專利名稱：具有響應(yīng)多個rf頻率的等離子體處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在等離子體處理腔中用等離子體處理工件的裝置，尤其涉及具有 相連的單個電極、以響應(yīng)于若干(即三個以上，但并不是很多)頻率上電能的處理器。
背景技術(shù)：
眾所周知，將兩個不同頻率的等離子體激勵場施加到真空腔區(qū)域用于等離子體處 理工件，其中將該區(qū)域耦合于氣體則該場轉(zhuǎn)變成處理等離子體。工件通常是半導(dǎo)體晶片、 或電介質(zhì)板，且等離子體涉及在工件上形成集成電路結(jié)構(gòu)元件。高頻RF功率(具有超過 約10MHz的頻率)通常控制等離子體的密度，即等離子體通量，同時具有低頻至中頻(在 100kHz至約10MHz的范圍內(nèi))的RF功率通?？刂频入x子體中離子的能量并入射到工件上。 這些處理器中的受激等離子體通常對工件進(jìn)行干蝕刻，但是在一些情形中導(dǎo)致材料沉積在 工件上。通常AC等離子體激勵場由腔內(nèi)的一對分隔電極、或者腔內(nèi)的一個電極和位于腔外 的線圈提供給該區(qū)域。(應(yīng)該理解，在與真空等離子體處理腔相聯(lián)系的本說明書中使用時， 術(shù)語“電抗”是指用于向腔中的等離子體提供AC等離子體激勵場的電極或線圈。)2002年6月27日提交的Vahedi等人的序列號為10/180，978的共同授讓、共同待 批申請公開了一種處理器，其中兩個不同頻率同時施加于真空等離子體處理腔的底部電極 上(即公開了在其上處理工件的電極)，同時該腔的頂部電極接地。隨著結(jié)構(gòu)元件尺寸的持續(xù)減小，對等離子體處理工件的各種參數(shù)的精確控制的要 求越來越高。這些需要精確控制的等離子參數(shù)是等離子體化學(xué)成分(即離子和基本核素 的種類)、等離子體通量、和入射到襯底上的等離子體的離子能量。隨著在集成電路的制造 中減小形體尺寸并使用新材料，處理工件中涉及的窗口尺寸在減小，從而推動對目前可用 的等離子體處理器，特別是用于蝕刻的處理器設(shè)定限制。減小的形體尺寸和對新材料的要 求限制了相同反應(yīng)器、即真空處理腔在不同蝕刻應(yīng)用中的使用。Dhindsa等人的共同待批申請通過用若干頻率的電能激勵等離子體而提供了這些 結(jié)果，從而由若干頻率對等離子體的激勵同時導(dǎo)致在等離子體中發(fā)生若干不同的現(xiàn)象。通過用諸如約2MHz、27MHz和60MHz的三個不同頻率的電能激勵等離子體，提供了對用于處理 工件的等離子體的化學(xué)成分、密度、和離子能量的精確控制。在Dhindsa等人的共同待批申 請的一個實施方式中，等離子體激勵源配置將若干頻率施加于底部電極，而與底部電極相 對的頂部電極接地。Dhindsa等人的共同待批申請的等離子體激勵源配置包括電路的廣泛 公開，該電路用于(1)在頻率源和等離子體之間提供阻抗匹配；以及(2)分離關(guān)聯(lián)于彼此 不同的源的頻率。Dhindsa等人的共同待批申請的源配置形成的等離子體包括至少一個可 變頻率RF源、至少一個固定頻率RF源、和至少一個可變功率RF源。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，工件的真空等離子體處理器包括包含電極的真空等離子體 處理腔。該腔與電抗相關(guān)聯(lián)。電極和電抗被配置成將等離子激勵場耦合于用來承載工件的 腔中的氣體。處理器包括N個射頻電功率源，其中N是至少為3的整數(shù)，且每個源被配置成 產(chǎn)生不同射頻。處理器還包括一種電路，用于將N個頻率上的電功率從N個射頻電功率源提 供到電極和電抗。N個頻率、N個頻率的每一個上的功率、電極、電抗、和電路被配置成(a) 使等離子體被激勵到N個頻率的每一個，以及(b)防止功率與所述N個源的每一個在除了 關(guān)聯(lián)于該源特定射頻的頻率之外的頻率上的實質(zhì)耦合。該N個頻率和該電路被配置成使電 路引入至少26DB的功率衰減，以防止功率與所述N個源的每一個在除了關(guān)聯(lián)于該源的特定 射頻的頻率之外的頻率上的實質(zhì)耦合。通過試驗，我們發(fā)現(xiàn)最好提供至少26DB的功率衰減，以實現(xiàn)每個源與其它源的頻 率的期望分離。由于等離子體的非線性，26DB的功率衰減防止諧波和互調(diào)分量(即各種不 同頻率源的和頻與差頻)與源的輸出阻抗反饋耦合。本發(fā)明的另一方面涉及工件的真空等離子體處理器，它包括包含電極的真空等離 子處理腔。該腔與電抗相關(guān)聯(lián)。電極和電抗被配置成將等離子體激勵場耦合于用來承載工 件的腔中的氣體。處理器包括N個射頻電功率源，其中N是至少為3的整數(shù)。每個源被配 置成產(chǎn)生不同的射頻，從而源i被配置成產(chǎn)生射頻Fi，其中i是連續(xù)的1至N的各個整數(shù)， F1小于FN，且i從1到N單調(diào)增大。處理器還包括用于將N個頻率的電功率從N個射頻電 功率源向電極和電抗提供的電路。N個頻率、N個頻率的每一個上的功率、電極、電抗、和電 路被配置成(a)使等離子體被激勵至N個頻率的每一個，和(b)防止功率與所述N個源的 每一個在除了關(guān)聯(lián)于該源特定射頻的頻率之外的頻率上實質(zhì)耦合。該電路包括N個阻抗匹 配網(wǎng)絡(luò)，其每一個都與這些源的每一個相關(guān)聯(lián)，且被配置成(a)將在與其相關(guān)聯(lián)的源的頻 率上的等離子體激勵功率耦合于電極，和(b)充分衰減其它源的頻率上的功率，以防止在 其它源的頻率上的功率與關(guān)聯(lián)于匹配網(wǎng)絡(luò)的源的實質(zhì)耦合。每個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)具有串聯(lián)電 感。與源i相關(guān)聯(lián)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)電感小于阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)1至(i_l)的每一個的串 聯(lián)電感。N個匹配網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)電感中的這種關(guān)系有助于提供每個源與其它源的頻率的期望 分離。本發(fā)明的再一方面涉及工件的真空等離子處理器，它包括包含電極的真空等離子 體處理腔。該腔與電抗相關(guān)聯(lián)。電極和電抗被配置成將等離子體激勵場耦合于用來承載工 件的腔中的氣體。處理器包括N個射頻電功率源，其中N是至少為3的整數(shù)。各個源被配 置成產(chǎn)生不同射頻，從而源i被配置成產(chǎn)生射頻Fi，其中i是連續(xù)的從1至N的各個整數(shù)，F(xiàn)1小于FN，且i從1到N單調(diào)增加。處理器還包括用于將N個頻率的電功率從N個射頻電 功率源提供給電極和電抗。N個頻率、N個頻率的每一個的功率、電極、電抗、和電路被配置 成(a)使等離子體激勵到N個頻率的每一個，和(b)防止功率與所述N個源的每一個在除 了關(guān)聯(lián)于該源特定射頻的頻率之外的頻率上的實質(zhì)耦合。電路包括N個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其 中每一個都與一個源相關(guān)聯(lián)，且被配置成(a)將與其相關(guān)聯(lián)的源的頻率上的等離子體激 勵功率耦合于電極，和(b)充分衰減在其它源的頻率上的功率，以防止在其它源的頻率上 的功率與關(guān)聯(lián)于該匹配網(wǎng)絡(luò)的源的實質(zhì)耦合。提供電功率的電路包括在關(guān)聯(lián)于頻率為F1 的源的電極和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之間分流連接的串聯(lián)共振電路。串聯(lián)共振電路具有F1和F2之 間的頻率，從而對耦合到F1以上任一頻率的等離子體的源沒有實質(zhì)影響，卻有助于提供頻 率為F1的源與關(guān)聯(lián)于電極的寄生阻抗的阻抗匹配。本發(fā)明的另一方面涉及工件的真空等離子體處理器，它包括包含電極的真空等離 子體處理腔。該腔與電抗相關(guān)聯(lián)。電極和電抗被配置成將等離子激勵場耦合于用來承載工 件的腔中的氣體。處理器包括N個射頻的電功率，其中N是至少為3的整數(shù)。每個源被配 置成產(chǎn)生不同的射頻，從而源i被配置成產(chǎn)生射頻Fi，其中i是連續(xù)的從1至N的各個整 數(shù)，F(xiàn)1小于FN，且i從1至N單調(diào)增大。處理器還包括將N個頻率的電功率從N個射頻電 功率源提供給電極和電抗。N個頻率、N個頻率的每一個的電功率、電極、電抗、和電路被配 置成(a)使等離子體激勵到N個頻率的每一個，和(b)防止功率與所述N個源的每一個在 除了關(guān)聯(lián)于特定射頻源的頻率之外的頻率實質(zhì)耦合。該電路包括N個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其中 每一個都與一個源相關(guān)聯(lián)，且被配置成(a)將與其相關(guān)聯(lián)的源的頻率上的等離子體激勵 功率耦合到電極，和(b)充分衰減在其它源的頻率上的功率，以防止在其它源的頻率上的 功率耦合于關(guān)聯(lián)于匹配網(wǎng)絡(luò)的源。提供電功率的電路包括分別與源2至N相關(guān)聯(lián)的(N-1) 個濾波器。該(N-1)個濾波器分別被配置成用于使來自源2至N的電功率在無衰減的情況 下耦合于電極或電抗，同時顯著衰減來自源1的功率，并用于防止來自源1的功率耦合于源 2至N。本發(fā)明的再一方面涉及工件的真空等離子處理器，它包括包含電極的真空等離子 處理腔。該腔與電抗相關(guān)聯(lián)。電極和電抗被配置成將等離子激勵場耦合于用來承載工件的 腔中的氣體。處理器包括N個射頻電功率源，其中N是至少為3的整數(shù)。每個源被配置成 產(chǎn)生不同的射頻，從而源i被配置成產(chǎn)生射頻Fi，其中i是連續(xù)的從1至N的各個整數(shù)，F(xiàn)1 小于FN，且i從1至N單調(diào)增大。處理器還包括將N個頻率的電功率從N個射頻電功率源 提供給電極和電抗的電路。N個頻率、N個頻率的每一個的功率、電極、電抗、和電路被配置 成(a)使等離子體激勵到N個頻率的每一個，和(b)防止功率與所述N個源的每一個在除 了關(guān)聯(lián)于特定射頻源的頻率之外的頻率上的實質(zhì)耦合。電路包括(N+k)個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)， 其中k是小于N的整數(shù)。N個匹配網(wǎng)絡(luò)的每一個都與一個源相關(guān)聯(lián)，且被配置成(a)將在 與其相關(guān)聯(lián)的源的頻率上的等離子體激勵功率耦合于電極；和(b)充分衰減在其它源的頻 率上的功率，以防止在其它源的頻率上的功率耦合于關(guān)聯(lián)于匹配網(wǎng)絡(luò)的源。k個阻抗匹配網(wǎng) 絡(luò)的每一個都與k個源之一相關(guān)聯(lián)，且被配置成(a)將在與其相關(guān)聯(lián)的源的頻率上的等離 子體激勵功率耦合于電抗；和(b)充分衰減在其它(k-1)個源的頻率上的功率，以防止在其 它(k-1)個源的頻率上的功率與關(guān)聯(lián)于匹配網(wǎng)絡(luò)的源的實質(zhì)耦合。開關(guān)配置(1)通過N個 匹配網(wǎng)絡(luò)從N個源向電極提供功率，或者(2) (a)通過匹配網(wǎng)絡(luò)j從k個源中的j向電抗、和(b)通過匹配網(wǎng)絡(luò)m從源m向電極提供功率，其中j是從1至k的任一整數(shù)，而m是從1 至(N-k)的任一整數(shù)。電路可被配置成將N個頻率的至少三個提供給電極。較佳地，N = 3且存在第一、第二和第三頻率(F1、F2、和F3)使F1是最低頻率，F(xiàn)3 是最高頻率，而F2在F1和F3之間。Fl、F2和F3取為所述第一、第二、和第三頻率的相鄰 對之間至少有一個倍頻的差值，以有助于提供各個源與其它源的頻率的期望分離。此外，第 二頻率較佳地至少比第一頻率高十倍，因為第一頻率上的功率通常顯著高于第二頻率上的 功率。在較佳實施方式中(其中N = 3)，j = k = 1，m = 2。使用(N+k)個匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于僅使用N個匹配網(wǎng)絡(luò)。(N+k)個匹配網(wǎng)絡(luò)使源能通過 第一匹配網(wǎng)絡(luò)在第一環(huán)境下驅(qū)動電極、并通過第二匹配網(wǎng)絡(luò)在第二環(huán)境下驅(qū)動電抗。使用 這種配置，該源可比僅使用N個匹配網(wǎng)絡(luò)更加容易和快速地匹配，且該源也可通過同一匹 配網(wǎng)絡(luò)交替驅(qū)動電極和電抗。各個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)較佳地包括電容配置、和基本上調(diào)諧至與一特定匹配網(wǎng)絡(luò)相關(guān) 聯(lián)的源的頻率。特別地，各個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)較佳地包括分流電容器、串聯(lián)電容器和電感。與 相對較低頻率的源相關(guān)聯(lián)的匹配網(wǎng)絡(luò)的電感是集總參數(shù)電感器，而與較高頻率的源相關(guān)聯(lián) 的匹配網(wǎng)絡(luò)的電感通常是分布式寄生電感。在較佳實施方式中，源具有約2MHz、27MHz和60MHz的頻率。這樣，串聯(lián)共振電路 具有約5MHz的共振頻率，從而對耦合于27MHz或60MHz的等離子體的功率沒有實質(zhì)影響， 同時有助于提供2MHz源與關(guān)聯(lián)于該電極的寄生電感的阻抗匹配。在一實施方式中，源具有相對較窄范圍內(nèi)的可變頻率。在該實施方式中，關(guān)聯(lián)阻 抗匹配網(wǎng)絡(luò)的分流電容器在一定范圍內(nèi)可變，用于提供期望的工件處理結(jié)果。可變頻率由 控制器控制，該控制器包括傳感器，用于確定(1)與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的源的輸出阻抗 和(2)由該源驅(qū)動的阻抗之間的阻抗匹配程度。各源通常包括這樣的一個控制器。在第二 實施方式中源具有固定頻率，在該情形中相關(guān)聯(lián)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的分流和串聯(lián)電容器是可變 的、并由包括傳感器的控制器控制，該傳感器用于確定(1)與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的源的 輸出阻抗和(2)由源驅(qū)動的阻抗之間的阻抗匹配程度。較佳地，每個濾波器都包括關(guān)聯(lián)于該濾波器的源與關(guān)聯(lián)于該源的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之 間分流連接的電感器。在一較佳實施方式中，開關(guān)裝置選擇性地將功率從至少一個電源提供給最初提及 的電極或電抗，較佳地第二電極從該最初提及的電極隔開。本發(fā)明的以上和其它目的、特征、和優(yōu)點通過參閱下文中具體實施方式
的詳細(xì)描 述，特別是參看附圖進(jìn)行的描述會變得顯而易見。


圖1是包括本發(fā)明各方面的真空等離子體處理器的部分框圖和部分電路圖；圖2是圖1所示處理器的一部分的第一較佳實施方式的電路圖，其中該處理器包 括三個可變頻率RF源和三個匹配網(wǎng)絡(luò)；圖3是圖1所示處理器的一部分的第二較佳實施方式的電路圖，其中該處理器包 括三個固定頻率RF源和三個匹配網(wǎng)絡(luò)，每一個都包括兩個可變電容器；以及
圖4是圖1的真空等離子處理器的一部分的電路圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖中的圖1，其中具有縱軸(即中心線)11的等離子體處理器真空腔 10被示為包括導(dǎo)電金屬壁12、下電極組件13、和上電極組件14。壁12具有圓形內(nèi)部表面， 與軸11共軸。壁12接地，即處于DC和RF參考電勢。真空泵9在處理過程中將腔10內(nèi)部 保持在0. 001至500托數(shù)量級的真空。腔10的內(nèi)部包括靠近下電極組件13的上表面的下 邊界、和靠近上電極組件14的下表面的上邊界之間的封閉等離子體區(qū)域8 ；封閉等離子體 區(qū)域8的側(cè)邊界與壁12隔開。常常稱為下電極的下電極組件13與軸11共軸，并固定在電絕緣環(huán)17上，該電絕 緣環(huán)17又固定于腔10的接地金屬基底19。電極組件13包括圓形的中心金屬電極16，它 與軸11共軸、并具有容納圓形工件18的上表面，該圓形工件18通常是半徑與金屬電極16 的半徑基本上相等的半導(dǎo)體晶片。當(dāng)工件18在適當(dāng)位置上時，其中心與軸11重合。電極 16可連接于DC夾具電壓源(未示出)，用于使用靜電力將工件18夾在電極16上。電極16 和工件18的溫度用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法來控制，該方法通過導(dǎo)管21和閥22響應(yīng)于 電信號將氦氣源20連接于電極16中的一個區(qū)域(未示出)，該電信號由控制器24響應(yīng)于 ⑴由設(shè)定點源25提供給控制器的溫度設(shè)定點、以及⑵電極中由嵌入電極16中的溫度監(jiān) 控器26產(chǎn)生的信號所指示的溫度的測量而產(chǎn)生。下電極組件13還包括通常由石英制成的電絕緣體環(huán)28。環(huán)28固定于絕緣體環(huán) 17的上表面，與軸11共軸，且內(nèi)徑與工件18的半徑基本上相等，從而在工件位于適當(dāng)位置 時工件18的周邊幾乎緊靠環(huán)28的內(nèi)側(cè)邊界。環(huán)28外側(cè)的環(huán)17的上表面的一部分和環(huán)17 的側(cè)壁分別由絕緣體環(huán)33和接地金屬環(huán)32覆蓋。絕緣環(huán)33由可用電介質(zhì)或?qū)щ姴牧蠈?(未示出)覆蓋或涂敷的金屬電極環(huán)34覆蓋。導(dǎo)電環(huán)34和將其覆蓋或涂敷的層由不會污 染區(qū)域8中等離子體的化學(xué)成分的材料制成。這種材料是適當(dāng)?shù)妮^高導(dǎo)電率的半導(dǎo)體，諸 如本征硅?；蛘?，環(huán)34是被適當(dāng)?shù)臒o污染材料覆蓋的金屬。環(huán)34通過金屬繩(未示出)電 連接于接地環(huán)32從而使環(huán)34接地。環(huán)33和34與軸11共軸，并在下電極組件13和環(huán)28 的外部邊緣之間水平延伸。環(huán)34最好具有等于或大于電極16面積的面向區(qū)域8的面積， 以有助于使正確離子能量的等離子體入射在工件上。上電極組件14包括中心電極36，它與軸11共軸、并具有不污染區(qū)域8中等離子體 的化學(xué)成分的導(dǎo)電本征硅制成的下表面36a。電極36包括內(nèi)部通道(未示出)和許多噴頭 開孔(未示出)，它們都以流體流關(guān)系連接于適當(dāng)?shù)奶幚須怏w源37，處理氣體通過噴頭開孔 流入?yún)^(qū)域8，并在其中轉(zhuǎn)變成處理工件18的等離子體。電極36包括對信號作出響應(yīng)的加熱 和/或冷卻裝置45，該信號是控制器響應(yīng)于由設(shè)定點源25提供給控制器的設(shè)定點信號以及 由嵌入組件14的溫度計39得到的表示電極36溫度的信號而通過導(dǎo)線35向裝置45提供 的電信號，。組件14還包括絕緣體環(huán)38和金屬環(huán)40。環(huán)38與軸11同軸，最好由石英制成并 大致與環(huán)28對齊。環(huán)38具有緊靠中心電極36的外部邊緣的內(nèi)部邊緣。與軸11共軸的金 屬環(huán)40具有分別緊靠絕緣體環(huán)38的外部邊緣和側(cè)壁12的內(nèi)部邊緣的內(nèi)部和外部邊緣，從 而使環(huán)40處于RF和DC接地電勢。金屬環(huán)40的下部內(nèi)表面被帶有導(dǎo)電電極環(huán)42的電絕
7緣環(huán)41覆蓋。電極環(huán)42用不污染區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)成分的導(dǎo)電或絕緣材料的層 (未示出)涂敷或覆蓋。環(huán)42通過金屬繩(未示出)電連接到環(huán)40和壁12從而使環(huán)42 接地。較佳地，電極16和36面向區(qū)域8的面積相等，且接地環(huán)34和42的面積相等，所以 環(huán)42的面積等于或大于電極36的面積。電極16和36以及環(huán)34和42與軸11同軸。從上述內(nèi)容中，封閉等離子體區(qū)域8具有通過(1)電極36的下表面36a，(2)絕緣 體環(huán)38的下表面，以及(3)電極環(huán)42的下表面確定的上邊界，以及通過(1)工件1 8的上 表面(當(dāng)工件在適當(dāng)位置時)，(2)絕緣體環(huán)28的上表面，以及(3)電極環(huán)34的上表面確 定的下邊界。電動機43通過將上電極組件14的下表面相對下電極組件13的上表面上下 移動來控制區(qū)域8的上和下邊界之間的間距。電動機43響應(yīng)來自控制器42的信號，以將 電極組件13和14的表面之間的間距設(shè)置成經(jīng)實驗確定的用于激勵工件18的等離子體處 理的特定頻率的最佳值。封閉等離子體區(qū)域8的側(cè)面被有間距、垂直堆疊的百葉44包圍，這些百葉44由不 污染區(qū)域8中等離子體的化學(xué)成分的材料制成。百葉44由電絕緣材料(較佳地是諸如石 英的電介質(zhì))或有些導(dǎo)電的材料(諸如碳化硅)制成，從而百葉通電、或電浮接、或者電接 地。百葉44使得沒有大量等離子體流過百葉44之間的縫隙。然而，區(qū)域8中未離子化的 氣體從百葉44之間的縫隙逸出到腔10中壁12和環(huán)32之間的區(qū)域46，并由泵9通過基底 19上的適當(dāng)開口從腔10內(nèi)抽吸。百葉44通過適當(dāng)?shù)拈g隔裝置(未示出)在垂直方向上固定地相互隔開，并由電動 機47相對彼此上下驅(qū)動、并向下組件13驅(qū)動以控制封閉等離子體區(qū)域8內(nèi)的壓力。區(qū)域 8中的壓力由設(shè)定點源25提供給控制器24的壓力設(shè)定點、以及區(qū)域8中壓力計48的輸出 信號控制?？刂破?4響應(yīng)壓力設(shè)定點和壓力計48的輸出信號以控制電動機47，從而改變 最低百葉44的下表面和電極組件13的上表面之間的間距。因此，區(qū)域8中的壓力保持在 壓力設(shè)定點。百葉44被配置成百葉不響應(yīng)于電動機43的激活而移動，從而封閉等離子體 區(qū)域8中的壓力獨立地控制電極組件13和14之間的間距。若干RF源通過電極14將若干不同頻率提供給區(qū)域8。特別地，可以是固定或可變 頻率的RF源50. 1. . . 50. i. . . 50. N產(chǎn)生分別提供給匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52. i. . . 52. N的等離 子體激勵功率，其中N是大于2的整數(shù)、且i是連續(xù)的從1至N的各個整數(shù)，從而i從1至N 單調(diào)增大。(在隨后的描述中，有時會引用源50. 2和50. (N-1)以及與它們相關(guān)聯(lián)的電路。 應(yīng)該理解，源50. 2具有僅次于源50. 1的下一最高頻率，而源50. (N-1)具有僅高于源50. N 的下一最低頻率，即使附圖中并不包括這種源和其相關(guān)電路。)組合器電路53將輸出功率 匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52. N相組合、并將組合功率通過導(dǎo)線58提供給電極14。k個RF源50. p. . . 50. N分別連接于k個匹配網(wǎng)絡(luò)55. p. . . 55. N，其中k小于N，且 P是包括1的整數(shù)；如果P是大于1的整數(shù)，則P從其最小值至N地單調(diào)增大。匹配網(wǎng)絡(luò) 55. p. . . 55. N向組合器電路57提供功率，該組合器電路57通過導(dǎo)線60向電極36提供來自 網(wǎng)絡(luò)55. p. . . 55. N的輸出功率。(在許多情形中，僅具有最高頻率的源55. N向電極36提供 功率；在這種情形中，不包括組合器電路57。)通常，來自單個源的功率并不提供給兩個電極14和36。為了在互斥的基礎(chǔ)上向電 極14和36提供來自源50. p. . . 50. N的功率，開關(guān)矩陣59連接在源50. p. . . 50. N與匹配網(wǎng) 絡(luò)52.p. 52. N和匹配網(wǎng)絡(luò)55. p. 55. N之間。開關(guān)矩陣59包括分別關(guān)聯(lián)于源50. p. 50.
8N、匹配網(wǎng)絡(luò)52. p. . . 52.N和匹配網(wǎng)絡(luò)55. p. . . 55. N的兩個位置同軸開關(guān)59. p. 59. N。在 第一位置，矩陣59的同軸開關(guān)59. q將來自源50. q的功率提供給匹配網(wǎng)絡(luò)52. q ；在第二位 置，同軸開關(guān)59. q將來自源50. q的功率提供給匹配網(wǎng)絡(luò)55. 2，其中q是p. . . N的任一個。匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52. i. . . 52. N和55. p. . . 55. N的每一個都包括至少一個可變電 抗。如果RF源具有固定頻率，則匹配網(wǎng)絡(luò)包括兩個可變電抗。如果RF源具有可變頻率，則 各個匹配網(wǎng)絡(luò)都具有單個可變電抗?？刂破?4控制匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. 52. N和匹配網(wǎng)絡(luò)55. p. 55. N的可變電抗值、以 及各個源50. 1. . . 50. N的輸出功率。對于可變頻率實施方式，(1)各個源50. 1. . . 50. N具 有內(nèi)置名義中心頻率、用于檢測特定源的輸出阻抗之間的失配程度的電路、以及用于控制 該特定源的頻率以達(dá)到匹配的電路，以及(2)控制器24以開路方式根據(jù)處理工件18的方 法設(shè)置匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52.N和網(wǎng)絡(luò)55. p. . . 55. N的可變電抗值。對于固定頻率實施方式，各個匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52.N和網(wǎng)絡(luò)55. p. . . 55. N連接于 傳感器電路(未在圖1中示出)，用于在其以特定源的頻率反射回關(guān)聯(lián)于特定匹配網(wǎng)絡(luò)的源 時檢測它們之間的RF電壓、電流和相位角?？刂破?4響應(yīng)所檢測的電壓、電流和相位角， 以用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法控制各個匹配網(wǎng)絡(luò)的可變分流和串聯(lián)電容器，從而如各個 RF源在其輸出終端上可見的阻抗基本上等于各個源在各個源的頻率上的輸出阻抗。在匹配條件下，匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. ..52. i... 52. N的阻抗使這些匹配網(wǎng)絡(luò)分別調(diào)諧 到源50. 1. . . 50. i. . . 50. N的頻率，同時匹配網(wǎng)絡(luò)55. p. 55. N分別被調(diào)諧到源50. p. 50. N的頻率。匹配網(wǎng)絡(luò)還被配置成它們引入對不直接驅(qū)動特定匹配網(wǎng)絡(luò)的RF源功率的顯著衰 減。每個匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1...52. i...52. N和55. p. ..55. N向RF源的頻率引入至少26DB的功 率衰減，除了直接驅(qū)動匹配網(wǎng)絡(luò)的特定RF源的頻率之外。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過向不直接驅(qū)動特 定匹配網(wǎng)絡(luò)的頻率引入至少26DB的功率衰減，在反饋耦合到特定RF源的輸出終端時驅(qū)動 特定匹配網(wǎng)絡(luò)的RF源并不受來自其它源的功率的不利影響。例如，因為匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1將 至少26DB的功率衰減引入到各個RF源50. 2. . . 50. i. . . 50. N的輸出功率，所以來自RF源 50. 2. . 50. N的功率并不會不利地影響RF50. 1源的運行。當(dāng)開關(guān)矩陣59被激活使匹配網(wǎng)絡(luò)52. r. . . 52. N(其中r是從p至N的任一整數(shù)) 的輸出功率耦合于電極36時，通過閉合開關(guān)68將低通濾波器66接地，可防止提供給電 極16、并通過等離子體耦合到電極36的在源50. 1. . . 50. (r-1)的頻率上的功率從電極36 反饋耦合匹配網(wǎng)絡(luò)50. 1. . . 50. (r-1)。濾波器66具有源50. (r-1)和50. r的頻率之間的 截止頻率，從而來自源50. 1... 50. (r-1)的功率通過濾波器66耦合接地，并因此與匹配網(wǎng) 絡(luò)52. 1...52. (N-1)的輸出端斷開，同時來自源50. r... 50. N的功率分別通過匹配網(wǎng)絡(luò) 52. r. . . 52. N耦合于電極36。相反，開關(guān)68響應(yīng)于開關(guān)55. N通過匹配網(wǎng)絡(luò)52. N將來自源 50. N的功率耦合于電極16而打開?？刂破?4根據(jù)耦合于電極16和36的源改變?yōu)V波器 66的截止頻率。因此，如果激活開關(guān)矩陣59使來自源50. 1. . . 50. s的功率耦合于電極16， 而來自源50. (s+1). . . 50. N的功率耦合于電極36，則控制器24會使濾波器66的截止頻率 在源50. s和50. (s+1)的頻率之間。通過用DC偏置電壓檢測器70和71檢測電極16和36的DC偏置電壓，提供對下組 件13與上組件14之間的電場的控制，由此提供對入射到工件18上的等離子體等的控制。 檢測器70和71在DC電路中分別連接于電極16和36，并分別響應(yīng)于由電極組件13和14
9耦合于區(qū)域8中等離子體的RF電場而檢測引入到電極16和36上的DC偏置電壓。檢測器70和71分別向控制器24提供表示電極16和36的DC偏置電壓的信號。 控制器24響應(yīng)DC偏置檢測器70和71所產(chǎn)生的信號，以分別控制接地電路72和73的可 變阻抗。各個接地電路72和73包括單個串聯(lián)共振電路，其共振頻率名義上基本等于驅(qū)動 與連接接地電路的電極相對的電極的RF源之一的頻率；例如，如果源50. N驅(qū)動電極36，則 連接于電極16的接地網(wǎng)絡(luò)70的名義共振頻率等于源50. N的頻率?？刂破?4響應(yīng)(1)檢 測器70和71產(chǎn)生的DC偏置電壓的指示，以及⑵DC偏置電壓的設(shè)定點以控制各個接地電 路72和73中串聯(lián)共振電路的可變電抗(電感或電容器)。由此，組件13和14的電極之間 的電場線的強度和形狀、以及入射到工件18上的等離子體的特征得到控制。特別地，響應(yīng) 于檢測器70和71測得的DC偏置電壓和這些DC偏置電壓的DC偏置電壓設(shè)定點來控制電 極16和36之間、電極16和42之間、以及電極16和34之間的電場線。為了有助于對非特定RF源產(chǎn)生的頻率提供期望程度的衰減，RF源50. 2. . . 50. N的 輸出終端分別連接于分流電感器80. 2. . . 80. N。電感器80. 2. . . 80. N用作低通濾波器，從而 各個電感器80. 2. . . 80. N將功率從最低頻率RF源50. 1分流至接地。因此，可防止任何通 過匹配網(wǎng)絡(luò)52. 2. 52. N耦合的來自源50. 1的功率分別影響RF源50. 2. 50. N。類似地， 電感器80. 3. . . 80. N將功率從RF源50. 1和50. 2耦合至接地，并可防止RF源50. 3. 50. N的輸出終端具有從源50. 1和50. 2耦合到它們的功率。在典型的真空等離子體處理腔中，在下組件13的電極16和接地之間存在大 量分布式電容。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電極16和接地之間的分布式電容對匹配具有最低頻率的源 50. 1. . . 50. t的輸出阻抗具有反作用。在接地和匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52. t的輸出之間分流連 接的串聯(lián)共振電路82. 1. . . 82. t有助于實現(xiàn)源50. 1. . . 50. t的輸出終端與反射回源的阻 抗的匹配。串聯(lián)共振電路82. 1. . . 82. t分別包括固定電感器84. 1. . . 84. t和固定電容器 86. 1. . . 86. t0電路82. u具有在RF源50. u和50. (u+1)的頻率之間的共振頻率。在一個 示例中，RF源50. 1和50. 2具有2. 0MHz和27MHz的頻率。為了在不會不利地影響匹配網(wǎng) 絡(luò)52. 1和52. 2的輸出功率的情況下實現(xiàn)適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ洌姼衅?4. 1和電容器86. 1的 值使它們在以上示例中約5. 0MHz的頻率處共振。電感器84. 1. . . 84. u的品質(zhì)因子(Q)足 夠高，從而使分流共振電路82. 1. ,.82.u不會導(dǎo)致匹配網(wǎng)絡(luò)52. 1. . . 52. t分別提供給電極 16的功率的任何顯著衰減。當(dāng)激活開關(guān)矩陣59使源50. N通過匹配網(wǎng)絡(luò)52. N向電極36提供功率時，通過閉 合開關(guān)68將低通濾波器66接地，可防止入射到電極36上的在源50. 1... 50. (N-1)頻率上 的功率反饋耦合到組合器電路56和匹配網(wǎng)絡(luò)50. 1. . . 50. N。具有在源50. (N-1)和50. N的 頻率之間截止頻率的濾波器66與電路56分離，同時來自源50. N的功率從電路56耦合到 電極36。開關(guān)68與開關(guān)59. N聯(lián)動，從而響應(yīng)于開關(guān)59. N將來自源50. N的功率耦合于匹 配網(wǎng)絡(luò)52. N,開關(guān)68開路。相反，響應(yīng)于開關(guān)59. N將來自源50. N的功率耦合于匹配網(wǎng)絡(luò) 55. N，開關(guān)68閉合?，F(xiàn)在參照附圖中的圖2，它是用于向電極16或電極16和36提供功率的特定電路 的部分框圖和部分電路圖。在圖2的電路中，N = 3且有三個分別中心頻率為2MHz、27MHz 和60MHz的三個可變頻率RF源91、92和93。源91、92和93包括用于將其頻率從其中心頻 率改變士5%的電路。源91、92和93通過探測源的輸出阻抗與源驅(qū)動的阻抗之間的阻抗失配來控制源的頻率。源91和92的輸出功率分別通過直接相連施加給匹配網(wǎng)絡(luò)101和102。 源93的輸出功率通過同軸開關(guān)105選擇性地提供給匹配網(wǎng)絡(luò)103或104。組合器電路118 組合匹配網(wǎng)絡(luò)101、102和103輸出端處的功率，并通過導(dǎo)線58將經(jīng)組合的功率提供給電極 16，使電極16由功率源91、92和93響應(yīng)于控制器24激活開關(guān)105將來自源93的功率提 供給匹配網(wǎng)絡(luò)103而驅(qū)動。在這些條件下，源91、92和93以及匹配網(wǎng)絡(luò)101、102和103不 直接向電極36提供功率。響應(yīng)于控制器24激活開關(guān)105從而來自源93的功率被提供給 匹配網(wǎng)絡(luò)104而非網(wǎng)絡(luò)103，電極36通過網(wǎng)絡(luò)104由來自源93的功率驅(qū)動，而源91和92 分別通過網(wǎng)絡(luò)101和102以及組合器118驅(qū)動電極16。匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104分別在源91、92、93和93的頻率上向?qū)Ь€106,107, 108和109提供功率。根據(jù)以上內(nèi)容，在第一種情況中，導(dǎo)線106、107和108的每一個上的 功率在源91、92和93的頻率上僅提供給電極16 ；或者，在第二種情況中，導(dǎo)線106和107上 的功率提供給電極16而導(dǎo)線109上的功率提供給電極36。控制器24響應(yīng)存儲器(未示出)中存儲的信號。所存儲的信號取決于工件18的 期望特性來以開路方式控制匹配網(wǎng)絡(luò)101、102和103的可變分流電容器。為了實現(xiàn)與驅(qū)動特定匹配網(wǎng)絡(luò)的能量不在相同頻率上的能量的26DB的功率衰 減，匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104的每一個包括可變分流電容器、固定串聯(lián)電容器和固定電 感器。匹配網(wǎng)絡(luò)101包括連接在固定串聯(lián)電容器122和固定串聯(lián)電感器126之間的可變分 流電容器124。匹配網(wǎng)絡(luò)102包括連接在分流電容器128和固定串聯(lián)電感器132之間的固 定串聯(lián)電容器130。匹配網(wǎng)絡(luò)103包括可變分流電容器134、固定串聯(lián)電容器136和圖2中 由串聯(lián)電感器138表示的分布式電感形式的固定已知量的串聯(lián)電感。匹配網(wǎng)絡(luò)104包括可 變分流電容器135、固定串聯(lián)電容器1 37和圖2中由串聯(lián)電感器139表示的分布式電感形 式的固定已知量串聯(lián)電感?？刂破?4響應(yīng)所存儲的方法確定信號，以控制可變分流電容器124、128和134的 值。應(yīng)該理解，DC電動機(未示出)通常用于改變電容器124、128、134和135的值，或者 每個可變電容器可具有許多通過開關(guān)連入電路的固定值?？刂破?4改變電容器124、128、 134和135的值，以有助于分別實現(xiàn)源91、92、93和93的阻抗匹配。電容器122、130、136和137的典型值分別是600皮法、110皮法、40皮法和100皮 法。固定電感器126的典型值在15-20微亨的范圍內(nèi)，而電感器132的典型值在50-100納 亨的范圍內(nèi)，且如電感器138和139表示的，各個匹配網(wǎng)絡(luò)103和104的典型分布式電感小 于50納亨。應(yīng)該理解，如果所需匹配效果不能用其它方式實現(xiàn)，則電感器126和132可以 是可變電感器。可變分流電容器124的典型值在300-600皮法范圍內(nèi)；可變分流電容器128 的典型值在50-1000皮法范圍內(nèi)；可變分流電容器134的典型值在20-330皮法范圍內(nèi)；而 可變分流電容器135的典型值在20-300皮法范圍內(nèi)。匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104的部件 的上述值使得匹配網(wǎng)絡(luò)能夠提供期望的功率衰減，以防止不期望的頻率被反饋耦合到驅(qū)動 特定匹配網(wǎng)絡(luò)的源。此外，上述值使匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104的每一個都分別大致調(diào) 諧(即共振)到源91、92和93的頻率。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104分別具有對源 91、92、93和93的頻率的低阻抗。然而，匹配網(wǎng)絡(luò)101向源92和93的頻率引入至少26DB 的功率衰減，匹配網(wǎng)絡(luò)102向源91和93的頻率引入至少26 DB的的功率衰減，而且匹配網(wǎng) 絡(luò)103和104的每一個向源91和92的頻率引入至少26DB的功率衰減。
為了防止低頻率源91的相對較高功率被反饋耦合到源92和93的輸出端，分流電 感器140和142分別連接在源92和93的輸出端上。電感器140和142對源92和93的頻 率具有較高阻抗，但對源91的頻率具有較低阻抗。因此，可能通過匹配網(wǎng)絡(luò)102、103和104 分別耦合到源92、93和93的任何來自源91的功率都通過分流電感器140和142而被防止 到達(dá)這些源。因為分流電感器140和142在源92和93的頻率處具有較高阻抗，實際上沒 有來自源92和93的功率分別通過電感器140和142耦合接地。下電極16具有接地的顯著寄生電容，即分布式電容。為了有助于提供源91與電 極16的阻抗之間的阻抗匹配，串聯(lián)共振電路144連接于導(dǎo)線104和接地之間。電路144包 括串聯(lián)連接電感器146和電容器148。電路144具有約5MHz的共振頻率，即源91的頻率之 上約一個倍頻，且低于源92的頻率約2. 5個倍頻。電感器146具有相對較高的Q，從而串聯(lián) 共振電路144具有相對較窄的帶寬，并且不將大量來自源91或92的功率分流接地。圖2電路的總效果是向驅(qū)動電極16或電極16和36的源91、92和93提供期望的 較低阻抗，同時引入足夠的衰減以防止對源91、92、和93的損害并達(dá)到期望的阻抗匹配?，F(xiàn)在參照附圖中的圖3，它是用于驅(qū)動電極16和36的電路框圖，其中源91、92和 93分別具有固定頻率2MHz、27MHz和60MHz，且阻抗匹配通過將固定電容器122、130和136 變成可變電容器來實現(xiàn)。圖3的電路包括分別直接連接于源91、92和93的輸出端的傳感器 111、112和113。傳感器111、112和113分別檢測反射回源91、92和93的電壓和電流的大 小(在直接驅(qū)動特定傳感器的特定源的頻率上)，以及反射回的電壓和電流之間的相位角。 控制器24響應(yīng)來自檢測器111、112和113的信號，來控制可變串聯(lián)電容器122、130、136和 137的值以達(dá)到期望的阻抗匹配。為了達(dá)到期望的阻抗匹配，電容器122 —般具有50-1000 皮法范圍內(nèi)的值，電容器130 —般具有50-1000皮法范圍內(nèi)的值，以及電容器136和137的 每一個一般具有20-330皮法范圍內(nèi)的值。電動機(未示出)響應(yīng)來自控制器24的信號來 改變電容器122、130、136和137的值。電容器122、130、136和137的值的所述范圍使阻抗 匹配能夠?qū)崿F(xiàn)。此外，匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104分別具有約等于源91、92、93和93的 頻率的共振頻率。匹配網(wǎng)絡(luò)101、102、103和104還提供對不直接驅(qū)動匹配網(wǎng)絡(luò)的頻率的期 望衰減。現(xiàn)在參照附圖中的圖4，它是用于控制包括百葉44的真空等離子處理腔10中電極 16、34、36和42之間的電場線的電路圖。圖4的電路由圖2或圖3的源驅(qū)動。如圖4說明 性所示，電極16和36是中心電極，且電極16被配置成承載工件。電極16和36彼此同軸 且居中置于腔10中，而電極34形成為環(huán)，圍繞電極16的周邊并與該周邊有間隔。電極16 和34的上表面共面。電極36的直徑比電極16的大約三分之一，并被環(huán)電極42包圍并與 之隔開。電極34和42接地。由于與電極36相關(guān)聯(lián)的顯著寄生電容，很難將電極36接地， 特別是對于源92的頻率。由于與電極16相關(guān)聯(lián)的顯著寄生電容，很難對源93的頻率將電 極16接地。在作為源93通過開關(guān)105連接以驅(qū)動匹配網(wǎng)絡(luò)104的結(jié)果源93直接驅(qū)動電 極36時，常常需要對源93的頻率將電極16接地。接地電路72響應(yīng)電極16的因通過DC偏置檢測器70耦合于控制器24的DC偏置 電壓。接地電路72包括可變阻抗，它通過電極16的DC偏置電壓控制以控制電極16、34、36 和42之間60MHz上的電場。特別地，電路72包括使可變共振頻率置中于約60MHz的串聯(lián) 共振電路。該串聯(lián)共振電路連接于電極16和接地之間。
接地電路73響應(yīng)電極36的因通過DC偏置檢測器71耦合于控制器24的DC偏置 電壓。接地電路73包括可變阻抗，它通過電極16的DC偏置電壓控制以控制電極36、34、16 和42之間27MHz上的電場。特別地，電路73包括使可變共振頻率置中于約27MHz的串聯(lián) 共振電路。該串聯(lián)共振電路連接于電極36和接地之間。DC偏置檢測器70包括電阻分壓器，它包括通常電阻值分別為10兆歐姆和10千歐 姆的電阻162和164。電阻162和164之間的抽頭166通過電容器168接地，該電容器通常 具有約一微發(fā)的值，從而使抽頭166處的電壓不包括基本AC分量，并且是響應(yīng)于區(qū)域8中 封閉等離子體的激勵而在電極16處產(chǎn)生的DC偏置電壓的準(zhǔn)確指示。抽頭166處的DC電 壓耦合于控制器24。接地電路72包括連接于電極16和接地之間的分流電路170。分流電路170由無 源元件組成，并包括彼此串聯(lián)連接的固定電感器172、固定電容器174和可變電容器176。電 感器172與電容器174和176的值使電路170具有對源91和92的2MHz和27MHz頻率相 對固定的阻抗，但對源93的60MHz頻率則具有可變阻抗。通常，電容器174具有約100皮 法的值，而取決于抽頭166處的DC偏置電壓和該DC偏置電壓的設(shè)定點值，電容器176具有 在20-400皮法范圍內(nèi)的值?？刂破?4響應(yīng)于抽頭166處的電壓來改變電容器176的值以 使DC偏置電壓的設(shè)定點值能夠獲得。控制器24驅(qū)動電動機(未示出)以改變電容器176 的值。DC偏置電壓的設(shè)定點值根據(jù)電極16、34、36和42之間的電場線的期望關(guān)系確定。 如果需要60 MHz上的電場線主要在電極16和36之間，則DC偏置設(shè)定點使電路170成為 共振頻率等于60MHz的串聯(lián)共振電路。由此，在電極16和接地之間存在極低的阻抗，且較 大百分比的60MHz上的電流從電極36流向電極16，因此通過電路170接地，且在電極36和 16之間存在較強的60MHz電場線。在此條件下，電極16和42之間、以及電極16和34之 間存在相對較弱的60MHz的電場線，而在電極36和34之間存在稍微強一些的60MHz電場 線。然而，如果電極36和42之間的60MHz電場線需要強于電極36和16之間的電場線，則 DC偏置電壓的預(yù)設(shè)定點處于某一值，該值使電容器改變、從而與電路170在源93的60MHz 頻率共振時電路170的阻抗相比，60MHz上的電路170的阻抗相對較高。響應(yīng)于電容器176 被驅(qū)動、從而其值使電路170對源93的60MHz輸出具有較高阻抗，電極36和16之間的電 場線相對較弱，而電極36和電極34之間的電場線相對較強。DC偏置檢測器71包括電阻分壓器161，它包括通常電阻值分別為10兆歐姆和10 千歐姆的電阻163和165。電阻163和165之間的抽頭通過電容器169接地，該電容器169 通常具有約一微發(fā)的值使抽頭167處的電壓不包括基本AC分量，并且是響應(yīng)于區(qū)域8中封 閉等離子體的激勵而在電極36處產(chǎn)生的DC偏置電壓的指示。抽頭167處的DC電壓耦合 于控制器24。接地電路73包括連接于電極36和接地之間的分流電路171。分流電路171由無 源元件組成、并包括彼此串聯(lián)連接的固定電感器173、固定電容器175和可變電容器177。電 感器173和電容器175和177的值使電路171對源91和93的2MHz和60MHz的頻率具有 相對固定的阻抗，而對源92的27MHz的頻率則具有可變阻抗。通常，電容器175具有約120 皮法的值，而取決于抽頭167處的DC偏置電壓和DC偏置電壓的設(shè)定點值，電容器177具有 在50-1000皮法范圍內(nèi)的值?？刂破?4響應(yīng)抽頭167處的電壓來改變電容器177的值以使DC偏置電壓的設(shè)定點值能夠達(dá)到。控制器24驅(qū)動電動機(未示出)來改變電容器167 的值。DC偏置電壓的預(yù)定值根據(jù)電極36、34、16和42之間的電場線的期望關(guān)系確定。如 果27MHz的電場線需要主要在電極36和16之間，則DC偏置設(shè)定點使電路171成為共振頻 率等于27MHz的串聯(lián)共振電路。因此，電極36和接地之間存在極低的阻抗，且較大百分比 的27MHz的電流從電極16流向電極36，因而通過電路171接地，且電極16和36之間存在 較強的27MHz電場線。在此條件下，電極36和42之間、以及電極36和34之間存在相對較 弱的27MHz電場線，而電極16和34之間存在稍微強一些的27MHz電場線。然而，如果電極 16和42之間的27MHz電場線需要強于電極16和36之間的電場線，則DC偏置電壓的設(shè)定 點處于一值，該值使電容器177改變從而與電路171在源92的27MHz頻率上共振時電路 171的阻抗相比，27MHz上的電路171的阻抗相對較高。響應(yīng)于電容器177被驅(qū)動而其值使 電路171對源92的27MHz輸出具有較高阻抗，電極16和36之間的電場線相對較弱，而電 極16和電極34之間的電場線相對較強。為了進(jìn)一步有助于在開關(guān)和組合器電路118被激活而使源92的60MHz輸出耦合 于電極36時使入射到電極36上的2MHz和27MHz的能量分離，濾波器66通過與電極36分 流的繼電器68連接。如圖4所示，濾波器66包括電感器180，該電感器連接于隨著激活電 路118的開關(guān)的同時控制器24所激活的電極36，從而高頻率源93的輸出通過導(dǎo)線60耦合 于電極36。電感器180在源93的60MHz頻率處具有足夠高的值和足夠大的阻抗，以防止 60MHz的能量耦合接地。然而，電感器180的值使得對源91和92的2MHz和27MHz呈現(xiàn)相 對較低的阻抗，以防止將入射到電極36上的2MHz和27MHz的能量反饋耦合到電路118。雖然本文描述和說明了本發(fā)明的具體實施方式
，但是顯而易見的是在不背離如 所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下，可改變具體說明和描述的實 施方式的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
一種用于處理工件的真空等離子體處理器，包括包含電極的真空等離子體處理腔，所述腔與電感相關(guān)聯(lián)，所述電極和所述電抗被配置成將等離子體激勵場耦合于所述腔中的氣體，所述腔被配置成承載所述工件，N個射頻電功率源，其中N是至少為3的整數(shù)，各個所述源被配置成產(chǎn)生不同的射頻從而源i被配置成產(chǎn)生射頻Fi，其中i是連續(xù)地從1至N的各個整數(shù)，頻率F1是最低頻率，頻率FN是最高頻率，且所述頻率從F1至FN依次增大，以及將N個頻率的電功率從所述N個射頻電功率源提供給所述電極和電抗的電路，所述N個頻率、在所述N個頻率的每一個的功率、所述電極、所述電抗、和所述電路被配置成(a)使等離子體激勵至所述N個頻率的每一個，以及(b)防止功率與所述N個頻率每個源在除了與特定射頻電功率源相關(guān)聯(lián)的頻率之外的頻率上的實質(zhì)耦合，所述電路包括(N+k)個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其中k是小于N的整數(shù)，所述N個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的每一個與所述源之一相關(guān)聯(lián)并被配置成(a)將在與其相關(guān)聯(lián)的源的頻率上的等離子體激勵功率耦合于所述電極，以及(b)充分衰減在其它源的頻率的功率以防止在所述其它源的頻率上的功率實質(zhì)耦合于所述與匹配網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的源，所述k個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的每一個與k個所述源之一相關(guān)聯(lián)并被配置成(a)將在與其關(guān)聯(lián)的頻率上的等離子體激勵功率耦合于所述電抗，以及(b)充分衰減在其它(k-1)個源的頻率上的功率以防止在所述其它(k-1)個源的頻率上的功率耦合于與所述匹配網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的源，以及開關(guān)裝置，用于(a)將來自所述N個源的功率通過所述N個匹配網(wǎng)絡(luò)提供給所述電極，或者(b)將來自(i)所述k個源的j的功率通過所述匹配網(wǎng)絡(luò)的j提供給所述電抗以及(ii)將所述源的m的功率通過所述匹配網(wǎng)絡(luò)的m提供給所述電極，其中j是從1至k的任何整數(shù)且m是從1至(N-k)的任何整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理器，其特征在于，N= 3，j = k = 1，m = 2。
全文摘要
一種處理工件的等離子體處理器包括具有頻率2MHz、27MHz和60MHz的源，它們由三個匹配網(wǎng)絡(luò)施加于包含工件的真空腔中的電極。可選擇地由第四匹配網(wǎng)絡(luò)將60MHz施加于第二電極。基本上調(diào)諧到驅(qū)動其的源的頻率的匹配網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)電感，所以2MHz電感超過27MHz網(wǎng)絡(luò)電感，且27MHz網(wǎng)絡(luò)電感超過60MHz網(wǎng)絡(luò)電感。匹配網(wǎng)絡(luò)將驅(qū)動其的源的頻率衰減至少26DB。在27和60MHz源之間的分流電感器將2MHz從27和60MHz源分隔開。串聯(lián)共振電路(共振于約5MHz)分流2MHz網(wǎng)絡(luò)和電極以幫助2MHz源匹配于電極。
文檔編號H01J37/32GK101866807SQ20101018886
公開日2010年10月20日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者D·特拉塞爾, F·科扎克維奇, R·季米薩 申請人:拉姆研究有限公司