包含变压器和/或变压器耦合组合器的射频分配电路的制作方法

包含变压器和/或变压器耦合组合器的射频分配电路
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2019年10月1日申请的美国临时申请no.62/908,846的权益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
2.本公开涉及半导体和固态装置的制造及处理设备，尤其涉及衬底处理系统的射频(rf)分配电路。


背景技术：

3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
4.衬底处理系统可用于处理衬底，例如半导体晶片。衬底处理的示例包含蚀刻、沉积等。在处理期间，将衬底放置在如静电卡盘(esc)之类的衬底支撑件上并可将一或多种处理气体导入处理室中。
5.一或多种处理气体可通过气体输送系统输送至处理室。在一些系统中，气体输送系统包含连接至处理室中的喷头的歧管。例如，在蚀刻处理期间，可以将衬底放置在衬底处理系统中的esc上并蚀刻衬底上的薄膜。又例如，利用原子层沉积(ald)将薄膜沉积在衬底上。在衬底处理期间，可以将一或多个rf信号供给至喷头的电极以调整等离子体离子化密度以及离子化能量。


技术实现要素：

6.提供了一种变压器，其包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈包含：第一同轴缆线的第一屏蔽件；第二同轴缆线的第二屏蔽件；以及导电互连件，其将所述第一屏蔽件连接至所述第二屏蔽件。所述次级线圈包含：所述第一同轴缆线的第一芯；所述第二同轴缆线的第二芯；以及成对的导线，其将所述第一芯连接至所述第二芯。
7.在其他特征中，所述第一同轴缆线平行于所述第二同轴缆线延伸。在其他特征中，所述第一芯、所述第二芯以及所述成对的导线的长度的总和是以下至少一者：基于或等于所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度的倍数。在其他特征中，所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度是以下至少一者：基于或等于由所述变压器所传输的射频信号的波长的分数倍数。
8.在其他特征中，提供了一种射频分配电路，其包含射频产生器和所述变压器。所述射频产生器用于产生第一射频信号，所述第一射频信号包含在一定射频下的频率分量。所述变压器用于将所述第一射频信号转换为第二射频信号，所述第二射频信号包含在所述第一射频下的频率分量。
9.在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，其包含：所述射频分配电路；处理室；喷
头以及衬底支撑件。所述喷头包含电极且被安置(implemented)在所述处理室中。所述衬底支撑件被安置在所述处理室中邻近所述喷头。所述变压器用于将所述第二射频信号供给至所述电极。
10.在其他特征中，提供了一种射频分配电路，其包含第一滤波器、第二滤波器、第一匹配网络、第二匹配网络以及变压器耦合组合器。所述第一滤波器用于从至少一个射频产生器接收第一射频信号和第二射频信号并且滤除所述第一射频信号，所述第一射频信号处于第一频率下且所述第二射频信号处于第二频率下，且所述第二频率小于所述第一频率。第二滤波器用于从所述至少一个射频产生器接收所述第一射频信号和所述第二射频信号并滤除所述第一射频信号。所述第一匹配网络用于使所述至少一个射频产生器的输出与所述第一滤波器的输入匹配。所述第二匹配网络用于使所述至少一个射频产生器的输出与所述第二滤波器的输入匹配。所述变压器耦合组合器用于：将所述第一射频信号转换为第三射频信号；将所述第二射频信号转换为第四射频信号；以及组合所述第一射频信号与所述第二射频信号、或组合所述第三射频信号与所述第四射频信号。所述第三射频信号包含处于所述第一射频下的频率分量。所述第四射频信号包含处于所述第二射频下的频率分量。
11.在其他特征中，所述变压器耦合组合器包含：第一变压器，其用于接收所述第一滤波器的输出；以及第二变压器，其用于接收所述第二滤波器的输出。
12.在其他特征中，所述第一变压器包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈连接至所述第一滤波器。所述第二变压器包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈连接至所述第二滤波器以及所述第一变压器的所述初级线圈。所述次级线圈连接至所述第一变压器的所述次级线圈。
13.在其他特征中，所述第一变压器的所述初级线圈和所述次级线圈连接至地参考电位。所述第二变压器的所述初级线圈和所述次级线圈连接至所述地参考电位。
14.在其他特征中，所述第一变压器包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈包含：第一同轴缆线的第一屏蔽件；第二同轴缆线的第二屏蔽件；以及导电互连件，其将所述第一屏蔽件连接至所述第二屏蔽件。所述次级线圈包含：所述第一同轴缆线的第一芯；所述第二同轴缆线的第二芯；以及成对的导线，其将所述第一芯连接至所述第二芯。
15.在其他特征中，所述第一同轴缆线平行于所述第二同轴缆线延伸。在其他特征中，所述第一芯、所述第二芯以及所述成对的导线的长度的总和是以下至少一者：基于或等于所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度的倍数。在其他特征中，所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度是以下至少一者：基于或等于所述第一射频信号的波长的分数倍数。
16.在其他特征中，所述变压器耦合组合器包含第一变压器。所述第一变压器包含：第一初级线圈，其连接至所述第一滤波器；第二初级线圈，其连接至所述第二滤波器；第一次级线圈，其被连接以接收所述第三射频信号；以及第二次级线圈，其被连接以接收所述第四射频信号。
17.在其他特征中，所述第一变压器包含第三次级线圈。所述第三次级线圈用于接收第五射频信号。所述第五射频信号包含处于所述第一频率下的频率分量和处于所述第二频率下的频率分量。
18.在其他特征中，所述变压器耦合组合器包含第一初级线圈、第二初级线圈、第一次
级线圈、第二次级线圈。所述第一初级线圈连接至所述第一滤波器。第二初级线圈连接至所述第二滤波器。第一次级线圈输出所述第三射频信号。所述第三射频信号包含分别处于所述第一射频和所述第二射频下的频率分量。第二次级线圈输出所述第四射频信号。所述第四射频信号包含分别处于所述第一射频和所述第二射频下的频率分量。
19.在其他特征中，所述变压器耦合组合器包含第三次级线圈和第四次级线圈。所述第三次级线圈输出第五射频信号。所述第五射频信号包含分别处于所述第一射频和所述第二射频下的频率分量。所述第四次级线圈输出第六射频信号。所述第六射频信号包含分别处于所述第一射频和所述第二射频下的频率分量。
20.在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，其包含：所述射频分配电路；处理室；喷头和衬底支撑件。所述喷头包含电极且被安置在所述处理室中。所述衬底支撑件被安置在所述处理室中邻近所述喷头。
21.还提供了一种将rf功率供给至衬底处理系统中的电极的rf分配电路，其包含第一rf产生器、第一滤波器、第一匹配网络以及第一变压器。所述第一rf产生器产生第一rf信号，所述第一rf信号包含处于第一rf下的频率分量。所述第一滤波器滤除在所述衬底处理系统中产生的非所述第一rf信号的一或多个rf信号。所述第一匹配网络使所述第一rf产生器的输出与所述第一滤波器的输入匹配。所述第一变压器：将所述第一rf信号转换为第二rf信号，其中所述第二rf信号包含在所述第一rf下的频率分量；将所述第二rf信号供给至所述电极以调整所述衬底处理系统的处理室内的等离子体离子化密度和离子化能量。
22.在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，其包含所述rf分配电路、所述处理室、喷头以及衬底支撑件。所述喷头包含所述电极且被安置在所述处理室中。所述衬底支撑件被安置在所述处理室中邻近所述喷头。
23.在其他特征中，所述变压器包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈包含：第一同轴缆线的第一屏蔽件；第二同轴缆线的第二屏蔽件；以及导电互连件，其将所述第一屏蔽件连接至所述第二屏蔽件。所述次级线圈包含：所述第一同轴缆线的第一芯；所述第二同轴缆线的第二芯；以及成对的导线，其将所述第一芯连接至所述第二芯。在其他特征中，所述第一同轴缆线平行于所述第二同轴缆线而延伸。
24.在其他特征中，所述第一芯、所述第二芯以及所述对导线的长度的总和等于所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度的四倍。在其他特征中，所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度等于所述第一rf信号的波长的四分之一。
25.在其他特征中，所述rf分配电路还包含：第二rf产生器，其用于产生第三rf信号，所述第三rf信号包含在第二rf下的频率分量，其中所述第二rf小于所述第一rf；第二滤波器，其用于滤除所述第一rf信号，其中所述第一滤波器滤除所述第三rf信号；以及第二匹配网络，其用于使所述第二rf产生器的输出与所述第二滤波器的输入匹配。
26.在其他特征中，所述rf分配电路还包含第二变压器以：接收所述第二滤波器的输出；将所述第三rf信号转换为第四rf信号；以及将所述第四rf信号供给至所述电极。
27.在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，其包含：所述rf分配电路；所述处理室；喷头，其包含所述电极且被安置在所述处理室中；以及衬底支撑件，其被安置在所述处理室中邻近所述喷头。
28.在其他特征中，所述第一变压器包含连接至所述第一滤波器的初级线圈以及连接
至所述电极的次级线圈。所述第二变压器包含：连接至所述第二滤波器以及所述第一变压器的所述初级线圈的初级线圈；以及连接至所述第一变压器的所述次级线圈以及所述电极的次级线圈。
29.在其他特征中，所述第一变压器的所述初级线圈及所述次级线圈连接至地参考电位。所述第二变压器的所述初级线圈以及所述次级线圈连接至所述地参考电位。
30.在其他特征中，所述第一变压器包含初级线圈和次级线圈。所述初级线圈包含第一同轴缆线的第一屏蔽件、第二同轴缆线的第二屏蔽件以及将所述第一屏蔽件连接至所述第二屏蔽件的导电互连件。所述次级线圈包含所述第一同轴缆线的第一芯、所述第二同轴缆线的第二芯以及将所述第一芯连接至所述第二芯的成对的导线。在其他实施方案中，所述第一同轴缆线平行于所述第二同轴缆线而延伸。在其他特征中，所述第一芯、所述第二芯以及所述对导线的长度的总和等于所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线的每一者的长度的四倍。在其他特征中，所述第一同轴缆线和所述第二同轴缆线中的每一者的长度等于所述第一rf信号的波长的四分之一。
31.在其他特征中，所述第一变压器包含：连接至所述第一滤波器的第一初级线圈；连接至所述第二滤波器的第二初级线圈；以及连接至所述电极并用于接收所述第一rf信号和所述第三rf信号的第一次级线圈。在其他特征中，所述电极是第一电极。所述第一变压器包含连接至第二电极并用于接收所述第二rf信号及所述第四rf信号的第二次级线圈。
32.在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，其包含所述rf分配电路、所述处理室、喷头和衬底支撑件。所述喷头包含电极且被安置在所述处理室中。所述衬底支撑件被安置在所述处理室中邻近所述喷头。
33.在其他特征中，所述第一变压器包含连接至第三喷头并用于接收所述第二rf信号和所述第四rf信号的第三次级线圈。在其他特征中，所述第一变压器包含：连接至所述第一滤波器的第一初级线圈；连接至所述第二滤波器的第二初级线圈；连接至所述电极并且用于输出所述第二rf信号的第一次级线圈，其中所述第二rf信号包含处于第二rf下的一频率分量，其中所述电极是第一电极；以及连接至第二电极并用于输出第四rf信号的第二次级线圈。所述第四rf信号包含分别处于所述第一rf和所述第二rf下的频率分量。
34.在其他特征中，所述第一变压器包含：用于将第五rf信号输出至第三电极的第三次级线圈，所述第五rf信号包含分别处于所述第一rf和所述第二rf下的频率分量；用于将第六rf信号输出至第四电极的第四次级线圈，所述第六rf信号包含分别处于所述第一rf和所述第二rf下的频率分量。
35.在其他特征中，提供了一种将rf功率供给至衬底处理系统中的电极的rf分配电路，其包含rf产生器、变压器以及匹配网络。所述rf产生器用于产生第一rf信号。所述变压器用于将所述第一rf信号转换为第二rf信号并且将所述第二rf信号供给至所述电极以调整所述衬底处理系统的处理室内的等离子体离子化密度及离子化能量。所述匹配网络用于使所述rf产生器的输出与所述变压器的输入匹配。在其他特征中，提供一种衬底处理系统，其包含所述rf分配电路、所述处理室、喷头以及衬底支撑件。所述喷头包含所述电极且被安置在所述处理室中。所述衬底支撑件被安置在所述处理室中邻近所述喷头。
36.根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
37.根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
38.图1a是史密斯图，其说明了用于第一负载阻抗的非基于变压器的rf分配电路的示例性输入阻抗；
39.图1b是史密斯图，其说明了用于第二负载阻抗的rf分配电路的另一示例性输入阻抗；
40.图1c是史密斯图，其说明了用于第三负载阻抗的rf分配电路的另一示例性输入阻抗；
41.图2为根据本公开一实施方案的含有rf分配电路的衬底处理系统的一示例的功能框图，该rf分配电路包含变压器；
42.图3为根据本公开一实施方案的包含变压器的rf分配电路的一示例的功能框图；
43.图4a是史密斯图，其说明了用于第一负载阻抗的图3的rf分配电路的一示例性输入阻抗；
44.图4b是史密斯图，其说明了用于第二负载阻抗的图3的rf分配电路的另一示例性输入阻抗；
45.图5为根据本公开一实施方案的包含变压器耦合组合器的双rf分配电路的一示例的功能框图；
46.图6是史密斯图，其说明了图5的双rf分配电路的低频(lf)和高频(hf)路径用的短路、开路、以及提供50ω的负载阻抗的输入阻抗；
47.图7为根据本公开一实施方案的包含变压器耦合组合器的四rf分配电路的一示例的功能框图；以及
48.图8为根据本公开一实施方案的rf分配电路中的高频rf信号用的示例性变压器的侧面图。
49.在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
50.在半导体处理室中通常供给两种不同的rf频率以提供对等离子体离子化密度与离子化能量的独立控制。衬底处理系统可包含具有特定数目的站(如四站)的处理室。每一站可包含相应的衬底支撑件与喷头。喷头从相应的rf组合器和分配电路接收rf功率。rf组合器和分配电路中的每一者可包含lf和hf路径。lf路径产生的rf信号的频率低于hf路径产生的rf信号的频率。例如，lf路径可产生400千赫兹(khz)的rf信号而hf路径可产生13.56兆赫(mhz)的rf信号。lf产生器产生lf信号，lf信号被提供至第一匹配网络，第一匹配网络馈送rf组合器和分配电路的lf路径中的每一者。第一匹配网络匹配lf产生器的输出的阻抗与lf路径的总输入阻抗。hf产生器产生hf信号，hf信号被提供至第二匹配网络，第二匹配网络馈送rf组合器和分配电路的hf路径中的每一者。第二匹配网络匹配hf产生器的输出的阻抗与hf路径的总输入阻抗。
51.lf路径包含相应的lf镇流器装置和lf滤波器，lf滤波器滤除hf信号以在lf产生器处不会接收到hf信号。hf路径包含相应的hf镇流器装置和hf滤波器，hf滤波器滤除lf信号以在hf产生器处不会接收到lf信号。lf和hf镇流器装置可以包含电感和/或电容，其(i)使
每一站与其他站隔离；及(ii)使组合器和rf分配电路的输入与负载变异隔离。
52.rf组合器和分配电路中的每一者都包含用于在虚拟负载与lf和hf路径之间切换的开关。当对应的站不使用时，使用虚拟负载。这可在站之间维持大致上相等的负载。例如，当未使用站中的一或多个时，切换使用中的站的开关以使得lf和hf信号能从rf产生器传递至同轴缆线，从而馈送站的对应电极。未使用的一或多个站的开关被切换至虚拟负载，不允许lf和hf信号通过同轴缆线传递至一或多个站的对应电极。
53.设计rf组合器和分配电路以在高频下谐振。这有助于在电极之间建立高电压，进而有助于提供快速和平稳的点燃。电极可指喷头和站的衬底支撑件中的电极(或接地的导电元件)。
54.rf组合器和分配电路因负载组抗的小变化而经历输入阻抗的大变化。例如，提供图1a-1c以说明用于三个不同的负载阻抗的三个不同的输入阻抗。图1a-1c包含史密斯图100、104、108，其是可能的输入阻抗值的对数呈现。例如，负载组抗(或喷头处的阻抗)可以是132皮法(pf)，其导致图1a中点102所示出的输入阻抗。负载组抗可改变至230pf，这会导致如图1b中的点106所示的输入阻抗的改变。负载组抗可以再次改变至240pf，这会导致如图1c中的点110所示的输入阻抗的改变。如这些图所示出的，负载组抗的小改变会导致点102、106、110的史密斯图100、104、108中的位置的大改变，其对应于输入阻抗的大变化。在包含多站的处理室中，一站的负载组抗的改变也会不利地影响其他站的性能。
55.由于rf组合器和分配电路表现出因负载阻抗的小改变所造成的输入阻抗大改变，使用自动匹配电路以调谐匹配网络。此外，针对待使用相同衬底处理设备进行的不同类型的衬底处理，使用具有大调谐范围的自动匹配电路。此外，rf组合器和分配电路需要用于隔离的高阻抗镇流器装置。高阻抗镇流器装置能减少流至对应站的电流。此外，匹配网络组件、镇流器装置、以及滤波器部件的尺寸会随着功率增加而增加。rf组合器和分配电路的拓扑结构本质上是不平衡的。
56.如果不使用处理室的所有站进行处理，则会显著增加自动匹配电路的所需调谐范围。不同于单站设备，多站设备包含多个喷头，每一喷头皆接收所产生的rf信号。如果不使用一或多个站，则该站的负载组抗会显著不同于其他站。这需要站的自动匹配电路有较大的调谐范围以补偿站的该负载不平衡。
57.本文中所列举的示例克服了上述缺点并提供包含rf分配电路的衬底处理系统，rf分配电路包含一或多个变压器和/或变压器耦合组合器。变压器和/或变压器耦合组合器能最小化因负载阻抗变化所导致的输入阻抗变化。一些所公开的rf分配电路包含有效率的组合器电路。本文中所使用的“组合器电路”将两或更多个rf信号组合为单一rf信号。
58.rf分配电路提供站与负载、站与站以及输入与输出的隔离以最小化因另一站处的负载组抗变异而对某些站所造成的影响。rf分配电路提供自我维持系统，其：表现出对负载组抗变化的敏感性降低；使得大范围的配方能用于具有大范围的对应负载阻抗的衬底处理；经历因衬底加载至处理室以及从处理室卸载导致的最小输入阻抗变化；以及允许每一支路(或每一站的rf信号路径)在或靠近用于与等离子体生成相关的快速和平稳点燃的谐振处。在某些实施方案中，rf组合器和分配电路组合两或更多个rf频率信号并将具有两或更多个频率的信号供给至一或多个站。rf分配电路使得lf与hf信号两者能阻抗匹配。下面将更进一步说明所列举的rf分配电路的其他优点与方面。
59.图2是包含rf分配电路201的衬底处理系统200的一示例的功能框图，rf分配电路201包含变压器202。rf分配电路201的配置与本文中所公开的任何rf分配电路相同或相似。变压器202可配置为本文中所公开的任何变压器和/或变压器耦合组合器。虽然图1显示了电容耦合等离子体(ccp)系统，但本文中所公开的实施方案可应用于其他等离子体处理系统。实施方案可应用于沉积、蚀刻以及其他衬底处理，其包含等离子体增强原子层沉积(peald)和等离子体增强化学汽相沉积(pecvd)处理。
60.衬底处理系统200包含一或多个站，每一站具有各自的衬底支撑件，例如静电卡盘(esc)204。一或多个站被设置于处理室205中。esc204可包含顶板206和底板207。其他部件如上电极208可设置于处理室205中。在操作期间，衬底209被放置在esc204的顶板206上并且被静电夹持至顶板206，且rf等离子体在处理室205内产生。
61.仅举例而言，上电极208可包含喷头210，喷头210导入气体并分配气体。喷头210可包含杆部211，杆部211的一端连接至处理室205的上表面。喷头210大致上呈圆柱形且从杆部211与处理室205的顶表面分离处的相对端向外径向延伸。喷头210的面向衬底的表面包含多个孔洞，处理或清扫气体流经这些孔洞。替代地，上电极208可包含导通板且可以其他方式引导气体。板206、207中的一或两者可用作为下电极。
62.板206、207中的一或两者可包含温度控制元件(tce)。例如，中间层214被设置于板206、207之间。中间层214可将顶板206接合至底板207。底板207可包含用于使背侧气体流至衬底209的背侧并使冷却剂流经底板207的一或多个气体通道和/或一或多个冷却剂通道。
63.rf产生系统220生成rf电压并将rf电压输出至上电极208。rf产生系统220可产生rf电压并且将rf电压输出至esc204。上电极208和esc204中的一者可以是dc接地的、ac接地的、或处于浮动电位。仅举例而言，rf产生系统220可以包含一或多个能产生rf电压的rf产生器223(如电容耦合等离子体rf功率产生器、和/或其他rf功率产生器)，所产生的rf电压通过一或多个匹配网络227和rf分配电路201而馈送至上电极208。rf产生器223可以是高功率rf产生器，产生例如6-10千瓦(kw)或更高的功率。rf产生器223可产生具有相应rf频率下的频率分量的相应rf信号。
64.气体输送系统230包含一或多个气体源232-1、232-2、
…
以及232-n(统称为气体源232)，其中n为大于零的整数。气体源232供给一或多种前体及其混合物。气体源232也可供给蚀刻气体、载气、和/或清扫气体。还可使用蒸发的前体。气体源232通过阀234-1、234-2、...及234-n(统称为阀234)及质量流量控制器236-1、236-2、
…
及236-n(统称为质量流量控制器236)而连接至歧管240。歧管240的输出被馈送至处理室204。仅举例而言，歧管240的输出被馈送至喷头210。
65.衬底处理系统200还包含冷却系统241，冷却系统241包含可以连接至tce的温度控制器242。虽然显示与系统控制器260分离，但温度控制器242可实现为系统控制器260的一部分。板206、207中的一或多者可包含多个温度控制区域(例如4个区域，每个区域都包含4个温度传感器)。
66.温度控制器242可控制操作，因而控制tce的温度，以控制板206、207以及衬底(如衬底209)的温度。温度控制器242和/或系统控制器260可通过控制从气体源232中的一或多者流至气体通道的流动来控制背侧气体(如氦气)流向esc204中的气体通道的气体流率来冷却衬底。温度控制器242还可以与冷却剂组件246通信以控制通过esc204中的通道的第一
冷却剂的流动(冷却流体的压力和流率)。第一冷却剂组件246可从贮存器(未显示)接收冷却流体。例如，冷却剂组件246可包含冷却剂泵和贮存器。温度控制器242操作冷却剂组件246以使冷却剂流过通道216而冷却底板207。温度控制器242可控制冷却剂的流率及其温度。温度控制器242基于处理室205内的传感器243所检测到的参数，控制被供给至tce的电流以及被供给至通道的气体和/或冷却剂的压力与流率。温度传感器243可以包含电阻式温度装置、热电耦、数字温度传感器、和/或其他合适的温度传感器。在蚀刻处理期间，可在高功率等离子体的存在下将衬底209加热至预定温度(如120摄氏度(℃))。流过通道的气体和/或冷却剂流能减少底板207的温度，这能降低衬底209的温度(如从120℃冷却至80℃)。
67.阀256与泵258可用于从处理室205排放反应物。系统控制器260可以控制衬底处理系统200的部件，包含控制被供给的rf功率的电平、被供给的气体的压力与流率、rf匹配等。系统控制器260控制阀256与泵258的状态。机械手270可用于将衬底传送至esc204上并从esc204移除衬底。例如，机械手270可在esc204与加载锁272之间传送衬底。机械手270可由系统控制器260所控制。系统控制器260可控制加载锁272的操作。
68.电源280可将功率(包含高电压)提供至esc204中的电极以将衬底209静电夹持至顶板206。电源280可通过系统控制器260进行控制。
69.阀、气体和/或冷却剂泵、电源、rf产生器等可被称为致动器。tce、气体通道、冷却剂通道等可被称为温度调整元件。
70.现在参考图2和图3，其显示了可包含rf产生器302、匹配网络304、滤波器306、变压器308以及负载310的rf分配电路300。在一实施方案中，不包含滤波器306。显示了负载310为电容器且可代表例如喷头210与地参考电位316的阻抗。rf产生器302可以是rf产生器223中的一者且产生rf信号。匹配网络304可以是匹配网络227中的一者并且使(i)rf产生器302的输出和(ii)滤波器306和/或变压器308的输入的阻抗匹配。匹配网络304可进行自动匹配操作，自动匹配操作包含调谐一或多个部件以使rf产生器302的输出与滤波器306和/或变压器308的输入阻抗匹配。这可包含调谐例如匹配网络304的电容器。
71.滤波器306(如果包含)可滤除非rf产生器302的一或多个其他rf产生器所产生的一或多个rf信号。滤波器306允许rf产生器所产生的rf信号通过并前往变压器308。
72.变压器308包含初级线圈312和次级线圈314，初级线圈312和次级线圈314具有对应的绕线和/或电压转换比例。例如，比例可以是3:4或1:2。变压器308可将从匹配网络304或滤波器306所接收的一频率下的第一射频信号转换为相同频率下的第二射频信号。接着变压器308可以将第二射频信号例如提供至电极和/或喷头，以调整处理室内的等离子体离子化密度及离子化能量。
73.变压器308具有多种功能，包含提供变压器308的初级侧与次级侧之间的镇流与隔离，因此提供(i)rf产生器302及匹配网络304与(ii)负载310之间的隔离。在一实施方案中，无镇流器装置连接于(i)rf产生器302与匹配网络304之间、(ii)匹配网络304与滤波器306之间、(iii)滤波器306与变压器308之间、和/或(iv)匹配网络304与变压器308之间。所述的隔离能减少负载组抗变化对于对应输入电路(或rf产生器302和匹配网络304)的影响。在衬底处理期间负载310的阻抗可能会变化。变化的量基于配方和进行的处理。通过选择适合的变比也可控制输入阻抗变化。输入阻抗代表匹配网络304所遇到的滤波器306的输入的阻抗。由于输入阻抗的相关变化比负载组抗的变化更小，因此变压器308也使得能对匹配网络
304的组件进行更快速的调谐。变压器308还能最小化在rf产生器302处所接收到的反射功率的量并将高功率(如10kw)供给至负载310。
74.虽然图3中显示了单一rf分配电路300，但可使用图3中所示的类型的多个rf分配电路将rf功率供给至处理室的相应站。类似于图7中所示，变压器的次级绕组可通过相应的同轴缆线供给功率。此外，如图7中所示，对于每一站可包含开关及对应的虚拟负载。开关可通过图2的控制器242、260中的一者进行控制。
75.图4a和4b显示了史密斯图400、402，其说明了用于第一负载阻抗以及第二负载阻抗的图3的rf分配电路300的示例性输入阻抗。输入阻抗由点404、406代表。在所示的示例中，第一负载阻抗为130皮法(pf)，而第二负载阻抗为3,000,000pf。如从史密斯图400、402所见到的，相对于负载阻抗的差异，点404、406之间的距离(因而输入阻抗的差异)是最小的。
76.图5显示了包含第一(或高)rf路径502以及第二(或低)rf路径504的双rf分配电路500。第一rf路径502包含第一rf产生器506、第一匹配网络508、第一滤波器510以及具有第一变比的第一变压器512。第二rf路径504包含第二rf产生器520、第二匹配网络522、第二滤波器524以及具有第二变比的第二变压器526。第一变压器512连接至第二变压器526。变压器512、526提供变压器耦合组合器，其可组合rf路径502、504所产生的rf信号以对负载530提供单一rf信号。单一rf信号具有两个rf信号的频率分量。变压器512、526将两个rf信号转换为单一rf信号。这可包含改变例如两个rf信号的幅值以提供具有不同于两个rf信号的幅值的单一rf信号。显示负载530为电容器，其代表例如图2的喷头210与地参考电位540之间的负载组抗。负载530可以是一或多个处理室中的一或多个处理站的一或多个电极，每一站可以包含一或多个电极且每一处理室可以包含一或多个站。
77.rf产生器506、520产生各自的rf信号。例如，第一rf产生器506可产生13.56mhz的rf信号，而第二rf产生器520可产生400khz的rf信号。第一匹配网络508可以使第一rf产生器506的输出阻抗与第一滤波器510的输入阻抗匹配。第二匹配网络522可以使第二rf产生器520的输出阻抗与第二滤波器524的输入阻抗匹配。
78.第一滤波器510用作高通滤波器且(i)允许第一rf产生器506所产生的第一rf信号传递至第一变压器512以及(ii)避免在第一rf产生器506处接收到第二rf产生器520所产生的rf信号。第二滤波器524用作低通滤波器且(i)允许第二rf产生器520所产生的第二rf信号传递至第二变压器526以及(ii)避免在第二rf产生器520处接收到第一rf产生器506所产生的rf信号。如图所示，通过包含用于rf路径502、504的分离的初级线圈和选择每一初级线圈的初级绕组的适当数目以及包含匹配网络508、522中的适当匹配电路，可适当地匹配rf产生器506、520两者。
79.第一变压器512包含初级线圈532和次级线圈534。第二变压器526包含初级线圈536和次级线圈538。初级线圈532、536的第一端连接至滤波器510、524。在一实施方案中，并不包含滤波器510、524且初级线圈532、536连接至匹配网络508、522。初级线圈532、536的第二端连接至地参考电位540。次级线圈534、538的第一端连接至地参考电位540。次级线圈534、538的第二端连接至负载530。第一变压器512可以将从第一滤波器510所接收的第一频率下的第一射频信号转换为第一频率下的第二射频信号。第二变压器526可将从第二滤波器524所接收的第二频率下的第三射频信号转换为第二频率下的第四射频信号。接着变压
器512、526可以将第二射频信号以及第四射频信号例如提供至电极和/或喷头，以调整处理室内的等离子体离子化密度及离子化能量。
80.图6的史密斯图600说明了lf和hf路径的输入阻抗改变中的变化的示例。史密斯图600说明了图5的lf和hf路径502、504的短路、开路以及提供50ω的负载阻抗的输入阻抗。在图6中，显示了对应于hf路径的圆点并显示对应于lf路径的方点。史密斯图600是可能的输入阻抗数值的对数表示。当输入阻抗改变时，对应的点移动至史密斯图上的不同位置。
81.点602、604、606分别代表hf路径502的短路、开路以及提供50ω的负载组抗的输入阻抗。提供50ω的负载组抗代表能提供50ω输入阻抗的负载组抗。点610、612、614代表lf路径504的短路、开路以及提供50ω的负载组抗的输入阻抗。短路是指喷头210与地参考电位540之间的直接或间接导电连接(或路径)。短路是指当负载组抗为0ω的时候。开路是指喷头210与地参考电位540之间无导电路径。开路是指当负载组抗接近无限大的时候。如从史密斯图所看见的，点或者点位602、604、606之间的距离以及点或者点位610、612、614之间的距离是最小的且不会跨过整个史密斯图而是位于史密斯图的一小部分中。因此，对应输入阻抗的差异也是最小的。
82.类似于图3的变压器308，变压器512、526具有多个功能，包含变压器512、526的初级侧和次级侧之间的镇流和隔离。在一实施方案中，无镇流器装置连接于(i)rf产生器506、520与匹配网络508、522之间、(ii)匹配网络508、522与滤波器510、524之间、(iii)滤波器510、524与变压器512、526之间和/或(iv)匹配网络508、522与变压器512、526之间。
83.虽然图5中显示了单一rf分配电路500，但可以使用图5中所示类型的多个rf分配电路将rf功率供给至处理室的相应站。类似于图7，变压器的次级绕组可通过对应的同轴缆线将功率供给至站。此外，如图7中所示，对于每一站可以包含开关以及对应的虚拟负载。例如，可以在终端550的下游连接开关，且开关可以在(i)连接至电极和/或喷头的相应的同轴缆线与(ii)虚拟负载之间切换。开关可以由图2的控制器242、260中的一者进行控制。
84.图7显示了四rf分配电路700包含第一(或高)rf路径702和第二(或低)rf路径704。第一rf路径702包含第一rf产生器706、第一匹配网络708以及第一滤波器710。第二rf路径704包含第二rf产生器720、第二匹配网路722以及第二滤波器724。四rf分配电路700包含变压器712，变压器712具有两个输入、4个输出且由4个输出所共享的变比。4个输出馈送4个通道，4个通道连接至处理室的4个站的4个负载(或喷头)750、752、754、756。
85.rf产生器706、720产生各自的rf信号。例如，第一rf产生器706可产生13.56mhz的rf信号，而第二rf产生器720可产生400khz的rf信号。第一匹配网络708可以使第一rf产生器706的输出阻抗与第一滤波器710的输入阻抗匹配。第二匹配网络722可以使第二rf产生器720的输出阻抗与第二滤波器724的输入阻抗匹配。第一滤波器710用作高通滤波器且(i)允许第一rf产生器706所产生的第一rf信号传递至第一变压器712以及(ii)避免在第一rf产生器706处接收到第二rf产生器720所产生的rf信号。第二滤波器724用作低通滤波器且(i)允许第二rf产生器720所产生的第二rf信号传递至第二变压器712以及(ii)避免在第二rf产生器720处接收到第一rf产生器706所产生的rf信号。如图所示，通过包含用于rf路径702、704的分离的初级线圈(或初级绕组)和选择每一初级线圈的初级匝数的适当数目以及包含匹配网络708、722中的适当匹配电路，可适当地使rf产生器706、720两者匹配。
86.变压器712是变压器耦合组合器，其组合rf路径702、704所产生的两个rf信号以提
供4个rf信号，这4个rf信号被提供至负载750、752、754、756。显示了负载750、752、754、756为电容器，其代表例如喷头与地参考电位760之间的负载阻抗。虽然显示变压器712具有两个输入以及四个输出，但变压器712可以具有两或更多个输入以及一或多个输出。
87.变压器712包含第一初级线圈730、第二初级线圈732、第一次级线圈734、第二次级线圈736、第三次级线圈738以及第四次级线圈740。在一实施方案中，初级线圈730、732具有相同的绕组数，次级线圈734、736、738、740具有相同的绕组数。初级线圈730、732的第一端连接至滤波器710、724。在一实施方案中，未包含滤波器710、724且初级线圈730、732的第一端连接至匹配网络708、722。初级线圈730、732的第二端连接至地参考电位760。次级线圈734、736、738、740的第一端分别连接至负载750、752、754、756。次级线圈734、736、738、740的第二端连接至地参考电位760。变压器从路径702、704接收rf信号、组合信号，并通过次级线圈734、736、738、740将经组合的rf信号提供至负载750、752、754、756中的每一者。
88.变压器712可以将从第一滤波器710所接收的第一频率下的第一射频信号和从第二滤波器724所接收的第二频率下的第二射频信号转换并且组合为第三射频信号。第三射频信号包含第一射频和第二射频两者。接着变压器712可将第三射频信号例如提供至电极和/或喷头以调整处理室内的等离子体离子化密度和离子化能量。
89.类似于图3的变压器308，变压器712具有多种功能，包含提供变压器712的初级侧和次级侧之间的镇流与隔离。在一实施方案中，无镇流器装置连接于(i)rf产生器506、520与匹配网络508、522之间、(ii)匹配网络508、522与滤波器510、524之间、(iii)滤波器510、524与变压器512、526之间以及/或者(iv)匹配网络508、522与变压器512、526之间。
90.在一实施方案中，次级线圈734、736、738、740可连接至开关762、764、766、768，开关762、764、766、768可在负载750、752、754、756与虚拟负载770、772、774、776之间切换。在另一实施方案中，不包含开关762、764、766、768和虚拟负载770、772、774、776。次级线圈734、736、738、740或开关762、764、766、768可通过同轴缆线780、782、784、786而连接至负载750、752、754、756。开关762、764、766、768可由图2中的控制器242、260中的一者进行控制。例如如上所述，当对应站中的一或多者中的衬底并未受到处理时，可连接虚拟负载770、772、774、776中的一或多者。
91.本文中所公开的一些rf组合器电路(如图7中所提供的)提供平衡的分配系统，其能将经组合的rf信号划分至n个相等的通道中，其中n为大于或等于2的整数。n个通道的输出彼此隔离，以使一通道的变化不会影响到或最小地影响其他通道的变化。通道的输入与变压器712的输入隔离。rf组合器电路提供等离子体生成的快速和平稳的点燃。
92.配置图3、5以及7的示例以将每一rf分配电路300、500、700用于多个不同的衬底处理。处理可包含蚀刻、沉积和/或其他衬底处理。
93.图8显示了可用于rf分配电路中的高频rf信号的示例性变压器800的侧面图。例如，图3和5的变压器308、512中的每一者可被变压器800所取代。变压器800为同轴变压器且可包含初级线圈802和次级线圈804。初级线圈802包含：(i)两条同轴缆线806、810的导电屏蔽件822、832；以及(ii)导电互连件808。导电互连件808延伸通过同轴缆线806、810的非导电护套820、830且导电互连件808连接至导电屏蔽件822、832。导电互连件可以是导电板、或其他适合的能够维持第二同轴缆线810相对于第一同轴缆线806的位置的互连件。
94.同轴缆线806、810彼此平行延伸且还包含导电芯825、835，导电芯825、835通过内
介电绝缘体824、834而与导电屏蔽件822、832隔离。导电芯825、835通过导线826a、826b以串联方式连接。导线826a将第一同轴缆线806的第一端连接至第二同轴缆线810的第一端。第二同轴缆线810的第一端位于导电互连件808的相对端处而非第一同轴缆线806的第一端处。导线826b将第一同轴缆线806的第二端连接至第二同轴缆线810的第二端。第二同轴缆线810的第二端位于导电互连件808的相对端处而非第一同轴缆线806的第二端处。
95.例如，导电屏蔽件822与832、导电芯825与835以及导线826a与826b可由铜和/或其他在使用期间表现出最小加热量的合适材料形成。非导电护套820、830可由塑料所形成。内介电绝缘体824、834为非导电性的且可由各种介电材料(例如聚乙烯(pe)和聚四氟乙烯(ptfe))形成。在一实施方案中，如图所示，导线826a、826b上并无护套、屏蔽件和/或内介电绝缘体。
96.可能难以制造能够处理高射频如大于1兆赫(mhz)但又不会造成变压器过热的低频变压器。可能需要减少变压器的磁导率(或分布电感)且可能需要以特殊材料来形成变压器。针对高射频、微波频率等可使用变压器800。同轴缆线806、810的长度l1可基于和/或等于被传输的rf的波长的分数倍数。例如，分数倍数可例如是小于被传输的rf的波长的一半(1/2)。在一实施方案中，同轴缆线806、810的长度l1等于被传输的rf的波长的四分之一(1/4)。四分之一波长(或其倍数)具有下列优点：取决于电路，其将变压器的对应阻抗自0欧姆(ω)(或短路)转变为无限大ω(或开路)，反之亦然。导电芯825、835及导线826a、826b所提供的串联回路的总长度可基于和/或等于长度l1的倍数。在一实施方案中，导电芯825、835和导线826a、826b所提供的串联回路的总长度等于长度l1的四倍(或4l1)。例如，变压器800在初级绕组与次级绕组之间的变比可以是1:2，其中初级绕组作为初级线圈802且包含变压器800的输入而次级绕组作为次级线圈804且提供变压器800的输出。虽然同轴缆线806、810可以以类似rg58c同轴缆线的方式形成，但rg58c同轴缆线可能不适合高功率应用，例如衬底处理系统相关的应用。同轴缆线806、810的尺寸和/或材料可不同于rg58c同轴缆线的尺寸和/或材料。
97.上面所公开的rf分配电路表现出：输入与输出的高度隔离，以减少输入阻抗对负载组抗变化的敏感度；改进的站与站之间的隔离；以及lf和hf路径的阻抗匹配。上面所公开的rf分配电路也是稳健的，且提供优于传统rf组合器和分配电路的较高可靠度。所公开的rf分配电路：包含平衡的多站；表现出快速的调谐；使rf信号能被供给至多个站；在lf和hf产生器两者上表现出低反射功率；以及提供无条件稳定的系统。rf分配电路还能够供给高功率(例如10千瓦(kw)hf和8kw lf)的rf信号。
98.前面的描述本质上仅仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改方案将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
99.使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“a、b和c中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(or)的逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个和c中的至少一个”。
100.在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
101.概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
102.在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成
电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
103.示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
104.如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。