[發明專利]分析半導體等離子體生成系統中的功率通量的系統和方法

有效

• 申請號: 200680020615.4
• 申請日: 2006-05-10
• 公開（公告）號: CN101203934A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 約翰·D·斯旺克
• 申請（專利權）人: 伯德技術集團股份有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;G01R21/133;G01R23/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 呂曉章

相關申請的交叉引用

本申請要求于2005年6月10日提交的美國臨時申請號No.60/689769的優先權。

技術領域

本發明總的涉及RF傳輸系統中的功率通量的測量，尤其涉及用于測量半導體等離子體生成器的基于RF的激勵系統中的電壓和電流信號的基波和諧波幅度和相位關系的系統和方法。

背景技術

在加工半導體晶圓時采用的RF等離子體反應器(plasma?reactor)類型需要大量的RF功率。基本上，該技術涉及通過對等離子體施加電功率來點火和維持加工等離子體。等離子體與引入的氣體以及與涉及的目標和晶圓表面相互作用，來實現期望的加工結果。

由于半導體器件復雜度的增加，已經要求對制造工藝越來越嚴格的控制。為了完成在當今的等離子體加工中的更嚴格的工藝控制，希望獲得更多關于在實際加工條件下的相關RF電壓和電流信號的信息。這通常是通過在功率傳輸路徑中插入的可用的V-I探針來進行的，該探針用來測量送往等離子體生成系統的基波和諧波信號功率。

本領域技術人員已認識到，RF電壓和電流信號的基波和諧波幅度和相位角關系對于半導體晶圓制造期間的工藝性能的變化有很大影響。由于加工等離子體的非線性，即使負載看起來在其基波頻率上匹配，也將產生基波RF激勵頻率的諧波。結果，傳遞到加工等離子體的總功率包括基波和諧波頻率的功率電平之和。已知的等離子體加工工具常規地采用兩個或多個RF信號頻率以增強工藝性能產出。然而，將兩個或多個激勵頻率引入到等離子體生成系統，由于將交調頻率分量引入了總功率通量，因此容易增加工藝的不確定性。

做出了現有技術的嘗試來在等離子體加工中限定功率通量，如在美國專利No.5523955和5273610中所披露的。例如，美國專利No.5523955披露了插入功率傳輸路徑中的、感測RF信號的測量探針。然后，使用感測的信號來間接地導出AC信號，以便計算關于原始感測的信號的相位角信息。然而，直到本發明為止，以精確和穩定的方式直接測量RF電壓和電流信號的基波和諧波頻率內容的相對相位角信息所要求的技術，對于本領域技術人員來說仍然不是容易獲得的。

因此，仍然迫切需要提供一種系統和方法，用來測量和分析基波信號頻率和基波頻率的諧波之間的臨界幅度和相位角關系。然后可以監視限定RF激勵信號的頻率內容的信息，來調整和控制到加工室的功率通量，以便提高制造成品率，并且使等離子體加工更加可控和可重復。

盡管這里按照用于分析半導體等離子體生成器中的功率通量的系統和方法描述了本發明，但本領域技術人員將理解，本發明也可以用在各種其他功率傳輸系統中，包括但不限于，磁共振成像(MRI)系統和工業加熱系統(如電感和介電加熱系統)。例如，在MRI系統中，可以利用諧波幅度和相位信息的分析來在各種負荷(例如，病人)條件下控制和調整發送的信號的磁共振。在工業加熱應用中，可以利用諧波幅度和相位信息的分析來控制和調節到工件和/或加工裝置的功率通量，以提高加工性能。

發明內容

一種測量RF功率傳輸系統中的功率通量的測量探針，包括連接到測量接收器的電壓傳感器和電流傳感器，用于接收和測量RF電壓和電流信號。RF電壓和電流信號被轉換成RF波形的數字表示，這是通過直接轉換，后者通過基于采樣的頻率轉換器轉換的，后者將RF電壓和電流信號在數字轉換之前帶到固定的中頻(IF)。RF信號的數字表示包含關于原始RF信號的基波和諧波幅度和相位信息。數字信號處理電路管理數據捕獲、數學變換、信號濾波、縮放和和對外部處理控制創建數學上可變的模擬輸出。此外，該電路提取關于每個原始RF信號的基波和諧波幅度和相位分量的信息。提供通用串行總線(USB)和/或以太網連接，來將測量接收器連接到外部計算機，以進行額外的數字和圖形分析。

還披露一種測量和分析RF傳輸系統中的功率通量參數的方法，其中多個測量探針被插入功率傳輸路徑中以確定阻抗匹配、插入損耗和功率通量。聯網的探針可以提供兩端口的測量，并且可以用于確定輸入阻抗、輸出阻抗、插入損耗、內耗、功率通量效率、散射、RF信號上的等離子體非線性效應。在本發明的一個示例性實施例中，采用單個測量接收器來從若干探針取出數據，其中來自若干探針的數據被送到外部計算機以便后處理。在另一示例性實施例中，多個測量接收器分別地連接到每個探針，從而允許系統數據的“實時”處理。

通過考慮下面結合附圖和權利要求書對其示例性實施例的詳細描述，本發明的上述和其他目的、特征和優點將變得更加明顯。

附圖說明

圖1是示出本發明實施例的工作概念的總體框圖；