專利名稱：使用可變阻抗分析的匹配網(wǎng)絡(luò)表征的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)。更特別地， 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及匹配網(wǎng)絡(luò)的表征。
背景技術(shù)：
在諸如蝕刻或沉積處理系統(tǒng)的等離子體增強(qiáng)半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中，射頻(RF)匹配網(wǎng)絡(luò)用于將來自具有基本為電阻性阻抗(例如，50歐姆)的RF 源的RF功率耦合到負(fù)載，該負(fù)載一般為在具有復(fù)數(shù)阻抗的工藝腔室中的處理 等離子體。匹配網(wǎng)絡(luò)操作以將RF源的阻抗匹配到等離子體/負(fù)載的阻抗以有效地將來自所述源的RF功率耦合到等離子體。在半導(dǎo)體晶圓處理系統(tǒng)中廣泛使用的一種類型匹配網(wǎng)絡(luò)為可調(diào)諧的匹配網(wǎng)絡(luò)，其中動(dòng)態(tài)性調(diào)諧串聯(lián)的頻率依賴性無源(passive)元件和并聯(lián)的頻率依 賴性無源元件以實(shí)現(xiàn)源和負(fù)載之間的阻抗匹配。在1999年9月14日公告的共 同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.5， 952， 896中公開了一種該可調(diào)諧的匹配網(wǎng)絡(luò)，并描 述了具有串聯(lián)的感應(yīng)器和并聯(lián)的電容器的匹配網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)控制器機(jī)械地調(diào) 諧或調(diào)整電容器和感應(yīng)器的并聯(lián)位置以實(shí)現(xiàn)源阻抗和負(fù)載阻抗之間的阻抗匹 配。更特別地，隨著負(fù)載阻抗的變化，制動(dòng)器(actuator)連續(xù)地調(diào)整匹配網(wǎng) 絡(luò)中感應(yīng)器和電容器的可調(diào)諧元件以保持阻抗匹配。在可調(diào)諧的匹配網(wǎng)絡(luò)中，匹配網(wǎng)絡(luò)終止于非消耗(non-dissipating)負(fù)載 (一般為電容性元件)，其允許匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧并測量電流。在該情形下，當(dāng)功 率已知并且電流精確時(shí)，RMW=Pin/I2。然而，該計(jì)算方法的缺陷包括a)只能 測試一個(gè)匹配設(shè)置點(diǎn)；b)匹配網(wǎng)絡(luò)通常不能調(diào)諧到零阻抗負(fù)載條件，其產(chǎn)生 會(huì)降低功率測量精確性的誤匹配條件(并因此增加電阻計(jì)算的不精確性)；以 及c)匹配網(wǎng)絡(luò)需要在適當(dāng)操作的匹配輸出處RF電流的精確測量，其不能通 過傳統(tǒng)的配置提供。另外，傳統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)引入與50Q終止負(fù)載串聯(lián)連接的純電抗元件而將負(fù)載的總阻抗移動(dòng)到匹配網(wǎng)絡(luò)的可操作調(diào)諧范圍中。在該配置中，所有 的功率消耗在50Q負(fù)載中，其允許在特定的點(diǎn)處進(jìn)行更精確的測量。如果匹配網(wǎng)絡(luò)具有也非常接近于50Q (或者接近于終止負(fù)載電阻)的電阻，就可使用兩個(gè)功率儀表精確地測量通過匹配網(wǎng)絡(luò)的功率損耗。如果終止負(fù)載的阻抗已 知，則其可被轉(zhuǎn)化為用于該匹配的等效串聯(lián)電阻。然而，構(gòu)建復(fù)數(shù)的、純電抗負(fù)載是非常困難的。因此，不考慮替代(surrogate)負(fù)載中的損耗將過高估計(jì) 匹配網(wǎng)絡(luò)中的功率消耗，從而該配置的傳統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生比實(shí)際電阻近似值 高的值。因此，需要一種匹配網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，其可以得到匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻 的改進(jìn)近似值。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種使用可變阻抗分析計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián) 電阻的方法及使用該方法分析的匹配網(wǎng)絡(luò)。在一實(shí)施方式中， 一種計(jì)算匹配網(wǎng) 絡(luò)的等效串聯(lián)電阻的方法包括將匹配網(wǎng)絡(luò)連接到負(fù)載；在負(fù)載阻抗的范圍內(nèi) 測量匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出；以及基于所測量的輸出和負(fù)載電阻之間的關(guān)系而計(jì)算匹 配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻。所述負(fù)載可以為替代負(fù)載或可以為在工藝腔室中形成 的等離子體。在另一實(shí)施方式中， 一種用于表征匹配網(wǎng)絡(luò)的方法包括將匹配網(wǎng)絡(luò)連接 到可變阻抗替代負(fù)載；在負(fù)載阻抗的范圍內(nèi)測量匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出；基于所測量 的輸出和負(fù)載電阻之間的關(guān)系而計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻；以及基于所計(jì) 算的等效電阻而評(píng)估所述匹配網(wǎng)絡(luò)的情況。


為了更加詳細(xì)地理解以上所描述的本發(fā)明的特征，將參照本發(fā)明的實(shí)施方 式對(duì)以上的概述進(jìn)行更加詳細(xì)的描述，其中部分實(shí)施方式在附圖中示出。然而， 可以注意到，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明 范圍的限制，本發(fā)明可承認(rèn)其它等效的實(shí)施方式。圖1示出了適于與本發(fā)明的方法一起使用的系統(tǒng)的一實(shí)施方式的一般方框圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的方法；圖3示出了使用本發(fā)明的一種方法所得到的示例性數(shù)據(jù)曲線圖； 圖4示出了可變的并聯(lián)、頻率可調(diào)的匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻與頻率之間 的示例性曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明一般提供一種匹配網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，其用于在各種負(fù)載電阻處通過一 系列的匹配網(wǎng)絡(luò)輸出推斷而精確地計(jì)算該匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻(ESR)。 匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR的近似值考慮到由于匹配調(diào)諧空間內(nèi)所有點(diǎn)處的串聯(lián)電阻而 導(dǎo)致的匹配網(wǎng)絡(luò)損耗(也稱之為匹配網(wǎng)絡(luò)的插入損耗)的近似值。本發(fā)明還主 要提供根據(jù)本發(fā)明的方法表征的匹配網(wǎng)絡(luò)。圖1示出了系統(tǒng)100的一般方塊圖，其適于表征根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的匹配 網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)100主要包括通過匹配網(wǎng)絡(luò)106與負(fù)載104連接的電源102。探針108 一般用于測量與在匹配網(wǎng)絡(luò)106輸出處的電流成比例的電流或者一些其它度電源102—般為一個(gè)或多個(gè)RF功率源，諸如能產(chǎn)生具有約10-10，000瓦特功 率及從約200kHz至約200MHz頻率的信號(hào)的RF源。在一實(shí)施方式中，電源102 為能夠產(chǎn)生具有在約10-5,000瓦特功率和約13.56MHz頻率的信號(hào)的RF源。在另 一實(shí)施方式中，電源102為能夠產(chǎn)生具有在約10-5,000瓦特和在例如約2MHz的 第一頻率及約13MHz的第二頻率；約2MHz的第一頻率和約60MHz的第二頻 率；約13MHz的第一頻率和約60MHz的第二頻率；以及約2MHz的第一頻率、 約13MHz的第二頻率和約60MHz的第三頻率的信號(hào)的RF源。前面給出的頻率 組合僅是示例性的，并且應(yīng)該理解，其它的單個(gè)和多個(gè)頻率組合可結(jié)合本發(fā)明 使用。可選地，電源102可為用于產(chǎn)生待饋入到匹配/負(fù)載中的低功率信號(hào)的信號(hào) 產(chǎn)生器或網(wǎng)絡(luò)分析器。在一實(shí)施方式中，電源102用于產(chǎn)生具有不消耗足夠功 率的功率等級(jí)的信號(hào)以影響匹配性能。在一實(shí)施方式中，電源102能夠產(chǎn)生具 有在約0.1毫瓦特至約10瓦特范圍內(nèi)功率的信號(hào)，從而有利地使匹配網(wǎng)絡(luò)的內(nèi) 部元件的熱量(heating)最小化。負(fù)載104為在等離子體增強(qiáng)半導(dǎo)體工藝腔室中形成的等離子體，或者可為模擬負(fù)載(諸如可變阻抗替代負(fù)載)。例如，在一實(shí)施方式中，通過在合適的溫度和壓力下向半導(dǎo)體工藝腔室(未示出)的內(nèi)部提供氣體并且將來自電源102 的例如13.56MHz頻率的充足的RF功率耦合到設(shè)置在工藝腔室內(nèi)的電極以而產(chǎn) 生負(fù)載104，以形成等離子體。由電源102產(chǎn)生的等離子體是電源102從電路觀 點(diǎn)看的負(fù)載?？蛇x地，通過將電源102 (和匹配網(wǎng)絡(luò)106)耦合至提供負(fù)載(例 如，可變阻抗替代負(fù)載)的電路而提供負(fù)載104，以模擬工藝腔室內(nèi)的等離子 體?？蛇m當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)替代負(fù)載以在電源102的功率需求范圍內(nèi)操作。因此，負(fù)載 104能夠在約10-5,000瓦特范圍內(nèi)處理功率?？蛇x地，可設(shè)計(jì)負(fù)載104以與上述 的低功率電源102操作(即，能夠處理在約0.1毫瓦特至約10瓦特范圍內(nèi)的功 率)，從而有利地促使負(fù)載104便攜地用于場測試、易于傳輸或存儲(chǔ)等。在理想的有效系統(tǒng)中，通過電源102提供的100%的功率將通過負(fù)載104消 耗，例如在半導(dǎo)體工藝腔室中的等離子體。然而，存在降低系統(tǒng)效率的數(shù)個(gè)因 素。例如，由負(fù)載104反射的功率降低了通過負(fù)載104消耗的凈功率。因此，諸 如匹配網(wǎng)絡(luò)106的匹配網(wǎng)絡(luò)典型地設(shè)置在電源102和負(fù)載104之間以匹配電源和 負(fù)載之間的阻抗，從而使反射的功率最小化并使電源102的有效使用最大化(例 如，與通過電源102傳輸?shù)膶?shí)際功率相比，使通過負(fù)載消耗的功率量最大)。匹配網(wǎng)絡(luò)106主要包括電路，其用于以最小化由負(fù)載104反射的功率的方式 將來自電源102的功率傳輸?shù)截?fù)載104，從而使電源102的有效使用最大化。匹 配網(wǎng)絡(luò)106通常使通過匹配網(wǎng)絡(luò)中諸如電容器的可調(diào)元件反射的功率最小，該 匹配網(wǎng)絡(luò)用以調(diào)整該匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗，從而使由負(fù)載反射的功率最小化(有時(shí) 稱之為"調(diào)諧"匹配網(wǎng)絡(luò))?？蛇x地或額外地，可經(jīng)由電源102提供的信號(hào)的 頻率調(diào)整而調(diào)諧一些匹配網(wǎng)絡(luò)。除了由于反射功率而產(chǎn)生的損耗，在處理系統(tǒng)內(nèi)的無效傳輸導(dǎo)致包括匹配 網(wǎng)絡(luò)106的設(shè)置在電源102和負(fù)載104之間的電纜和元件內(nèi)額外的功率消耗。因 此，匹配網(wǎng)絡(luò)106除了能使從負(fù)載104反射到電源102的功率最小化之外，還應(yīng) 該消耗盡可能小的功率以有利于在其中插入有匹配網(wǎng)絡(luò)的處理系統(tǒng)的有效操 作。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)106的ESR的精確測量有利于許多工藝優(yōu)點(diǎn)，諸如更精確 地控制工藝參數(shù)、更精確地得到由負(fù)載消耗的功率等。另外，匹配網(wǎng)絡(luò)106的ESR的精確測量使匹配網(wǎng)絡(luò)在匹配網(wǎng)絡(luò)的壽命內(nèi)進(jìn) 行可操作地審査以確保合適的性能、對(duì)于多系統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)維修、匹配網(wǎng)絡(luò)質(zhì)
量控制(以抵制不適合的網(wǎng)絡(luò)和/或分離為具有不同效率的組)、匹配網(wǎng)絡(luò)比較和評(píng)估(例如，評(píng)估來自各個(gè)供應(yīng)商的匹配)等。而且，匹配網(wǎng)絡(luò)106的ESR 的精確測量有利于在交換硬件后調(diào)節(jié)工藝中的功率，從而可以考慮匹配中功率 損耗的變化(例如，如果具有ESI^x的匹配失敗并且被替換為具有ESI^l.lx 的匹配，則可相應(yīng)地調(diào)節(jié)功率，從而匹配等離子體中消耗的功率)。同樣地， 可進(jìn)行較高的功率運(yùn)行以測量匹配中在損耗上所消耗功率的效果。例如，隨著 溫度升高，金屬傳導(dǎo)性降低，因此匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR增加，從而導(dǎo)致在匹配中消 耗更多的功率并進(jìn)一步使匹配網(wǎng)絡(luò)元件的溫度增加等。為了有利于匹配網(wǎng)絡(luò)的插入損耗的表征，提供一種用于確定匹配網(wǎng)絡(luò)的 ESR的方法。圖2描述了用于確定匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR的方法200的一實(shí)施方式。方 法200從步驟202開始，其中將電源通過匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到負(fù)載。匹配網(wǎng)絡(luò)可以為 適于將負(fù)載的阻抗匹配到電源的任何匹配網(wǎng)絡(luò)，諸如例如結(jié)合等離子體增強(qiáng)半 導(dǎo)體工藝腔室使用的匹配網(wǎng)絡(luò)。在一實(shí)施方式中，匹配網(wǎng)絡(luò)為如上參照?qǐng)Dl所 述可變的并聯(lián)、頻率可調(diào)的匹配網(wǎng)絡(luò)。同樣如上所述，負(fù)載為可調(diào)負(fù)載并且可 以為在其中形成有的等離子體的工藝腔室或替代負(fù)載，諸如可變阻抗替代負(fù) 載。由電源提供的信號(hào)頻率應(yīng)該在匹配網(wǎng)絡(luò)通常運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)頻率處。然而，可 類似地使用在類似的帶(band)中的其它頻率，并且可利用消耗的損耗和頻率 (例如，表面效應(yīng)等)之間的公知關(guān)系計(jì)算該驅(qū)動(dòng)頻率處的ESR。通常，調(diào)整 匹配網(wǎng)絡(luò)以使從負(fù)載反射的功率最小化。接下來，在步驟204，在負(fù)載阻抗的一定范圍內(nèi)測量匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出處的 電流。在特定的一個(gè)或多個(gè)工藝期間，可選擇負(fù)載阻抗的范圍以反映在操作期 間期望通過負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)載阻抗范圍?？蛇x地，該范圍可進(jìn)一步通過所需的量 而延伸?；蛘?，可選擇負(fù)載阻抗至任意所需范圍?？稍谧杩狗秶鷥?nèi)的預(yù)選間隔 處測量電流。 一般地，可選擇測量次數(shù)以產(chǎn)生電流測量與第一、第二或第三級(jí) 多項(xiàng)式的滿意擬合(fit)。例如，在一實(shí)施方式中，可以整個(gè)范圍的百分之5 至10的增量測量電流。在步驟204期間，通過適當(dāng)?shù)嘏渲每勺冏杩固娲?fù)載或通過控制工藝腔室 的工藝參數(shù)而在第一阻抗處設(shè)置負(fù)載，以使形成在其中的等離子體具有所需的 阻抗(例如，通過改變影響等離子體阻抗的工藝參數(shù)，諸如腔室壓力、工藝氣 體選擇、RF功率、沒有被表征的附加功率源等)。然后，可經(jīng)由在圖l中示出 的探針108而在匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出處測量電流?？蛇x地或相結(jié)合地，可測得與電流成比例的其它度量而不是測量電流，諸如通過B-回線探針、Regalski線圈、 Pearson線圈、縫隙天線等測量的信號(hào)。然后，將負(fù)載設(shè)置至下一阻抗并且進(jìn) 行對(duì)于該負(fù)載阻抗的測量。重復(fù)該步驟直到已經(jīng)在所有的所需負(fù)載阻抗處測量 了所需的匹配網(wǎng)絡(luò)輸出。接下來，在步驟206，使用采集的數(shù)據(jù)計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR。在一實(shí)施方 式中，使用所測電流和負(fù)載的電阻(Rl。m)之間的關(guān)系計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR(RMW)。特別地，可通過l/l2和RL。ad之間的線性回歸關(guān)系計(jì)算RMW?？砂凑杖缦路绞酱_定該關(guān)系。匹配網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載的結(jié)合提供了電源連接(典型地為50Q)的屬性終止。一 般可以將通過匹配網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載消耗的功率分為兩個(gè)部分，如方程式(1)所示，其中PTOTAL為總功率，PMW為由匹配網(wǎng)絡(luò)所消耗的功率，以及Pl^d為由負(fù)載所 消耗的功率。PtOTAL =PmW + PLoad ( 1 )所消耗的總功率與每個(gè)元件(PMW和RLOAD)的消耗部分以及通過網(wǎng)絡(luò)(lMW 和Iload)的電流相關(guān)，表示為方程式(2)。Ptotal = Imw Rmw + Iload Rload ( 2 ) 由于匹配網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載串聯(lián)連接，通過這兩種元件的電流相同并且可簡單地 表示為I。因此，所消耗的總功率可通過方程式(3)表示。Ptotal = I2 (Rmw + Rload) (3 ) 重新整理方程式(3)，可將電阻分量放置在方程式的一側(cè)，如方程式(4) 中所示。Ptotai/I2 二 RMW + Rload ( 4 ) 通過將電流乘以未知的常數(shù)k還可考慮電流測量的任何線性不精確度，如 在方程式(5)中所示。PTOTAi7k2 I2 = Rmw + Rload ( 5 )通過所建立的該關(guān)系，繪制出的RLOAD和1/ f之間關(guān)系曲線產(chǎn)生了斜率(Slope)和截距(Intercept)之間的線性關(guān)系，如方程式(6)和(7)所示。Slope = k2/PT0TAL (6) Intercept = k2 RMW/ PTOTAL (7 ) 因此，根據(jù)方程式(6)和(7)，截距與斜率的比率為RMw。當(dāng)從方程式 (6)和(7)得到截距與斜率的比率時(shí)，由于匹配網(wǎng)絡(luò)輸出的測量被從方程式 中刪除，這些方程式表明匹配網(wǎng)絡(luò)輸出的測量精確性不是該表征中的因子。該 實(shí)施方式的唯一的一般要求是信號(hào)在匹配輸出處(參見在圖l中示出的電流探 針108)線性地響應(yīng)實(shí)際的RF電流并且零RF電流產(chǎn)生零信號(hào)。因此，可精確地 測量匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR以更加精確地估計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)的效率，即，與負(fù)載相比在RF 傳輸系統(tǒng)中所消耗功率的百分比，其中功率意味著所消耗的功率。以上所述方法的實(shí)施方式即使在電流和負(fù)載的電阻之間的關(guān)系為非線性 的實(shí)施例中也是可應(yīng)用的。例如，該關(guān)系可以為拋物線型或沿著一些其它曲線。 在該關(guān)系為非線性的實(shí)施例中，可在足以使數(shù)據(jù)以較高的確定性與曲線(例如， 第二或第三級(jí)多項(xiàng)式)擬合的負(fù)載阻抗范圍內(nèi)的所需點(diǎn)處進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)輸出測 量。 一旦確定了該曲線的方程式，該方程式的第一從變量將在曲線上的給定點(diǎn) 處產(chǎn)生斜率，從而估計(jì)以上所得到的線性關(guān)系。然后，可如上所述計(jì)算匹配網(wǎng) 絡(luò)的ESR。可選地，可對(duì)曲線的所需區(qū)域或?qū)υ紨?shù)據(jù)執(zhí)行線性回歸分析以確 定最佳擬合。圖3描述了使用本發(fā)明的一種方法得到的數(shù)據(jù)的示例性曲線。將本發(fā)明的 方法應(yīng)用到示例性的匹配網(wǎng)絡(luò)，形成Rload (軸302)與1/12 (軸304)的數(shù)據(jù)曲 線300，如圖3所示。線性連接數(shù)據(jù)點(diǎn)的方程式確定為如方程式(8)所示。y = 0.001x —0.0002 (8)該線被以高度確定性匹配(對(duì)于特定的運(yùn)行使用最少二乘回歸法0.9996的 R2值)，使用以上描述的方程式，在情形中確定的匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR (RMW)為 164mQ。另外，可基于如何測量負(fù)載阻抗而進(jìn)一步確定ESR偏移的極性。例如，如 果在匹配的條件下使用匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗并假設(shè)負(fù)載為阻抗與終止到功率傳輸 系統(tǒng)的特征阻抗(通常為50歐姆)的匹配輸入的復(fù)數(shù)共軛而測量ESR偏移，則 由于需要與阻抗做減法運(yùn)算而得到負(fù)ESR。如果在負(fù)載處進(jìn)行ESR偏移測量， 則由于需要加到網(wǎng)絡(luò)中以提供理想的匹配而該ESR將為正值。因此，可以執(zhí)行 兩種測量方法以提供測量的精確性與ESR范圍的測量。本發(fā)明的上述測量方法的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于其能夠在匹配網(wǎng)絡(luò)的任意調(diào)諧 點(diǎn)處評(píng)估ESR的能力(ESR)。圖4中的曲線圖中示例了該優(yōu)點(diǎn)的重要性，該
圖4示出了對(duì)于可變的并聯(lián)、頻率可調(diào)的匹配網(wǎng)絡(luò)，ESR相對(duì)于頻率的明顯變化。圖4的曲線圖清晰地示出了ESR隨并聯(lián)元件(通常用于在負(fù)載阻抗的實(shí)數(shù) 部分中調(diào)節(jié)(dial)以實(shí)現(xiàn)50Q負(fù)載電阻的元件)變化的變化可以通過査看在1/12與RLC)AD分析期間與所期望的線性響應(yīng)的任何偏移通過第一級(jí)進(jìn)行估計(jì)。如果觀察到任何明顯的非線性，對(duì)于特定的匹配條件的負(fù)載阻抗中心處的較小RLOAD范圍可以提供在該點(diǎn)處的RMW近似值，并允許在整個(gè)匹配調(diào)諧空間上的二維映射(map)。例如，可通過降低獲得數(shù)據(jù)的實(shí)數(shù)阻抗的范圍而估計(jì)任何 所觀察到的非線性，從而可實(shí)現(xiàn)非線性響應(yīng)的分段線性估計(jì)。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，本發(fā)明的特征方法可用于在電路安裝到處理 系統(tǒng)之前測試匹配網(wǎng)絡(luò)。更特別地，本發(fā)明的特征方法可用于判斷所制造的匹 配網(wǎng)絡(luò)電路是否位于對(duì)于特定的等離子體處理操作所指定的一組預(yù)定的容限 內(nèi)?？蛇x地或結(jié)合地，匹配網(wǎng)絡(luò)可與具有相同或類似(即，在預(yù)定的容限內(nèi)) 有效電阻的單元進(jìn)行比較和分組，從而方便了單元(對(duì)于具有多個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)的 腔室，對(duì)于給定顧客的多個(gè)處理腔室等)的匹配，對(duì)于或多或少的有效單元設(shè) 置不同的價(jià)格賣點(diǎn)等等。在另一實(shí)施方式中，可測試耦合到半導(dǎo)體處理腔室的匹配網(wǎng)絡(luò)以方便匹配 網(wǎng)絡(luò)的故障排除。例如，可改變工藝腔室內(nèi)的工藝參數(shù)以變化腔室內(nèi)等離子體 負(fù)載的阻抗，諸如通過改變RF功率、頻率、腔室壓力等。測得的匹配網(wǎng)絡(luò)輸 出處的電流與工藝參數(shù)變化成函數(shù)關(guān)系。還可以作為工藝參數(shù)變化的函數(shù)而記 錄匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)元件位置(例如，可變的電容器位置、可變的感應(yīng)器位置、 電源信號(hào)的頻率等等)。然而，匹配網(wǎng)絡(luò)從工藝腔室斷開，并且在與連接到工 藝腔室相同的調(diào)諧條件下的匹配網(wǎng)絡(luò)下，即在匹配網(wǎng)絡(luò)輸入截止到50Q的情況 下，測得匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗的復(fù)數(shù)共軛。接下來，可如上所述分析在相同的匹配條 件下獲得的電流和阻抗測量以得到匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR。可選地，可直接測量負(fù)載 的阻抗。 一旦得到匹配網(wǎng)絡(luò)的ESR，可將該測量與先前的測量(諸如在制造或 一些其它的先前時(shí)間期間所做的基線ESR讀取)進(jìn)行比較，或者與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn) (諸如質(zhì)量規(guī)范)進(jìn)行比較。因此，在此提供了在阻抗范圍內(nèi)對(duì)于匹配網(wǎng)絡(luò)的插入損耗進(jìn)行表征的方 法，其與傳統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)相比提供了大量未知的優(yōu)點(diǎn)。例如，在本發(fā) 明的方法中，RF測量的精確性不影響ESR近似值的精確性。在本分析中消除了
在所測得的實(shí)際RF電流和實(shí)際RF電流之間的任何線性不精確性，這對(duì)于傳統(tǒng) 的匹配網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)是不可能的。另外，在本發(fā)明的方法中，在匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧 空間內(nèi)的所有點(diǎn)上確定匹配損耗，而不是如傳統(tǒng)的表征技術(shù)那樣僅在單一設(shè)定 點(diǎn)上進(jìn)行。在整個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧空間上表征的能力是很重要的，由于匹配插入 損耗通常主要依靠于串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)諧體條件，并且因此，在整個(gè)調(diào)諧空間內(nèi)表 征的能力排除了與傳統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)表征相關(guān)的挑戰(zhàn)。另外， 一般在50Q截止阻 抗處進(jìn)行工藝測量，其與在傳統(tǒng)的損耗估計(jì)方法中使用的錯(cuò)匹配條件相比，提 高了功率測量精確性的較高水平。雖然發(fā)明人已經(jīng)在此描述了多個(gè)實(shí)施方式，但是本發(fā)明不意欲限于任何特 定的實(shí)施方式。而且，發(fā)明人預(yù)期，在不脫離本發(fā)明的實(shí)際范圍下，對(duì)上述實(shí) 施方式的任何全部或部分的結(jié)合都可以實(shí)施為本發(fā)明。因此，雖然前述是針對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍下，還承認(rèn)本發(fā)明的額外 和其它實(shí)施方式，其中本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1、一種表征匹配網(wǎng)絡(luò)的方法，該方法包括將所述匹配網(wǎng)絡(luò)連接到負(fù)載；在負(fù)載阻抗的范圍內(nèi)測量所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出；以及基于所測量的輸出和所述負(fù)載電阻之間的關(guān)系，計(jì)算所述匹配網(wǎng)絡(luò)的所述等效串聯(lián)電阻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載為可變阻抗替代 負(fù)載。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述替代負(fù)載包括能夠產(chǎn) 生期望阻抗范圍的可調(diào)電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 基于所計(jì)算的有效電阻而評(píng)估所述匹配網(wǎng)絡(luò)的情況。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載為在工藝腔室中 形成的等離子體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 通過選擇性控制所述工藝腔室的參數(shù)而改變所述等離子體的所述阻抗。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述選擇性控制的參數(shù)包 括溫度、功率、頻率、電阻或壓力的至少其中之一。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 通過將所計(jì)算的所述匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻與先前確定的可接受的等效串聯(lián)電阻值的范圍進(jìn)行比較而確定所述匹配網(wǎng)絡(luò)是否需要維修或替換。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述等效 串聯(lián)電阻的步驟進(jìn)一步包括產(chǎn)生所述匹配網(wǎng)絡(luò)的所測量輸出對(duì)所述負(fù)載電阻的線性回歸曲線。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述等效串聯(lián)電阻的步驟進(jìn)一步包括確定描述所述匹配網(wǎng)絡(luò)的所測量輸出與所述負(fù)載電阻的函數(shù)關(guān)系的多項(xiàng)式。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述匹配網(wǎng)絡(luò)的 所測量輸出為電流。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述匹配網(wǎng)絡(luò)的 所測量輸出為與電流成比例的度量。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載阻抗的 范圍橫跨所述匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)空間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的方法，其特征在于，所述評(píng)估步驟進(jìn) 一步包括將所計(jì)算的等效串聯(lián)電阻與預(yù)定的可接受的電阻級(jí)別相比較。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 響應(yīng)于所述比較步驟而接受所述匹配網(wǎng)絡(luò)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述比較步驟而拒絕所述匹配網(wǎng)絡(luò)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述比較步驟而將所述匹配網(wǎng)絡(luò)與其它匹配網(wǎng)絡(luò)分組。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用可變阻抗分析計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻的方法及使用該方法分析的匹配網(wǎng)絡(luò)。在一實(shí)施方式中，一種計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻的方法包括將匹配網(wǎng)絡(luò)連接到負(fù)載；測量在負(fù)載阻抗的范圍內(nèi)的匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出；以及基于所測量的輸出和負(fù)載電阻之間的關(guān)系而計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電阻。所述負(fù)載可以為替代負(fù)載或可以為在工藝腔室中形成的等離子體。
文檔編號(hào)H03H7/38GK101154933SQ20071014578
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者丹尼爾·J·霍夫曼, 史蒂文·C·香農(nóng), 史蒂文·萊恩, 杰維科·迪恩維, 沃爾特·R·梅里 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司