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CN110301029B - 在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除系统和方法 - Google Patents

在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除系统和方法 Download PDF

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CN110301029B
CN110301029B CN201780086692.8A CN201780086692A CN110301029B CN 110301029 B CN110301029 B CN 110301029B CN 201780086692 A CN201780086692 A CN 201780086692A CN 110301029 B CN110301029 B CN 110301029B
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Abstract

描述了用于消除与寄生电容相关联的阻抗的系统和方法。所述系统中的一个包括具有壳体的等离子体室。该壳体包括基座、位于基座上方以面向基座的喷头、以及位于喷头上方的顶板。该系统还包括耦合到等离子体室的射频(RF)传输线,其用于将经改进的RF信号传输到喷头。该系统包括耦合在距顶板预定距离内的分流电路。该分流电路耦合到RF传输线,以消除与壳体内的寄生电容相关联的阻抗。

Description

在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除系统和方法
技术领域
本发明的实施方案涉及用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法。
背景技术
通常,工艺反应器用于处理晶片(例如硅晶片)上的操作。这些晶片通常在各种反应器中多次处理,以在其上形成集成电路。这些处理操作中的一些涉及例如在晶片的选定表面或层上沉积材料。一种这样的反应器是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器。
例如,PECVD反应器可用于沉积绝缘膜,例如氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)等。这种材料膜可包括铝(Al)合金。根据所沉积的膜的类型,将特定的反应气体带入PECVD反应器,同时提供射频(RF)功率以产生能够进行沉积的等离子体。RF功率由RF发生器产生,并通过匹配盒提供给PECVD反应器的电极。然而,传递到电极的RF功率降低。
正是在这种背景下,出现了本公开中描述的实施方案。
发明内容
本公开的实施方案提供用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法。应当理解,本发明的实施方案可以以多种方式实现,例如,以计算机可读介质上的工艺、装置、系统、设备或方法实现。下面描述几个实施方案。
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和原子层沉积(ALD)室分为两种类型,例如枝形吊灯型和嵌入式安装型。枝形吊灯型室具有从室壁物理分离的射频(RF)供电电极,并且RF供电电极由从枝形吊灯型室的壳体的顶板延伸的杆悬挂。在嵌入式安装型室中,RF供电电极围绕其周边被紧固硬件支撑,该紧固硬件使RF供电电极与嵌入式安装型室的地电位电绝缘。在这些类型的室中,RF供电电极和壳体之间存在非零寄生电容。嵌入式安装型室的寄生电容高于枝形吊灯型室的寄生电容,例如高3至5倍。
当RF功率施加到嵌入式安装型室时,位移电流流过寄生电容,并且RF功率不能有效地耦合到位于嵌入式安装型室的基座上的晶片上。无效耦合的RF功率导致晶片上的沉积非常少或没有。而且,由于与RF供电电极并联存在的寄生电容,因此嵌入式安装型室的RF部件(例如喷头)接收高RF电流。RF输送硬件,例如同轴电缆和匹配网络,在不增加与嵌入式安装型室相关的设计和硬件成本的情况下,不能容易地处理高RF电流。
在多种实施方案中,将分流消除RF电路添加到电容耦合等离子体(CCP)反应器,例如,嵌入式安装型室、枝形吊灯型室等,以补偿寄生电容。分流消除RF电路使寄生RF耦合最小化并使耦合到晶片的功率最大化,以增大在晶片上沉积材料的沉积速率。而且,由于通过分流消除RF电路抑制了寄生RF电流路径,因此减少了流向喷头的输入RF电流。在一些实施方案中,RF电流路径是由寄生电容产生的路径。
在若干实施方案中,描述了用于消除(例如,取消、减少等)与寄生电容相关联的阻抗的系统。该系统包括具有壳体的等离子体室。该壳体包括基座、位于基座上方以面向基座的喷头、以及位于喷头上方的顶板。该系统还包括耦合到等离子体室的RF传输线,其用于将经改进的RF信号传输到喷头。该系统包括耦合在距顶板预定距离内的分流电路。该分流电路耦合到RF传输线,以消除与壳体内的寄生电容相关联的阻抗。
在一些实施方案中,描述了一种分流电路。该分流电路包括可变电容器和与可变电容器并联耦合的电感器,以形成第一端部和第二端部。第一端部耦合到耦合在阻抗匹配电路和等离子体室的喷头之间的RF传输线。第二端部耦合到等离子体室的壳体上。可变电容器和电感器消除了与壳体内的寄生电容相关的阻抗。
在多种实施方案中,描述了一种多站式处理工具。多站式处理工具包括配置成产生RF信号的RF发生器。多站式处理工具还包括:阻抗匹配电路,其耦合到RF发生器以接收RF信号,以输出经修改的RF信号;以及功率分配器,其耦合到阻抗匹配电路以分配经修改的RF信号的功率,以输出多个经修改的RF输出信号。多站式处理工具包括第一站,其经由第一RF传输线耦合到功率分配器的第一输出端,以接收经修改的RF输出信号中的第一个。多站式处理工具还包括第二站,该第二站经由第二RF传输线耦合到功率分配器的第二输出端,以接收经修改的RF输出信号中的第二个。多站式处理工具包括耦合到第一RF传输线的第一分流电路,以消除与关联于第一站的寄生电容相关联的阻抗。多站式处理工具包括耦合到第二RF传输线的第二分流电路,以消除与关联于第二站的寄生电容相关联的阻抗。
用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法的若干优点包括输送到喷头和基座之间的间隙的RF功率的增加的效率。例如,分流RF电路减少了RF与室壁的耦合,并使负载(例如PECVD室、ALD室等)的电容性降低。输入到等离子体反应器的RF电流减小并且RF部件中的功率损失减小。为了说明,输送到等离子体反应器的功率从设定点功率的55%增加到85%,设定点功率是由RF发生器提供的功率。功率的增加导致更高的沉积速率,这导致处理晶片的更高效率。
本文描述的用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法的附加优点包括由于减小(例如,消除)RF电流路径而导致的站与站匹配和RF硬件的成本降低。例如,当使用分流电路时,流到RF供电电极的总电流从26安培下降到9.5安培。较低的总电流降低了由站之间寄生电容的微小变化而引起的站与站之间变化的风险。而且,较低的总电流意味着RF硬件不需要设计成处理高电流。
本文描述的用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法的进一步优点包括提高RF功率测量的精度。例如,在没有分流电路的情况下,测量的RF功率的相位是-82o。当RF功率的相位接近-90o时,计量精度降低。安装分流电路后,测得的相位为-68o。结果,提高了测量精度,从而使故障排除更容易。
通过以下结合附图的详细描述,其他方面将变得显而易见。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述,可以最好地理解实施方案。
图1A是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以说明具有嵌入式安装型等离子体室的分流电路的使用。
图1B是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以说明具有枝形吊灯型等离子体室的分流电路的使用。
图1C是等离子体处理系统的实施方案的图,其中分流电路位于嵌入式安装型等离子体室的壳体内。
图1D是等离子体处理系统的实施方案的图,其中等离子体室包括在枝形吊灯型等离子体室的壳体内的分流电路。
图1E是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以示出分流电路与射频(RF)传输线上的耦合到嵌入式安装型等离子体室的底部电极(而不是嵌入式安装型等离子体室的顶部电极)上的点的耦合。
图1F是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以示出分流电路与射频(RF)传输线上的耦合到枝形吊灯型等离子体室的底部电极(而不是枝形吊灯型等离子体室的顶部电极)上的点的耦合。
图1G是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以说明在图1E的嵌入式安装型等离子体室的壳体内使用分流电路以消除与嵌入式安装型等离子体室的寄生电容相关联的阻抗。
图1H是等离子体处理系统的实施方案的图,其用以说明在枝形吊灯型等离子体室的壳体内使用分流电路以消除与枝形吊灯型等离子体室的寄生电容相关的阻抗。
图2是等离子体处理系统的实施方案的图。
图3示出了多站式处理工具的实施方案的俯视图,其中提供了四个处理站。
图4示出了具有入站加载锁和出站加载锁的多站式处理工具的实施方案的示意图。
图5A是用于说明使用固定电感器作为分流电路来消除与寄生电容相关的阻抗的系统的实施方案的图。
图5B是用于说明具有可变电感器的分流电路的系统的实施方案的图。
图5C是用于说明具有可变电容器和固定电感器的分流电路的系统的实施方案的图。
图5D是用于说明具有可变电感器和固定电容器的分流电路的系统的实施方案的图。
图5E是用于说明具有可变电容器和可变电感器的分流电路的系统的实施方案的图。
图6A是用于说明分流电路的电容器的电容变化直到参数在预定范围内的系统的实施方案的图。
图6B是用于说明分流电路的电感器的电感变化直到参数在预定跨度内的系统的实施方案的图。
图6C是用于说明分流电路的电容器的电容和分流电路的电感器的电感变化直到参数在预定范围内的系统的实施方案的图。
图6D是示出使用和不使用分流电路时的阻抗差异的曲线图的实施方案。
图6E是表格的一实施方案,其用于说明在不使用分流电路和使用分流电路的情况下,通过电压和电流(VI)探针测得的在阻抗匹配电路的输出端处的射频信号的电压、电流、相位和功率的测量结果。
图7是用于说明对每个站使用分流电路的系统的实施方案的图。
图8A是示出当任何站都不使用分流电路时与站内的寄生电容相关联的阻抗的曲线图的实施方案。
图8B是示出当站使用分流电路时与站内的寄生电容相关联的阻抗的消除的曲线图的实施方案。
图8C是表格的实施方案,其用以说明当任何站都不使用分流电路时与每个站处的寄生电容相关联的电压量。
图8D是表格的实施方案,其示出了当在站处使用分流电路时电压、电流、相位和功率的变化。
图9A是用于通过修改与站相关联的分流电路的电容器的电容来消除与站的寄生电容相关联的阻抗的多站式系统的实施方案的图。
图9B是用于通过改变与站一起使用的分流电路的电感器的电感来消除与站的寄生电容相关联的阻抗的多站式系统的实施方案的图。
图9C是用于通过改变多站式系统内使用的分流电路的电感器和电容器的电感来消除与站的寄生电容相关联的阻抗的多站式系统的实施方案的图。
图10A是示出当耦合到站的分流电路用于平衡功率分配器的输出端处的参数时与站相关联的阻抗的曲线图的实施方案。
图10B是用于说明在站处的功率平衡的表格的实施方案。
具体实施方式
以下实施方案描述了用于在等离子体反应器中提供寄生成分的分流消除的系统和方法。显而易见的是,可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明的实施方案。在其他情况下,没有详细描述公知的处理操作,以免不必要地模糊本发明的实施方案。
膜的沉积优选在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统或原子层沉积(ALD)室中实施。PECVD系统可以采用许多不同的形式。PECVD系统包括一个或多个等离子体室或“反应器”(有时包括多个站),其容纳一个或多个晶片并且适合于晶片处理。每个等离子体室容纳一个或多个晶片以用于处理。一个或多个等离子体室将晶片保持在限定的一个或多个位置,在该位置内有或没有运动,例如,旋转、振动或其他搅动等。经历沉积的晶片在处理期间从一个站转移到另一个站。膜沉积完全在单个站进行,或者膜的任何部分在任何数量的站上沉积。在处理过程中,每个晶片通过基座(例如,晶片卡盘等)和/或等离子体室的其他晶片保持装置保持在合适位置。
电容耦合等离子体(CCP)反应器,例如ALD室、PECVD室等,在包括射频(RF)供电电极的喷头和接地的室壁之间具有固有的寄生电容。在某些情况下,由于CCP反应器和RF供电电极的几何形状,这种寄生电容非常高,以至于通过寄生电容的RF电流高于通过晶片处理腔的RF电流,晶片处理腔是CCP反应器的喷头和基座之间的间隙。高寄生耦合降低了用于处理晶片的传递的RF功率。结果,在晶片上沉积材料的沉积速率降低。
一种解决方案是增加提供给晶片处理腔的RF电流。例如,RF硬件系统有时用于处理高RF电流。然而,RF硬件系统成本过高。
在一些实施方案中,将分流RF电路添加到CCP反应器以消除(例如,取消)寄生电容并使CCP反应器以所施加的频率谐振。例如,当电感器耦合到耦合到位于气体分配板(GDP)上方的RF供电电极的RF传输线时,寄生电容减小。GDP具有多个通孔,用于传送用予处理晶片的一种或多种工艺气体。此外,通过添加与电感器并联的可调电容器,可以调整电感器的电感,以将寄生电容减小到零或接近零,并使CCP电抗器以工作频率(例如13.56兆赫兹(MHz)、400千赫兹、2兆赫兹、60兆赫兹、27.12兆赫兹)谐振。以这种方式,传递到晶片处理腔的RF功率最大化。
图1A是等离子体处理系统100的示意图,其示出了嵌入式安装型等离子体室102。等离子体处理系统100包括RF发生器104、阻抗匹配电路(IMC)106、分流电路108和电压和电流(VI)探针110,电压和电流(VI)探针110是任选的。
等离子体室102包括喷头114和基座116。基座116在其内部嵌入底部电极118。此外,喷头114在其内部嵌入顶部电极120。例如,顶部电极120是被绝缘体包围,例如陶瓷。顶部电极120和底部电极118中的每一个由金属(例如钼、钼合金等)制成。喷头114面向基座116并且与基座116相对。等离子体室102具有壳体,其由侧壁122、顶板124和底部126制成。在多种实施方案中,顶板124在本文中称为室顶板。喷头114、基座116和侧面支架138位于壳体内。下面进一步描述侧面支架138。在多种实施方案中,底部126在本文中称为室底板。例如,在室底板下方,设置真空泵,用于从壳体抽空处理晶片112的残余物,例如一种或多种工艺气体。
在一些实施方案中,侧壁122具有圆形形状或椭圆形形状。在多种实施方案中,侧壁122由四个矩形或正方形侧面形成。为了说明,侧壁122具有第一侧面,邻近并连接到第一侧面的第二侧面,邻近并连接到第二侧面的第三侧面,以及邻近并连接到第三侧面并且邻近并连接到第一侧面的第四侧面。
顶板124具有顶表面125和底表面127。底表面127面向喷头114的顶表面135,并且顶板124的顶表面125面向分流电路108。顶板124的底表面127不面向分流电路108。底部126位于顶板124的对面并面向顶板124。侧壁122邻近并连接到顶板124并且邻近并连接到底部126。等离子体室102的壳体耦合到地电位。喷头114经由侧面支架138耦合到侧壁122。例如,喷头114经由侧面支架138锚固到侧壁122,使得侧壁122支撑喷头114。侧面支架138是由一种或多种电绝缘材料(例如陶瓷)制成。在一些实施方案中,任何数量的侧面支架将喷头114连接到侧壁122。
RF发生器104经由RF电缆130耦合到IMC 106,并且IMC106经由RF传输线132(例如,同轴电缆)耦合到等离子体室102。RF传输线132的电感表示为L1f。RF传输线132例如经由顶板124中的孔延伸穿过顶板124,进入壳体以连接到顶部电极120。
等离子体室102是电容耦合等离子体(CCP)室,并且是用于处理晶片112的PECVD系统的示例。RF发生器104的示例包括400千赫兹(kHz)RF发生器、2兆赫兹(MHz)RF发生器、13.56MHz RF发生器,27.12MHz RF发生器、60MHz RF发生器。RF发生器104包括RF电源,例如RF振荡器,其用于产生RF信号。
IMC 106是例如电阻器、电容器、电感器等电路元件的网络,其使连接到IMC 106的输出端O1的负载的阻抗与连接到IMC 106的一个或多个输入端的源的阻抗匹配。例如,IMC106使RF传输线132和等离子体室102的阻抗与RF电缆130和RF发生器104的阻抗相匹配。VI探针110的示例包括复电压和电流传感器、电压传感器、电流传感器、功率传感器、阻抗传感器等。
RF传输线132在点P1处耦合到分流电路108,点P1位于距顶板124预定距离处。例如,分流电路108位于顶板124上方并且在紧接在RF传输线132经由顶板124延伸到等离子体室102的壳体中之前的点P1处连接到RF传输线132。举另一示例而言,分流电路108由顶板124支撑并且放置在顶板124的顶表面125上以由顶板124支撑。举又一示例而言,分流电路108位于等离子体室102内并由顶板124的底表面127支撑。
分流电路108包括电容器Cs和电感器Ls。电容器Cs的示例值是4皮法(pF)。电容器Cs的另一个示例值是70pF。举又一示例而言,电容器Cs的值在4pF和70pF之间变化。电感器Ls的示例值是0.2微亨。电感器Ls的另一示例值是0.4微亨。举又一示例而言,电感器Ls的值在0.2和0.4微亨之间变化。电感器Ls并联耦合到电容器Cs。电感器Ls在一端部E1处耦合到电容器Cs,该端部E1连接到RF传输线132上的点P1。此外,电感器Ls在与端部E1相对的另一端部E2处耦合到电容器Cs,并且端部E2耦合到地电位。在一些实施方案中,端部E2通过将端部E2连接到顶板124的顶表面125而耦合到地电位,顶表面125也耦合到地电位。VI探针110耦合到IMC 106的输出端O1。
RF发生器104的RF电源产生RF信号,其经由RF电缆130传输到IMC 106。IMC 106使负载的阻抗与源的阻抗匹配以在其输出端O1产生经修改的RF信号。经修改的RF信号经由RF传输线132经由点P1传输到喷头114的顶部电极120。此外,底部电极118耦合到地电位。例如,底部电极118经由RF带耦合到等离子体室102的壳体的地电位。RF带具有电感,其由电感器L2示出。在向顶部电极120供应经修改的RF信号的同时,将一种或多种工艺气体供应到喷头114,以进一步供应到基座116和喷头114之间的间隙,以在间隙内产生或维持等离子体。当将经修改的RF信号提供给顶部电极120并且将底部电极118耦合到地时,在间隙中产生或维持等离子体。等离子体由电容和电阻的串联组合表示。当没有等离子体时,喷头114和基座116之间的电容由电容器C2示出。喷头114和基座116之间的电容表示喷头114和基座116之间的间隙。等离子体用于处理位于基座116的顶表面上的晶片112。
喷头114和顶板124的布局(例如,喷头114的顶表面135与顶板124之间的距离)在喷头114的顶表面135与顶板124之间产生寄生电容C11f。此外,喷头114和侧壁122的布局(例如,喷头114的侧表面与壁114之间的距离)在喷头114和侧壁122之间产生另一寄生电容C12f。喷头114的侧表面面向侧壁122并且与喷头114的顶表面135相邻。喷头114的顶表面135面向顶板124。喷头114的顶表面135与喷头114的底表面相对,并且喷头114的底表面面向喷头114和基座116之间的间隙。
寄生电容C11f在喷头114的顶表面135和顶板124之间产生低阻抗路径,并且寄生电容C12f在喷头114的侧表面和侧壁122之间产生低阻抗路径。经修改的RF信号的一些RF电流经由具有寄生电容C11f的低阻抗路径从喷头114的顶表面135流到顶板124,并且经修改的RF信号的一些RF功率从喷头114的侧表面经由具有寄生电容C12f的低阻抗路径传递到侧壁122。由于寄生电容C11f和C12f产生的低阻抗路径,因此当不使用分流电路108时,更大量的电流将由RF发生器104产生并通过IMC106和RF传输线132提供给顶部电极120。此外,由寄生电容C11f和C12f产生的低阻抗路径降低了处理晶片112的有效性。例如,在晶片112上沉积材料的沉积速率或清洁晶片112的速率由于低阻抗路径而减小。
分流电路108增加由寄生电容C11f和C12f产生的低阻抗路径的阻抗,使得经由RF传输线132传输到顶部电极120以产生或维持间隙内的等离子体的经修改的RF信号的RF电压增大。例如,阻抗总共从5欧姆增加到150欧姆。通过控制电容器Cs的电容或电感器Ls的电感或两者,低阻抗路径的阻抗增大。例如,手动或通过电气方式改变电容器Cs的电容或电感器Ls的电感或两者。为了说明,人通过相对于电容器Cs的平行板中的一个板旋转另一个板来改变两个板之间的距离或两个板之间的区域。举另一示例而言,人将由电感器Ls的线圈匝包围的第一芯用第二芯替换,以改变电感器Ls的磁导率以改变电感器Ls的电感。举又一示例而言,人改变电感器Ls的芯被电感器Ls的线圈绕组包围的量,以改变电感器Ls的电感。通过增加低阻抗路径的阻抗来消除与寄生电容C11f和C12f相关的阻抗。例如,与寄生电容C11f和C12f相关的阻抗很低。通过使用分流电路108,通过增加低阻抗来消除低阻抗。
在一些实施方案中,IMC 106具有多个输入端,每个输入端经由RF电缆耦合到不同的RF发生器。例如,IMC 106的第一输入端通过第一RF电缆连接到400kHz RF发生器,IMC106的第二输入端通过第二RF电缆连接到13.56MHz RF发生器。举另一示例而言,IMC 106的第一输入端经由第一RF电缆连接到2MHz RF发生器,IMC 106的第二输入端经由第二RF电缆连接到13.56MHz RF发生器,以及IMC 106的第三输入端通过第三RF电缆连接到60MHz RF发生器。
在多种实施方案中,代替顶部电极120耦合到IMC 106,顶部电极120耦合到地电位,并且底部电极118经由RF传输线132耦合到IMC 106。IMC 106经由RF电缆130耦合到RF发生器104。分流电路108耦合到耦合到底部电极118的RF传输线132上的点P1。点P1位于底部126的底表面133下方的预定距离内。分流电路108的端部E2通过耦合在距底部126的预定距离内而耦合到地电位。例如,分流电路108位于底部126的下方,并且分流电路108的端部E2耦合到底部126的底表面133。底部126具有顶表面131,顶表面131面向基座116。底表面133不面向基座116,而是面向分流电路108。
在一些实施方案中,等离子体室的喷头的顶部电极暴露于间隙并且未封装在绝缘体内。例如,代替顶部电极120被封装在绝缘体中,使用另一顶部电极,例如由铝制成的电极、由铝合金制成的电极等,并且另一电极未封装在绝缘体内。
图1B是等离子体处理系统150的实施方案的图,其中使用枝形吊灯型等离子体室152代替嵌入式安装型等离子体室102(图1A)。等离子体处理系统150包括等离子体室152、RF发生器104、RF电缆130、IMC 106、RF传输线154和分流电路108。除了等离子体室152包括杆156之外,等离子体室152与等离子体室102相同。喷头114、基座116和杆156位于等离子体室152的壳体内。喷头114的顶表面135与杆128相邻并面向顶板124。
喷头114经由杆156连接到顶板124。例如,喷头114由顶板124支撑,杆156附接到顶板124上,例如,螺栓连接到顶板124上,螺纹连接到顶板124上等。RF传输线154耦合IMC 106的输出端O1并经由点P1和顶板124延伸到位于等离子体室152的壳体内的杆156中。等离子体室152的壳体由顶板124、侧壁122和底部123制成。等离子体室152的壳体耦合到地电位122。RF传输线152延伸到杆156中以连接到顶部电极120。RF传输线152的电感表示为L1c。
在IMC 106的输出端O1处提供的经修改的RF信号经由RF传输线154传输到顶部电极120。喷头114和顶板124的布局,例如,喷头114的顶表面135和顶板124之间的距离d2,在喷头114的顶表面135和顶板124之间产生寄生电容C11c。此外,等离子体室152的喷头114和侧壁122的布局,例如,喷头114的侧表面和等离子体室152的侧壁122之间的距离,在喷头114和等离子体室152的侧壁122之间产生另一寄生电容C12c。在一些实施方案中,与等离子体室152相关联的寄生电容C11c和C12c的总和小于与等离子体室102相关联的寄生电容C11f和C12f的总和。例如,这些总和之间的主要差异是通过电容C12f和C12c之间的差异创建的。在点P1处连接到RF传输线154的分流电路108增加了由寄生电容C11c和C12c产生的低阻抗路径的阻抗,使得通过寄生电容C11s和C12c的经修改的RF信号的RF电流减小,从而提高晶片112的处理效率。通过控制电容器Cs的电容或电感器Ls的电感或两者,增加低阻抗路径的阻抗以增大经修改的RF信号的RF电压。通过增大低阻抗路径的阻抗来消除与寄生电容C11c和C12c相关的阻抗。例如,与寄生电容C11c和C12c相关的阻抗很低。通过使用分流电路108,通过增大低阻抗来消除低阻抗。
图1C是等离子体处理系统170的实施方案的图,其中分流电路位于等离子体室172的壳体内。除了在等离子体处理系统170中,分流电路耦合到位于等离子体室102的壳体内部的RF传输线132的一部分之外,等离子体处理系统170与图1A的等离子体处理系统100相同。此外,除了等离子体室172包括分流电路的电感器Ls之外,等离子体室172与等离子体室102相同(图1A)。
电感器Ls连接在壳体外部的RF传输线132上的点P1与使RF传输线132耦合到顶部电极120的点P2之间的在RF传输线132上的点处。例如,电感器Ls位于喷头114和顶板124之间。电感器Ls在其端部E2处耦合到地电位,并且在其端部E1处连接到点P1和P2之间的点上。在一些实施方案中,电感器Ls通过连接到顶板124或侧壁122而耦合到地电位,顶板124或侧壁122都处于地电位。电感器Ls的电感增加了喷头114的顶表面135和顶板124之间的低阻抗以及喷头114的侧表面和侧壁122之间的低阻抗,使得从IMC 106输出的经修改的RF信号经由RF传输线132传输到顶部电极120并进一步传输到喷头114和基座116之间的间隙。
在其中顶部电极120耦合到地电位而不是顶部电极120并且底部电极118经由RF传输线132耦合到IMC 106的多种实施方案中,点(类似于点P2)位于底部电极116而不是顶部电极120。此外,点P1位于底部126的底表面133下方。电感器Ls耦合在点P1和位于底部126的点之间,并且位于底部126和基座116之间。
在一些实施方案中,分流电路108(图1A)在等离子体室172内部实施,以代替电感器Ls。例如,分流电路108连接在端部E1和E2之间,并且放置在等离子体室172的顶板124和等离子体室172的喷头114之间。
图1D是等离子体处理系统180的实施方案的图,其中等离子体室182包括在等离子体室182的壳体内的分流电路。除了在等离子体处理系统180中,分流电路位于等离子体室182的壳体内之外,等离子体处理系统180与图1B的等离子体处理系统152相同。除了等离子体室182包括分流电路的电感Ls之外,等离子体室182与等离子体室152(图1B)相同。电感器Ls耦合到点P1和点P3之间的点,在点P3处RF传输线154耦合到顶部电极120。例如,电感器Ls位于喷头114和顶板124之间。等离子体室182的壳体由顶板124、侧壁122和底部126形成。电感器Ls位于壳体内部并且耦合到RF传输线154的位于等离子体室182的壳体内部的部分。电感器Ls的电感增加了喷头114的顶表面135和顶板124之间的低阻抗以及喷头114的侧表面和侧壁122之间的低阻抗,使得从IMC 106输出的经修改的RF信号经由RF传输线154传输到顶部电极120并进一步传输到喷头114和基座116之间的间隙。
在多种实施方案中,等离子体室182的顶部电极120耦合到地电位而不是底部电极116,并且底部电极116经由RF传输线132耦合到IMC106。点P1位于底部126的底表面133下方的预定距离处。电感器Ls耦合到位于点P1和使RF传输线132耦合到底部电极116的点之间的点处。电感器Ls位于底部126和基座116之间。这些实施方案在下面的图1H中示出。
在一些实施方案中,分流电路108(图1A)在等离子体室182内部实施,以代替电感器Ls。例如,分流电路108连接在端部E1和E2之间,并且放置在等离子体室182的顶板124和等离子体室182的喷头114之间。
图1E是等离子体处理系统190的实施方案的图,其示出了分流电路108与RF传输线132上的点P1的耦合,RF传输线132耦合到底部电极118而不是顶部电极120。除了等离子体处理系统190包括等离子体室192而不是等离子体室102(图1A)之外,等离子体处理系统190与等离子体处理系统100(图1A)相同。等离子体室192是嵌入式安装型等离子体室。在等离子体室192中,顶部电极120耦合到地电位,底部电极118耦合到RF传输线132。此外,基座116经由侧面支架138安装到侧壁122上。侧面支架138将基座116耦合到侧壁122上。寄生电容C12c形成在基座116和侧壁122之间,而不是在喷头114和侧壁122之间。此外,喷头114通过杆156安装在顶板124上。
此外,分流电路108耦合到RF传输线132上的点P1,以增加与基座116和侧壁122之间的寄生电容相关联(例如由其产生)的阻抗,并增加由基座116和底部126的顶表面131之间的寄生电容。点P1位于距底部126的预定距离处,而不是位于距顶板124的预定距离处。分流电路108的端部E2通过耦合到等离子体室192的壳体的底部126的底表面133而耦合到地电位。分流电路108面向底部126的底表面133。
图1F是等离子体处理系统194的实施方案的图,其用以说明分流电路108与RF传输线132上的点P1的耦合,RF传输线132耦合到底部电极118而不是顶部电极120。除了等离子体处理系统194包括等离子体室196而不是等离子体室152(图1B)之外,等离子体处理系统194与等离子体处理系统150(图1B)相同。在作为枝形吊灯型等离子体室的等离子体室196中,顶部电极120耦合到地电位,而底部电极118耦合到RF传输线132。分流电路108的端部E2通过耦合到等离子体室196的壳体的底部126的底表面133而耦合到地电位。
图1G是等离子体处理系统195的实施方案的图,其用以说明使用电感器Ls来增加与等离子体室197的寄生电容相关联的阻抗。除了在等离子体处理系统195中,电感器Ls耦合在耦合到底部电极118的RF传输线132上的点P1和底部电极118处的点P4之间之外,等离子体处理系统195与等离子体处理系统190(图1E)相同。
在等离子体室197中,RF传输线132耦合到底部电极118处的点P4,并且电感器Ls的端部E1耦合到点P1和P4之间的RF传输线132。电感器L2的端部E2耦合到地电位。例如,端部E2耦合到底部126的顶部表面131。在一些实施方案中,电感器Ls的端部E2耦合到侧壁122。电感器Ls增加与基座116和侧壁122之间的寄生电容以及基座116和底部126之间的寄生电容相关联的阻抗。
在一些实施方案中,分流电路108(图1A)在等离子体室197内部实施,以代替电感器Ls。例如,分流电路108连接在等离子体室197的底部126和等离子体室197的基座116之间并且在端部E1和E2之间。
图1H是等离子体处理系统198的实施方案的图,其用以说明使用电感器Ls来增加与等离子体室199的寄生电容相关联的阻抗。除了等离子体处理系统198具有等离子体室199并且电感器Ls耦合在耦合到底部电极118的RF传输线132上的点P1和底部电极118处的点P5之间之外,等离子体处理系统198与等离子体处理系统180(图1D)相同。在等离子体室199中,RF传输线132耦合到底部电极118处的点P5,并且电感器Ls的端部E1耦合到点P1和P5之间的RF传输线132。
在一些实施方案中,分流电路108(图1A)在等离子体室199内部实施,以代替电感器Ls。例如,分流电路108连接在等离子体室199的底部126和等离子体室199的基座116之间并且在端部E1和E2之间。
图2是等离子体处理系统200的实施方案的图,该系统是用于处理晶片112的PECVD系统的示例。等离子体处理系统200包括具有下室部分202b和上室部分202a的等离子体室202。等离子体室202是等离子体室102的示例(图1A)。
中心柱被配置为支撑基座116。中心柱还被示出为包括升降销220,升降销220由升降销控制装置222控制。升降销220用于从基座116升起晶片112,以允许末端执行器拾取晶片112并在由末端末端执行器放置之后降低晶片112。
等离子体室202还包括位于基座116上方的用于处理晶片112的喷头250。喷头250是喷头114的示例(图1A)。喷头250电耦合到IMC 106。IMC 106耦合到多个射频(RF)发生器204。RF发生器204由系统控制器210控制。控制器的示例包括处理器和存储器设备。如本文所述的处理器是专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、中央处理单元(CPU)或微处理器等。如本文所述的存储器设备的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、存储盘的冗余阵列、硬盘、闪存等。系统控制器210通过执行工艺输入和控制208来操作等离子体处理系统200。工艺输入和控制208包括工艺配方,例如功率等级、定时参数、工艺气体,晶片112的机械运动等,以便在晶片112上沉积或形成膜。
等离子体处理系统200还包括气体供应歧管212,其连接到工艺气体214,例如来自设施的气体化学物质供应源等。根据正在执行的处理,系统控制器210经由气体供应歧管212控制工艺气体214的输送。然后,所选择的工艺气体流入喷头250并分布在空间体积中,例如间隙中等,空间体积限定在面向晶片112的喷头250面和基座116之间。
此外,在一些实施方案中,工艺气体214是预混合的或不是预混合的。采用适当的阀门和质量流量控制机制以确保在该工艺的沉积和等离子体处理阶段期间输送适当的工艺气体。工艺气体214经由出口离开等离子体室202。真空泵,例如一级或两级机械干式泵、涡轮分子泵等,将工艺气体抽出并通过闭环控制的流量限制装置(例如节流阀或摆动阀)在等离子体室202内保持适当的低压。
还示出了围绕基座116的外部区域的承载环251。承载环251位于承载环支撑区域上方,该承载环支撑区域是基座216的中心中的晶片支撑区域下的台阶。承载环251包括其盘状结构的外边缘侧,例如外半径等,以及其盘状结构的晶片边缘侧,例如内半径等,其最接近晶片112所在的位置。承载环251的晶片边缘侧包括多个接触支撑结构,当承载环251被多个蜘蛛状叉280提升时,所述多个接触支撑结构提升晶片112。因此,承载环251与晶片112一起被提升并且例如,在多站式系统中旋转到另一个站。
分流电路108耦合到位于等离子体室202的部分202a上方预定距离内的点P1。在一些实施方案中,与IMC 106相比,点P1更靠近部分202a。分流电路108在端部E2处耦合到地电位,并且分流电路108的端部E1耦合到RF传输线132上的点P1。分流电路108增加喷头250与等离子体室202的部分202a之间的阻抗。阻抗的增加增加了IMC 106的输出端O1处的电压。电压的增加使经由RF传输线132朝向喷头250和基座116之间的间隙传输的经修改的RF信号的功率增大。
图3示出了多站式处理工具的俯视图,其中提供了四个处理站,即站1、站2、站3和站4。等离子体室202(图2)是四个处理站1至4中的每一个的示例。在四个站上处理的晶片112由蜘蛛式叉280靠近。在一个实施方案中,没有隔离墙也没有其他机构来隔离一个站与另一个站。每个蜘蛛式叉280包括第一和第二臂,每个臂围绕基座116的每侧的一部分定位。在该视图中,蜘蛛式叉280以虚线画出,以传达它们在载体下方。使用接合和旋转机构320的蜘蛛式叉280同时从站1至站4,从承载环251的下表面升起并使承载环251升起,然后在站1至站4中的两个或更多个站之间旋转,然后放低承载环251。在旋转期间,至少一个承载环251将晶片112支撑到下一个位置,以便在晶片112上进行进一步的等离子体加工、处理和/或膜沉积。
图4示出了具有入站加载锁402和出站加载锁404的多站式处理工具400的实施方案的示意图。机械手406在大气压下移动衬底,例如晶片112,衬底从通过晶舟408装载的盒经由大气端口410进入入站加载锁402。入站加载锁402耦合到真空源(未示出),使得当大气端口410关闭时,入站加载锁402被抽空。入站加载锁402还包括与站1至4中的一个连接的室传送端口416。因此,当室传送器416打开时,另一机械手(未示出)将晶片112从入站加载锁402移动到站1的基座116以进行处理。多站式处理工具400包括使用图3示出的多站式处理工具。
在一些实施方案中,低压环境保持在封闭站1至4的外壳中,使得在站1至4之间使用承载环251传送衬底,而不会经历真空破坏和/或空气暴露。站1至4中的每一个包括处理站衬底支架和工艺气体输送管线入口。
蜘蛛式叉280在站1至4之间传送衬底。蜘蛛式叉280旋转并且使得晶片112能够从站1至4中的一个传送到站1至4中的另一个。传送通过以下方式进行:使蜘蛛式叉280能够将承载环251从外部下表面提升,从而提升晶片112,并将晶片112和承载环251一起旋转到下一个站。在一种配置中,蜘蛛式叉280由陶瓷材料制成,以在加工过程中承受高水平的热量。
在多种实施方案中,使用除四个之外的其他数量的站。例如,使用三个或两个或五个等离子体处理站来处理晶片112。
图5A是系统500的实施方案的图,其用以说明使用分流电路502来消除与寄生电容相关联的阻抗。系统500包括RF发生器104、IMC106、VI探针110、电感器L1、寄生电容C1、分流电路502、电容器C2、电感器L2和在喷头114和基座116之间的间隙内形成的等离子体的阻抗Z_plasma。寄生电容C1表示嵌入式安装型等离子体室的寄生电容C11f和C12f的总和。在一些实施方案中,寄生电容C1表示枝形吊灯型等离子体室的寄生电容C11c和C12c的总和。而且,电感器L1具有RF传输线132的电感器L1f(图1A)。在一些实施方案中,电感器L1具有RF传输线152的电感器L1c(图1B)。
IMC 106耦合到电感器L1,电感器L1经由寄生电容C1耦合到地电位。此外,VI探针110耦合到IMC 106的输出端O1。分流电路502的电感器Ls的端部E1耦合到RF传输线(例如,RF传输线132、RF传输线152等)上的点P1。点P1耦合到电容器C2的顶板上。顶板代表喷头114(图1A)。电容器C2的底板耦合到电感器L2上。底板代表基座116(图1A)。阻抗Z_plasma是在喷头114和基座116之间的间隙内。阻抗Z_plasma平行于电容器C2,并且电容器C2和阻抗Z_plasma都耦合到电感器L2,电感器L2耦合到地电位。
分流电路502并联耦合到寄生电容C1。通过控制电感器Ls的电感,控制寄生电容C1的阻抗以增加阻抗,使得输出端O1处的RF电压量增加并且经由RF传输线(例如,RF传输线132(图1A)、RF传输线154(图1B)等)提供给电容器C2的顶板的经修改的RF信号的RF电压量增加。改进的RF信号的RF电压量的增加提高了等离子体处理的效率,例如由等离子体室执行的沉积、清洁等的效率。
图5B是系统510的实施方案的图,其用以说明具有可变电感器Lvs的分流电路512。电感器Lvs的电感值与电感器Ls的电感值相同。除了在系统520中,电感器Ls由可变电感器Lvs代替之外,系统510与系统500(图5A)相同。可变电感器Lvs耦合在端部E1和E2之间,并且与寄生电容C1并联。修改可变电感器Lvs的电感以增加由寄生电容C1产生的阻抗。该阻抗的增加增加了流向电容器C2的顶板的经修改的RF信号的RF电压量,以提高等离子体处理效率。
图5C是系统520的实施方案的图,其用于说明耦合在端部E1和E2之间的分流电路108。除了在系统520中,电感器Ls与电容器Cs并联耦合,系统520与系统500(图5A)相同。分流电路108的端部E1耦合到电感器L1和电容器C2之间的点P1。分流电路108的另一端部E2耦合到地电位。
电感器Ls和电容器Cs都与寄生电容C1并联耦合。并联耦合增加了寄生电容C1的阻抗,从而增加输出端O1处的RF电压。而且,改变电容器Cs的电容以增加输出端O1处的RF电压。输出端O1处的RF电压的增加提高了处理晶片112的效率。
图5D是系统530的实施方案的图,其中使用具有固定电容器Cfs和可变电感器Lvs的分流电路532。固定电容器Cfs与电容器Cs具有相同的电容值。除了在系统530中,可变电感器Lvs与固定电容器Cfs并联耦合之外,系统530与系统520(图5B)相同。分流电路532包括与可变电感器Lvs并联的固定电容器Cfs。分流电路532耦合在端部E1和E2之间。
此外,固定电容器Cfs和可变电感器Lvs都与寄生电容C1并联耦合。并联耦合增加了寄生电容C1的阻抗,从而增加输出端O1处的RF电压。而且,改变可变电感器Lvs的电感以增加输出端O1处的RF电压。
图5E是系统540的实施方案的图,其用于说明在分流电路542中使用电容器Cs和可变电感器Lvs。除了在系统540中,可变电感器Lvs与电容器Cs并联耦合之外,系统540与系统530(图5C)相同。分流电路542耦合在端部E1和E2之间。电容器Cs和可变电感器Lvs并联耦合到寄生电容器C1。
改变可变电感器Lvs的电感和电容器Cs的电容以增加由寄生电容器C1产生的阻抗。阻抗的增加增加了点O1处的RF电压,以增加从IMC106输出的经修改的输出信号的RF电压。
在一些实施方案中,当在晶片112的处理期间,电感没有通过手动也没有通过使用马达来修改时,电感器Ls的电感是固定的。在多种实施方案中,当在晶片112的处理期间,电容没有通过手动也没有通过使用马达来修改时,电容器Cfs的电容是固定的。
图6A是系统600的实施方案的图,其用以说明分流电路108的电容器Cs的电容变化,直到IMC106的输出端O1处的参数在预定范围内。下面提供参数的示例。系统600包括IMC106、VI探针110、分流电路108、马达M1、驱动器D1和主计算机902。主计算机902包括处理器904和存储器设备906。下面提供主计算机902、处理器904和存储器设备906的示例。此外,下面提供驱动器D1和马达M1的示例。
处理器904耦合到驱动器D1,驱动器D1耦合到马达M1。马达M1通过连接机构耦合到电容器Cs。下面提供连接机构的示例。而且,耦合到IMC 106的输出端O1的VI探针110经由传输电缆耦合到处理器904,下面提供其示例。
处理器904从耦合到输出端O1的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在预定范围内。在确定参数不在预定范围内时,处理器904向驱动器D1发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1。马达M1操作以改变电容器Cs的电容。例如,当马达M1的定子接收到电流信号时,马达M1的转子旋转以改变电容器Cs的两个平行板之间的面积或改变两个板之间的距离。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O1的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制电容器Cs,直到参数在预定范围内。另一方面,在确定参数在预定范围内时,处理器904不向驱动器D1发送命令信号。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且电容器Cs的电容不改变。
图6B是系统610的实施方案的图,其用以说明分流电路532的电感器Lvs的电感的变化,直到参数在预定跨度内。系统610包括IMC 106、VI探针110、分流电路532、马达M1、驱动器D1和主计算机902。马达M1经由连接机构耦合到电感器Lvs。
处理器904从耦合到输出端O1的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在预定跨度内。在确定参数不在预定跨度内时,处理器904向驱动器D1发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1。马达M1操作以改变电感器Lvs的电感。例如,当马达M1的定子接收到电流信号时,马达M1的转子旋转以改变电感器Lvs的芯被电感器Lvs的绕组包围的量。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O1的VI探针110测量的参数。处理器194继续控制电感器Lvs,直到参数在预定跨度内。另一方面,在确定参数在预定跨度内时,处理器904不向驱动器D1发送命令信号。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且电感器Lvs的电感不改变。
图6C是系统620的实施方案的图,其用以说明分流电路542的电容器Cs的电容和电感器Lvs的电感的变化,直到参数在预定范围内。系统620包括IMC 106、VI探针110、分流电路542、马达M1、驱动器D1、马达M2、驱动器D2和主计算机902。马达M2通过连接机构连接到电容器Cs。此外,驱动器D2耦合到马达M2并且耦合到处理器904。
处理器904从耦合到输出端O1的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在预定范围内。在确定参数不在预定范围内时,处理器904将命令信号发送到驱动器D1和D2。在接收到命令信号之一时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1,并且在接收到另一命令信号时,驱动器D2产生电流信号以发送到马达M2。马达M1操作以改变电感器Lvs的电感,而马达M2操作以改变电容器Cs的电容。例如,当马达M1的定子接收到电流信号时,马达M1的转子旋转以改变电感器Lvs的芯被电感器Lvs的绕组包围的量。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O1的VI探针110测量的参数。而且,当马达M2的定子接收到电流信号时,马达M2的转子旋转以改变电容器Cs的两个平行板之间的面积或改变两个板之间的距离。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O1的VI探针110测量的参数。处理器194继续控制电感器Lvs和电容器Cs,直到参数在预定范围内。另一方面,在确定参数在预定范围内时,处理器904不将命令信号发送到驱动器D1和D2。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且电感器Lvs的电感不改变。类似地,当驱动器D2未接收到命令信号时,驱动器D2不产生电流信号,并且电容器Cs的电容不改变。
图6D是曲线图650的实施方案,其用以说明使用和不使用分流电路的阻抗差异。曲线图650绘制了使用VI探针110在IMC 106(图1A)的输出端O1(图1A)处测得的电压和电流而计算出的阻抗的幅值与RF发生器104(图1A)的频率的关系曲线。曲线图650具有两个曲线652和654。曲线652表示当在分流电路(例如,分流电路108、或分流电路502、或分流电路512、或分流电路532、或分流电路542(图5A-5E))未连接到点P1处时使用VI探针100在输出端O1处测得的电压和电流计算出的阻抗。此外,曲线654表示当分流电路连接到点P1时,使用VI探针100在输出端O1处测得的电压和电流计算出的阻抗。曲线654表示与寄生路径相关的阻抗,例如与寄生电容C11f和C12f相关的阻抗,与寄生电容C11c和C12c相关的阻抗。在曲线654上绘制的阻抗值IV1大于在曲线652上绘制的阻抗值IV2。阻抗值IV1和IV2都对应于RF发生器104的13.56MHz的操作频率。例如,两阻抗值都是当RF发生器104以13.56MHz的频率工作时测得的。
在一些实施方案中,分流电路在本文中称为消除电路。
图6E是表660的实施方案,其用以说明在不使用分流电路和使用分流电路的情况下,在输出端O1处由VI探针110测得的RF信号的电压、电流、相位和功率的测量值。表660包括列1,其示出了在输出端O1处的经修改的RF信号的电压,在输出端O1处的经修改的RF信号的电流,在输出端O1处的经修改的RF信号的相位,以及在输出端O1处的经修改的RF信号的功率。表600的列2在分流电路未连接到点P1时产生。
此外,表660包括列3,其示出了在输出端O1处的经修改的RF信号的电压,在输出端O1处的经修改的RF信号的电流,在输出端O1处的经修改的RF信号的相位,以及在输出端O1处的经修改的RF信号的功率。当分流电路连接到点P1并且电容器Cs的电容是4皮法时,产生列3。
另外,表660包括列4,其示出了在输出端O1处的经修改的RF信号的电压,在输出端O1处的经修改的RF信号的电流,在输出端O1处的经修改的RF信号的相位,以及在输出端O1处的经修改的RF信号的功率。当分流电路连接到点P1并且电容器Cs的电容是70皮法时,产生列4。
应当注意,与当不使用分流电路时,输出端O1处的经修改的RF信号的电压相比,当使用分流电路时,在输出端O1处的经修改的RF信号的电压增加。此外,与当不使用分流电路时,输出端O1处的经修改的RF信号的RF电流相比,当使用分流电路时,在输出端O1处的经修改的RF信号的电流减小。另外,与当不使用分流电路时,输出端O1处的经修改的RF信号的相位相比,当使用分流电路时,在输出端O1处的经修改的RF信号的相位减小。与当不使用分流电路时,输出端O1处的经修改的RF信号的功率相比,当使用分流电路时,在输出端O1处的功率增加。
图7是用于说明对于站1至4中的每一个都使用分流电路的系统700的实施方案的图。系统700包括RF发生器104、IMC 106、功率分配器702、站1到4、以及分流电路704A、704B、704C和704D。功率分配器702的一个示例在2016年9月9日提交的、名称为"COMBINER ANDDISTRIBUTOR FOR ADJUSTING IMPEDANCES OR POWER ACROSS MULTIPLE PLASMAPROCESSING STATIONS"的申请No.15/254,769中提供,其通过引用整体并入本文。作为说明,功率分配器702包括电感器、电容器或电阻器或其两个或更多个的组合的网络,以分配(例如,分布)经修改的RF信号的功率以输出多个经修改的RF输出信号。
IMC 106经由RF电缆708耦合到功率分配器702。功率分配器702经由RF传输线704A耦合到站1的顶部电极120,经由RF传输线704B耦合到站2的顶部电极120,经由RF传输线704C耦合到站3的顶部电极120,并且经由RF传输线704D耦合到站4的顶部电极120。RF传输线704A耦合到功率分配器702的输出端O2。类似地,RF传输线704B耦合到功率分配器702的输出端O3,RF传输线704C耦合到功率分配器702的输出端O4,并且RF传输线704D耦合到功率分配器702的输出端O5。举例而言,输出端O2耦合到功率分配器702的第一分支电路,输出端O3耦合到功率分配器702的第二分支电路,输出端O4耦合到功率分配器702的第三分支电路,并且输出端O5耦合到功率分配器702的第四分支电路。在一些实施方案中,功率的每个分支电路分配器702包括彼此耦合的电路部件的网络,所述电路部件例如电感器、电容器、电阻器等。功率分配器702的分支彼此连接以从IMC 106接收经修改的RF信号并且分配经修改的RF信号的功率。
分流电路704A在RF传输线704A上的点P1处耦合到RF传输线704A上。类似地,分流电路704B在RF传输线704B上的点P1处耦合到RF传输线704B上,分流电路704C在RF传输线704C上的点P1处耦合到RF传输线704C上,并且分流电路704D在RF传输线704D上的点P1处耦合到RF传输线704A上。
此外,分流电路704A的端部E1耦合到RF传输线706A上的点P1,并且分流电路704A的端部E2耦合到站1的壳体,例如,站1的顶板124的外表面125,以耦合到地电位。类似地,分流电路704B的端部E1耦合到RF传输线706B上的点P1,并且分流电路704B的端部E2耦合到站2的壳体,例如站2的顶板124的外表面125,以耦合到地电位。分流电路704C的端部E1耦合到RF传输线706C上的点P1,并且分流电路704C的端部E2耦合到站3的壳体,例如,站3的顶板124的外表面125,以耦合到地电位。类似地,分流电路704D的端部E1耦合到RF传输线706D上的点P1,并且分流电路704D的端部E2耦合到站4的壳体,例如站4的顶板124的外表面125,以耦合到地电位。
RF传输线706A、706B、706C和706D中的每一个是RF传输线132(图1A)的示例。在一些实施方案中,RF传输线706A、706B、706C和706D中的每一个是RF传输线154(图1B)的示例。
此外,分流电路502(图5A)是分流电路704A、704B、704C和704D中的每一个的示例。在一些实施方案中,分流电路512(图5B)是分流电路704A、704B、704C和704D中的每一个的示例。在多种实施方案中,分流电路108(图5C)是分流电路704A、704B、704C和704D中的每一个的示例。在若干实施方案中,分流电路532(图5D)是分流电路704A、704B、704C和704D中的每一个的示例。在一些实施方案中,分流电路542(图5E)是分流电路704A、704B、704C和704D中的每一个的示例。
在IMC 106的输出端O1处输出的经修改的RF信号被提供给功率分配器702。功率分配器702分离经修改的RF信号的功率以产生多个经修改的RF输出信号。例如,RF输出信号中的一个通过RF传输线706A发送到站1的顶部电极120。经修改的RF输出信号中的另一个通过RF传输线706B发送到站2的顶部电极120。经修改的RF输出信号中的又一个通过RF传输线706C发送到站3的顶部电极120。经修改的RF输出信号中的另一个通过RF传输线706D发送到站4的顶部电极120。
分流电路704A增加由于站1的寄生电容而产生的阻抗,以提高在站1处对晶片112执行的等离子体处理的效率和产量。类似地,分流电路704B增加RF传输线706B上的点P1处的RF电压,以增加点P1的阻抗,从而减小站2的寄生电容的影响。此外,分流电路704C增加RF传输线706C上的点P1处的RF电压,并减小RF传输线706C上的点P1处的RF电流,以增加RF传输线706C上的点P1处的阻抗。而且,分流电路704D增加点P1处的阻抗,以将经修改的RF输出信号的功率导向(例如,增加)朝向喷头114和基座116之间的间隙。
图8A是曲线图800的实施方案,其用以说明当站1至4中的任何站都不使用分流电路时,与站1至4内的寄生电容相关联的阻抗。曲线图800绘制了y轴上的与寄生电容相关联的阻抗的幅度和x轴上的发生器104(图1A)的操作频率。如图所示,对于13.56MHz的工作频率,在每个站1到4处,与寄生电容相关的阻抗是IV2,它是低的。
图8B是曲线图810的实施方案,其用以说明当站1至4使用分流电路时与站1至4内的寄生电容相关联的阻抗的消除。当分流电路耦合至站3和4时,如上所示,阻抗值IV2增加到IV1。类似地,当分流电路耦合到站1和2时,如上所示,阻抗值IV2增加到IV3。这样,通过增加与关联于站1至4的寄生电容相关的阻抗,用于处理站1至4处的晶片112的RF功率增加。
图8C是表820的实施方案,其用以说明当站1至4中的任何站都不使用分流电路时与站1至4中的每一个处的寄生电容相关联的电压量。表820具有在功率分配器702(图7)的输出端O2处测得的电压,在功率分配器702的输出端O3处测得的电压,在功率分配器702的输出端O4处测得的电压,以及在功率分配器702的输出端O5处测得的电压。
此外,表820具有在功率分配器702的输出端O2处测得的电流,在功率分配器702的输出端O3处测得的电流,在功率分配器702的输出端O4处测得的电流,以及在功率分配器702的输出端O5处测得的电流。此外,表820绘制了在输出端O2处的经修改的输出RF信号的相位和功率,在输出端O3处的经修改的输出RF信号的相位和功率,在输出端O4处的经修改的输出RF信号的相位和功率以及在输出端O5处的经修改的输出RF信号的相位和功率。
图8D是表840的实施方案,其用于说明当在站1至4处使用分流电路时,电压、电流、相位和功率的变化。如图所示,与每个站1至4都不使用分流电路时相比,在每个站1至4使用分流电路时,输出端O2至O5处的电压增加。此外,与每个站1至4都不使用分流电路时相比,在每个站1至4使用分流电路时,输出端O2至O5处的电流减小。另外,与每个站1至4都不使用分流电路时相比,在每个站1至4使用分流电路时,在输出端O2至O5处的经修改的RF输出信号的功率增加。
图9A是多站式系统900的实施方案的图,其用于通过修改分流电路108的电容器Cs的电容来消除与站1到4的寄生电容相关联的阻抗。多站式系统900包括功率分配器702、多个VI探针110、多个分流电路108、多个马达M1、M2、M3和M4、多个驱动器D1、D2、D3和D4、以及主计算机902。主计算机902的示例包括笔记本电脑、台式电脑、手机或平板电脑。这里描述的每个驱动器的示例包括一个或多个晶体管。这里描述的每个马达的示例包括直流(DC)马达、交流(AC)马达、电气马达等。主计算机902包括耦合到存储器设备906的处理器904。
VI探针110耦合到输出端O2,另一个VI探针110耦合到输出端O3,另一个VI探针110耦合到输出端O4,并且另一个VI探针110耦合到输出端O5。此外,处理器904耦合到驱动器D1到D4。驱动器D1耦合到马达M1。类似地,驱动器D2耦合到马达M2,驱动器D3耦合到马达M3,并且驱动器D4耦合到马达M4。
马达M1经由连接机构(例如,一个或多个杆、一个或多个杆和一个或多个齿轮的组合等)耦合到耦合到在RF传输线706A上的点P1的分流电路108的电容器Cs。类似地,马达M2经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706B上的点P1的分流电路108的电容器Cs,马达M3经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706C上的点P1的分流电路108的电容器Cs,并且马达M4经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706D上的点P1的分流电路108的电容器Cs。
此外,处理器904耦合到耦合到输出端O2到O5的每个VI探针110。例如,处理器904经由传输电缆耦合到VI探针110,耦合到输出端O2,所述传输电缆如,用于以串行顺序传输测量值的串行传输电缆,用于以并行方式传输测量值的并行传输电缆,用于传送测量值的通用串行总线(USB)电缆等。举另一示例而言,处理器904通过传输电缆耦合到VI探针110,耦合到输出端O3。此外,处理器904经由传输电缆耦合到VI探针110,耦合到输出端O4,并且处理器904经由传输电缆耦合到VI探针110,耦合到输出端O5。
处理器904从耦合到RF传输线706A的VI探针110接收参数(例如电压、电流、功率、阻抗等)的测量值,并确定参数是否在第一预定范围内。在确定参数不在第一预定范围内时,处理器904向驱动器D1发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1。马达M1操作以改变耦合到站1的电容器Cs的电容。例如,当马达M1的定子接收到电流信号时,马达M1的转子旋转以改变耦合到RF传输线706A上的点P1的电容器Cs的两个平行板之间的面积或者改变两个板之间的距离。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O2的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站1的电容器Cs,直到参数在第一预定范围内。另一方面,在确定参数在第一预定范围内时,处理器904不向驱动器D1发送命令信号。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且耦合到站1的电容器Cs的电容不改变。
类似地,处理器904从耦合到RF传输线706B的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第二预定范围内。在确定参数不在第二预定范围内时,处理器904向驱动器D2发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D2产生电流信号以发送到马达M2。马达M2操作以改变耦合到站2的电容器Cs的电容。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站2的电容器Cs,直到参数在第二预定范围内。另一方面,在确定参数在第二预定范围内时,处理器904不向驱动器D2发送命令信号。当驱动器D2没有接收到命令信号时,驱动器D2不产生电流信号,并且耦合到站2的电容器Cs的电容不改变。
此外,处理器904从耦合到RF传输线706C的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第三预定范围内。在确定参数不在第三预定范围内时,处理器904向驱动器D3发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D3产生电流信号以发送到马达M3。马达M3操作以改变耦合到站3的电容器Cs的电容。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站3的电容器Cs,直到参数在第三预定范围内。另一方面,在确定参数在第三预定范围内时,处理器904不向驱动器D3发送命令信号。当驱动器D3没有接收到命令信号时,驱动器D3不产生电流信号,并且耦合到站3的电容器Cs的电容不改变。
另外,处理器904从耦合到RF传输线706D的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第四预定范围内。在确定参数不在第四预定范围内时,处理器904向驱动器D4发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D4产生电流信号以发送到马达M4。马达M4操作以改变耦合到站4的电容器Cs的电容。电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站3的电容器Cs,直到参数在第四预定范围内。另一方面,在确定参数在第四预定范围内时,处理器904不向驱动器D4发送命令信号。当驱动器D4没有接收到命令信号时,驱动器D4不产生电流信号,并且耦合到站4的电容器Cs的电容不改变。当第一预定范围与第二预定范围、第三预定范围以及第四预定范围相同时,执行平衡操作,其中通过耦合到输出端O2到O5的VI探针110测量的参数(例如,功率)被平衡,在单个预定的范围内。
在一些实施方案中,第一预定范围不同于第二预定范围、第三预定范围和第四预定范围中的一个或多个。
在多种实施方案中,手动修改耦合到RF传输线706A的分流电路108的电容器Cs的电容,直到由耦合到输出端O2的VI探针110测量的参数在第一预定范围内。类似地,由人改变耦合到RF传输线706B的分流电路108的电容器Cs的电容,直到由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数在第二预定范围内。另外,手动控制耦合到RF传输线706C的分流电路108的电容器Cs的电容,直到由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数在第三预定范围内。此外,手动修改耦合到RF传输线706C的分流电路108的电容器Cs的电容,直到由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数在第四预定范围内。
在一些实施方案中,耦合到RF传输线706A到706D的分流电路108的电容器Cs的电容被手动改变,直到由耦合到输出端O2到O5的VI探针110测量的参数被平衡到单个预定范围内,例如,第一预定范围内、或第二预定范围内、或第三预定范围内、或第四预定范围内。
图9B是多站式系统920的实施方案的图,其用于通过改变分流电路532的电感器Lvs的电感来消除与站1到4的寄生电容相关联的阻抗。除了图9B的多站式系统920包括耦合到RF传输线706A到706D的点P1的分流电路532之外,图9B的多站式系统920与图9A的多站式系统900相同。此外,在系统920中,马达M1至M4耦合至电感器Lvs,而不是耦合至系统900的电容器Cs。
多站式系统920包括耦合到RF传输线706A上的点P1的分流电路532。此外,多站式系统920具有耦合到RF传输线706B上的点P1的分流电路532,耦合到RF传输线706C上的点P1的分流电路532,以及耦合到RF传输线706D上的点P1的分流电路532。马达M1经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706A上的点P1的分流电路532的电感器Lvs。类似地,马达M2经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706B上的点P1的分流电路532的电感器Lvs,马达M3经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706C上的点P1的分流电路532的电感器Lvs,并且马达M1经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706D上的点P1的分流电路532的电感器Lvs。
处理器904从耦合到RF传输线706A的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第一预定跨度内。在确定参数不在第一预定跨度内时,处理器904向驱动器D1发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1。马达M1操作以改变耦合到站1的电感器Lvs的电感。例如,当马达M1的定子接收到电流信号时,马达的转子旋转以改变耦合到RF传输线706A上的点P1的电感器Lvs的芯的位置。相对于耦合到RF传输线706A上的点P1的电感器Lvs的绕组,改变芯的位置。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O2的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站1的电感器Lv,直到参数在第一预定跨度内。另一方面,在确定参数在第一预定跨度内时,处理器904不向驱动器D1发送命令信号。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且耦合到站1的电感器Lvs的电感不改变。
类似地,处理器904从耦合到RF传输线706B的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第二预定跨度内。在确定参数不在第二预定跨度内时,处理器904向驱动器D2发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D2产生电流信号以发送到马达M2。马达M2操作以改变耦合到站2的电感器Lvs的电感。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站2的电感器Lv,直到参数在第二预定跨度内。另一方面,在确定参数在第二预定跨度内时,处理器904不向驱动器D2发送命令信号。当驱动器D2没有接收到命令信号时,驱动器D2不产生电流信号,并且耦合到站2的电感器Lvs的电感不改变。
此外,处理器904从耦合到RF传输线706C的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第三预定跨度内。在确定参数不在第三预定跨度内时,处理器904向驱动器D3发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D3产生电流信号以发送到马达M3。马达M3操作以改变耦合到站3的电感器Lvs的电感。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站3的电感器Lv,直到参数在第三预定跨度内。另一方面,在确定参数在第三预定跨度内时,处理器904不向驱动器D3发送命令信号。当驱动器D3没有接收到命令信号时,驱动器D3不产生电流信号,并且耦合到站3的电感器Lvs的电感不改变。
另外,处理器904从耦合到RF传输线706D的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第四预定跨度内。在确定参数不在第四预定跨度内时,处理器904向驱动器D4发送命令信号。在接收到命令信号时,驱动器D4产生电流信号以发送到马达M4。马达M4操作以改变耦合到站4的电感器Lvs的电感。电感器Lvs的电感的变化改变由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站4的电感器Lv,直到参数在第四预定跨度内。另一方面,在确定参数在第四预定跨度内时,处理器904不向驱动器D4发送命令信号。当驱动器D4没有接收到命令信号时,驱动器D4不产生电流信号,并且耦合到站4的电感器Lvs的电感不改变。
在一些实施方案中,第一预定跨度不同于第二预定跨度、第三预定跨度和第四预定跨度中的一个或多个。
在若干实施方案中,第一预定跨度与第二预定跨度、第三预定跨度以及第四预定跨度相同。在这些实施方案中,当第一预定跨度与第二预定跨度、第三预定跨度以及第四预定跨度相同时,在输出端O2至O5处测量的参数是平衡的。
在多种实施方案中,手动修改耦合到RF传输线706A的分流电路532的电感器Lvs的电感,直到由耦合到输出端O2的VI探针110测量的参数在第一预定跨度内。类似地,由人改变耦合到RF传输线706B的分流电路532的电感器Lvs的电感,直到由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数在第二预定跨度内。另外,手动控制耦合到RF传输线706C的分流电路532的电感器Lvs的电感,直到由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数在第三预定跨度内。此外,手动修改耦合到RF传输线706D的分流电路532的电感器Lvs的电感,直到由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数在第四预定跨度内。
在一些实施方案中,手动改变耦合到RF传输线706A到706D的分流电路532的电感器Lv的电感,直到由耦合到输出端O2到O5的VI探针110测量的参数被平衡到处于单个预定跨度内,例如,处于第一预定跨度、或第二预定跨度、或第三预定跨度、或第四预定跨度内。
图9C是多站式处理系统940的实施方案的图,其用于通过改变分流电路532的电感器Lv的电感和电容器Cs来消除与站1至4的寄生电容相关联的阻抗。除了系统940包括耦合到RF传输线706A到706D的点P1的分流电路542之外,系统940与图9B的系统920相同。此外,系统940包括马达M1至M4,以及附加马达M5、M6、M7和M8。此外,系统940包括驱动器D1至D4,以及附加驱动器D5、D6、D7和D8。
分流电路542在其端部E1处耦合到RF传输线706A上的点P1。类似地,分流电路542在其端部E1处耦合到RF传输线706B上的点P1,分流电路542在其端部E1处耦合到RF传输线706C上的点P1,并且分流电路542是在其端部E1处耦合到RF传输线706D上的点P1。
马达M1经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706A上的点P1的分流电路542的电感器Lvs。以类似的方式,马达M3经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706B上的点P1的分流电路542的电感器Lvs,马达M5经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706C上的点P1的分流电路542的电感器Lvs,并且马达M7经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706D上的点P1的分流电路542的电感器Lvs。
马达M2经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706A上的点P1的分流电路542的电容器Cs。以类似的方式,马达M4经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706B上的点P1的分流电路542的电容器Cs,马达M6经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706C上的点P1的分流电路542的电容器Cs,并且马达M8经由连接机构耦合到耦合到RF传输线706D上的点P1的分流电路542的电容器Cs。
此外,驱动器D1耦合到马达M1,驱动器D2耦合到马达M2,驱动器D3耦合到马达M3,并且驱动器D4耦合到马达M4。类似地,驱动器D5耦合到马达M5,驱动器D6耦合到马达M6,驱动器D7耦合到马达M7,并且驱动器D8耦合到马达M8。处理器904耦合到驱动器D1到D8。
处理器904从耦合到RF传输线706A的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第一预定范围内。在确定参数不在第一预定范围内时,处理器904将命令信号发送到驱动器D1和D2。在接收到命令信号中的一个时,驱动器D1产生电流信号以发送到马达M1。马达M1操作以改变耦合到站1的电感器Lvs的电感。类似地,在接收到命令信号中的另一个时,驱动器D2产生电流信号以发送到马达M2。马达M2操作以改变耦合到站1的电容器Cs的电容。耦合到站1的电感器Lvs的电感以及耦合到站1的电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O2的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站1的电感器Lv和耦合到站1的电容器Cs,直到参数在第一预定范围内。另一方面,在确定参数在第一预定范围内时,处理器904不将命令信号发送到驱动器D1和D2。当驱动器D1没有接收到命令信号时,驱动器D1不产生电流信号,并且耦合到站1的电感器Lvs的电感不改变。类似地,当驱动器D2未接收到命令信号时,驱动器D2不产生电流信号,并且耦合到站1的电容器Cs的电容不改变。
以类似的方式,处理器904从耦合到RF传输线706B的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第二预定范围内。在确定参数不在第二预定范围内时,处理器904将命令信号发送到驱动器D3和D4。在接收到命令信号中的一个时,驱动器D3产生电流信号以发送到马达M3。马达M3操作以改变耦合到站2的电感器Lvs的电感。类似地,在接收到命令信号中的另一个时,驱动器D4产生电流信号以发送到马达M4。马达M4操作以改变耦合到站2的电容器Cs的电容。耦合到站2的电感器Lvs的电感以及耦合到站2的电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站2的电感器Lv和耦合到站2的电容器Cs,直到参数在第二预定范围内。另一方面,在确定参数在第二预定范围内时,处理器904不将命令信号发送到驱动器D3和D4。当驱动器D3没有接收到命令信号时,驱动器D3不产生电流信号,并且耦合到站2的电感器Lvs的电感不改变。类似地,当驱动器D4未接收到命令信号时,驱动器D4不产生电流信号,并且耦合到站2的电容器Cs的电容不改变。
此外,处理器904从耦合到RF传输线706C的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第三预定范围内。在确定参数不在第三预定范围内时,处理器904将命令信号发送到驱动器D5和D6。在接收到命令信号中的一个时,驱动器D5产生电流信号以发送到马达M5。马达M5操作以改变耦合到站3的电感器Lvs的电感。类似地,在接收到命令信号中的另一个时,驱动器D6产生电流信号以发送到马达M6。马达M6操作以改变耦合到站3的电容器Cs的电容。耦合到站3的电感器Lvs的电感以及耦合到站3的电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站3的电感器Lv和耦合到站3的电容器Cs,直到参数在第三预定范围内。另一方面,在确定参数在第三预定范围内时,处理器904不将命令信号发送到驱动器D5和D6。当驱动器D5没有接收到命令信号时,驱动器D5不产生电流信号,并且耦合到站3的电感器Lvs的电感不改变。类似地,当驱动器D6未接收到命令信号时,驱动器D6不产生电流信号,并且耦合到站3的电容器Cs的电容不改变。
另外,处理器904从耦合到RF传输线706D的VI探针110接收参数的测量值,并确定参数是否在第四预定范围内。在确定参数不在第四预定范围内时,处理器904将命令信号发送到驱动器D7和D8。在接收到命令信号中的一个时,驱动器D7产生电流信号以发送到马达M7。马达M7操作以改变耦合到站4的电感器Lvs的电感。类似地,在接收到命令信号中的另一个时,驱动器D8产生电流信号以发送到马达M8。马达M8操作以改变耦合到站4的电容器Cs的电容。耦合到站4的电感器Lvs的电感以及耦合到站4的电容器Cs的电容的变化改变由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数。以这种方式,处理器194继续控制耦合到站4的电感器Lv和耦合到站4的电容器Cs,直到参数在第四预定范围内。另一方面,在确定参数在第四预定范围内时,处理器904不将命令信号发送到驱动器D7和D8。当驱动器D7没有接收到命令信号时,驱动器D7不产生电流信号,并且耦合到站4的电感器Lvs的电感不改变。类似地,当驱动器D8未接收到命令信号时,驱动器D8不产生电流信号,并且耦合到站4的电容器Cs的电容不改变。
在一些实施方案中,第一预定范围不同于第二预定范围、第三预定范围和第四预定范围中的一个或多个。
在若干实施方案中,第一预定范围与第二预定范围、第三预定范围以及第四预定范围相同。在这些实施方案中,当第一预定范围与第二预定范围、第三预定范围和第四预定范围相同时,输出端O2至O5处的参数被平衡。
在多种实施方案中,耦合到RF传输线706A的分流电路542的电感器Lvs的电感和耦合到RF传输线706A的分流电路542的电容器Cs的电容被手动修改直到参数通过耦合到输出端O2的VI探针110测得的值在第一预定范围内。类似地,耦合到RF传输线706B的分流电路542的电感器Lvs的电感和耦合到RF传输线706B的分流电路542的电容器Cs的电容由人改变,直到由耦合到输出端O3的VI探针110测量的参数在第二预定范围内。此外,耦合到RF传输线706C的分流电路542的电感器Lvs的电感和耦合到RF传输线706C的分流电路542的电容器Cs的电容被手动控制,直到由耦合到输出端O4的VI探针110测量的参数在第三预定范围内。另外,耦合到RF传输线706C的分流电路542的电感器Lvs的电感和耦合到RF传输线706D的分流电路542的电容器Cs的电容被手动修改,直到由耦合到输出端O5的VI探针110测量的参数在第四预定范围内。
在一些实施方案中,手动改变耦合到RF传输线706A至706D的分流电路542的电感器Lv的电感和电容器Cs的电容,直到通过耦合到输出端O2至O5的VI探针110测量的参数被平衡在单个预定范围内,例如,在第一预定范围、或第二预定范围、或第三预定范围、或第四预定范围内。
图10A是曲线图1000的实施方案,其用以说明当分流电路耦合到站1到4时与站1到4的寄生电容相关联的阻抗用于平衡输出端O2到O5处的参数。曲线图1000绘制了RF传输线706A到706D上的功率分配器702(图7)的输出端O2到O5处的阻抗幅值与RF发生器104(图7)的操作频率的关系。
当操作频率是13.56MHz并且耦合到站1到4的所有分流电路是平衡的时,输出端O2到O5处的阻抗幅值是IV4。应注意,幅值IV4低于幅值IV1和IV3(图8B),但是大于幅值IV2(图8A)。
图10B是表1020的实施方案,其用以说明在四个站1到4处的功率的平衡。功率在功率分配器702的输出端O2到O5(图7)处测量。应当注意,相比于当功率不平衡时,在输出端O2到O5的功率(参见图8E),输出端O2到O5的功率范围在576瓦和593瓦之间。尽管在输出端O2至O5处阻抗减小,但输出端O2至O5处的功率是平衡的。
应当注意,在一些实施方案中,当输出端O2至O5处的参数平衡时在站1至4处的晶片112上沉积材料(例如,氧化物、氮化物、碳化物、硅等)的平均沉积速率(图7),与当分流电路未耦合到站1至4时在晶片112上沉积材料的平均沉积速率相比,可以增加10%至15%。
本文描述的实施方案可以用各种计算机系统配置来实践,所述计算机系统配置包括手持硬件单元、微处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。实施方案还可以在分布式计算环境中实践,其中任务由通过网络链接的远程处理硬件单元执行。
在一些实现方式中,控制器是系统的一部分,该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统包括半导体处理设备,半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件被称为“控制器”,其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型,控制器被编程以控制本文公开的任何工艺,包括工艺气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、RF发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与系统连接或通过接口连接的加载锁。
在多种实施方案中,概括地说,控制器被定义为电子器件,电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为ASIC、PLD的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如,软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令,单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中,操作参数是由工艺工程师定义的配方的一部分,以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实施方案中,控制器是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如,控制器是在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分,其允许对晶片处理的远程访问。计算机实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准,改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。
在一些实施方案中,远程计算机(例如服务器)通过网络(其包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面,然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中,控制器接收数据形式的指令,其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解,参数特定于要执行的工艺的类型和工具的类型,控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此,如上所述,控制器是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路,其组合以控制在室上的工艺。
在多种实施方案中,示例系统包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
还应注意,在一些实施方案中,上述操作适用于若干类型的等离子体室,例如,包括电感耦合等离子体(ICP)反应器的等离子体室、变压器耦合等离子体室、电容耦合等离子体反应器、导体工具、介电工具、包括电子回旋共振(ECR)反应器的等离子体室等。例如,一个或多个RF发生器耦合到ICP反应器内的电感器。电感器的形状的示例包括螺线管、圆顶形线圈、扁平形线圈等。
如上所述,根据将由工具执行的一个或多个处理步骤,控制器与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
考虑到上述实施方案,应该理解,一些实施方案采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些操作是物理操纵物理量的操作。形成实施方案的一部分的本文描述的任何操作都是有用的机器操作。
一些实施方案还涉及用于执行这些操作的硬件单元或装置。该装置专门构造用于专用计算机。当被定义为专用计算机时,计算机执行不属于特殊目的的其他处理、程序执行或例程,同时仍能够为特殊目的操作。
在一些实施方案中,操作可以由计算机处理,该计算机由存储在计算机存储器、高速缓存中或通过计算机网络获得的一个或多个计算机程序选择性地激活或配置。当通过计算机网络获得数据时,数据可以由计算机网络(例如计算资源云)上的其他计算机处理。
还可以将一个或多个实施方案制造为非暂时性计算机可读介质上的计算机可读代码。非暂时性计算机可读介质是存储数据的任何数据存储硬件单元,例如存储器设备等,所述数据然后由计算机系统读取。非暂时性计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附加存储(NAS)、ROM、RAM、压缩光盘-ROM(CD-ROM)、CD可记录(CD-R)、CD可重写(CD-RWs)、磁带和其他光学和非光学数据存储硬件单元。在一些实施方案中,非暂时性计算机可读介质包括分布在网络耦合的计算机系统上使得计算机可读代码以分布式方式存储和执行的计算机可读有形介质。
尽管以特定顺序描述了上述方法操作,但是应当理解,在多种实施方案中,在操作之间执行其他内务操作,或者调整方法操作以使得它们在稍微不同的时间发生,或者是分布在允许以各种间隔发生方法操作的系统中,或者以与上述不同的顺序执行。
应当进一步注意,在一实施方案中,来自上述任何实施方案的一个或多个特征与任何其他实施方案的一个或多个特征组合,而不脱离在本公开中描述的多种实施方案中描述的范围。
尽管为了清楚理解的目的已经在一些细节上描述了前述实施方案,但是显而易见的是,可以在所附权利要求的范围内实践某些改变和修改方案。因此,本发明的实施方案被认为是说明性的而非限制性的,并且实施方案不限于这里给出的细节,而是可以在所附权利要求的范围和等同方案内进行修改。

Claims (19)

1.一种消除与寄生电容相关的阻抗的系统,其包括:
具有输出端的阻抗匹配电路;
具有壳体的等离子体室,其中所述壳体包括:
基座;
喷头,其位于所述基座上方,以面向所述基座;和
顶板,其位于所述喷头上方;
射频(RF)传输线,其将阻抗匹配电路的所述输出端经由所述顶板耦合到所述喷头,其中所述阻抗匹配电路的所述输出端耦合到所述喷头以将经修改的RF信号传输到所述喷头;和
位于所述等离子体室内并且耦合在距所述顶板预定距离内的分流电路,其中所述分流电路耦合到所述RF传输线,其中所述分流电路被配置为基于从耦合到所述阻抗匹配电路的所述输出端的传感器接收的信号被控制,其中所述分流电路被配置为被控制,直到所述信号指示的电流减小、所述信号指示的电压增大以及所述信号指示的相位从-90度向零度偏移,其中所述电流被减小、所述电压被增大、并且所述相位被偏移以消除所述壳体内的与所述寄生电容相关联的阻抗。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述分流电路在一端部耦合到地电位并且在另一端部耦合到所述RF传输线。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述分流电路在一端部耦合到所述壳体以耦合到地电位并且在另一端部耦合到所述RF传输线。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述分流电路在一端部耦合到所述顶板以耦合到地电位并且在另一端部耦合到所述RF传输线。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述分流电路包括与可变电容器并联耦合的电感器。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述分流电路包括电感器。
7.根据权利要求1所述的系统,其还包括:
耦合到所述分流电路的马达;以及
耦合到所述马达的处理器,其中所述处理器被配置为控制所述马达以改变所述分流电路的电容,以增加与所述寄生电容相关联的所述阻抗。
8.根据权利要求1所述的系统,其还包括:
耦合到所述分流电路的马达;以及
耦合到所述马达的处理器,其中所述处理器被配置为控制所述马达,直到从所述传感器接收的参数的测量值在预定范围内。
9.根据权利要求1所述的系统,其中所述壳体包括侧壁,其中所述喷头耦合到所述侧壁以由所述侧壁支撑。
10.一种分流电路,其包括:
可变电容器;和
电感器,其与所述可变电容器并联耦合以形成第一端部和第二端部,
其中所述第一端部耦合到耦合在阻抗匹配电路和等离子体室的喷头之间的射频(RF)传输线,其中所述第二端部耦合到所述等离子体室的壳体,其中所述可变电容器和所述电感器被配置为基于从耦合到所述阻抗匹配电路的输出端的传感器接收的信号被控制,其中所述可变电容器和所述电感器被配置为被控制直到所述信号指示的电流减小、所述信号指示的电压增大以及所述信号指示的相位从-90度向零度偏移,其中所述电流被减小、所述电压被增大、并且所述相位被偏移以消除与所述壳体内的寄生电容相关联的阻抗。
11.根据权利要求10所述的分流电路,其中所述第二端部耦合到所述等离子体室的所述壳体的顶板以耦合到地电位。
12.根据权利要求10所述的分流电路,其中所述可变电容器耦合到马达以改变所述可变电容器的电容,直到所述阻抗匹配电路的所述输出端处的参数在预定范围内,其中所述RF传输线耦合到所述阻抗匹配电路的所述输出端。
13.根据权利要求12所述的分流电路,其中所述马达耦合到处理器,其中所述处理器耦合到所述传感器,以从所述传感器接收所述参数的测量值。
14.根据权利要求10所述的分流电路,其中所述壳体包括侧面,其中所述喷头耦合到所述侧面以由所述侧面支撑。
15.一种多站式处理工具,其包括:
射频(RF)发生器,其被配置为产生RF信号;
阻抗匹配电路,其耦合到所述RF发生器以接收所述RF信号,以输出经修改的RF信号;和
功率分配器,其耦合到所述阻抗匹配电路以分配所述经修改的RF信号的功率,以输出多个所述经修改的RF输出信号;
第一站,其经由第一RF传输线耦合到所述功率分配器的第一输出端,以接收所述经修改的RF输出信号中的第一个;
第二站,其经由第二RF传输线耦合到所述功率分配器的第二输出端,以接收所述经修改的RF输出信号中的第二个;
第一分流电路,其耦合到所述第一RF传输线,其中所述第一分流电路位于所述第一站内,其中所述第一分流电路被配置为基于从耦合到所述功率分配器的所述第一输出端的传感器接收的信号被控制,其中所述第一分流电路被配置为被控制,直到所述信号指示的电流减小、所述信号指示的电压增大以及所述信号指示的相位从-90度向零度偏移,其中所述电流被减小、所述电压被增大、并且所述相位被偏移以消除与关联于所述第一站的寄生电容相关的阻抗;和
第二分流电路,其耦合到所述第二RF传输线,以消除与关联于所述第二站的寄生电容相关的阻抗。
16.根据权利要求15所述的多站式处理工具,其中所述第一站具有第一壳体,并且所述第二站具有第二壳体,其中所述第一分流电路具有耦合到所述第一壳体以耦合到所述第一站的地电位的端部并且具有耦合到所述第一RF传输线的另一端部,其中所述第二分流电路具有耦合到第二壳体以耦合到所述第二站的地电位的端部并且具有耦合到所述第二RF传输线的另一端部。
17.根据权利要求15所述的多站式处理工具,其中所述第一站具有第一壳体,并且所述第二站具有第二壳体,其中所述第一分流电路具有耦合到所述第一壳体的顶板以耦合到所述第一站的地电位的端部并且具有耦合到所述第一RF传输线的另一端部,其中所述第二分流电路具有耦合到第二壳体的顶板以耦合到所述第二站的地电位的端部并且具有耦合到所述第二RF传输线的另一端部。
18.根据权利要求15所述的多站式处理工具,其中所述第一分流电路包括与电容器并联耦合的电感器,其中所述第二分流电路包括与电容器并联耦合的电感器。
19.根据权利要求15所述的多站式处理工具,其中所述第一分流电路包括电感器,其中所述第二分流电路包括电感器。
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