的特定阻抗匹配電路執行。處理系統可以調整與至少一個阻抗匹配電路相關聯的第三阻抗，以滿足與對應於至少一個通道路徑的第二阻抗相關聯的閾值。例如，第三阻抗可以是阻抗匹配電路532a的輸出阻抗，用於在電漿激發電路系統的複合負載處實現一定的阻抗（如50歐姆阻抗）。
阻抗匹配網路可以被配置為與電漿激發電路系統的單一部件耦合。例如，處理系統可以將阻抗匹配網路的輸出與電漿激發電路系統的單一電極（例如，電極140）耦合。在一些其他的情況下，處理系統可以額外地將阻抗匹配網路的輸出耦合到設置在基板支撐件附近或其內的電極，該基板支撐件設置在電漿處理腔室（例如PVD腔室）內。在一些實施例中，電漿處理系統可以包括複數個寬頻供應電路400（未示出），每個寬頻供應電路都有一個輸出，該輸出與設置在處理腔室內的電極耦合。
本文所述的用於動態阻抗匹配的技術和裝置可以為電容耦合電漿過程（如CCP蝕刻腔室和PVD腔室）提供各種優勢。將理解，本文所描述的技術和裝置可以允許向設置在電漿處理系統內的電極進行高效和準確的電源輸送，例如，經由諧波特定的阻抗匹配。本文所述的技術和裝置可以防止射頻供應電路系統處發生過熱、過電流和/或過電壓。
術語「耦合」在本文用來指兩個物體之間的直接或間接耦合。例如，如果物體A物理上觸碰到物體B，而物體B觸碰到物體C，那麼物體A和C仍然可以被認為是相互耦合的--即使物體A和C沒有直接物理上的相互觸碰。例如，第一物體可以與第二物體耦合，即使第一物體從未直接與第二物體發生物理接觸。
雖然上述內容是針對本揭示內容的實施例，但在不偏離其基本範圍的情況下，可以設計出本揭示內容的其他和進一步的實施例，並且其範圍是由後面的請求項決定的。
100:電漿處理系統 102:處理腔室 104:基板 106:真空腔室 108:靶 110:磁控管 112:真空泵送系統 114:基板支撐組件 116:製程套件 118:靶隔離器 120:系統控制器 124:處理區域 126:電源 128:靶表面 134:泵組件 136:閥門 138:基板支撐基座 140:基座電極 142:靜電卡盤 144:電源 146:蓋環 148:暗空間護罩 150:護罩 152:護罩隔離器 154:腔室壁 156:內側 162:處理器 164:記憶體 166:電路系統 168:氣體源 170:質量流量控制器 172:氣體源 202:電壓波形 204:電壓波形 206:電壓波形 400:寬頻供應電路 402:訊號產生器 404:功率放大器 406:阻抗匹配電路系統 408:處理腔室 410:訊號路徑 411:通訊訊號路徑 412:路徑 414:訊號路徑 415:輸出節點 416:電感 418:電容 420:電阻 421:複合負載 522:濾波器陣列 524:阻抗匹配網路 526:感測器 528:感測器 534:電容器 536:電感器 538:電容器 540:電感器 542:反饋路徑 544:反饋路徑 546:控制路徑 548:相位控制訊號 550:直流電源 602:曲線 604:曲線 700:方法 702:活動 704:活動 706:活動 122A:磁體 122B:磁體 302a:離子能量分佈函數（IEDF） 302b:IEDF 302c:IEDF 522a:濾波器 522b:濾波器 522n:濾波器 526a:感測器 526b:感測器 526n:感測器 530a:通道路徑 530b:通道路徑 530n:通道路徑 532a:阻抗匹配電路 532b:阻抗匹配電路 532n:阻抗匹配電路 P:電漿
為了能夠詳細理解本揭示內容的上述特徵，可以藉由參考實施例獲得上文簡要概述的本揭示內容的更詳細的描述，其中一些實施例在附圖中得到說明。然而，需要注意的是，附圖只說明示例性的實施例，因此不應被視為對該等實施例的範圍的限制，並且可以接受其他同等有效的實施例。
圖1是依據一個或多個實施例，處理系統的示意橫截面圖，該處理系統被配置為實行本文所闡述的方法。
圖2A顯示了依據一個或多個實施例，隨時間變化的示例電壓波形。
圖2B顯示了由圖2A中描述的電壓波形的組合產生的示例電壓波形。
圖3說明了分別與用三個、五個、七個諧波產生的激發波形相關聯的示例離子能量分佈函數（IEDFs）。
圖4是說明示例寬頻供應電路的圖。
圖5是說明與圖4中描述的示例寬頻供應電路的阻抗匹配電路系統有關的進一步態樣的圖。
圖6A和6B針對包括具有不同相位偏移的通道的不同激發波形說明了在整個能譜上的示例離子群。
圖7是一個過程流程圖，說明了在電漿處理腔室中處理基板的示例方法。
為了便於理解，在可能的情況下，使用了相同的附圖標記來指明圖式中共同的相同元素。可以設想，在一個態樣中揭露的元素可以有利地利用在其他態樣上，而不需要具體敘述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
120:系統控制器
162:處理器
164:記憶體
166:電路系統
404:功率放大器
406:阻抗匹配電路系統
408:處理腔室
410:訊號路徑
411:通訊訊號路徑
412:路徑
414:訊號路徑
415:輸出節點
522:濾波器陣列
524:阻抗匹配網路
526:感測器
528:感測器
534:電容器
536:電感器
538:電容器
540:電感器
542:反饋路徑
544:反饋路徑
546:控制路徑
548:相位控制訊號
550:直流電源
522a:濾波器
522b:濾波器
522n:濾波器
526a:感測器
526b:感測器
526n:感測器
530a:通道路徑
530b:通道路徑
530n:通道路徑
532a:阻抗匹配電路
532b:阻抗匹配電路
532n:阻抗匹配電路

Claims (20)

  1. 一種在一電漿處理腔室中處理一基板的方法，該方法包括以下步驟： 放大一寬頻訊號； 將該經放大的寬頻訊號在與一阻抗匹配網路耦合的複數個通道路徑上進行分離；以及 至少部分地基於與該寬頻訊號相關聯的反饋，調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，以實現在一閾值內的一第二阻抗，其中： 該阻抗匹配網路包括與電漿激發電路系統耦合的複數個阻抗匹配電路，以及 該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一不同的路徑和一輸出節點耦合。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該反饋包括該複數個通道路徑上的一個或多個第一測量和與該阻抗匹配網路的一輸出相關聯的一個或多個第二測量。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該反饋進一步包括對該寬頻訊號的一個或多個第三測量。
  4. 如請求項1所述的方法，其中分離該經放大的寬頻訊號的步驟包括以下步驟：藉由一濾波器陣列分離該經放大的寬頻訊號。
  5. 如請求項4所述的方法，其中分離該經放大的寬頻訊號的步驟包括以下步驟：經由該濾波器陣列將一相移施加到該等通道路徑中的至少一者。
  6. 如請求項4所述的方法，其中分離該經放大的寬頻訊號的步驟包括以下步驟：經由該濾波器陣列將一增益施加到該等通道路徑中的至少一者。
  7. 如請求項1所述的方法，其中調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗的步驟包括以下步驟：調整與該等阻抗匹配電路中的至少一者相關聯的一無源電氣部件。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該無源電氣部件包括一可變電容器、一可變電阻器、一可變電感器或其組合。
  9. 如請求項1所述的方法，進一步包括以下步驟：至少經由複數個第一電感測器和一第二電感測器獲得該反饋，其中該複數個第一電感測器中的每一者在該等通道路徑中一個不同的通道路徑與該等阻抗匹配電路中一個不同的阻抗匹配電路之間串聯耦合，並且該第二電感測器與該阻抗匹配網路的一輸出耦合。
  10. 如請求項1所述的方法，其中調整與該阻抗匹配網路相關聯的該至少一個第一阻抗的步驟包括以下步驟：調整與該等阻抗匹配電路中的至少一者相關聯的一第三阻抗，以滿足與對應於該等通道路徑中的至少一者的該第二阻抗相關聯的該閾值。
  11. 如請求項1所述的方法，進一步包括以下步驟：將該阻抗匹配網路的一輸出與該電漿激發電路系統的一單一電極耦合。
  12. 如請求項1所述的方法，其中該電漿處理腔室包括一物理氣相沉積腔室，並且該方法進一步包括以下步驟：將該阻抗匹配網路的一輸出與設置在該物理氣相沉積腔室內的一基板支撐件的一基板支撐表面附近的一電極耦合。
  13. 一種電漿處理系統，包括： 一放大器，被配置為放大一寬頻訊號； 一濾波器陣列，與該放大器耦合，並被配置為將該經放大的寬頻訊號在複數個通道路徑上進行分離； 一阻抗匹配網路，包括與該等通道路徑耦合的一輸入側，以及一輸出側，其中該阻抗匹配網路的該輸出側包括複數個阻抗匹配電路，該複數個阻抗匹配電路與一輸出節點耦合，該輸出節點被配置為與該電漿處理系統的電漿激發電路系統耦合，並且該等阻抗匹配電路中的每一者與該複數個通道路徑中一不同的路徑和一輸出節點耦合。
  14. 如請求項13所述的系統，進一步包括： 一記憶體；以及 一處理器，與該記憶體耦合，該處理器被配置為至少部分地基於與該寬頻訊號相關聯的反饋，調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，以實現在一閾值內的一第二阻抗。
  15. 如請求項13所述的系統，其中該濾波器陣列被配置為將一相移施加到該等通道路徑中的至少一者。
  16. 如請求項13所述的系統，其中該濾波器陣列被配置為將一增益施加到該等通道路徑中的至少一者。
  17. 如請求項14所述的系統，其中為了調整與該阻抗匹配網路相關聯的至少一個第一阻抗，該處理器被配置為調整與該等阻抗匹配電路中的至少一者相關聯的一無源電氣部件。
  18. 如請求項17所述的系統，其中該無源電氣部件包括一可變電容器、一可變電阻器、一可變電感器或其組合。
  19. 如請求項14所述的系統，其中： 該處理器被進一步配置為至少經由複數個第一電感測器和一第二電感測器獲得該反饋， 該複數個第一電感測器中的每一者在該等通道路徑中一不同的通道路徑與該等阻抗匹配電路中一不同的阻抗匹配電路之間串聯耦合，以及 該第二電感測器與該阻抗匹配網路的一輸出耦合。
  20. 如請求項13所述的系統，其中該電漿處理系統包括一電漿處理腔室，並且該阻抗匹配網路的一輸出與設置在一基板支撐件的一基板支撐表面附近的一電極耦合，該基板支撐件設置在該電漿處理腔室內。
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