[发明专利]用于连续模式和脉冲模式操作的统一RF功率传输单输入、多输出控制

说明书

射频(RF)控制系统包括RF产生器，RF产生器具有输出RF信号的功率放大器以及控制器。匹配网络接收RF信号并且产生多个RF输出信号。匹配网络包括比率调谐元件，以改变多个RF输出信号之间的功率比率。第一控制器将比率控制信号传送至匹配网络，并且匹配网络根据比率控制信号控制比率调谐元件。RF控制系统以连续模式和脉冲模式的操作进行操作。控制器还可控制脉冲边缘的上升或下降、或脉冲边缘中的增量改变的电平或持续时间。

技术领域

本公开涉及射频(RF)功率传输系统以及RF阻抗匹配网络的集中控制。

背景技术

这里提供的背景描述是为了大体介绍本公开的背景。目前列举的发明人的工作(在这个背景技术部分中描述的程度上)以及在递交时可能不适合作为现有技术的描述的方面，既不明确地也不隐含地被承认为相对于本公开的现有技术。

等离子体蚀刻在半导体制造中被频繁地使用。在等离子体蚀刻中，离子由电场加速以蚀刻衬底上的被暴露表面。电场是基于由射频(RF)功率系统的RF产生器产生的RF功率信号产生的。由RF产生器产生的RF功率信号必须被精确地控制以有效地执行等离子体蚀刻。

RF功率系统可包括RF产生器、匹配网络和负载(例如，等离子体室)。RF产生器产生RF功率信号，RF功率信号在匹配网络处被接收。匹配网络使匹配网络的输入阻抗与RF产生器和匹配网络之间的传输线的特性阻抗匹配。该阻抗匹配有助于最大化转发到匹配网络的功率(“前向功率”)的量并最小化从匹配网络反射回RF产生器的功率(“反向功率”)的量。当匹配网络的输入阻抗与传输线的特征阻抗匹配时，前向功率可以被最大化并且反向功率可以被最小化。

在RF电源领域中，通常有两种方法将RF信号施加到负载。第一种更传统的方法是将连续波信号施加到负载。在连续波模式中，连续波信号通常是由电源连续输出到负载的正弦波。在连续波方法中，RF信号采用正弦输出，并且可以改变正弦波的振幅和/或频率以便改变施加到负载的输出功率。

将RF信号施加到负载的第二种方法涉及使RF信号产生脉冲，而不是将连续波信号施加到负载。在脉冲模式的操作中，RF正弦信号由调制信号调制，以便限定用于调制的正弦信号的包络。在传统的脉冲调制方案中，RF正弦信号通常以恒定的频率和振幅输出。递送到负载的功率通过改变调制信号而改变，而不是改变正弦RF信号。

在典型的RF电源配置中，通过使用测量前向功率和反射功率或施加到负载的RF信号的电压和电流的传感器，来确定施加到负载的输出功率。这些信号中的任一组在典型的反馈环路中被分析。分析通常确定用于调整RF电源的输出的功率值，以便改变施加到负载的功率。在RF功率传输系统中，其中负载是等离子体室，由于所施加的功率部分地为负载阻抗的函数，因此负载的变化的阻抗引起施加到负载的相应变化的功率。

随着等离子体系统的发展，为了满足规格而存在许多新的挑战，该规格需要满足用于连续波和脉冲RF控制两者的关键制造规格。一个进展包括将来自RF产生器的单个输出施加到匹配网络，并向等离子体室提供多个RF馈送，以允许增加各种等离子体参数的控制。在示例性配置中，RF产生器向匹配网络提供单输入，并且匹配网络向一个或多个等离子体室的对应的多个电极提供多个RF馈送。

进一步地，从连续波RF功率传输系统转换到脉冲RF功率传输系统存在额外的挑战。在典型的等离子体系统中，在等离子体中耗散的功率取决于等离子体的阻抗。如果阻抗相对于RF脉冲的时标(通常在1kHz-10kHz的范围内)变化，为了使在脉冲事件之间的等离子体不熄灭，则匹配网络和产生器中的传感器和执行器必须根据相似的时标应答，以提供耦接到等离子体负载的最佳功率。进一步地，阻抗的时间响应是等离子体依赖，并且根据诸如化学、压力和功率耦合的因素而变化。再进一步地，等离子体外部的各种寄生元件(诸如，在RF耦合天线或匹配系统中的电阻损耗)在脉冲周期期间呈现时变功率耦合效率，由于它们是与时间变化阻抗负载串联的恒定耗散阻抗。再进一步地，由于传输和反射的功率传感器和RF产生器通常针对匹配的终端进行校准，因此阻抗失配引起的功率补偿可能有助于增加功率传输中的可变性。