[发明专利]分析半导体等离子体生成系统中的功率通量的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年6月10日提交的美国临时申请号No.60/689769的优先权。

技术领域

本发明总的涉及RF传输系统中的功率通量的测量，尤其涉及用于测量半导体等离子体生成器的基于RF的激励系统中的电压和电流信号的基波和谐波幅度和相位关系的系统和方法。

背景技术

在加工半导体晶圆时采用的RF等离子体反应器(plasma reactor)类型需要大量的RF功率。基本上，该技术涉及通过对等离子体施加电功率来点火和维持加工等离子体。等离子体与引入的气体以及与涉及的目标和晶圆表面相互作用，来实现期望的加工结果。

由于半导体器件复杂度的增加，已经要求对制造工艺越来越严格的控制。为了完成在当今的等离子体加工中的更严格的工艺控制，希望获得更多关于在实际加工条件下的相关RF电压和电流信号的信息。这通常是通过在功率传输路径中插入的可用的V-I探针来进行的，该探针用来测量送往等离子体生成系统的基波和谐波信号功率。

本领域技术人员已认识到，RF电压和电流信号的基波和谐波幅度和相位角关系对于半导体晶圆制造期间的工艺性能的变化有很大影响。由于加工等离子体的非线性，即使负载看起来在其基波频率上匹配，也将产生基波RF激励频率的谐波。结果，传递到加工等离子体的总功率包括基波和谐波频率的功率电平之和。已知的等离子体加工工具常规地采用两个或多个RF信号频率以增强工艺性能产出。然而，将两个或多个激励频率引入到等离子体生成系统，由于将交调频率分量引入了总功率通量，因此容易增加工艺的不确定性。

做出了现有技术的尝试来在等离子体加工中限定功率通量，如在美国专利No.5523955和5273610中所披露的。例如，美国专利No.5523955披露了插入功率传输路径中的、感测RF信号的测量探针。然后，使用感测的信号来间接地导出AC信号，以便计算关于原始感测的信号的相位角信息。然而，直到本发明为止，以精确和稳定的方式直接测量RF电压和电流信号的基波和谐波频率内容的相对相位角信息所要求的技术，对于本领域技术人员来说仍然不是容易获得的。

因此，仍然迫切需要提供一种系统和方法，用来测量和分析基波信号频率和基波频率的谐波之间的临界幅度和相位角关系。然后可以监视限定RF激励信号的频率内容的信息，来调整和控制到加工室的功率通量，以便提高制造成品率，并且使等离子体加工更加可控和可重复。

尽管这里按照用于分析半导体等离子体生成器中的功率通量的系统和方法描述了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明也可以用在各种其他功率传输系统中，包括但不限于，磁共振成像(MRI)系统和工业加热系统(如电感和介电加热系统)。例如，在MRI系统中，可以利用谐波幅度和相位信息的分析来在各种负荷(例如，病人)条件下控制和调整发送的信号的磁共振。在工业加热应用中，可以利用谐波幅度和相位信息的分析来控制和调节到工件和/或加工装置的功率通量，以提高加工性能。

发明内容

一种测量RF功率传输系统中的功率通量的测量探针，包括连接到测量接收器的电压传感器和电流传感器，用于接收和测量RF电压和电流信号。RF电压和电流信号被转换成RF波形的数字表示，这是通过直接转换，后者通过基于采样的频率转换器转换的，后者将RF电压和电流信号在数字转换之前带到固定的中频(IF)。RF信号的数字表示包含关于原始RF信号的基波和谐波幅度和相位信息。数字信号处理电路管理数据捕获、数学变换、信号滤波、缩放和和对外部处理控制创建数学上可变的模拟输出。此外，该电路提取关于每个原始RF信号的基波和谐波幅度和相位分量的信息。提供通用串行总线(USB)和/或以太网连接，来将测量接收器连接到外部计算机，以进行额外的数字和图形分析。

还披露一种测量和分析RF传输系统中的功率通量参数的方法，其中多个测量探针被插入功率传输路径中以确定阻抗匹配、插入损耗和功率通量。联网的探针可以提供两端口的测量，并且可以用于确定输入阻抗、输出阻抗、插入损耗、内耗、功率通量效率、散射、RF信号上的等离子体非线性效应。在本发明的一个示例性实施例中，采用单个测量接收器来从若干探针取出数据，其中来自若干探针的数据被送到外部计算机以便后处理。在另一示例性实施例中，多个测量接收器分别地连接到每个探针，从而允许系统数据的“实时”处理。

通过考虑下面结合附图和权利要求书对其示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是示出本发明实施例的工作概念的总体框图；