[发明专利]RF功率放大器稳定性网络

说明书

本申请是申请日为2007年10月23日、申请号为200780041062.5(PCT/US2007/022468)且名称为“RF功率放大器稳定性网络”的发明的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于稳定等离子体处理系统中的射频(RF)功率放大器的系统和方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明有关的背景信息，而不构成现有技术。

等离子体处理系统被使用在半导体制造中。该系统采用改变原料(例如硅)的电特性的等离子体室以制造半导体部件。这种部件的实例包括晶体管、介质和大规模电感器、微处理器及随机存取存储器。等离子体室在制造过程中能执行溅射、等离子体蚀刻、等离子体沉积和/或反应离子蚀刻。

在操作中，等离子体室容纳半导体工件。然后气体在低压下被导入等离子体室。RF功率发生器向等离子体室施加RF功率。RF功率改变气体的气态为等离子体。等离子体包括与半导体工件的曝光区域反应的带电离子。这些操作的组合被执行在工件上以产生特定的半导体部件。

现在参考图1，典型的等离子体处理系统10的部分被示出。RF功率发生器包括一个或多个输出晶体管12。直流(DC)电源向晶体管12提供电能B+。在一些实施例中，DC电源包括开关式电源或功率放大器(PA)。输出晶体管12根据RF驱动信号14产生RF功率。RF功率与阻抗匹配网络16连通。阻抗匹配网络16的输出与等离子体室20的输入连通，典型地，等离子体室20具有50欧姆的输入阻抗。一些装置包括连接在晶体管12与显示为等离子体室20的负载之间的馈给线中的一个或多个耗散带通滤波器22。

典型地，晶体管12在单个中心频率f₀产生RF功率。在操作期间，因为等离子体的固有特性，等离子体室20的输入阻抗连续且自发地变化。这些输入阻抗变化引起晶体管12与等离子体室20之间的功率耦合效率的下降。输入阻抗变化还引起RF能量从等离子体室20反射回晶体管12。反射的RF能量可引起功率传输系统不稳定并且损坏晶体管12。滤波器22可用于耗散反射的能量，该能量在以中心频率f₀为中心的通频带之外的频率发生。滤波器22的实例被若拉(Chawla)等人在No.5,187,457、名为“谐波和分谐波滤波器(Harmonic and Subharmonic Filter)”的美国专利中公开，其中该专利被转让给本发明的专利权受让人。

在B+由开关式电源提供的应用中，反射的RF能量还可引起电源不稳定。解决该问题的滤波器22的实例被波特(Porter)等人在No.5,747,935、名为“用于稳定开关式电源的RF等离子体处理的方法和装置(Method and Apparatus for Stabilizing Switch Mode Powered RF Plasma Processing)”的美国专利中公开。

现在参考图2，试验测量结果的非限制性实例示出等离子体的阻抗的变化对系统的稳定性的影响。水平轴表示中心在频率f₀周围的范围上的频率。垂直轴表示耦合到等离子体室20中的功率。峰值44表示在中心频率f₀耦合的期望功率。等离子体室输入阻抗变化导致在高于中心频率f₀的频率的峰值46，以及在低于中心频率f₀的频率的峰值48。峰值46和48表示除了基本频率44之外的通常不被期望的频率的功率。图3绘出了表示晶体管12与等离子体20之间的阻抗匹配的变化特性的史密斯(Smith)圆图50。阻抗匹配的曲线51在点53和55上穿过史密斯圆图50的实际(水平)轴。相交点表示室20中的谐振。

现在参考图4，试验测量结果的非限制性实例示出谐波失真的实例，该谐波失真引起RF功率在频率范围上的保真度的丢失。保真度通常指从晶体管12到等离子体室20的输入之间的RF功率的非失真传播。水平轴表示频率，垂直轴表示功率放大器输出的功率。第一峰值54发生在中心频率f₀。第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60发生在中心频率f₀的递增的整数倍。第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60的大小递增地小于第一峰值54的大小。第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60处的能量表示RF功率会在没有另外的滤波的情况下在等离子体室20中失真。所以保真度是小于理想情况的。

发明内容