[发明专利]复合射频(RF)波形的匹配电路

说明书

优先权声明

本申请声明享有2008年6月19日提交的美国专利申请12/142,062的优先权，其全部内容通过援引加入本文。

技术领域

本发明大体涉及半导体、数据存储器、平板显示器以及相关或其它行业中使用的工艺设备领域。尤其是，本发明涉及将复合射频波形高效耦合到基于等离子体的工艺设备的等离子体负载的系统。

背景技术

自从半导体器件在几十年前被首次引入以来，这些器件的几何结构(即，集成电路设计规则)已经在尺寸上显著减小了。集成电路(IC)通常遵循“摩尔法则”，意思是单一集成电路芯片上制造的器件的数量每两年会翻一番。当前的IC制造设施通常生产特征尺寸为65nm(0.065μm)的器件，未来的fab不久之后将会生产具有甚至更小的特征尺寸的器件。

在大多数IC制造设施中，部分制造工艺涉及在工艺设备中使用等离子体以与衬底(比如半导体晶圆)反应或促进与衬底的反应。射频(RF)或微波电力供应发生器被广泛用于半导体和工业等离子体处理设备以在工艺室中产生等离子体。等离子体处理用于各种应用，包括从衬底蚀刻材料、在衬底上沉积材料、清洁衬底表面以及修整衬底表面。

参考图1，现有技术中的基于等离子体的工艺系统100的一部分的剖面视图包括具有室壁101的真空室109。室壁101的至少一部分包括窗103，窗103通常是由对在该基于等离子体的工艺系统100的工作频率的射频(RF)波透明的石英或类似材料形成的。线圈115位于真空室109外并围绕窗103。射频发生器119通过匹配网络117连接在线圈115。匹配网络117提供将射频发生器119的输出阻抗匹配到真空室109的输入阻抗的工具。匹配网络117可只包含固定元件，或者它也可以包含比如可变电容器和可变电感器等元件，从而允许射频发生器119到可变载荷状况的动态阻抗匹配。

基于等离子体的工艺系统100中的射频发生器119是用于激发真空室109中的等离子体的主要的等离子体产生部分。等离子体还可以由浸没到该等离子体的电容式电极(未示)或由浸没到该等离子体中的电感线圈(未示)产生。

工艺气体被从多个馈送气体供应容器105(只显示了一个)中引入真空室109。真空泵107被配置为在真空室109内建立适于在基于等离子体的工艺系统100中执行特定工艺(例如，等离子体蚀刻或沉积)的真空程度。真空泵107被进一步配置为将气体从真空室109排出。

衬底113(例如，半导体晶圆)由衬底支架(通常是静电吸盘(ESC)111)支撑在真空室109中。ESC 111充当基于等离子体的工艺系统100的阴极并形成静电势以在处理过程中将衬底113保持在适当的位置，从而通过只与衬底113的背面接触而避免机械卡持的问题。ESC 111通过在衬底113和ESC 111之间感应相反的电荷，从而在两个部件之间带来静电吸引而工作。因此，所产生的电容存在于ESC 111和衬底113之间。该电容足够大从而在涉及的高频下执行的工艺过程中ESC 111和衬底113之间存在射频电压的非显著下降。

基于等离子体的工艺系统100进一步包括在真空室109内的阳极(没有直接显示，然而该阳极通常由室壁101和/或室顶形成)。为了处理衬底113，将活性气体从该多个馈送气体供应容器105中的一个或更多个中泵抽到真空室109中。该阳极和ESC 111(充当阴极)由来自射频发生器119的单一正弦频率驱动以将该活性气体激发为等离子体。该单一频率通常是13.56MHz，尽管经常使用从100kHz到2.45GHz的单一频率，并偶尔使用其它单一频率。更具体地说，通常在相对较高的功率级(例如，3千瓦)上向该室内的活性气体施加单一频率的正弦射频信号。该射频电力激发该活性气体，在该真空室109内临近正在处理的衬底113产生等离子体。该等离子体增强活性离子工艺通常被用于蚀刻和化学气相沉积工艺中。

再近年来，已经使用多个正弦频率来激发真空室内的等离子体。在这些系统中，用第一射频频率驱动阴极/阳极偏置电路，而用第二射频频率驱动天线或线圈(其临近该真空室)。因此，每个电路耦合于由独立的射频振荡器、前置放大器、功率放大器、传输线和以高功率级将独立的正弦射频频率供应到每个等离子体激发电路的匹配网络组成的独立的且不同的射频电力输送系统。冗余的振荡器和其它相关电路是昂贵而复杂的。在其它系统中，第一和第二两个频率都被提供到单个电极，然而会频繁地遭受功率传输的减少，因为两个频率不能同时被匹配。