[發明專利]射頻(RF)阻抗調諧操作的監控

有效

• 申請號: 201680048481.0
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN107924804B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 戴維·J·庫莫;R·萊因哈特;Y·埃爾納;丹尼爾·M·吉爾
• 申請（專利權）人: MKS儀器有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 11018 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 梁洪源;康泉

射頻(RF)控制系統包括具有輸出RF信號的功率放大器以及控制器的RF生成器。匹配網絡接收RF信號并且生成至少一個RF輸出信號。在第一操作模式中，控制器能夠調整RF信號的頻率和匹配網絡的調節元件，以實現阻抗匹配，并且在第二操作模式中，控制器能夠在頻率被調整至目標頻率的同時，僅調整匹配網絡的調節元件，以實現阻抗匹配。RF控制系統以連續模式和脈沖模式的操作進行操作。

技術領域

本公開涉及射頻(RF)功率傳輸系統以及RF阻抗調諧操作的監控。

背景技術

這里提供的背景描述是為了大體介紹本公開的背景。目前列舉的發明人的工作(在這個背景技術部分中描述的程度上)以及在遞交時可能不適合作為現有技術的描述的方面，既不明確地也不隱含地相對于本公開被承認為現有技術。

等離子體蝕刻在半導體制造中被頻繁地使用。在等離子體蝕刻中，離子由電場加速以蝕刻在基板上的被暴露表面。電場是基于由RF功率系統的射頻(RF)生成器生成的RF功率信號生成的。由RF生成器生成的RF功率信號必須被精確地控制以有效地執行等離子體蝕刻。

RF功率系統可包括RF生成器、匹配網絡和負載(例如，等離子體室)。RF生成器生成RF功率信號，RF功率信號在匹配網絡處被接收。匹配網絡使匹配網絡的輸入阻抗與RF生成器和匹配網絡之間的傳輸線的特性阻抗匹配。該阻抗匹配有助于最大化轉發到匹配網絡的功率(“前向功率”)的量并最小化從匹配網絡反射回RF生成器的功率(“反向功率”)的量。當匹配網絡的輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗匹配時，前向功率可以被最大化并且反向功率可以被最小化。

在RF電源領域中，通常有兩種方法將RF信號施加到負載。第一種更傳統的方法是將連續波信號施加到負載。在連續波模式中，連續波信號通常是由電源連續輸出到負載的正弦波。在連續波方法中，RF信號采用正弦輸出，并且可以改變正弦波的振幅和/或頻率以便改變施加到負載的輸出功率。

將RF信號施加到負載的第二種方法涉及使RF信號生成脈沖，而不是將連續波信號施加到負載。在脈沖模式的操作中，RF正弦信號由調制信號調制，以便限定用于調制的正弦信號的包絡。在傳統的脈沖調制方案中，RF正弦信號通常以恒定的頻率和振幅輸出。遞送到負載的功率通過改變調制信號而改變，而不是改變正弦RF信號。

在典型的RF電源配置中，通過使用測量前向功率和反射功率或施加到負載的RF信號的電壓和電流的傳感器來確定施加到負載的輸出功率。這些信號中的任一組在典型的反饋環路中被分析。分析通常確定用于調整RF電源的輸出的功率值，以便改變施加到負載的功率。在RF功率傳輸系統中，其中負載是等離子體室，由于所施加的功率在某種程度上為負載阻抗的函數，因此負載的變化的阻抗引起施加到負載的相應變化的功率。

進一步地，從連續波RF功率傳輸系統轉換到脈沖RF功率傳輸系統存在額外的挑戰。在典型的等離子體系統中，在等離子體中耗散的功率取決于等離子體的阻抗。如果阻抗相對于RF脈沖的時標(通常在1kHz-10kHz的范圍內)變化，為了使在脈沖事件之間的等離子體不熄滅，則匹配網絡和生成器中的傳感器和致動器必須根據相似的時標應答，以提供耦接到等離子體負載的最佳功率。進一步地，阻抗的時間響應是等離子體依賴，并且根據諸如化學、壓力和功率耦合的因素而變化。再進一步地，等離子體外部的各種寄生元件(諸如，在RF耦合天線或匹配系統中的電阻損耗)在脈沖周期期間呈現時變功率耦合效率，由于它們是與時間變化阻抗負載串聯的恒定耗散阻抗。再進一步地，由于傳輸和反射的功率傳感器和RF生成器通常針對匹配的終端進行校準，因此阻抗失配引起的功率補償可能有助于增加功率傳輸中的可變性。

目前，傳統的控制方法，RF電源和匹配網絡通常獨立運行。RF電源控制到匹配網絡的RF頻率和功率輸出，并且匹配網絡獨立地控制匹配元件的調諧，以提供阻抗匹配。在各種傳統配置中，阻抗調諧操作局限于RF電源，并且匹配網絡生成并執行命令以執行致動控制。常規系統的阻抗調諧控制經常導致由RF電源生成的功率與由匹配網絡提供的匹配功能之間的競爭考量。