CN107154787B - 用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统和方法。通过以逐步方式调谐阻抗匹配网络，而不是直接实现射频(RF)和组合可变电容的最佳值，使用调谐的最佳值来处理晶片变得可行。

Description

用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统和方法

技术领域

本发明的实施方式涉及用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统和方法。

背景技术

等离子体系统用于控制等离子体工艺。等离子体系统包括多个射频(RF)源、阻抗匹配电路和等离子体反应器。将工件放置在等离子体室内部并且在等离子体室内产生等离子体以处理工件。重要的是，以相似或均匀的方式处理工件。为了以类似或均匀的方式处理工件，调谐RF源和阻抗匹配电路是重要的。

就是在这种背景下，出现了本公开中描述的实施方式。

发明内容

本公开的实施方式提供用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的装置、方法和计算机程序。应当理解，本发明的实施方式可以以多种方式(例如，工艺、装置、系统、硬件的部件或计算机可读介质上的方法)来实现。下面描述若干实施方式。

等离子体工具具有射频(RF)匹配网络调谐算法。等离子体工具具有一个或两个RF发生器，并且每个RF发生器连接到50欧姆同轴RF电缆。RF电缆连接到阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络经由RF传输线连接到等离子体室。RF发生器被设计成以50+0j欧姆或接近50+0j欧姆的负载阻抗工作。阻抗匹配网络的一个目的是将等离子体室和RF传输线的负载阻抗(通常不接近50+0j欧姆)变换成50+0j欧姆或接近50+0j欧姆。处于或接近50+0j欧姆的目标阻抗具有两个部分，实部，其应为50欧姆或接近50欧姆，以及虚部，其应为0欧姆或接近0欧姆。因此，连接到两个RF发生器之一的阻抗匹配网络的分支电路具有两个可变元件。两个可变元件包括一个电动机驱动可变电容和从一个RF发生器输出的可变RF频率。

可变电容预先在配方中设置，并且在配方步骤内不变化。通过编辑配方改变可变电容。可变RF频率由在RF发生器内部运行的过程控制。该过程根据电压反射系数操作。如果反射系数相对于阈值高，则该过程增大或减小RF频率，并且以这种方式，基于反射系数在一个方向或另一个方向上改变RF频率。RF发生器中的传感器使用窄带滤波器检测反射电压，并且检测基频处的反射电压的一部分，同时能存在未被检测到的互调频率处的大的反射波振幅。当以下输入：例如RF功率、可变电容和可变RF频率的值、和RF发生器的输出处的RF负载阻抗的测量值等，作为输入被提供给匹配网络模型时，用于阻抗匹配网络的匹配网络模型用于预测RF电压、电流以及RF电压和电流之间的相位或者阻抗匹配网络的输出处的负载阻抗。匹配网络模型被扩展以预测阻抗匹配网络的输出与卡盘之间的RF电压和电流。在多种实施方式中，匹配网络模型包括一系列模块，一系列模块全部具有相同形式，如在申请号为14/245,803的专利申请中所描述的。

在一些实施方式中，RF发生器的输出处的负载阻抗经由匹配网络模型正向传播，以根据可变电容和可变RF频率计算匹配网络模型的输出处的负载阻抗，并且在输出处的负载阻抗然后被反向传播以确定可变电容和可变RF频率的最佳值。在确定最佳值时，RF发生器和阻抗匹配网络被调谐以实现可变电容和RF可变频率的最佳值。与可变电容可以变化以实现可变电容的最佳值相比，可变RF频率可以变化得更快以实现可变RF频率的最佳值。例如，与用于改变可变电容的秒的数量级相比，可变RF频率在微秒量级上变化。因此，难以将RF发生器直接设置为在可变RF频率的最佳值下操作，并且难以将阻抗匹配网络设置为在可变电容的最佳值下操作。为了调谐阻抗匹配网络，代替调谐阻抗匹配网络以实现可变电容的最佳值并调谐RF发生器以实现可变RF频率的最佳值，阻抗匹配网络以逐步方式被调谐以产生步进可变电容值而不是可变电容的最佳值，并且针对步进可变电容计算可变RF频率的局部最佳值。例如，阻抗匹配网络被调谐为具有在可变电容的最佳值和针对可变电容的值确定的可变RF频率的局部最佳值的方向上的可变电容的值。以这种方式，实现可变电容的最佳值和可变RF频率的最佳值，而不是直接实现可变电容的最佳值和可变RF频率的最佳值。

本文所述的系统和方法的一些优点包括应用逐步方式，其中调谐所述阻抗匹配网络的可变电容。以逐步的方式，针对可变电容的步进值计算使得匹配网络模型的输入处的反射系数为最小的可变RF频率的局部最佳值。然后递增步进值，并且对于可变电容的递增步进值，计算使得匹配网络模型的输入处的反射系数为最小的可变RF频率的另一值。递增步进值直到达到可变电容的最佳值。在实现可变RF频率的最佳值的同时从阻抗匹配电路操作所用的值难以直接获得可变电容的最佳值。这是因为难以以与控制RF发生器的速度相同的速度来控制阻抗匹配网络的一个或多个可变电容器。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的方法，包括：

当射频(RF)发生器在第一参数值操作并且阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时，接收在所述RF发生器的输出和所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值；

初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的匹配网络模型；

当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值；

使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测量因子；

使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数是最小的第一有利参数值；

在所述第一有利参数值操作所述RF发生器；以及

将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步方式被调谐。

2.根据条款1所述的方法，其进一步包括：

当所述RF发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时，接收在所述RF发生器的输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第二测量输入参数值；

将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值；

当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值；

使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值；

在所述第二有利参数值操作所述RF发生器；以及

将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

3.根据条款2所述的方法，其中所述第二有利参数值是所述最佳参数值。

4.根据条款2所述的方法，其进一步包括：

当所述RF发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时，接收在所述RF发生器的输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第三测量输入参数值；

将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值；

根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值；

使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值；以及

在所述第三有利参数值操作所述RF发生器。

5.根据条款4所述的方法，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

6.根据条款4所述的方法，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

7.根据条款1所述的方法，其中所述第一测量参数值由耦合到所述RF发生器的所述输出的传感器感测，其中所述第一测量参数值是阻抗或反射系数。

8.根据条款1所述的方法，其中通过经由所述一个或多个模型的电路元件正向传播所述第一测量输入参数值来计算所述第一输出参数值。

9.根据条款1所述的方法，其中通过经由所述一个或多个模型的电路元件反向传播所述第一输出参数值来计算所述最佳参数值和所述最佳可变可测量因子，以实现所述零反射系数。

10.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统，其包括：

处理器，其被配置为当射频(RF)发生器在第一参数值操作并且所述阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时接收在所述RF发生器的输出和所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的模型；以及

连接到所述处理器的存储器设备，其中所述存储器设备被配置为存储所述一个或多个模型，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测因子；

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的反射系数是最小的第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第一有利参数值操作所述RF发生器，

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步的方式被调谐。

11.根据条款10所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述RF发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时接收在所述RF发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第二测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第二有利参数值操作所述RF发生器，以及

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

12.根据条款11所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述RF发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时接收在所述RF发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第三测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值，以及

其中所述处理器被配置为在所述第三有利参数值操作所述RF发生器。

13.根据条款12所述的系统，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

14.根据条款12所述的系统，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

15.根据条款10所述的系统，其中所述第一测量参数值由耦合到所述RF发生器的所述输出处的传感器感测，其中所述第一测量参数值是阻抗或反射系数。

16.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统，其包括：

具有输出的射频(RF)发生器；

阻抗匹配网络，其连接到所述RF发生器的所述输出；

等离子体室，其经由RF传输线连接到所述阻抗匹配网络；以及

耦合到所述RF发生器的处理器，

其中所述处理器被配置成当所述RF发生器在第一参数值操作并且所述阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时接收在所述RF发生器的所述输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的匹配网络模型，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测量因子；

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数最小的第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第一有利参数值操作所述RF发生器，

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步的方式被调谐。

17.根据条款16所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述RF发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时接收在所述RF发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第二测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第二有利参数值操作所述RF发生器，以及

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

18.根据条款17所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述RF发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时接收在所述RF发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第三测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值，以及

其中所述处理器被配置为在所述第三有利参数值操作所述RF发生器。

19.根据条款18所述的系统，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

20.根据条款18所述的系统，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

21.根据条款17所述的系统，其中所述第一测量参数值由耦合到所述RF发生器的所述输出的传感器感测，其中所述第一测量参数值是阻抗或反射系数。

结合附图根据下面的详细描述，其它方面将变得显而易见。

附图说明

结合附图通过参考以下描述来理解实施方式。

图1是等离子体系统的实施方式的示意图，以说明使用匹配网络模型产生负载阻抗ZL1。

图2是匹配网络模型的实施方式的示意图，所述匹配网络模型被初始化为射频RF1和可变电容C1以在匹配网络模型的输入处产生反射系数Γi。

图3是等离子体系统的实施方式的示意图，以说明使用电容Coptimum1来产生步进组合可变电容值Cstep1以及使用值RFoptimum1@C1来产生负载阻抗ZL2。

图4是匹配网络模型的实施方式的示意图，其被设置为射频RFoptimum1@C1和组合可变电容Cstep1，以在匹配网络模型的输入处产生反射系数Γi的最小值。

图5是等离子体系统的实施方式的示意图，以说明使用电容值Coptimum2来产生另一步进组合可变电容值Cstep2以及使用值RFoptimum1@Cstep1来产生负载阻抗ZL3。

图6是匹配网络模型的实施方式的示意图，其被设置为射频RFoptimum1@Cstep1和组合可变电容Cstep2，以在匹配网络模型的输入处产生反射系数Γi的最小值。

图7是等离子体系统的实施方式的示意图，以示出使用电容值Coptimum3，以及使用值RFoptimum1@Cstep2来产生负载阻抗ZL4。

图8是匹配网络模型的实施方式的示意图，其被设置为射频RFoptimum1@Cstep2和组合可变电容Coptimum3，以在匹配网络模型的输入处产生反射系数Γi的最小值。

图9是等离子体系统的实施方式的示意图，以示出使用电容值Coptimum3，以及使用值RFoptimum1@Coptimum来处理晶片W。

图10是用于说明阻抗匹配网络和等离子体系统的RF发生器的逐步调谐的曲线图的实施方式。

具体实施方式

以下实施方式描述用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统和方法。显而易见，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本实施方式。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以便不会不必要地使本实施方式不清楚。

图1是等离子体系统100的实施方式的示意图，以说明使用匹配网络模型102产生负载阻抗ZL1。等离子体系统100包括射频(RF)发生器104、阻抗匹配网络106和等离子体室108。等离子体系统100包括主计算机系统110、驱动组件112和一个或多个连接机构114。

等离子体室108包括上电极116、卡盘118和晶片W。上电极116面向卡盘118并且接地(例如耦接到参考电压，耦接到零电压，耦接到负电压，等)。卡盘118的示例包括静电卡盘(ESC)和磁性卡盘。卡盘118的下电极由金属(例如阳极氧化铝、铝合金，等)制成。在多种实施方式中，卡盘118的下电极是由陶瓷层覆盖的薄金属层。此外，上电极116由金属(例如铝、铝合金等)制成。在一些实施方式中，上电极116由硅制成。上电极116被定位成与卡盘118的下电极相对并面对卡盘118的下电极。将晶片W放置在卡盘118的顶表面120上以处理，所述处理例如，在晶片W上沉积材料，或清洁晶片W，或者蚀刻在晶片W上沉积的层，或对晶片W进行掺杂，或在晶片W上注入离子，或在晶片W上形成光刻图案，或蚀刻晶片W，或溅射晶片W，或其组合。

在一些实施方式中，等离子体室108使用额外部分形成，额外部分例如，围绕上电极116的上电极延伸部，围绕卡盘118的下电极的下电极延伸部，在上电极116与上电极延伸部之间的电介质环，下电极与下电极延伸部之间的电介质环，位于上电极116和卡盘118的边缘处以围绕等离子体室108内的其中形成等离子体的区域的约束环，等。

阻抗匹配网络106包括彼此耦合的一个或多个电路组件，例如一个或多个电感器，或一个或多个电容器，或一个或多个电阻器，或其组合或其两个或多个等。例如，阻抗匹配网络106包括串联电路，该串联电路包括与电容器串联耦合的电感器。阻抗匹配网络106进一步包括连接到串联电路的分流电路。分流电路包括与电感器串联连接的电容器。阻抗匹配网络106包括一个或多个电容器，并且一个或多个电容器(例如，所有可变电容器等)的对应电容是可变的(例如使用驱动组件等来改变)。阻抗匹配网络106包括一个或多个具有固定电容的电容器，例如其不能使用驱动组件112改变等。阻抗匹配网络106的一个或多个可变电容器的组合可变电容是值C1。例如，将一个或多个可变电容器的相应相对定位的板调节到固定位置以设置可变电容C1。为了说明，彼此并联连接的两个或更多个电容器的组合电容是电容器的电容的和。作为另一示例，彼此串联连接的两个或更多个电容器的组合电容是电容器的电容的倒数之和的倒数。在具有申请号14/245,803的专利申请中提供了阻抗匹配网络106的示例。

匹配网络模型102例如从阻抗匹配网络106的分支推导出，例如，表示阻抗匹配网络106的分支等。例如，当x MHz RF发生器连接到阻抗匹配网络106的分支电路时，匹配网络模型102表示阻抗匹配网络106的分支电路的电路的计算机生成模型，例如是该计算机生成模型等。作为另一示例，匹配网络模型102与阻抗匹配网络106的电路部件不具有相同数目的电路部件。在一些实施方式中，匹配网络模型102具有比阻抗匹配网络106的电路部件的数量更少数量的电路元件。为了说明，匹配网络模型102是阻抗匹配网络106的分支电路的简化形式。为了进一步说明，阻抗匹配网络106的分支电路的多个可变电容器的可变电容被组合成由匹配网络模型102的一个或多个可变电容元件表示的组合可变电容，阻抗匹配网络106的分支电路的多个固定电容器的固定电容被组合成由匹配网络模型102的一个或多个固定电容元件表示的组合固定电容，和/或阻抗匹配网络106的分支电路的多个固定电感器的电感被组合成由匹配网络模型102的一个或多个电感元件表示的组合电感，和/或阻抗匹配网络106的分支电路的多个电阻器的电阻被组合成由匹配网络模型102的一个或多个电阻元件表示的固定电阻。为了进一步说明，串联的电容器的电容通过以下方式组合：求每个电容的倒数以产生多个电容的倒数，对这些电容的倒数求和以产生组合电容的倒数，以及通过求组合电容的倒数的倒数以产生组合电容。作为另一示例，将串联连接的电感器的多个电感求和以产生组合电感，并且串联的电阻器的多个电阻被组合以产生组合电阻。阻抗匹配网络106的该部分的所有固定电容器的所有固定电容被组合成匹配网络模型102的一个或多个固定电容元件的组合固定电容。匹配网络模型102的其他示例在申请号为14/245,803的专利申请中提供。此外，在申请号为14/245,803的专利申请中描述了从阻抗匹配网络产生匹配网络模型的方式。

在一些实施方式中，从阻抗匹配网络106的示意图产生匹配网络模型102，阻抗匹配网络106具有三个分支，针对x MHz、y MHz和z MHz RF发生器各一个分支。三个分支在阻抗匹配网络106的输出140处彼此连接。该示意图最初包括多个不同组合的电感器和电容器。对于单独考虑的三个分支中的一个，匹配网络模型102表示三个分支中的一个。电路元件经由输入装置添加到匹配网络模型102，下面提供电路元件的示例。添加的电路元件的示例包括先前未包括在示意图中的电阻器以解决阻抗匹配网络106的分支中的功率损耗，包括先前未包括在示意图中的电感器以表示各种连接RF带的电感，包括先前未包括在示意图中的电容器以表示寄生电容。此外，由于阻抗匹配网络106的物理尺寸，因此一些电路元件经由输入装置被进一步添加到示意图，以表示阻抗匹配网络106的分支的传输线性质。例如，阻抗匹配网络106的分支中的一个或多个电感器的展开长度与经由一个或多个电感器的RF信号的波长相比不可忽略。为了解决这个效应，示意图中的电感器被分成2个或更多个电感器。此后，经由输入装置从示意图去除一些电路元件以产生匹配网络模型102。

在多种实施方式中，匹配网络模型102与阻抗匹配网络106的分支电路具有相同的拓扑，例如电路元件之间的连接、电路元件数量等。例如，如果阻抗匹配网络106的分支电路包括与电感器串联耦合的电容器，则匹配网络模型102包括与电感器串联耦合的电容器。在该示例中，阻抗匹配网络106的分支电路的电感器和匹配网络模型102的电感器具有相同的值，并且阻抗匹配网络106和匹配网络模型102的电容器具有相同的值。作为另一示例，如果阻抗匹配网络106的分支电路包括与电感器并联耦合的电容器，则匹配网络模型102包括与电感器并联耦合的电容器。在该示例中，阻抗匹配网络106的分支电路的电感器和匹配网络模型102的电感器具有相同的值，并且阻抗匹配网络106的分支电路的电容器和匹配网络模型102的电容器具有相同的值。作为另一示例，匹配网络102与阻抗匹配网络106的电路部件具有相同数量和相同类型的电路元件，并且在电路元件之间具有与电路部件之间的连接相同类型的连接。电路元件的类型的示例包括电阻器、电感器和电容器。连接类型的示例包括串行、并行等。

此外，RF发生器104包括用于产生RF信号的RF功率源122。RF发生器104包括连接到RF发生器104的输出126的传感器124，例如复阻抗传感器、复电流和电压传感器、复反射系数传感器、复电压传感器、复电流传感器等。输出126经由RF电缆130连接到阻抗匹配网络106的分支电路的输入128。阻抗匹配网络106经由RF传输线132连接到等离子体室108，RF传输线132包括RF杆和围绕RF杆的RF外部导体。

驱动组件112包括驱动器(例如，一个或多个晶体管等)和电动机，并且电动机经由连接机构114连接到阻抗匹配网络106的可变电容器。连接机构114的示例包括一个或多个杆或通过齿轮彼此连接的杆等。连接机构114连接到阻抗匹配网络106的可变电容器。例如，连接机构114连接到可变电容器，所述可变电容器是通过输入128连接到RF发生器104的分支电路的一部分。

应当注意，在阻抗匹配网络106包括分支电路中的多于一个的连接到RF发生器104的可变电容器的情况下，驱动组件112包括用于控制多于一个的可变电容器的单独的电动机，并且电动机中的每个通过相应的连接机构连接到相应的可变电容器。在这种情况下，多个连接机构被称为连接机构114。

RF发生器106是x兆赫(MHz)RF发生器或y MHz RF发生器或z MHz RF发生器。在一些实施方式中，x MHz RF发生器的示例包括2MHz RF发生器，y MHz RF发生器的示例包括27MHz RF发生器，并且z MHz RF发生器的示例包括60MHz RF发生器。在多种实施方式中，xMHz RF发生器的示例包括400kHz RF发生器，y MHz RF发生器的示例包括27MHz RF发生器，并且z MHz RF发生器的示例包括60MHz RF发生器。

应当注意，在等离子体室100中使用两个RF发生器(例如x和y MHz RF发生器等)的情况下，两个RF发生器中的一个连接到输入128，另一个RF发生器连接到阻抗匹配网络106的另一个输入。类似地，在等离子体室100中使用三个RF发生器(例如x、y和z MHz RF发生器等)的情况下，两个RF发生器中的一个连接到输入128，RF发生器中的第二个连接到阻抗匹配网络106的第二输入，并且RF发生器中的第三个连接到阻抗匹配网络的第三输入。输出140经由阻抗匹配网络106的分支电路连接到输入128。在其中使用多个RF发生器的实施方式中，输出140经由阻抗匹配网络106的第二分支电路连接到第二输入，并且输出140经由阻抗匹配网络106的第三分支电路连接到第二输入。

主机计算机系统110包括处理器134和存储器设备136。主机计算机110的示例包括膝上型计算机或台式计算机或平板或智能电话等。如本文所使用的，代替处理器，使用中央处理单元(CPU)、控制器、专用集成电路(ASIC)或可编程逻辑器件(PLD)，并且这些术语在本文中可互换使用。存储器设备的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘、易失性存储器、非易失性存储器、存储盘冗余阵列、闪存等。传感器124经由网络电缆136连接到主计算机系统110。本文使用的网络电缆的示例是用于以串行方式或以并行方式或使用USB协议传输数据的电缆，等。

RF发生器104在射频RF1下操作。例如，处理器134向RF发生器104提供包括射频RF1和功率值的配方。RF发生器104经由网络电缆138接收配方，网络电缆138连接到RF发生器104和主计算机系统110，并且RF发生器104的数字信号处理器(DSP)将配方提供给RF功率源122。RF功率源122产生具有配方中规定的射频RF1和功率的RF信号。

阻抗匹配网络106被初始化以具有组合可变电容C1。例如，处理器134向驱动组件112的驱动器发送信号以产生一个或多个电流信号。一个或多个电流信号由驱动器产生并被发送到驱动组件112的相应的一个或多个电动机的相应的一个或多个定子。驱动组件112的相应的一个或多个转子旋转以移动连接机构114以将阻抗匹配网络106的分支电路的组合可变电容改变成C1。具有组合可变电容C1的阻抗匹配网络106的分支电路经由输入128和RF电缆130从输出126接收具有射频RF1的RF信号，并且将连接到阻抗匹配网络1006的负载的阻抗与连接到阻抗匹配网络106的源的阻抗匹配以产生作为RF信号的修改信号。负载的示例包括等离子体室108和RF传输线132。源的示例包括RF电缆130和RF发生器104。修改的信号经由RF传输线132从阻抗匹配网络106的分支电路的输出140提供至卡盘118。当经修改的信号结合一种或多种处理气体(例如，含氧气体、含氟气体等)被提供给卡盘118时，在卡盘118和上电极116之间的间隙产生或保持等离子体。

当产生具有射频RF1的RF信号并且阻抗匹配网络106具有组合的可变电容C1时，传感器124感测输出126处的电压反射系数Γmi1，并且经由网络电缆136提供所述电压反射系数到处理器134。电压反射系数的示例包括从等离子体室108朝向RF发生器104反射的功率与在由RF发生器104产生的RF信号内供应的功率的比率。处理器134根据电压反射系数Γmi1计算阻抗Zmi1。例如，处理器134通过应用式(1)计算阻抗Zmi1，式(1)为Γmi1＝(Zmi1-Zo)/(Zmi1+Zo)，并求解Zmi1，其中Zo是RF传输线132的特性阻抗。阻抗Zo经由输入装置(例如，鼠标、键盘、触笔、小键盘、按钮、触摸屏等)提供给处理器134，该输入装置经由输入/输出接口(例如串行接口、并行接口、通用串行总线(USB)接口等)连接到处理器134。在一些实施方式中，传感器124测量阻抗Zmi1并经由网络电缆136将所述阻抗Zmi1提供给处理器134。

阻抗Zmi1由处理器134施加到匹配网络模型102的输入142，并且经由匹配网络模型102正向传播以计算匹配网络模型102的输出144处的负载阻抗ZL1。例如，阻抗Z1由处理器144经由匹配网络模型102的一个或多个电路元件正向传播，以产生负载阻抗ZL1。为了说明，匹配网络模型102被初始化为具有射频RF1。当匹配网络模型102包括电阻元件、电感元件、固定电容元件和可变电容元件的串联组合时，处理器134计算在匹配网络模型102的输入142处接收的阻抗Zmi1，跨越电阻元件的复阻抗，跨越电感元件的复阻抗，以及跨越具有可变电容C1的可变电容元件的复阻抗，以及跨越固定电容元件的复阻抗的方向和，以产生负载阻抗ZL1。

在一些实施方式中，RF发生器104在连续波模式下操作，连续波模式不是脉冲波模式。例如，RF发生器104不具有脉冲状态S1和S2，其中处于状态S2的RF信号的所有功率值不包括处于状态S2的RF信号的功率值。状态S2具有比状态S1的功率值低的功率值。作为另一示例，在连续波模式中，处于状态S1的至少一个功率值与处于状态S2中的至少一个功率值的功率值存在重叠，以消除状态S1和S2之间的差，以产生一个状态。

在多种实施方式中，代替测量输出126处的电压反射系数，在RF电缆130上的从输出126到输入128并包括输出126和输入128的任何点处测量电压反射系数。例如，传感器124连接到RF功率源122和阻抗匹配网络106之间的点，以测量电压反射系数。

图2是初始化为射频RF1和可变电容C1以在输入142处产生电压反射系数Γi的匹配网络模型102的实施方式的图。处理器134根据负载阻抗ZL1和匹配网络模型102计算使得电压反射系数Γi为零的射频值RFoptimum和组合可变电容值Coptimum1。例如，处理器134经由匹配网络模型102反向传播负载阻抗ZL1，以产生对应于在输入142处具有零值的电压反射系数Γi的输入阻抗Zi。反向传播与正向传播相同，不同之处在于反向传播与正向传播的方向相反。在一些实施方式中，由处理器134执行非线性最小二乘优化程序，以根据负载阻抗ZL1和匹配网络模型102计算使得电压反射系数Γi为零的射频值RFoptimum和组合可变电容值Coptimum1。在多种实施方式中，预定方程由处理器134应用以根据负载阻抗ZL1和匹配网络模型102计算使得电压反射系数Γi为零的射频值RFoptimum和组合可变电容值Coptimum1。

此外，处理器134将应用到匹配网络模型102的射频值从RFoptimum1@C1改变成RFoptimumn@C1，并反向传播负载阻抗ZL1以确定使得电压反射系数Γi是最小值的射频RFoptimum1@C1，其中n是大于1的整数。例如，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum1@C1时，处理器134经由具有可变电容C1的匹配网络模型102反向传播负载阻抗ZL1，以确定电压反射系数Γi具有第一值。此外，在该示例中，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum2@C1时，处理器134经由具有可变电容C1的匹配网络模型102反向传播负载阻抗ZL1，以确定电压反射系数Γi具有第二值。处理器134确定第一值是第一值和第二值的最小值，以进一步确定RFoptimum1@C1是使得电压反射系数Γi为最小值的射频值。在一些实施方式中，使用非线性平方优化程序来找出使得电压反射系数Γi具有最小值的射频值RFoptimum1@C1。

在多种实施方式中，使得电压反射系数是最小值的射频的值在本文中被称为有利的RF值。

在一些实施方式中，RF值在本文中有时被称为“参数值”。此外，电容在本文中有时被称为“可测量因子”。

图3是等离子体系统100的实施方式的图，以说明使用电容值Coptimum1来产生步进组合可变电容值Cstep1，以及使用值RFoptimum1@C1来产生在匹配网络模型102的输出144处的负载阻抗ZL2。处理器134修改配方以包括射频值RFoptimum1@C1并将射频值RFoptimum1@C1提供给RF发生器104。此外，处理器134确定步进可变电容值Cstep1，其是从值C1至值Coptimum1的方向上的步长。应当注意，即使阻抗匹配网络106的对应的一个或多个可变电容器的一个或多个电容从C1变化到Coptimum1，一个或多个可变电容器相对于由RF发生器104产生的RF信号的RF频率的变化足够缓慢地移动。

代替将阻抗匹配网络102的组合可变电容设置为值Coptimum1，并且代替将RF发生器104设置为产生具有射频RFoptimum的RF信号，处理器134控制驱动组件112，使得阻抗匹配网络102的组合可变电容被设置为值Cstep1，并且控制RF发生器104在射频RFoptimum1@C1下操作。阻抗匹配网络104实现可变电容Coptimum1花费的时间比由RF发生器104产生具有射频RFoptimum的RF信号花费更长的时间，例如量级为秒等。例如，对于RF发生器104从射频RF1实现射频RFoptimum花费微秒量级的时间。结果，难以从值C1直接获得值Coptimum1，同时从值RF1获得值RFoptimum，使得RF发生器104的输入端126处的电压反射系数为零。因此，阻抗匹配网络106的可变电容在朝向可变电容Coptimum1的方向上以步长(例如Cstep1等)调节。

对于射频RFoptimum1@C1和可变电容Cstep1，RF发生器106产生具有射频RFoptimum1@C1的RF信号，所述RF信号经由阻抗匹配网络106传输以产生修改的信号，修改的信号被提供给下电极118。当RF发生器106产生具有射频RFoptimum1@C1的RF信号并且组合可变电容为Cstep1时，传感器124测量输出126处的电压反射系数Γmi2，并且处理器134以与上述根据电压反射系数Γmi1产生阻抗Zmi1的的方式相同的方式根据电压反射系数Γmi2产生阻抗Zmi2。此外，阻抗Zmi1经由匹配网络模型102正向传播，以在匹配网络模型102的输出144处产生负载阻抗ZL2，其方式与根据在匹配网络模型102的输入142处的阻抗Zmi1产生在输出144处的负载阻抗ZL1的方式相同。

图4是匹配网络模型102的实施方式的图，匹配网络模型102被设置为射频RFoptimum1@C1和组合可变电容Cstep1，以在输入142处产生电压反射系数Γi的最小值。例如，处理器142将射频RFoptimum1@C1和组合可变电容Cstep1施加于匹配网络模型102。作为另一示例，处理器142将匹配网络模型102的参数值设置为具有射频的值RFoptimum1@C1和组合可变电容的值Cstep1。

以上述用于计算组合可变电容Coptimum1的相同方式，处理器134根据负载阻抗ZL2和匹配网络模型102计算使得电压反射系数Γi为零的组合可变电容值Coptimum2。处理器134将施加到匹配网络模型102的射频值从RFoptimum1@Cstep1改变为RFoptimumn@Cstep1，并反向传播负载阻抗ZL2以确定使得电压反射系数Γi为最小值的射频RFoptimum1@Cstep1，其中n是大于1的整数。例如，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum1@Cstep1时，处理器134经由具有可变电容Cstep1的匹配网络模型102反向传播阻抗ZL2，以确定电压反射系数Γi具有第一值。此外，在该示例中，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum2@Cstep1时，处理器134经由具有可变电容Cstep1的匹配网络模型102反向传播阻抗ZL2，以确定电压反射系数Γi具有第二值。处理器134确定第一值是第一值和第二值的最小值，以进一步确定RFoptimum1@Cstep1是使得电压反射系数Γi为最小值的射频值。

图5是系统100的实施方式的图，以示出使用电容值Coptimum2来产生另一步进组合可变电容值Cstep2以及使用值RFoptimum1@Cstep1来产生负载阻抗ZL3。处理器134修改配方以包括射频值RFoptimum1@Cstep1，并且将射频值RFoptimum1@Cstep1提供给RF发生器104。此外，处理器134确定步进可变电容值Cstep2，其是从值Cptep1在值Coptimum2方向上的一个额外步长。例如，在可变电容值Cstep1、Cstep2和Coptimum2中，可变电容值Cstep2大于值Cstep1并小于值Coptimum2，并且值Cstep2和Cstep1大于值C1。作为另一示例，在可变电容值Cstep1、Cstep2和Coptimum2中，可变电容值Cstep2小于值Cstep1并且大于值Coptimum2，并且值Cstep1和Cstep2小于值C1。

代替将阻抗匹配网络102的组合可变电容设置为值Coptimum2，并且代替将RF发生器104设置为产生具有射频RFoptimum的RF信号，处理器134控制驱动组件112，使得阻抗匹配网络102的组合可变电容被设置为值Cstep2，并且控制RF发生器104在射频RFoptimum1@Cstep1下操作。对于射频RFoptimum1@Cstep1和可变电容Cstep2，RF发生器106产生具有射频RFoptimum1@Cstep1的RF信号，其经过阻抗匹配网络106以产生修改的信号，修改的信号被提供给下电极118。对于射频RFoptimum1@Cstep1和可变电容Cstep2，传感器124测量输出126处的电压反射系数Γmi3，并且处理器134以与根据电压反射系数Γmi1产生阻抗Zmi1的方式相同的方式根据电压反射系数产生阻抗Zmi3。此外，阻抗Zmi3经由匹配网络模型102正向传播，以与在匹配网络模型102的输入142处根据阻抗Zmi1在输出144处产生负载阻抗ZL1的方式相同的方式在匹配网络模型102的输出144处产生负载阻抗ZL3。

在一些实施方式中，射频RFoptimum1@Cstep1等于最佳射频值RFoptimum，并且Cstep2的组合可变电容等于值Coptimum2。在这些实施方式中，不执行下面参照图6至图9描述的操作。

图6是匹配网络模型102的实施方式的图，匹配网络模型102被设置为射频RFoptimum1@Cstep1和组合可变电容Cstep2以在输入142处产生电压反射系数Γi的最小值。以与上述用于计算组合可变电容Coptimum1相同的方式，处理器134根据负载阻抗ZL3和匹配网络模型102计算使得电压反射系数Γi为零的组合可变电容值Coptimum3。

此外，处理器134将施加到匹配网络模型102的射频值从RFoptimum1@Cstep2改变为RFoptimumn@Cstep2，并反向传播负载阻抗ZL3以确定使得电压反射系数Γi为最小值的射频RFoptimum1@Cstep2，其中n是大于1的整数。例如，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum1@Cstep2时，处理器134经由具有组合可变电容Cstep2的匹配网络模型102反向传播阻抗ZL3，以确定电压反射系数Γi具有第一值。此外，在该示例中，当匹配网络模型102具有射频RFoptimum2@Cstep2时，处理器134经由具有组合可变电容Cstep2的匹配网络模型102反向传播阻抗ZL3，以确定电压反射系数Γi具有第二值。处理器134确定第一值是第一值和第二值的最小值，以进一步确定RFoptimum1@Cstep2是使得电压反射系数Γi为最小值的射频值。

在一些实施方式中，电容值Coptimum2和Coptimum3中的任一个等于使得电压反射系数Γi为零的电容值Coptimum1。

图7是等离子体系统100的实施方式的图，以说明使用电容值Coptimum3，以及使用值RFoptimum1@Cstep2来产生负载阻抗ZL4。处理器134修改配方以包括射频值RFoptimum1@Cstep2，并且将射频值RFoptimum1@Cstep2提供给RF发生器104。此外，处理器134确定步进可变电容值Cstep3，其是从值Cptep2在值Coptimum3方向上的一个额外的步长。例如，值Cstep 3是值Coptimum3。为了进一步说明，在可变电容值Cstep1、Cstep2和Coptimum3中，可变电容值Coptimum3大于值Cstep2，并且值Cstep2大于值Cstep1，值Cstep1大于电容值C1。作为另一说明，在可变电容值Cstep1、Cstep2和Coptimum3中，可变电容值Coptimum3小于值Cstep2，值Cstep2小于值Cstep1，并且值Cstep1小于值C1。

处理器134控制驱动组件112，使得阻抗匹配网络102的组合可变电容被设置为值Coptimum3。此外，代替将RF发生器104设置为产生具有射频RFoptimum的RF信号，处理器134控制RF发生器104以在射频RFoptimum1@Cstep2下操作。

对于射频RFoptimum1@Cstep2和可变电容Coptimum3，RF发生器106产生具有射频RFoptimum1@Cstep2的RF信号，所述RF信号经过阻抗匹配网络106以产生修改的信号，修改的信号被提供给下电极118。对于射频RFoptimum1@Cstep2和可变电容Coptimum3，传感器124测量输出126处的电压反射系数Γmi4，并且处理器134以与根据电压反射系数Γmi1产生阻抗Zmi1的方式相同的方式根据电压反射系数Γmi4产生阻抗Zmi4。此外，阻抗Zmi4经由匹配网络模型102正向传播，以与根据在匹配网络模型102的输入142处的阻抗Zmi1在输出144处产生负载阻抗ZL1的方式相同的方式在匹配网络模型102的输出144处产生负载阻抗ZL4。

在一些实施方式中，值RFoptimum1@Cstep2等于射频值RFoptimum。在这些实施方式中，不执行下面参考图8和9描述的操作。

在多种实施方式中，在处理器134被编程为被约束以计算在预定电容值边界内的最佳电容值之后，获得最佳值Coptimum1、Coptimum2和Coptimum3中的每一个。例如，处理器134被编程为以上面关于图2描述的方式确定最佳电容值Coptimum1，不同的是，电容值Coptimum1在上预定极限和下预定极限之间。预定边界与阻抗匹配网络106(图1)的一个或多个可变电容器的操作边界相同。例如，一个或多个可变电容器在物理上不能在操作边界外操作。作为另一示例，处理器134被编程为以上面关于图4描述的方式确定最佳电容值Coptimum2，不同的是，电容值Coptimum2在上预定极限和下预定极限之间。作为又一示例，处理器134被编程为以上面关于图6描述的方式确定最佳电容值Coptimum3，不同的是电容值Coptimum3在上预定极限和下预定极限之间。

在一些实施方式中，在处理器134被编程为被约束以计算在预定极限内的最佳RF值之后，获得值RFoptimum1@C1、RFoptimum1@Cstep1、RFoptimum1@Cstep2和RFoptimum1@Coptimum中的每一个。例如，处理器134被编程为以上面关于图2描述的方式确定RF值RFoptimum1@C1，不同的是RF值RFoptimum1@C1在上预定边界和下预定边界之间。预定极限与RF发生器104(图1)的操作边界相同。例如，RF发生器104物理上不能在操作边界外操作。作为另一示例，处理器134被编程为以上面关于图4描述的方式确定RF值RFoptimum1@Cstep1，不同的是，RF值RFoptimum1@Cstep1在上预定边界和下预定边界之间。作为又一示例，处理器134被编程为以上面关于图6描述的方式确定最佳RF值RFoptimum1@Cstep2，不同的是，RF值RFoptimum1@Cstep2在上预定边界和下预定边界之间。作为另一示例，处理器134被编程为以上面关于图8描述的方式确定最佳RF值RFoptimum1@Coptimum，不同的是，RF值RFoptimum1@Coptimum在上预定边界和下预定边界之间。

图8是匹配网络模型102的实施方式的图，其被设置为射频RFoptimum1@Cstep2和组合可变电容Coptimum3，以在输入端142产生电压反射系数Γi的最小值。处理器134将施加到匹配网络模型102的射频值从RFoptimum1@Coptimum改变成RFoptimumn@Coptimum，并反向传播负载阻抗ZL4以确定使得电压反射系数Γi是最小值的射频RFoptimum1@Coptimum，其中n为大于1的整数。例如，当匹配网络模型具有射频RFoptimum1@Cstep2时，处理器134经由具有可变电容Coptimum3的匹配网络模型102反向传播负载阻抗ZL4，以确定电压反射系数Γi具有第一值。此外，在该示例中，当匹配网络模型具有射频RFoptimum2@Cstep2时，处理器134经由具有可变电容Coptimum3的匹配网络模型102反向传播负载阻抗ZL4，以确定电压反射系数Γi具有第二值。处理器134确定第一值是第一值和第二值的最小值，以进一步确定RFoptimum1@Coptimum是使得电压反射系数Γi是最小值的射频值。

在一些实施方式中，值RFoptimum1@Coptimum等于值RFoptimum。

图9是系统100的实施方式的图示，以说明使用电容值Coptimum3，以及使用值RFoptimum1@Coptimum来处理晶片W。处理器134修改配方以包括射频值RFoptimum1@Coptimum，并且向RF发生器104提供射频值RFoptimum1@Coptimum。此外，处理器134继续控制驱动组件112，使得阻抗匹配网络102的组合可变电容被设置为值Coptimum3。此外，代替将RF发生器104设置为产生具有射频RFoptimum的RF信号，处理器134控制RF发生器104以在射频RFoptimum1@Coptimum下操作。

对于射频RFoptimum1@Coptimum和可变电容Coptimum3，RF发生器106产生具有射频RFoptimum1@Coptimum的RF信号，所述RF信号经过阻抗匹配网络106以产生修改的信号，修改的信号被提供给下电极118以用于处理晶片W。以这种方式，代替直接从射频RF1施加射频RFoptimum，并且代替直接从组合可变电容值C1施加组合可变电容值Coptimum1，采用步进方法，其中首先施加组合可变电容值Cstep1与射频RFoptimum1@C1，然后首先施加组合可变电容值Cstep1与射频RFoptimum1@C1，然后第二施加组合可变电容值Cstep2和射频RFoptimum1@Cstep1，然后第三施加组合可变电容值Coptimum3与射频RFoptimum1@Cstep2，最后，随后施加组合可变电容值Coptimum3与射频RFoptimum1@Coptimum。例如，首先施加组合可变电容值Coptimum3和射频RFoptimum1@Cstep2，然后施加组合可变电容值Coptimum3和射频RFoptimum1@Coptimum。此外，施加组合可变电容值Cstep2和射频RFoptimum1@Cstep1，然后施加组合可变电容值Coptimum3和射频RFoptimum1@Cstep2。此外，施加组合可变电容值Cstep1和射频RFoptimum1@C1，然后施加组合可变电容值Cstep2和射频RFoptimum1@Cstep1。

在一些实施方式中，代替直接从射频RF1施加射频RFoptimum，并且代替直接从组合可变电容值C1施加组合可变电容值Coptimum1，采用步进方法，其中首先施加组合可变电容值Cstep1与射频RFoptimum1@C1(参见图3)，然后第二施加组合可变电容值Cstep2与射频RFoptimum1@Cstep1(参见图5)，然后第三施加组合可变电容值Coptimum3与射频RFoptimum1@Cstep2(见图7)，然后最后施加组合可变电容值Coptimum3与射频RFoptimum1@Coptimum(见图9)。

在一些实施方式中，代替根据从传感器124接收的电压反射系数(例如，Γmi1、Γmi2，Γmi3、Γmi4等)产生阻抗(例如，阻抗Zmi1等)，处理器134接收电压反射系数以在匹配网络模型102的输出144处产生对应的负载电压反射系数阻抗，例如ΓL1、ΓL2，ΓL3、ΓL4等。不需要从电压反射系数到阻抗的转换，反之亦然。

在多种实施方式中，如本文所述，代替匹配网络模型102，使用匹配网络模型102和RF传输模型的组合以逐步方式改变阻抗匹配网络106的电容。例如，在RF传输模型的输出处而不是在匹配网络模型102的输出144处计算负载阻抗ZL1、ZL2、ZL3和ZL4。作为另一示例，代替使用在图2、4、6和8中的匹配网络模型102，使用匹配网络模型102和RF传输模型两者。RF传输模型串联连接到匹配网络模型102的输出144，并且以与从阻抗匹配网络106导出匹配网络模型102类似的方式从RF传输线132导出。例如，RF传输模型具有从RF传输线132的电感、电容和/或电阻导出的电感、电容和/或电阻。作为另一示例，RF传输模型的电容与RF传输线132的电容相匹配，RF传输模型的电感与RF传输线132的电感匹配，并且RF传输模型的电阻与RF传输线132的电阻匹配。

在一些实施方式中，代替匹配网络模型102，使用RF电缆模型、匹配网络模型102和RF传输模型的组合来以逐步的方式改变阻抗匹配网络106的电容，如本文所述。例如，在RF传输模型的输出处而不是在匹配网络模型102的输出144处计算负载阻抗ZL1、ZL2、ZL3和ZL4。作为另一示例，代替使用图2、图4、图6和图8中的匹配网络模型102，使用RF电缆模型、匹配网络模型102和RF传输模型。RF电缆模型串联连接到匹配网络模型102的输入142，并且以与匹配网络模型102从阻抗匹配网络106导出的方式类似的方式从RF电缆130导出。例如，RF电缆模型具有从RF电缆130的电感、电容和/或电阻导出的电感、电容和/或电阻。作为另一个示例，RF电缆模型的电容与RF电缆130的电容匹配，RF电缆模型的电感与RF电缆130的电感匹配，并且RF电缆模型的电阻与RF电缆130的电阻匹配。

图10是用于示出阻抗匹配网络106和RF发生器104的逐步调谐的图1000的实施方式。图1000绘制由RF发生器104产生的RF信号的频率与阻抗匹配网络106的组合可变电容的关系。图1000绘制作为阻抗匹配网络106的组合可变电容和由RF发生器104产生的RF信号的频率的函数的电压反射系数Γ的代表性轮廓。从点B开始，其中电压反射系数的量值近似等于0.5，匹配网络模型102指示最佳调谐点为A，其中Γ的量值近似等于零，并且输入126处的电阻值(图1)为50欧姆。如果阻抗匹配网络106的组合可变电容和由RF发生器104产生的RF信号的频率以最大可实现速率改变，则频率非常快速地下降到点C，其中在阻抗匹配网络106的较慢可变电容具有移动的机会之前电压反射系数Γ的量值更糟糕。在逐步调谐中，阻抗匹配网络106的组合可变电容从点B经由点D、E和F改变到点A，并且RF信号的频率针对在点D、E和F处的可变电容中的每个进行调谐。在点D、E和F的每一个处，确定针对电压反射系数Γ的最小量值的RF信号的局部最佳频率。

应当注意，在一些上述实施方式中，RF信号被提供给卡盘118的下电极，并且上电极116接地。在多种实施方式中，RF信号被施加到上电极116，并且卡盘118的下电极被接地。

本文描述的实施方式可以用多种计算机系统配置来实施，多种计算机系统配置包括手持硬件单元、微处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。这里描述的实施方式还可以在分布式计算环境中实施，其中任务由通过计算机网络链接的远程处理硬件单元执行。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统包括半导体处理设备，其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/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体的输送、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)发生器设置、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、出入工具和其它传送工具和/或连接到特定系统或与特定系统交互的负载锁的晶片传送。

概括地说，在多种实施方式中，控制器被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路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ASIC的芯片、PLD、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。程序指令是以各种单独设置(或程序文件)的形式传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片上或针对半导体晶片执行特定处理的操作参数。在一些实施方式中，操作参数是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、氧化硅、表面、电路和/或裸芯片期间完成一个或多个处理步骤的配方的一部分。

在一些实施方式中，控制器是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器在“云”中或者是fab主机系统的全部或一部分，其可以允许远程访问晶片处理。控制器启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，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工艺。

在一些实施方式中，远程计算机(例如，服务器)通过计算机网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实例中，控制器接收用于处理晶片的设置形式的指令。应当理解，设置针对将要在晶片上执行的工艺类型以及工具类型，控制器连接或控制该工具。因此，如上所述，控制器例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的实现过程)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例包括与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路，它们结合以控制室上的工艺。

在各种实施方案中，该系统包括但不限于，等离子体蚀刻室，沉积室、旋转清洗室、金属电镀室、清洁室、倒角边缘蚀刻室、物理气相沉积(PVD)室、化学气相沉积(CVD)室、原子层沉积(ALD)室、原子层蚀刻(ALE)室、离子注入室、轨道室以及在半导体晶片的制备和/或制造中关联上或使用的任何其它的半导体处理室。

还应注意，尽管在一些实施方式中参考平行板等离子体室(例如电容耦合等离子体室等)描述了上述操作，但是上述操作适用于其它类型的等离子体室，例如包括电感耦合等离子体(ICP)反应器、变压器耦合等离子体(TCP)反应器、导体工具、电介质工具的等离子体室，包括电子回旋共振(ECR)反应器的等离子体室等。例如，x MHz RF发生器、y MHz RF发生器和z MHz RF发生器耦合到ICP等离子体室内的电感器。

如上所述，根据工具将要执行的处理操作，控制器与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

考虑到上述实施方式，应当理解，一些实施方式采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些计算机实现的操作是操纵物理量的操作。

一些实施方式还涉及用于执行这些操作的硬件单元或装置。该装置是专门构造用于专用计算机的。当被定义为专用计算机时，计算机执行不是专用目的的一部分的其它处理、程序执行或例程，同时仍然能够操作用于特殊目的。

在一些实施方式中，本文所描述的操作由选择性地激活的计算机执行，或者由存储在计算机存储器中的或通过计算机网络获得的一个或多个计算机程序配置。当通过计算机网络获得数据时，数据可以由计算机网络上的其他计算机处理，例如计算资源的云。

本文所描述的一个或多个实施方式还可以被制造为非暂时性计算机可读介质上的计算机可读代码。非暂时性计算机可读介质是存储数据的任何数据存储硬件单元(例如存储器设备等)，这些数据之后由计算机系统读取。非暂时性计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附加存储器(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、光盘只读存储器(CD-ROM)、可录光盘(CD-R)、可重写CD(CD-RW)、磁带和其他光学以及非光学数据存储设备。在一些实施方式中，非暂时性计算机可读介质包括分布在网络耦合的计算机系统上的计算机可读有形介质，使得计算机可读代码以分布的方式存储和执行。

虽然以特定顺序呈现了上述一些方法操作，但是应当理解，在多种实施方式中，在方法操作之间执行其他内务操作，或者调整方法操作，使得它们在稍微不同的时间进行，或者分布在允许以各种间隔进行方法操作的系统中，或者以与上述不同的顺序执行。

还应当注意，在一种实施方式中，来自上述任何实施方式的一个或多个特征与任何其他实施方式的一个或多个特征组合，而不脱离在本公开中描述的多种实施方式中描述的范围。

虽然为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述实施方式，但是显而易见的是，可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。因此，本文的实施方式被认为是说明性的而不是限制性的，并且实施方式不限于本文给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同物内进行修改。

Claims (21)

1.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的方法，包括：

当射频发生器在第一参数值操作并且阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时，接收在所述射频发生器的输出和所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值；

初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的匹配网络模型；

当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值；

使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测量因子；

使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数是最小的第一有利参数值；

在所述第一有利参数值操作所述射频发生器；以及

将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步方式被调谐。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

当所述射频发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时，接收在所述射频发生器的输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第二测量输入参数值；

将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值；

当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值；

使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值；

在所述第二有利参数值操作所述射频发生器；以及

将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二有利参数值是所述最佳参数值。

4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：

当所述射频发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时，接收在所述射频发生器的输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第三测量输入参数值；

将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值；

根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值；

使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值；以及

在所述第三有利参数值操作所述射频发生器。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一测量输入参数值由耦合到所述射频发生器的所述输出的传感器感测，其中所述第一测量输入参数值是阻抗或反射系数。

8.根据权利要求1所述的方法，其中通过经由所述一个或多个模型的电路元件正向传播所述第一测量输入参数值来计算所述第一输出参数值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中通过经由所述一个或多个模型的电路元件反向传播所述第一输出参数值来计算所述最佳参数值和所述最佳可变可测量因子，以实现零反射系数。

10.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统，其包括：

处理器，其被配置为当射频发生器在第一参数值操作并且所述阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时接收在所述射频发生器的输出和所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的模型；以及

连接到所述处理器的存储器设备，其中所述存储器设备被配置为存储所述一个或多个模型，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测因子；

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的反射系数是最小的第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第一有利参数值操作所述射频发生器，

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步的方式被调谐。

11.根据权利要求10所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述射频发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时接收在所述射频发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第二测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第二有利参数值操作所述射频发生器，以及

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

12.根据权利要求11所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述射频发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时接收在所述射频发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第三测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值，以及

其中所述处理器被配置为在所述第三有利参数值操作所述射频发生器。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一测量输入参数值由耦合到所述射频发生器的所述输出处的传感器感测，其中所述第一测量输入参数值是阻抗或反射系数。

16.一种用于以逐步方式调谐阻抗匹配网络的系统，其包括：

具有输出的射频发生器；

阻抗匹配网络，其连接到所述射频发生器的所述输出；

等离子体室，其经由射频传输线连接到所述阻抗匹配网络；以及

耦合到所述射频发生器的处理器，

其中所述处理器被配置成当所述射频发生器在第一参数值操作并且所述阻抗匹配网络具有第一可变可测量因子时接收在所述射频发生器的所述输出与所述阻抗匹配网络的输入之间感测的第一测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为初始化一个或多个模型以具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值，其中所述一个或多个模型包括所述阻抗匹配网络的匹配网络模型，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一可变可测量因子和所述第一参数值时，根据所述第一测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第一输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的输入处的反射系数为零的最佳参数值和最佳可变可测量因子；

其中所述处理器被配置为使用所述第一输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数最小的第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第一有利参数值操作所述射频发生器，

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第一步进可变可测量因子，其中所述第一步进可变可测量因子与所述第一可变可测量因子相比更接近所述最佳可变可测量因子，使得所述阻抗匹配网络以逐步的方式被调谐。

17.根据权利要求16所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述射频发生器在所述第一有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第一步进可变可测量因子时接收在所述射频发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第二测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值，

其中所述处理器被配置为当所述一个或多个模型具有所述第一步进可变可测量因子和所述第一有利参数值时，根据所述第二测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第二输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第二输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为在所述第二有利参数值操作所述射频发生器，以及

其中所述处理器被配置为将所述阻抗匹配网络设置为具有第二步进可变可测量因子。

18.根据权利要求17所述的系统，

其中所述处理器被配置为当所述射频发生器在所述第二有利参数值操作并且所述阻抗匹配网络被设置为具有所述第二步进可变可测量因子时接收在所述射频发生器的所述输出和所述阻抗匹配网络的所述输入之间感测的第三测量输入参数值，

其中所述处理器被配置为将所述一个或多个模型设置为具有所述第二步进可变可测量因子和所述第二有利参数值，

其中所述处理器被配置为根据所述第三测量输入参数值使用所述一个或多个模型来计算第三输出参数值，

其中所述处理器被配置为使用所述第三输出参数值和所述一个或多个模型来计算使得所述一个或多个模型的所述输入处的所述反射系数是最小的第三有利参数值，以及

其中所述处理器被配置为在所述第三有利参数值操作所述射频发生器。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第三有利参数值是所述最佳参数值。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述第三有利参数值不同于所述最佳参数值。

21.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一测量输入参数值由耦合到所述射频发生器的所述输出的传感器感测，其中所述第一测量输入参数值是阻抗或反射系数。

Images