CN101720499B - 用于局部化功率传送的分布式功率装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种分布式功率装置以在基片处理过程中在等离子处理系统中提供局部功率传送。该分布式功率装置包括一组直流(DC)功率供应单元。该分布式功率装置还包括多个功率发生器，其配置为接受来自该组DC功率供应单元的功率。该多个功率发生器的每个功率发生器耦接至一组电气元件，由此使得该多个功率发生器的每个功率发生器可控制局部功率传送。

Description

用于局部化功率传送的分布式功率装置
背景技术
[段1]半导体产业是高度竞争的市场。因而，IC制造商使浪费最小以及使基片实际晶面使用最大的能力可赋予IC制造商竞争优势。基片处理通常是复杂的过程，其涉及许多参数。制造优良器件的能力依赖于IC制造商对不同处理参数的精细控制能力。导致缺陷器件的一般原因是在基片处理期间缺乏一致性。一个影响一致性的因素是对该处理环境的功率分配。 
[段2]为了便于讨论，图1A示出简化的功率装置100的简化框图，其中单个功率源连接到单个电极，如提供RF功率至静电卡盘的RF(射频)功率。传统上，功率源距等离子处理系统一定距离。为了将来自RF(射频)发生器104的功率发送至匹配网络118，可经由传输线路116发送功率。通常，传输线路116是50-欧姆传输线路。 
[段3]参照图1，来自AC线路102的输入AC功率可发送到RF发生器104。在RF发生器104内，AC-DC转换器106可将输入AC功率转换为直流(DC)功率。一旦转换了该AC功率，该DC功率可由功率放大器110变换。为了调制所转换的DC功率，功率放大器(PA)110可采用滤波(114)以去除寄生噪声成分，如高频谐波。在RF发生器104内部还可以是控制器108，其可用来控制可利用RF发生器104进行的不同工艺并且与外部控制接口。 
[段4]测量探针112可配置在传输线路的输入或输出端，其可以是50-欧姆(IC制造中通常采用的)或75-欧姆传输链路(通信中通常采用的)，以识别输出的功率、电压和/或可输出的电流的量。 
[段5]匹配网络118可用来将该RF发生器的输出阻抗与处理室120内的处理环境的阻抗匹配。匹配网络118可配置有测量探针以监测功率、电压和/或电流，以便执行该匹配。通常为电容和电感环境两者监测功率。然而，通常在电容环境中监测电压而在电感环境中监测电流。 
[段6]由匹配网络118，将RF功率传送至处理室120。在图1的示例中，处理室120是不对称室，即，接地电极具有相比供电电极不同的有效面积。然而，如果需要，室120可以是对称室。功率可经由上部电极分配进处理室120，如电容电极122。处理室120和电容电极122可形成平行板布局。或者，功率可经由单个电感天线124分配进该处理室，如图1B所示。 
[段7]或者，图1C示出简化电容耦合功率装置的简化框图，其中单个功率源是平衡的(例如，推拉构造)。图1D示出类似的平衡布置，除了该功率装置是电感装置。在平衡的环境中，等同面积的一组电极130(图1C)或一组天线132(图1D)同时施加负的和正的电势。因此，接地的净电流为零。这个布置可降低与接地回路有关的问题，并且降低处理室120中可能发生的溅射。 
[段8]图1A、B、1C和1D中描述的功率装置中，用户几乎不能或者根本不能控制功率如何分配进该处理室，除非以全局的方式。换句话说，用户不能将不同量的功率引导进该处理室的不同区域以控制等离子的一致性。结果，图1A、1B、1C和1D中描述的功率装置的构造没有为用户提供对基片处理一致性的充分的控制能力。并且，随着室规模扩大(scale)，该功率装置(如前面提到的附图中 描述的)会变得低效和/或昂贵，因为该装置往往需要较大的匹配网络以优化功率传送。 
[段9]为了提供更多的控制，采用多个如前所述的功率装置。然而，这样一种装置的实现变得非常昂贵且复杂。 
[段10]图2A示出说明具有单个功率源的多电极装置的简化图。类似于图1A，功率装置200可包括连接到RF发生器204的AC线路202，该发生器包括AC-DC转换器206、控制器208、功率放大器210和测量探针212。功率可转化、调制并经由传输线路216发送到匹配网络218。 
[段11]在多电极布局中，为了生成多个输出，匹配网络218往往是复杂的匹配网络。为了管理该匹配网络，还可以采用控制器208，如控制器208和匹配网络218之间匹配控制路径230所示的。在这个示例中，可产生两个输出(V1和V2)。匹配网络218和处理室220之间可建立非平衡的电路266，其可接地。该电路可以是非平衡的，因为至电容板224的电压输出(V1)可小于(例如，幅度更小)至电容板222的电压输出(V2)。为了匹配这两个电压输出，可操作匹配网络218将电压输出改变为至电容板224或电容板222。 
[段12]或者，RF功率可流过一对非平衡的电感天线(272和274)，如图2B所示。类似于图1C，功率装置200还可实现为平衡的推拉布局，其中一对电容板(图2C的282和284)或一对电感天线(图2D的292和294)可用来创建电路。 
[段13]单个发生器到多电极的功率分配装置通常涉及电流导引(即，选择在每个电极是不是应当有或多或少的电流发生)。在一个示例中，在平衡的电感装置(如图2D)中，电流导引可发生在这 一对天线之间以便能够操纵流过该基片的电流。然而，导引该电流以便创建一致的处理环境需要实现复杂、庞大的匹配网络。 
[段14]在一个示例中，在平衡的电感环境(如图2D所示)中，会需要复杂而庞大的匹配网络以容纳多个电气部件，如至该组天线的传输线路带条(f1、f2、f3和f4)。为了保持对称性以及确保接地回路，该电气部件可通过外壳屏蔽。 
[段15]前面提到的如图2A-2D所示的功率装置随着执行电流导引所需的电器部件的数量增加会变得非常复杂、非常棘手以及非常昂贵，难以建立并保持。为了确定实际输出到每组电极/天线的功率，附加部件(如测量探针)可能必须包括在该匹配网络中，由此导致该匹配网络变得更加复杂/庞大并更昂贵。据此，往往将元件的数量限制为非常少，如仅一个或两个，因此高度精细控制是不可能的。 
发明内容
[段16]在一个实施方式中，本发明涉及分布式功率装置以在基片处理过程中在等离子处理系统中提供局部功率传送。该分布式功率装置包括一组直流(DC)功率供应单元。该分布式功率装置还包括多个功率发生器，其配置为接受来自该组DC功率供应单元的功率。该多个功率发生器的每个功率发生器耦接至一组电气元件，由此使得该多个功率发生器的每个功率发生器可控制局部功率传送。 
[段17]上述概要只涉及这里所公开的本发明许多实施方式的一个并且不是为了限制本发明的范围，这里在权利要求中阐述该范围。本发明的这些和其他特征在下面对本发明的详细说明中结合附图更详细的描述。 
附图说明
[段18]在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中类似的参考标号指出相似的元件，其中： 
[段19]图1A示出简化的功率装置的简化框图，其中单个功率源连接到单端电极。 
[段20]图1B示出简化的功率装置的简化框图，其中单个功率源连接到单端天线。 
[段21]图1C示出简化的功率装置的简化框图，其中单个功率源连接到一对平衡电极。 
[段22]图1D示出简化的功率装置的简化框图，其中单个功率源连接到一对平衡的天线。 
[段23]图2A示出说明具有单个功率源的多电极布置的简图。 
[段24]图2B示出说明具有单个功率源的多天线布置的简图。 
[段25]图2C示出说明具有单个功率源的平衡多电极布置的简图。 
[段26]图2D示出说明具有单个功率源的平衡多天线布置的简图。 
[段27]图3A和3B示出，在本发明的实施方式中，分布式RF装置，其中分布该功率放大器(例如，RF传送)。 
[段28]图4示出，在本发明一个实施方式中，分布式集成RF装置网络。 
具体实施方式
[段29]现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。 
[段30]这里描述了各种实施方式，包括方法和技术。应当记住，本发明还覆盖包括计算机可读介质的制造品，在该介质上存储有用于实施该创新性技术的实施方式的计算机可读指令。该计算机可读介质可包括，例如，半导体、光磁、光学或其他形式的用于存储计算机可读代码的计算机可读介质。进而，本发明还覆盖执行本发明的设备或系统。这种设备包括专用和/或可编程电路以执行与本发明实施方式有关的操作。这种设备的示例包括适当编程的通用目的计算机和/或专用计算装置，并且包括计算机/计算装置和适于与本发明实施方式有关的各种操作的专用/可编程电路的组合。 
[段31]本发明一个方面中，发明人认识到为了实现更一致的处理需要对功率传送的局部控制。发明人认识到可能影响所生成以处理基片的等离子的一致性的关键因素可能是传送进该处理室具体区域中的功率的量。现有技术中，假设是单个功率源，控制至该处理室具体区域的功率传送很困难。即使局部功率传送可以进行，控制该局部功率传送的机制对于工程师往往是困难且昂贵的，尤其当必须将功率从单个RF发生器传递到较大的电容/电感元件阵列时。按照本发明的实施方式，提供分布式功率装置以执行局部功率传送及其控制。本发明的实施方式包括多个局部功率(例如，RF)发生器，其局部安装在每组电极/天线处或与之非常接近以能够进行局部功率传送。如果需要，该局部RF发生器可远程操作，并且功率可经由传输线路传输通过该室。 
[段32]本文使用RF作为示例讨论了各种不同的实现。然而，本发明不限于RF并可包括任何类型的功率(例如，微波功率)。相反，这些讨论作为示例，并且本发明不是由所列举的示例所限制。 
[段33]现有技术中，采用单个功率发生器将功率分配至处理系统的电容/电感元件。与现有技术不同，在一个实施方式中，多个功率发生器(大于两个，如三个、四个等)可用来将功率分配到一组电容/电感元件。如这里所采用的术语，该多个功率发生器指的是该功率发生器的数量大于两个(如三个、四个等)。在又一实施方式中，该多个功率发生器可分布为靠近该处理室，以便当该功率从该功率发生器传输到每个电容/电感元件最小化功率损失以及每个匹配补偿(consideration)。换句话说，不是使该功率发生器在传输线路和匹配网络上传输(如之前在现有技术中描述的)，该多个功率发生器可直接耦接(经由可选的匹配网络，其优选地是简单固定的匹配网络)至该组电容/电感元件，其设在该处理室内部。 
[段34]在一个实施方式中，每个局部功率(例如，RF)发生器的功率可由直流(DC)功率供应单元提供。在一个实施方式中，该DC功率供应单元可沿共同的轨道将该功率分配至每个局部功率(例如，RF)发生器。在另一实施方式中，该DC功率供应单元还可利用在局部功率放大器处执行的功率控制局部分配到每个功率放大器。在一个示例中，每个局部RF发生器可与单独的功率供应单元配对。通过分布该DC功率供应单元，提供一种控制方法以操纵分配至每个局部RF发生器的功率量。 
[段35]在一个实施方式中、功率放大器(PA)模块(如RF功率放大器模块)可应用于每个局部功率(例如，RF)发生器内以接收和转换该输入DC功率。由于局部分配该功率，所以分配到每个局部功率(例如，RF)发生器的功率比现有RF发生器显著降低。 
[段36]为了将该处理室的输入阻抗与该局部功率(例如，RF)发生器的输出阻抗匹配，可采用一个或多个匹配部件。在一个实施方式中，该匹配部件可以是固定的匹配部件，其能够实现不同的匹配技术，包括但不限于，可变频率、电子交换和反射吸收(reflectionabsorption)。由于只需要该匹配部件支持总功率的一部分，并且为了使复杂度和成本最低，简单的匹配部件(每个具有几个简单的固定元件)是优选的。该匹配部件相当紧凑，具有最低的工程设计要求。 
[段37]由于功率负载分布到许多局部功率发生器，所以该局部功率发生器的工程设计的复杂度和制造成本可大大降低。进而，每个局部功率发生器可建立为模块化单元，从而每个局部功率发生器具有相同的构造。换句话说，如果必须替换一个局部功率发生器，技术人员可快速去除旧的局部功率发生器并用新的模块化单元来替换它。 
[段38]在本发明的一个实施方式中，局部控制器(其位于每个局部功率发生器内)可与主控制器交互。这个交互使得该主控制器能够监测该局部功率发生器并在需要时发送指令至该局部控制器。在一个示例中，将关于每个局部功率发生器的状态数据传输至该主控制器，其可监测异常的输入数据。进而，如果需要，该主控制器可用来同步该分布式局部功率发生器，并且帮助执行至该室的所需的功率分布模式。 
[段39]参照附图和下面的讨论，将更好地理解本发明的特征和优点。 
[段40]图3A示出，在本发明的一个实施方式中的分布式功率装置，其中分布功率放大器。在分布式功率装置300中，AC线路302连接到主模块304。主模块304可包括主控制器306和DC功率供应单 元308。主控制器306可与该等离子处理系统交互以便取得关于工艺进程、制法等的信息。 
[段41]DC功率供应单元308可包括AC-DC转换器以将输入AC功率转换为DC功率。注意该输入功率不限于AC功率并可包括其他类型的功率，包括DC功率(这种情况下不需要AC转换)。功率沿轨道310从DC功率供应单元308分配到多个不同的局部RF发生器(312、314和316)。 
[段42]在一个实施方式中，可局部分布该DC功率供应单元。换句话说，不是采用位于主模块的单个功率供应单元，而是多个DC功率供应单元可靠近需要该功率的电感和/或电容元件局部分布。由于更小并且复杂度低，因此这样的分布是可能的。在一个实施方式中，DC功率供应单元可位于每个局部RF发生器内。在另一实施方式中、DC功率供应单元可位于每个局部RF发生器附近。通过分布该DC功率供应单元，可实现对该局部RF功率传送的更好控制，因为每个局部RF功率传送现在可以独立控制。换句话说，通过分布该DC功率供应单元，分配到每个功率放大器的DC电压的量更少，使得该功率的控制和管理更简单。在该局部RF功率供应，可备选地或者另外地进行DC调节。 
[段43]如前所提到的，可采用多个局部RF发生器以将该功率非配到多组电极。在一个实施方式中，每个局部RF发生器可在电容环境下将功率提供到一组电极(例如，电极组342，电极组344，以及电极组346)。或者，在电感环境中，每个局部RF发生器可提供功率至一组天线(例如，352、354和/或356)，如图3B所示。 
[段44]因为分散RF传输，每个局部RF发生器可具有比现有技术的RF发生器小得多尺寸和/或低得多的复杂度和/或更便宜。可以实现的局部RF发生器的数量可取决于用户的需求。更大数量的RF发生器从成本立场、经济标准来看也是有好处的，并且每个的成本低使得它们容易替换，由此提高整个系统的可靠性。 
[段45]每个局部RF发生器可包括RF功率放大器(PA)模块(例如，RF PA模块324、RF PA模块326和RF PA模块328)。不同于现有技术，局部分配的功率的量显著小于现有技术，因为该功率是由许多局部RF发生器分配的。在一个示例中、通常的现有RF发生器生成3千瓦功率，而一个局部RF发生器只需要生成大约200-300瓦特功率。由于每个局部RF发生器的功率的量显著降低，可以简化该局部RF发生器的工程设计。在一个示例中，可基本上取消屏蔽该功率的外壳或制作为更简单/更紧凑/更便宜，因为所传送的该功率大大小于由现有技术的RF发生器所传送的功率。 
[段46]如所提到的，在一个实施方式中，每个局部RF发生器可包括匹配部件(例如，匹配318、匹配320、匹配322等)，以便至少局部将处理室360的输入阻抗与该局部RF发生器的输出阻抗匹配。现有技术中，该匹配网络是庞大而复杂的，以便容纳提供功率至多个不同电极的各种不同电容/电感元件的复杂的几何结构。 
[段47]在一个实施方式中，该匹配部件可以是固定匹配。该固定匹配使得用户在该等离子系统中具有多个可变部件时能够预先设定不同的范围。在一个实施方式中，该匹配部件可以是固定的匹配部件，其可与不同的匹配技术一起使用，包括但不限于，可变频率、电子交换、功率吸收、反射吸收等。可以采用这些不同的匹配技术都是已知的，并且不再进一步讨论。 
[段48]一个或多个局部RF发生器可包括探针(例如，探针330、探针332和探针334)。在一个实施方式中，该探针可用来测量电压、电流、相位等以得出传输到该组电极的功率的量。这些测量和/或得出的值(功率、阻抗等)可用作控制参数以使得控制方案能够根据需要控制分配进该室的功率。来自该探针的数据可被该匹配部件用来管理该处理室和该RF发生器组件之间的阻抗差。当反射导致功率损失时，探针的实现在执行校准时尤其有用。 
[段49]每个局部RF发生器还可包括局部控制器(例如，局部控制器336、局部控制器338和局部控制器340)。每个局部控制器可通过例如路径348与主控制器306交互。在一个示例中，主控制器306可发送指令至每个局部控制器。指令可包括，但不限于，启动局部RF发生器的条件、关闭该局部RF发生器的条件，脉冲所产生的功率、电压或电流的水平等。在一个实施方式中，主控制器306可发送出同步信号至该局部控制器，以便在局部RF发生器之间创建一致的处理环境。 
[段50]如可从前述描述中认识到的，该分布式RF装置提供用于执行局部RF传送的方法和系统。在一个实施方式中，因为每个局部RF发生器可局部安装，所以可基本上不需要传输线路。 
[段51]利用局部RF发生器，可精密控制分配到每组电极或天线的功率、电压或电流的量，由此提供对基片处理更加局部的控制。考虑这种情况，例如，其中正在处理基片。通常，在利用现有RF发生器处理期间，纵贯该基片该等离子会不一致。所以，处理结果会不一致。利用局部RF发生器，分配到每组电极或天线的功率的量可单独控制。因此，如果需要，更多的功率可分配到电极组342(其传输功率至基片的边缘)而更少的分配到别的组，以便创建更一致的等离子。 
[段52]因此，利用局部控制，功率的量可局部调节以处理输入非一致的基片(尤其是那些之前通过如光刻技术鉴别的)。在一个示例中，通过采用局部补偿，该蚀刻工艺可变化以解决该基片的非一致形貌，由此导致更一致的输出基片。 
[段53]在一个实施方式中，主控制器306配置为通过该局部控制器对该分布式RF发生器进行诊断。考虑这种情况，例如，其中局部控制器发送关于该局部RF发生器的状态数据至主控制器306。在一 个实施方式中，预先设定标准以识别潜在的问题。在一个示例中，主控制器306配置为监测每个局部RF发生器内的匹配状况。如果匹配条件落在可以接受的范围之外，主控制器306会发送警告给操作者。因为该局部RF发生器可建立为模块化单元，所以替换无法工作的RF发生器需要最少的时间和资源。可提供自诊断以精确确定多个局部RF供应源的哪一个需要在问题发生之前维护/替换。 
[段54]前述实施方式描述基于具有不连续电容/电感元件的分布式RF装置的局部RF传输。然而，局部RF传输还可实现为网络布局。图4示出，在本发明的一个实施方式中、分布式集成功率(例如，RF)装置网络400。分布式集成功率装置网络400可包括带条网络，其可在每个节点供电。 
[段55]该分布式集成功率(例如，RF)装置网络的构造可包括，但不限于，六角密集、同心环、直线布局等。考虑这种情况，例如，其中分布式集成RF装置网络400配置为分段的同心环。局部RF发生器位于每个节点上(402、404、406和408)。分布式集成RF装置网络400可提供对网络内分布式节点阵列的局部功率控制。 
[段56]尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和各种替代等同物。尽管这里提供多个不同示例，但是意图是这些示例是说明性的并不是对本发明的限制。 
[段57]并且，这里为了方便提供标题和概要，不应当用来解释这里的权利要求的范围。进而，摘要是以高度概括的形式撰写的并且在这里为了方便而提供，因此不应当用来解释或者限制在权利要求中表述的总的发明。如果这里使用了术语“组”，这种术语意图是具有数学意义上的一般理解，涵盖零个、一个或多于一个元素。还应当注意，有许多实现本发明方法和设备的方式。所以，其意图 是下面所附的权利要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改变、置换和各种替代等同物。 

Claims (20)

1.一种在基片处理过程中在等离子处理系统中提供局部功率传送的分布式功率装置，包括：
一组直流(DC)功率供应单元；和
多个功率发生器，所述多个功率发生器配置为接受来自该组DC功率供应单元的功率，其中所述多个功率发生器的每个功率发生器耦接至一组电气元件，由此使得所述多个功率发生器的所述每个功率发生器能够控制所述局部功率传送。
2.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中该组DC功率供应单元是单个DC功率供应单元，其中DC功率经由轨道装置分配至所述多个功率发生器。
3.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中该组DC功率供应单元包括多于一个DC功率供应单元，该组DC功率供应单元的每个DC功率供应单元耦接到所述多个功率发生器的一个功率发生器。
4.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中该组DC功率供应单元的DC功率供应单元位于所述多个功率发生器的所述每个功率发生器内。
5.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器是多个射频(RF)发生器。
6.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器是多个微波发生器。
7.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中功率放大器位于所述多个功率发生器的所述每个功率发生器内。
8.根据权利要求7所述的分布式功率装置，其中匹配部件位于所述多个功率发生器的所述每个功率发生器内，所述匹配部件配置为将所述每个功率发生器内的阻抗与所述等离子处理系统的处理室的阻抗匹配。
9.根据权利要求8所述的分布式功率装置，其中所述匹配部件配置为执行不同的匹配技术，包括可变频率和电子交换。
10.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中探针耦接至所述多个功率发生器的所述每个功率发生器。
11.根据权利要求10所述的分布式功率装置，其中所述探针配置为至少测量至该组电气元件的所述局部功率传送。
12.根据权利要求11所述的分布式功率装置，其中该组电气元件是一组电极。
13.根据权利要求11所述的分布式功率装置，其中该组电气元件是一组天线。
14.根据权利要求1所述的分布式功率装置，进一步包括主控制器，所述主控制器配置为与所述等离子处理系统交互。
15.根据权利要求14所述的分布式功率装置，其中局部控制器位于所述多个功率发生器的所述每个功率发生器内，所述局部控制器配置为与所述主控制器交互，其中交互包括从所述主控制器接受指令。
16.根据权利要求15所述的分布式功率装置，其中所述主控制器配置为通过接受来自所述局部控制器的与所述每个功率发生器有关的状态数据来监测所述每个功率发生器的状态。
17.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器的所述每个功率发生器是模块化单元，所述每个功率发生器包括功率放大器模块、匹配部件、探针和局部控制器的至少一个。
18.根据权利要求1所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器配置为能够对网络内的分布式节点阵列进行局部功率控制。
19.根据权利要求18所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器配置为分段的同心环，其中功率发生器设在所述分布式节点阵列的每个节点处。
20.根据权利要求18所述的分布式功率装置，其中所述多个功率发生器配置为直线布局，其中功率发生器设在所述分布式节点阵列的每个节点处。
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