CN107887247A - 在一个状态中频率和匹配调谐以及在另一状态中频率调谐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在一个状态中频率和匹配调谐以及在另一状态中频率调谐。描述在一个状态S1中进行频率和匹配调谐以及在另一状态S2中进行频率调谐的系统和方法。所述系统和方法包括确定针对状态S1和S2的一个或多个变量，以及基于所述一个或多个变量调谐射频(RF)发生器的针对状态S1的频率。

Description

在一个状态中频率和匹配调谐以及在另一状态中频率调谐
技术领域
本实施方式涉及在一个状态下的频率和匹配调谐以及在另一状态下的频率调谐。
背景技术
在一些等离子体处理系统中，向等离子体室内的电极提供射频(RF)信号。使用RF信号在等离子体室内产生等离子体。等离子体用于各种操作，例如清洁放置在下电极上的衬底、蚀刻衬底等。在使用等离子体处理衬底期间，RF信号在两种状态之间转换。
正是在这种背景下，本公开中描述的实施方式出现。
发明内容
本公开的实施方式提供了用于在一个状态下进行频率和匹配调谐以及在另一状态下进行频率调谐的系统、装置、方法和计算机程序。应当理解，本实施方式可以以许多方式实现，例如，以工艺、装置、系统、器件或计算机可读介质上的方法实现。下面描述几个实施方式。
在阻抗匹配电路和射频(RF)发生器的频率都用于调谐等离子体阻抗的多状态脉冲中，单独地根据每个状态使用反馈，但是如果多个脉冲状态中的每个状态知道其他状态将做什么，那么该调谐被显著改善。其中一个状态是较低功率状态，而另一个状态是较高功率状态。与较高功率状态相比，较低功率状态具有较低的功率(例如均方根功率等)量。运行存在于两个或更多个脉冲状态和阻抗匹配电路之间的反馈机制以避免不稳定性并实现最小的反射功率。例如，对于用于驱动偏置的13.56兆赫(MHz)居中的RF发生器，随着由RF发生器提供的功率的增加，负载变得越来越具电容性，并且随着由RF发生器提供的功率的减小，负载变得越来越具电感性。作为双状态偏置脉冲方案的结果，在阻抗匹配电路的给定的固定匹配位置(例如，阻抗、电容、电感、电路元件的位置等)的情况下，较低功率状态比高功率状态调谐到较低的频率。在许多情况下，高功率状态将通过阻抗匹配电路进行调谐，因为它将是进行蚀刻的状态，并且期望在蚀刻状态下具有低反射功率。然而，设置第一状态频率(例如高功率状态频率)对于第二状态(例如低功率状态)的频率调谐的成功是重要的。如果第一状态的频率设置得太低，则在RF发生器上没有足够的频率范围以用于第二状态的功率达到设定点，如果高功率状态频率设置得太高，则可能会破坏(infringe on)功率相对于等离子体阻抗变化而变化，例如dP/dZ等，或根据化学性质产生等离子体不稳定性。这里描述的系统和方法提供了在第一状态(例如S1)中的频率的自动扫描，但是使用来自第二状态的反馈来确定要走的方向以及何时停止。在一个实施方式中，状态S1是高功率状态。
这不同于依赖于来自其自身状态而不是其他状态的反馈的一些频率调谐算法。例如，在频率调谐的方法中，在每个状态期间，阻抗匹配电路处于固定匹配位置，而RF发生器调节其RF频率以实现最低的反射系数。举另一个例子，在具有两个状态并因此具有两个阻抗的脉冲方案中，阻抗匹配电路是固定的，使得在每个状态期间，阻抗的实部正由阻抗匹配电路调谐，并且阻抗的虚部由频率调谐。这意味着在这两种状态下都存在某个有限的反射功率。
在一些实施方式中，本文所述的方法包括双态脉冲中的阻抗调谐。例如，阻抗匹配电路用于在一个状态(例如高功率状态或低功率状态)中调谐，以实现接近0的反射功率，并且使用RF发生器的频率来调谐另一状态(例如，低功率状态或高功率状态)。使用阻抗匹配电路进行调谐的匹配调谐状态将达到零或几乎为零的反射功率，但是使用RF发生器的频率来调谐的频率调谐状态可能具有略高的反射功率。根据在匹配调谐状态下的频率是什么，应用迭代过程以找到用于匹配调谐状态的RF发生器的最佳固定频率。迭代处理器避免了在频率调谐状态下没有足够的频率范围的问题，也避免了在一个或两个状态中的不稳定性的问题。
在一个实施方式中，描述了一种用于实现朝向RF发生器反射的功率降低的方法。所述方法包括向所述RF发生器提供多个设定点。所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点。所述方法还包括调节阻抗匹配电路以将所述针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值。所述变量与所述RF发生器相关联。所述方法包括确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定，一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点。执行调节针对所述第二状态的所述频率设定点的所述操作以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设变量阈值。所述方法还包括确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定。所述方法包括响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
本文描述的系统和方法的一些优点包括自动找到用于两种状态的最佳频率。例如，在状态S1和状态S2(例如低功率状态、第二状态等)期间计算一个或多个变量，例如伽马或电压驻波比等。所述一个或多个变量用于在状态S1期间调谐RF发生器的频率，同时实现在状态S1期间的低伽马、在状态S2期间的低伽马，在状态S1期间的稳定的伽马，以及在状态S2期间的稳定的伽马。通过在状态S1期间调谐RF发生器的频率，从等离子体室向RF发生器反射的功率降低。反射功率的降低提高了等离子体室中的晶片的处理效率，并且还减少了对RF发生器内的部件的损坏的机会。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于实现朝向射频(RF)发生器反射的功率的减小的方法，其包括：
向所述RF发生器提供多个设定点，其中所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点；
调节阻抗匹配电路以将所述针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值，其中所述变量与所述RF发生器相关联；
确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定；
一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点，其中执行所述调节针对所述第二状态的所述频率设定点以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设变量阈值；
确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定；以及
响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
2.根据条款1所述的方法，其还包括响应于确定针对所述第一状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
3.根据条款1所述的方法，其还包括：
确定是否实现了针对所述第一状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第一状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
4.根据条款1所述的方法，其还包括：
确定是否实现了针对所述第二状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第二状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
5.根据条款1所述的方法，其中在所述RF发生器的输出处测量与所述RF发生器相关联的所述变量。
6.根据条款1所述的方法，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中所述确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定包括确定在所述第一状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
7.根据条款1所述的方法，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中所述确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定包括确定在所述第二状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
8.根据条款1所述的方法，其中，针对所述第一状态的所述频率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的RF信号的频率值，其中针对所述第二状态的所述频率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的频率值，其中针对所述第一状态的所述功率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值，其中针对所述第二状态的所述功率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值。
9.一种用于实现朝向射频(RF)发生器反射的功率的减小的系统，其包括：
RF发生器，其被配置为产生RF信号；
阻抗匹配网络，其耦合到所述RF发生器以用于接收所述RF信号以产生经修改的RF信号；
等离子体室，其耦合到所述阻抗匹配网络以用于接收所述经修改的RF信号；
主计算机系统，其耦合到所述RF发生器，其中所述主计算机系统包括处理器，所述处理器被配置为：
向所述RF发生器提供多个设定点，其中所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点；
调节所述阻抗匹配电路以将针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值，其中所述变量与所述RF发生器相关联；
确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定；
一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点，其中调节针对所述第二状态的所述频率设定点以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设的变量阈值；
确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定；以及
响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
10.根据条款9所述的系统，其中所述处理器还被配置为响应于确定针对所述第一状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
11.根据条款9所述的系统，其中所述处理器还被配置为：
确定是否实现了针对所述第一状态的所述功率设定点；以及
在确定没有实现针对所述第一状态的所述功率设定点时，改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
12.根据条款9所述的系统，其中所述处理器还被配置为：
确定是否实现了针对所述第二状态的所述功率设定点；以及
在确定没有实现针对所述第二状态的所述功率设定点时，改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
13.根据条款9所述的系统，其中在所述RF发生器的输出处测量与所述RF发生器相关联的所述变量。
14.根据条款9所述的系统，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中为了确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定，所述处理器被配置为确定在所述第一状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
15.根据条款9所述的系统，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中为了确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定，所述处理器被配置为确定在所述第二状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
16.根据条款9所述的系统，其中，针对所述第一状态的所述频率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的RF信号的频率值，其中针对所述第二状态的所述频率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的频率值，其中针对所述第一状态的所述功率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值，其中针对所述第二状态的所述功率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值。
17.一种非暂时性计算机可读介质，其存储使计算机执行多个操作以实现朝向射频(RF)发生器反射的功率的降低的程序，所述操作包括：
向所述RF发生器提供多个设定点，其中所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点；
调节阻抗匹配电路以将针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值，其中所述变量与所述RF发生器相关联；
确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定；
一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点，其中执行所述调节针对所述第二状态的所述频率设定点以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设变量阈值；
确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定；以及
响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
18.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述操作还包括响应于确定针对所述第一状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
19.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述操作还包括：
确定是否实现了针对所述第一状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第一状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
20.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
确定是否实现了针对所述第二状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第二状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
21.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中在所述RF发生器的输出处测量与所述RF发生器相关联的所述变量。
22.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定的所述操作包括确定在所述第一状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
23.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中所述确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定的所述操作包括确定在所述第二状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
24.根据条款17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，针对所述第一状态的所述频率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的RF信号的频率值，其中针对所述第二状态的所述频率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的频率值，其中针对所述第一状态的所述功率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值，其中针对所述第二状态的所述功率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值。
根据下面结合附图的详细描述，其它方面将变得显而易见。
附图说明
通过参考结合附图的以下描述可以最好地理解实施方式。
图1是用于在一种状态下进行频率和匹配调谐以及在另一状态下进行频率调谐的等离子体工具的实施方式的框图。
图2是基于状态S1的一个或多个变量和状态S2的一个或多个变量来调节状态S1的频率设定点的方法的实施方式的流程图。
图3是用于说明由RF发生器产生的射频(RF)信号的两个状态S1和S2的曲线图以及用于说明脉冲信号的两个状态S1和S2的曲线图的实施方式的图。
图4是多个史密斯圆图(Smith chart)的实施方式的图，其示出了随着状态S1和S2的功率设定点之间的功率差的增加，状态S2的可调谐频率范围有所减小。
图5是多个史密斯圆图的实施方式的图，其示出了状态S1的频率设定点的变化有助于在RF发生器的输出端实现期望的等离子体阻抗。
图6A是用于基于状态S1的一个或多个变量和状态S2的一个或多个变量来调谐状态S1的频率设定点的方法的实施方式的图。
图6B是用于基于状态S1的一个或多个变量和状态S2的一个或多个变量来调谐状态S1的频率设定点的方法的实施方式的图。
具体实施方式
以下实施方式描述了在一种状态下进行频率和匹配调谐以及在另一状态下进行频率调谐的系统和方法。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，以免不必要地模糊本实施方式。
在一些实施方式中，本文描述的方法使用来自射频(RF)发生器的来自状态S1和S2的反馈来扫描频率以用于匹配调谐的高功率状态，即状态S1，同时利用频率调谐算法用于固定的匹配频率调谐的低功率状态，即状态S2。固定的匹配频率调谐的低功率状态是其中未调谐阻抗匹配电路(IMC)的状态，例如具有固定阻抗、具有固定的电路部件的位置、具有固定电容、具有固定电感等。
在各种实施方式中，如下执行方法中的一种。对于所有处理，例如配方等，状态S1偏置频率设定为13.56兆赫(MHz)或频率调谐范围的中间，而状态S2偏置频率设置为12.882MHz或频率调谐范围的底部。应当注意，代替13.56MHz，使用另一预定频率值，例如13MHz、13.2MHz或13.5MHz，并且代替12.882MHz，使用另一个预定频率值，例如12MHz、12.2MHz或12.5MHz。当RF发生器导通以产生RF信号时，IMC将开始调谐状态S1的阻抗，并且状态S2频率将保持在12.882MHz或另一预定值，直到反射系数(例如伽马)在S1状态下降到某一阈值(例如0.2伽马等)以下，表明状态S1几乎被调谐，并且IMC将不会被调谐太多。在这时，状态S2的频率将以预设的频率步长(step size)和预设的步进时间(step time)开始扫描，并且一旦状态S2的伽马值低于特定的值，例如0.7伽马、0.6伽马、0.5伽马、0.2伽马等，则状态S2频率调谐算法启动并调谐到针对状态S2的最低反射系数，例如伽马。在等待阻抗匹配电路调谐期间在状态S2频率调谐算法之前的延迟是有用的，否则状态S2频率调谐算法可能会在反射系数中找到假最小值。然后，如果满足状态S1和S2功率设定点并且状态S1和S2两者中的反射系数都稳定，则实现匹配条件。然而，如果不满足状态S1和状态S2功率设定点，或者如果根据由RF发生器计算的标准偏差值任一状态的反射系数都不稳定，则两个状态频率都将冻结，并且状态S1频率将以预定步长和预定步进时间开始向上朝向较高的频率扫描，或向下朝向较低的频率扫描，然后等待阻抗匹配电路通过检测状态S1的伽马阈值和稳定性来进行调谐。如果没有稳定化，则频率扫描将继续进行，直到状态S1伽马低而稳定。然后状态S2频率调谐将再次启动。如果状态S2伽马低且稳定，则该方法停止。如果状态S2伽马高或不稳定，则该方法再次以状态S1开始，直到找到解或找不到解并且发现该处理在处理窗口之外，例如在化学参数之外、在间隙参数之外、在蚀刻参数之外、在沉积参数之外的处理配方等。
图1是用于在一种状态下进行频率和匹配调谐以及在另一状态下进行频率调谐的等离子体工具100的实施方式的框图。等离子体工具100包括射频(RF)发生器102、主计算机104、IMC 106、等离子体室108、驱动器系统150和马达系统152。RF发生器102是400千赫兹(kHz)、或2MHz、或13.56MHz、或27MHz或60MHz RF发生器。主计算机104的示例包括台式计算机或膝上型计算机或智能电话或平板电脑等。
RF发生器102包括数字信号处理器(DSP)110、功率控制器PWRS1、另一个功率控制器PWRS2、自动频率调谐器(AFT)AFTS1、另一个自动频率调谐器AFTS2、RF电源112、传感器系统114和驱动器系统120。RF电源112的示例包括RF振荡器。如本文所使用的，处理器是专用集成电路(ASIC)、或可编程逻辑器件(PLD)、或中央处理器(CPU)、或微处理器、或微控制器。如本文所使用的，控制器是专用集成电路(ASIC)、或可编程逻辑器件(PLD)、或中央处理单元(CPU)、或微处理器、或微控制器、或处理器。传感器系统114的示例包括一个或多个传感器，例如复电压和电流传感器、电压反射系数传感器、阻抗传感器、传送的功率传感器、电压传感器、所提供的功率传感器、反射的功率传感器等等。在一些实施方式中，术语所提供的功率和正向功率在本文中可互换使用。传送的功率是所提供的功率和反射的功率之间的差。驱动器系统120的示例包括一个或多个晶体管。
等离子体室108包括卡盘126和面向卡盘126的上电极128。上电极128耦合到地电位。等离子体室108还包括其它组件(未示出)，例如围绕上电极128的上介电环、围绕上介电环的上电极延伸部、围绕卡盘126的下介电环、围绕下介电环的下电极延伸部、上等离子体禁区(PEZ)环、下PEZ环等。上电极122与包括下电极的卡盘126相对定位并面对卡盘126。例如，卡盘126包括附接到下电极的顶部的陶瓷层和附接到下电极的底部的设备板。上电极122耦合到地电位。
衬底130(例如半导体晶片)被支撑在下电极126的上表面上。集成电路，例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)等，被开发在衬底130上，并且集成电路用于各种设备，例如手机、平板电脑、智能电话、计算机、膝上型计算机、网络设备等。下电极由金属制成，例如阳极氧化铝、铝合金等。此外，上电极128由金属制成，例如由铝、铝合金等制成。
上电极128包括耦合到中央气体进料(未示出)的一个或多个孔。中央气体进料从气体供应源(未示出)接收一种或多种工艺气体。一种或多种工艺气体的实例包括含氧气体，例如O2。一种或多种工艺气体的其它实例包括含氟气体，例如四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)等。
马达系统152的示例包括一个或多个电气马达，例如步进马达等。驱动器系统150包括一个或多个驱动器，例如一个或多个晶体管等。驱动器系统的驱动器(例如一个或多个晶体管的电路、电流发生器等)耦合到马达系统152的对应的马达。例如，驱动器系统150的第一驱动器耦合到马达系统152的第一马达并且驱动器系统150的第二驱动器耦合到马达系统152的第二马达。处理器132经由电缆154耦合到驱动器系统150。IMC 106的电路部件(例如电感器、电容器等)经由连接机构(例如一个或多个轴或一个或多个齿轮和轴的组合)耦合到马达系统152的对应的马达。例如，IMC 106的第一电路部件耦合到马达系统152的第一马达，并且IMC 106的第二电路部件耦合到马达系统152的第二马达。
传感器系统114耦合到RF发生器102的输出116，并且输出116也是RF电源112的输出。在一些实施方式中，传感器系统114位于RF发生器102的外壳的外部并且耦合到RF发生器102的输出116。例如，传感器系统114包括耦合到示波器的定向耦合器，以测量在输出116处的电压反射系数。在各种实施方式中，传感器系统114耦合到RF电缆122上的任何点。在几个实施方式中，传感器系统114耦合到IMC 106的输入或IMC 106的输出。在一些实施方式中，传感器系统114耦合到RF传输线124上的点。RF传输线124包括被绝缘体包围的金属杆，绝缘体被护套进一步包围。金属杆通过RF带耦合到圆筒，并且圆筒耦合到卡盘126。
DSP 110耦合到功率控制器PWRS1和PWRS2，以及耦合到自动频率调谐器AFTS1和AFTS2。此外，功率控制器PWRS1和PWRS2以及自动频率调谐器AFTS1和AFTS2耦合到驱动器系统120。驱动器系统120耦合到RF电源112。RF电源112经由输出116和RF电缆122耦合到IMC106的输入。IMC 106的输出经由RF传输线124耦合到卡盘126的下电极。在一些实施方式中，RF传输线124耦合到上电极128并且下电极126耦合到地电位。
IMC 106包括电路部件，例如电感器、电容器等，以使耦合到IMC 106的输出的负载的阻抗与耦合到IMC 106的输入的源的阻抗相匹配。例如，IMC 106使耦合到IMC 106的输出的等离子体室108和RF传输线124的阻抗与耦合到IMC 106的输入端的RF发生器102和RF电缆112的阻抗相匹配。在一个实施方式中，IMC 106的一个或多个电路部件被调谐以便于耦合到IMC 106的输出的负载的阻抗与耦合到IMC的输入的源的阻抗之间的匹配。IMC 106降低了朝向源的方向(例如，从负载朝向源)反射功率的可能性。
主计算机104包括处理器132和存储器设备134。处理器132耦合到存储器设备134。存储器设备的示例包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。为了说明，存储设备是闪存、硬盘或存储设备等。存储器设备是计算机可读介质的示例。处理器132经由电缆136耦合到传感器系统114，并且经由电缆138耦合到DSP 110。电缆136或电缆138的示例包括用于以串行方式传送数据的电缆、用于以并行方式传输数据的电缆、以及用于通过应用通用串行总线(USB)协议传输数据的电缆。
处理器132的控制电路用于产生脉冲信号140，例如晶体管-晶体管逻辑(TTL)信号、数字脉冲信号、时钟信号、具有占空比的信号等。处理器132的控制电路的示例包括TTL电路。
脉冲信号140包括状态S1和S2。例如，脉冲信号140的状态S1具有逻辑电平1，并且脉冲信号140的状态S2具有零逻辑电平。在各种实施方式中，状态S1和S2在脉冲信号140的一个时钟周期期间执行一次，并重复多个时钟周期。例如，时钟周期包括状态S1和S2，并且另一时钟周期包括状态S1和S2。为了说明，在一个时钟周期的半个周期内，执行状态S1，并且在时钟周期的剩余半周期期间，执行状态S2。
在一些实施方式中，状态S1和S2中的每一个具有50％的占空比。在几个实施方式中，状态S1和S2中的每一个具有不同的占空比。例如，状态S1具有x％的占空比，并且状态S2具有(100-x)％的占空比，其中x是整数。
在各种实施方式中，代替处理器132的控制电路，使用例如晶体振荡器等之类的时钟源来产生模拟时钟信号，模拟时钟信号由模数转换器转换成类似于脉冲信号140的数字信号。例如，通过向晶体振荡器附近的电极施加电压，使晶体振荡器在电场中振荡。在一些实施方式中，代替处理器132，数字时钟源产生脉冲信号140。在各种实施方式中，脉冲信号140由位于主RF发生器(未示出)内的控制电路产生并通过电缆发送到RF发生器102。在几个实施方式中，脉冲信号140由RF发生器102内的控制电路产生，RF发生器102相对于其他要使用的RF发生器充当主发生器。
处理器132从存储器设备134访问配方。配方的示例包括：状态S1的功率设定点、状态S2的功率设定点、或状态S1的频率设定点、或状态S2的频率设定点、或一种或多种工艺气体的化学性质、或上电极128和卡盘126之间的间隙、或其组合。处理器132将具有脉冲信号140、状态S1的功率设定点、状态S2的功率设定点、状态S1的频率设定点以及状态S2的频率设定点的指令经由电缆138发送到DSP 110。
DSP 110根据指令确定在脉冲信号140的状态S1期间应用针对状态S1的功率设定点、在脉冲信号140的状态S2期间应用针对状态S2的功率设定点、在脉冲信号140的状态S1期间应用针对状态S1的频率设定点、并且在脉冲信号140的状态S2期间应用针对状态S2的频率设定点。在时钟周期的状态S1期间，DSP 110将针对状态S1的功率设定点发送到功率控制器PWRS1。类似地，在时钟周期的状态S2期间，DSP 110将针对状态S2的功率设定点发送到功率控制器PWRS2。此外，在时钟周期的状态S1期间，DSP 110将针对状态S1的频率设定点发送到自动频率调谐器AFTS1。此外，在时钟周期的状态S2期间，DSP 110将针对状态S2的频率设定点发送到自动频率调谐器AFTS2。
在接收到针对状态S1的功率设定点时，功率控制器PWRS1确定与针对S1状态的功率设定点对应(例如，与针对S1状态的功率设定点具有一对一关系、映射到针对S1状态的功率设定点、链接到针对S1状态的功率设定点，等)的电流量。基于在状态S1期间将由驱动器系统120产生的该电流量，功率控制器PWRS1产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S1期间，响应于接收到该命令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将其发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有针对状态S1的功率设定点的RF信号并且通过输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC 106的输入。
类似地，在接收到针对状态S2的功率设定点时，功率控制器PWRS2确定与针对S2状态的功率设定点对应(例如，与针对S2状态的功率设定点具有一对一关系、映射到针对S2状态的功率设定点、链接到针对S2状态的功率设定点，等)的电流量。基于在状态S2期间将由驱动器系统120产生的该电流量，功率控制器PWRS2产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S2期间，响应于接收到该命令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将其发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有针对状态S2的功率设定点的RF信号并且通过输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC 106的输入。
此外，在接收到针对状态S1的频率设定点时，自动频率调谐器AFTS1确定与针对S1状态的频率设定点对应(例如，与针对S1状态的频率设定点具有一对一关系、映射到针对S1状态的频率设定点、链接到针对S1状态的频率设定点，等)的电流量。基于在状态S1期间将由驱动器系统120产生的该电流量，自动频率调谐器AFTS1产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S1期间，响应于接收到该命令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将其发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有针对状态S1的频率设定点的RF信号并且通过输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC 106的输入。具有针对状态S1的功率设定点和针对状态S1的频率设定点的RF信号是在状态S1期间产生的RF信号。
类似地，在接收到针对状态S2的频率设定点时，自动频率调谐器AFTS2确定与针对S2状态的频率设定点对应的电流量。基于在状态S2期间将由驱动器系统120产生的该电流量，自动频率调谐器AFTS2产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S2期间，响应于接收到该命令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将其发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有针对状态S2的频率设定点的RF信号并且通过输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC106的输入。具有针对状态S2的功率设定点和针对状态S2的频率设定点的RF信号是在状态S2期间产生的RF信号。
IMC 106的输入经由RF电缆122从输出116接收RF信号，并将耦合到IMC 106的输出的负载的阻抗与耦合到IMC 106的输入的源的阻抗相匹配，以在IMC 106的输出处产生经修改的RF信号。经修改的RF信号经由RF传输线124发送到卡盘126的下电极。当在上电极128和卡盘126之间供应一种或多种工艺气体，并且经修改的RF信号被提供给下电极120时，该一种或多种工艺气体被点燃以在等离子体室104内产生等离子体。等离子体用于处理，例如蚀刻衬底130、在衬底130上沉积材料、清洁衬底130、溅射衬底130等。
在每个状态S1和S2期间，传感器系统114感测在输出116处的一个或多个参数，例如提供的电压、反射电压、反射功率、所提供的功率、传递的功率、复阻抗、电压反射系数、复电压和复电流等。所提供的功率是通过由RF发生器102产生的RF信号提供的RF功率。反射功率是由于当所提供的功率从RF发生器102提供给IMC 106时由RF发生器102在输出116处遇到阻抗而朝向RF发生器102反射的RF功率。例如，反射功率包括从等离子体室108的等离子体经由RF传输线124、IMC 106和RF电缆122朝向RF发生器102反射的功率。电压反射系数表示为希腊符号伽马(γ)，并且是具有幅度和相位的复数。感测的一个或多个参数经由电缆136从传感器系统114发送到处理器132。处理器132根据一个或多个参数确定一个或多个变量。例如，处理器132识别从传感器系统114测量和接收的一个或多个参数，并将一个或多个参数存储在存储器设备134内。在该示例中，一个或多个变量是一个或多个由处理器132识别的参数。作为另一示例，处理器132根据一个或多个参数计算一个或多个因子(例如经由输出116提供的RF信号的伽马、频率等)，并将该一个或多个因子存储在存储器设备134内。在该示例中，一个或多个变量是由处理器132计算的一个或多个因子。为了说明，处理器132将经由输出116提供并具有所提供的功率的RF信号从时域转换到频域，以确定通过输出116提供的RF信号的频率。作为另一个例子，伽马γ描述由RF发生器102生成并提供的RF信号的提供的RF电压中的多少被朝向RF发生器102反射。举又一个例子，由处理器132计算的伽玛是朝向RF发生器102反射的RF信号的电压与由RF发生器102产生并提供的RF信号的电压的比例。
基于例如在状态S1期间测量的针对状态S1的一个或多个变量，以及基于例如在状态S2期间测量的针对状态S1的一个或多个变量，处理器132调谐(例如，增大或减小、以步进式方式增大或以步进式方式减小)针对状态S1的频率设定点，以产生经修改的针对状态S1的频率设定点。在状态S1期间，处理器132经由电缆138将经修改的针对状态S1的频率设定点发送到DSP 110，DSP 110以上述方式实现经修改的针对状态S1的频率设定点。例如，在状态S1期间，DSP 110将经修改的针对状态S1的频率设定点发送到自动频率调谐器AFTS1，该自动频率调谐器AFTS1产生指令信号，使得由RF电源112产生的RF信号具有经修改的频率设定点。为了说明，在接收到经修改的针对状态S1的频率设定点时，自动频率调谐器AFTS1确定与经修改的针对S1状态的频率设定点对应(例如，与经修改的针对S1状态的频率设定点具有一对一关系、映射到经修改的针对S1状态的频率设定点、链接到经修改的针对S1状态的频率设定点，等)的电流量。基于在状态S1期间将由驱动器系统120产生的该电流量，自动频率调谐器AFTS1产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S1期间，响应于接收到该指令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将该电流信号发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有经修改的针对状态S1的频率设定点的RF信号，并且经由输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC 106的输入。
此外，在调谐针对状态S1的频率设定点之后，基于在状态S1期间测量的一个或多个变量，以及基于在状态S2期间测量的一个或多个变量，处理器132调谐(例如，增大或减小、以步进式方式增大或以步进式方式减小)针对状态S2的频率设定点，以产生经修改的针对状态S2的频率设定点。例如，直到针对状态S1的频率设定点被调谐，处理器132才调谐针对状态S2的频率设定点。在状态S2期间，处理器132经由电缆138将经修改的针对状态S2的频率设定点发送到DSP 110，DSP 110以上述方式实现经修改的针对状态S2的频率设定点。例如，在状态S2期间，DSP 110将经修改的针对状态S2的频率设定点发送到自动频率调谐器AFTS2，该自动频率调谐器AFTS2产生指令信号，使得由RF电源112产生的RF信号具有经修改的频率设定点。为了说明，在接收到经修改的针对状态S2的频率设定点时，自动频率调谐器AFTS2确定与经修改的针对S2状态的频率设定点对应(例如，与经修改的针对S2状态的频率设定点具有一对一关系、映射到经修改的针对S2状态的频率设定点、链接到经修改的针对S2状态的频率设定点，等)的电流量。基于在状态S2期间将由驱动器系统120产生的该电流量，自动频率调谐器AFTS2产生命令信号并将该命令信号发送到驱动器系统120。在状态S2期间，响应于接收到该指令信号，驱动器系统120产生具有该电流量的电流信号并将该电流信号发送到RF电源112。RF电源112在接收到该电流信号时产生具有经修改的针对状态S2的频率设定点的RF信号，并且经由输出116和RF电缆122将该RF信号提供给IMC 106的输入。
在一些实施方式中，术语调谐器和控制器在本文中可互换使用。在美国专利No.6,020,794中提供了AFT的实例，其全部内容通过引用并入本文。
在各种实施方式中，功率控制器PWRS1和PWRS2以及自动频率调谐器AFTS1和AFTS2是由DSP 110执行的计算机程序的模块，例如部分等。
在各种实施方式中，功率控制器PWRS1和PWRS2以及自动频率调谐器AFTS1和AFTS2是耦合到DSP 110的集成电路的分开的集成电路。例如，功率控制器PWRS1是第一集成集成电路，功率控制器PWRS2是第二集成电路，自动频率调谐器AFTS1是第三集成电路，自动频率调谐器AFTS2是第四集成电路，DSP 110是第五集成电路。第一至第四集成电路中的每一个耦合到第五集成电路。
在一些实施方式中，RF信号的状态S1的示例包括针对状态S1的功率设定点和针对状态S1的频率设定点。针对状态S1的功率设定点是在状态S1期间RF信号的工作功率设定点，即功率电平，例如包络或零到峰幅值。针对状态S1的频率设定点是在状态S1期间RF信号的工作频率设定点，即频率电平，例如包络或零到峰幅值。类似地，RF信号的状态S2的示例包括针对状态S2的功率设定点和针对状态S2的频率设定点。针对状态S2的功率设定点是在状态S2期间RF信号的工作功率设定点，即功率电平，例如包络或零到峰幅值。针对状态S2的频率设定点是在状态S2期间RF信号的工作频率设定点，即频率电平，例如包络或零到峰幅值。
在各种实施方式中，针对状态S2的功率电平低于针对状态S1的功率电平。为了说明，产生针对状态S2的功率电平的RF信号的所有功率量低于产生针对状态S1的功率电平的RF信号的所有功率量。在各种实施方式中，针对状态S2的功率电平大于针对状态S1的功率电平。为了说明，产生针对状态S2的功率电平的RF信号的所有功率量高于产生针对状态S1的功率电平的RF信号的所有功率量。在几个实施方式中，由一个或多个量(例如值、幅度等)产生电平。例如，由RF信号的一个或多个频率值产生频率电平，并且由RF信号的一个或多个功率值产生功率电平。为了进一步说明，频率电平是RF信号的多个频率值的均方根值，而功率电平是RF信号的多个功率值的多个值的均方根值。
在各种实施方式中，两个或三个RF发生器耦合到IMC 106。例如，附加RF发生器经由RF电缆(未示出)耦合到IMC 106到IMC 106的另一个输入。附加RF发生器是除RF发生器102之外的RF发生器。另一个输入和与RF电缆122耦合的输入不同。附加RF发生器与RF发生器102具有相同的结构和功能，除了附加RF发生器具有与RF发生器102的工作频率不同的工作频率，例如2MHz、27MHz、60MHz等等。例如，RF发生器102的工作频率为13.56MHz，而附加RF发生器的工作频率为2MHz、或400kHz、或27MHz或60MHz。IMC 106组合从RF发生器102和附加RF发生器接收的RF信号，并且将耦合到IMC 106的输出的负载的阻抗与源(例如，RF发生器102、附加RF发生器、RF电缆122和另一个RF电缆等)的阻抗匹配，以在IMC 106的输出端产生经修改的RF信号。
在一个实施方式中，术语阻抗匹配电路和阻抗匹配网络在本文可互换使用。
图2是用于基于针对状态S1的一个或多个变量和针对状态S2的一个或多个变量来调节频率设定点fs1和fs2的方法200的实施方式的流程图。方法200由等离子体工具100(图1)执行。在方法200的操作202中，针对状态S1的频率设定点fs1、针对状态S1的功率设定点Ps1、针对状态S2的频率设定点fs2以及针对状态S2的功率设定点Ps2被设定。例如，以上面参考图1描述的方式，主计算机104的处理器132(图1)经由电缆138(图1)将设定点fs1、Ps1、fs2和Ps2发送到DSP 110(图1)。DSP 110将频率设定点fs1发送到自动频率调谐器AFTS1、将频率设定点fs2发送到自动频率调谐器AFTS2、将功率设定点Ps1发送到功率控制器PWRS1、并将功率设定点Ps2发送到功率控制器PWRS2。在状态S1期间，功率控制器PWRS1和自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116处产生具有功率设定点Ps1和频率设定点fs1的RF信号。类似地，在状态S2期间，功率控制器PWRS2和自动频率调谐器AFTS2以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有功率设定点Ps2和频率设定点fs2的RF信号。
基于由处理器132确定的针对状态S1的一个或多个变量，在方法200的操作206中，处理器132确定控制IMC 106的电路部件中的一个或多个的位置。例如，处理器132确定针对状态S1的变量之一(例如γS1)不低于被存储在存储器设备134中的针对状态S1的预定变量阈值(例如，预定伽马等)。在确定针对状态S1的变量之一不低于针对状态S1的预定变量阈值时，处理器132经由电缆154(图1)将命令信号发送到驱动器系统。基于命令信号，驱动器系统150的驱动器产生电流信号，并将该电流信号发送到马达系统152(图1)的马达。马达旋转以旋转连接机构，以进一步改变IMC 106的电路部件的位置，例如电容器的板的位置、电感器的芯的位置等，以修改IMC 106的电感和/或电容。在操作206中，处理器132继续经由马达系统152调节相应的一个或多个电路部件的一个或多个位置，直到变量之一低于预定变量阈值。
在方法200的操作208中，处理器132确定针对状态S1的变量之一(例如γS1)是否稳定。例如，处理器132确定针对状态S1的变量之一的全部或预定数量的值(例如幅度)位于针对状态S1的预定范围内，例如在针对状态S1的变量之一的预定值的标准偏差内等。针对状态S1的变量之一的预定数量的值和预定范围被存储在存储器设备134中，以由处理器132进行访问。在确定针对状态S1的变量之一的全部或预定数量的值位于预定范围之外时，处理器132确定针对状态S1的变量之一不稳定。另一方面，在确定针对状态S1的变量之一的全部或预定数量的值在预定范围内时，处理器132确定针对状态S1的变量之一是稳定的。
当确定在操作208中针对状态S1的变量之一不稳定时，执行方法200的操作209。在操作209期间，对频率设定点fs1应用预定步进时间的预定步长改变，例如预定步长增大、预定步长减小等。例如，处理器132使频率设定点fs1增加预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1+ss1。预定步长和预定步进时间被存储在存储装置134中以供处理器132访问。在一些实施方式中，预定步长和预定步进时间是从用户经由使用耦合到主计算机104的输入设备(例如键盘、鼠标、小键盘等)进行的选择接收的。预定步进时间的示例是脉冲信号140的时钟周期的状态S1发生的时间段的一部分，例如，该时间段的一半、三分之一、四分之一等等。频率设定点fs1+ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116处产生具有频率设定点fs1+ss1的RF信号。作为另一示例，处理器132使频率设定点fs1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1。频率设定点fs1-ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116处产生具有频率设定点fs1-ss1的RF信号。重复操作206、208和209直到针对状态S1的变量之一稳定。在一个实施方式中，重复操作208和209而不重复操作206，直到针对状态S1的变量之一稳定。
另一方面，在确定操作208中针对状态S1的变量之一是稳定的时，执行方法200的操作210。在操作210中，处理器132确定针对状态S2的变量之一(诸如γS2)不低于存储在存储器设备134中的针对状态S2的预设变量阈值，例如不低于预定伽马等。在确定针对状态S2的变量之一不低于针对状态S2的预设变量阈值时，对频率设定点fs2应用预定步进时间的预定步长改变，例如预定步长增大、预定步长减小等。例如，在确定针对状态S2的变量之一不低于针对状态S2的预设变量阈值时，处理器132使频率设定点fs2增加预定步长ss2，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs2+ss2。预定步长和预定步进时间被存储在存储装置134中以供处理器132访问。在一些实施方式中，预定步长和预定步进时间是从用户经由使用耦合到主计算机104的输入设备进行的选择接收的。预定步进时间的示例是脉冲信号140的时钟周期的状态S2发生的时间段的一部分，例如，该时间段的一半、三分之一、四分之一等等。频率设定点fs2+ss2经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs2+ss2发送到自动频率调谐器AFTS2。在状态S2期间，自动频率调谐器AFTS2以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116处产生具有频率设定点fs2+ss2的RF信号。在操作210中，处理器132和RF发生器102继续调节频率设定点fs2+ss2直到变量之一低于针对状态S2的预设变量阈值。作为另一示例，在确定针对状态S2的变量之一不低于针对状态S2的预设变量阈值时，处理器132使频率设定点fs2减小预定步长ss2，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs2-ss2。频率设定点fs2-ss2经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs2-ss2发送到自动频率调谐器AFTS2。在状态S2期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116处产生具有频率设定点fs2-ss2的RF信号。在操作210中，处理器132和RF发生器102继续调节频率设定点fs2-ss2直到变量之一低于针对状态S2的预设变量阈值。处理器132继续在操作210中应用预设步长改变，直到针对状态S2的变量之一低于针对状态S2的预设变量阈值。
在一些实施方式中，针对状态S2的预设变量阈值与针对状态S1的预定变量阈值相同。在各种实施方式中，针对状态S2的预置变量阈值大于或小于针对状态S1的预定变量阈值。
在方法200的操作212中，处理器132确定状态S2的变量之一(例如γS2)是否稳定。例如，处理器132确定针对状态S2的变量之一的全部或预定数量的值(例如幅度)位于针对状态S2的预定范围内，例如在针对状态S2的变量之一的预定值的标准偏差内等。针对状态S2的变量之一的预定数量的值和预定范围被存储在存储器设备134中，以由处理器132进行访问。在确定针对状态S2的变量之一的全部或预定数量的值位于预定范围之外时，处理器132确定针对状态S1的变量之一不稳定。另一方面，在确定针对状态S2的变量之一的全部或预定数量的值在预定范围内时，处理器132确定针对状态S2的变量之一是稳定的。
在一些实施方式中，针对状态S2的变量之一的预定数量的值与针对状态S1的变量之一的预定数量的值相同或不同(例如大于、小于针对状态S1的变量之一的预定数量的值)。在各种实施方式中，针对状态S2的预设范围大于或低于针对状态S1的预定范围。
在操作212中确定针对状态S2的变量之一不稳定时，执行方法200的操作209。在操作209期间，在执行操作209时将预定步进时间的预定步长增加应用于频率设定点。例如，当在执行操作209之前的频率设定点是fs1时，处理器132将频率设定点fs1增加预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1+ss1。频率设定点fs1+ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1的RF信号。重复操作206、208、210、212和209，直到针对状态S2的变量之一是稳定的。作为另一示例，当在执行操作209之前的频率设定点是fs1时，处理器132将频率设定点fs1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1。频率设定点fs1-ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1的RF信号。重复操作206、208、210、212和209，直到针对状态S2的变量之一是稳定的。
作为又一示例，当在执行操作209之前的时间频率设定点是fs1+ss1时，处理器132将频率设定点fs1+ss1增加预定步长ss1以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1+ss1+ss1。频率设定点fs1+ss1+ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1+ss1的RF信号。重复操作206、208、210、212和209，直到针对状态S2的变量之一是稳定的。作为另一个例子，当在执行操作209之前的频率设定点是fs1-ss1时，处理器132将频率设定点fs1-ss1减小预定步长ss1以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1-ss1。频率设定点fs1-ss1-ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1-ss1的RF信号。重复操作206、208、210、212和209，直到针对状态S2的变量之一是稳定的。
在方法200的操作214中，确定功率设定点Ps1和Ps2是否被满足。例如，在状态S1期间，传感器系统114测量由RF发生器102产生和提供的RF信号的所提供的功率，并且通过电缆136向处理器132提供该所提供的功率的测量值。处理器132确定针对状态S1的所提供的功率的测量值是否与功率设定点Ps1相差在预存储功率极限以内。预存储功率极限存储在存储器设备134内。在确定针对状态S1的所提供的功率的测量值不在预存储功率极限内时，处理器132确定功率设定点Ps1不被满足，并且操作209由处理器132执行。例如，在状态S1期间，当执行操作209之前的频率设定点是fs1时，处理器132将频率设定点fs1增加预定步长ss1，以产生针对预设步进时间的频率设定点fs1+ss1。频率设定点fs1+ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值在针对状态S1的预存储功率极限内。预存储功率极限被存储在存储器设备134内。在确定针对状态S1的所提供的功率的测量值不在预存储功率极限内时，执行操作209。作为另一示例，当在执行操作209之前的频率设定点是fs1时，处理器132将频率设定点fs1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1。频率设定点fs1-ss1经由电缆138从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值处于针对状态S1的预存储功率极限内。
作为又一示例，当执行操作209之前的时间的频率设定点是fs1+ss1时，处理器132将频率设定点fs1+ss1增加预定步长ss1以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1+ss1+ss1。经由电缆138将频率设定点fs1+ss1+ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1+ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值在针对状态S1的预存储功率极限内。作为另一个例子，当执行操作209之前的频率设定点是fs1-ss1时，处理器132将频率设定点fs1-ss1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1-ss1。经由电缆138将频率设定点fs1-ss1-ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1-ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值在针对状态S1的预存储功率极限内。
作为另一示例，在状态S2期间，传感器系统114测量由RF发生器102产生和提供的RF信号的所提供的功率，并且经由电缆136向处理器132提供所提供的功率的测量值。处理器132确定状态S2的所提供的功率的测量值是否在功率设定点Ps2的预设功率极限内。预设功率极限存储在存储器设备134内。在一些实施方式中，针对状态S2的预设功率极限与针对状态S1的预存储功率极限相同或不同。
在确定针对状态S2的所提供的功率的测量值不在针对状态S2的功率的预设功率极限内时，处理器132确定功率设定点Ps2不被满足，并且由处理器132执行操作209。例如，当执行操作209之前的频率设定点是fs1时，在状态S1期间，处理器132将频率设定点fs1增加预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1+ss1。经由电缆138将频率设定点fs1+ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值处于针对状态S2的预设功率极限内。作为另一示例，当执行操作209之前的频率设定点是fs1时，处理器132将频率设定点fs1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1。经由电缆138将频率设定点fs1-ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值处于针对状态S2的预设功率极限内。
作为另一示例，在状态S1期间，当执行操作209之前的频率设定点是fs1+ss1时，处理器132将频率设定点fs1+ss1增加预定步长ss1以产生针对预设步进时间的频率设定点fs1+ss1+ss1。经由电缆138将频率设定点fs1+ss1+ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP110将频率设定点fs1+ss1+ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1+ss1+ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值在针对状态S2的预设功率极限内。作为另一个例子，当执行操作209之前的频率设定点是fs1-ss1时，处理器132将频率设定点fs1-ss1减小预定步长ss1，以产生针对预定步进时间的频率设定点fs1-ss1-ss1。经由电缆138将频率设定点fs1-ss1-ss1从处理器132提供给DSP 110。DSP 110将频率设定点fs1-ss1-ss1发送到自动频率调谐器AFTS1。在状态S1期间，自动频率调谐器AFTS1以上述方式控制驱动器系统120和RF电源112，以在输出116产生具有频率设定点fs1-ss1-ss1的RF信号。重复操作209、206、208、210、212和214，直到来自传感器系统114的所提供的功率的测量值在针对状态S2的预设功率极限内。当针对状态S1的所提供的功率的测量值在针对状态S1的预存功率极限内并且针对状态S2的所提供的功率的测量值在针对状态S2的预设功率极限内时，方法200结束。
图3是用于说明由RF发生器102(图1)生成的RF信号的两个状态S1和S2的曲线图302以及用于说明脉冲信号140的两个状态S1和S2的曲线图304的实施方式的图。曲线图302绘制输出116处的所提供的功率与时间的关系，并且曲线图304还绘制了脉冲信号140的逻辑电平，例如0或1。由RF发生器102产生的RF信号通过在两个功率设定点Ps1和Ps2之间交替来在两个状态S1和S2之间交替。针对状态的功率设定点的示例是针对状态的功率量的均方根(RMS)值。针对状态的功率设定点的另一个例子是针对状态的功率量的零到峰幅值。应注意，功率设定点Ps2为零或大于零但小于功率设定点Ps1的量。脉冲信号140在逻辑电平1和0之间交替。在脉冲信号140的状态S1期间出现逻辑电平1，并且在脉冲信号140的状态S2期间出现逻辑电平0。
由RF发生器102产生的RF信号的功率设定点与脉冲信号140的逻辑电平1和0同步。例如，在从逻辑电平0转换到逻辑电平1时，由RF发生器102产生的RF信号从功率设定点Ps2转换到功率设定点Ps1。作为另一示例，在从逻辑电平1转换到逻辑电平0的时刻，由RF发生器102产生的RF信号从功率设定点Ps1转换到功率设定点Ps2。
图4是多个史密斯圆图402、404、406和408的实施方式的图，示出了随着功率设定点Ps1和Ps2之间功率差的增加，针对状态S2的可调谐频率范围减小。每个史密斯圆图绘制阻抗或导纳。例如，将阻抗的电阻绘制在x轴上，并且将阻抗的电抗绘制在y轴上。史密斯圆图404中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如，介于1000瓦特和50瓦特之间等等)大于史密斯圆图402中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如，介于500瓦特和50瓦特之间等等)。类似地，史密斯圆图406中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如介于1500瓦特和50瓦特之间等等)大于史密斯圆图404中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如，介于1000瓦特和50瓦特之间等等)。类似地，史密斯圆图408中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如介于2000瓦特和50瓦特之间等等)大于史密斯圆图406中的功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差(例如介于1500瓦特和50瓦特之间等等)。随着功率设定点Ps1和Ps2之间的功率差的增加，用以在输出116(图1)处实现50欧姆的阻抗或者实现接近50欧姆的阻抗的针对状态S2的可调谐频率的范围减小，如图410、412、414和416所示。
本文描述的方法和系统公开了在状态S1和S2中确定的一个或多个变量用于调节状态S1中的频率。通过考虑状态S1和S2两者中的一个或多个变量，调谐状态S1中的频率以在输出116(图1)处实现50欧姆的阻抗或者实现接近50欧姆的阻抗，以进一步降低朝向RF发生器102反射的功率。
图5是多个史密斯圆图502、504和506的实施方式的图，示出了针对状态S1的频率设定点的变化有助于在输出116处实现期望的等离子体阻抗。史密斯圆图502绘制阻抗508，史密斯圆图504绘制阻抗510，而史密斯圆图506绘制阻抗512。期望的等离子体阻抗在史密斯圆图502、504和506的点514处实现。再次，通过在调谐针对状态S1的频率中考虑针对状态S1和S2的一个或多个变量，实现点514处的期望的等离子体阻抗。
图6A是用于基于针对状态S1的一个或多个变量和针对状态S2的一个或多个变量来调谐频率设定点fs1和fs2的方法600的实施方式的图。
图6B是用于基于针对状态S1的一个或多个变量和针对状态S2的一个或多个变量来调谐频率设定点fs1和fs2的方法650的实施方式的图。
应当注意，本文描述的实施方式是使用两种状态来描述的。在一些实施方式中，可以使用三个或三个以上状态。
用包括手持式硬件单元、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费性电子产品、小型计算机、大型计算机等的各种计算机系统配置来实施本文所描述的一些实施方式。实施方式也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。
在一些实施方式中，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工艺，包括控制工艺气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、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、进出工具和其他输送工具和/或连接到特定系统或与特定系统接口的装载锁的晶片输送。
概括地说，在各种实施方式中，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、启用终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。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式输送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片上或针对半导体晶片或针对系统执行特定工艺的参数、因子、变量等。在一些实施方式中，程序指令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。
在一些实现方式中，控制器是与系统集成、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”中或在晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分中，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、从多个制造操作研究趋势或性能度量，以改变当前处理的参数、设置要跟随当前处理的处理步骤、或者开始新的处理。
在一些实施方式中，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)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户接口，然后将该参数和/或设置从远程计算机输送到系统。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、因子和/或变量可以特定于要执行的工艺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(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个离散控制器而呈分布式。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)定位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工艺。
在各种实施方式中，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。
进一步注意到，在一些实施方式中，上述操作适用于几种类型的等离子体室，例如，包括电感耦合等离子体(ICP)反应器的等离子体室、变压器耦合等离子体室、导体工具、介电工具、包括电子回旋共振(ECR)反应器等的等离子体室等。例如，一个或多个RF发生器耦合到ICP反应器内的电感器。电感器的形状的实例包括螺线管、圆顶形线圈、扁平线圈等。
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。
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。这些操作是物理操纵物理量的操作。构成实施方式一部分的本文描述的任何操作都是有用的机器操作。
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。该装置为专用计算机而专门配置。当计算机被定义为专用计算机时，该计算机执行不属于的专用目的部分的其他的处理、程序运行或例程，同时仍能够执行专用目的。
在一些实施方式中，本文描述的操作可以由选择性激活的计算机执行，或由存储在计算机存储器中的一个或多个计算机程序配置，或者通过计算机网络获得。当数据通过计算机网络得到时，该数据可以由计算机网络上(例如，计算资源的云)的其他计算机进行处理。
本文中所描述的一个或多个实施方式也可制备成在非临时性计算机可读介质上的计算机可读代码。非临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，该数据随后由计算机系统读取。非临时性计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附加存储设备(NAS)、ROM、RAM、压缩光盘ROMs(CD-ROM)、可记录CD(CD-R)、可重写CD(CD-RW)、磁带以及其他光学和非光学数据存储的硬件单元。在一些实施方式中，非临时性计算机可读介质包括分布在网络耦合的计算机系统的计算机可读有形介质，从而计算机可读代码以分布方式被存储和执行。
尽管以特定顺序描述了上述方法操作，但是应当理解，在各种实施方式中，其他内务操作在所述方法的操作之间进行，或者该方法的操作被调整，使它们在稍微不同的时间发生，或被分布在系统中，该系统使得该方法的操作能够以不同的时间间隔发生，或以与上述的顺序不同的顺序执行。
应当进一步指出，在一实施方式中，在不脱离在本公开内容所描述的各种实施方式中所描述的范围的情况下，上述任何实施方式中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结合。
虽然为了清楚理解的目的，前述实施方式已经在一些细节进行了描述，但明显的是，某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。因此，本发明的实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的，并且实施方式并不限于本文所给出的细节。

Claims (10)

1.一种用于实现朝向射频(RF)发生器反射的功率的减小的方法，其包括：
向所述RF发生器提供多个设定点，其中所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点；
调节阻抗匹配电路以将所述针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值，其中所述变量与所述RF发生器相关联；
确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定；
一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点，其中执行所述调节针对所述第二状态的所述频率设定点以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设变量阈值；
确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定；以及
响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括响应于确定针对所述第一状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定是否实现了针对所述第一状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第一状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定是否实现了针对所述第二状态的所述功率设定点；以及
一旦确定没有实现针对所述第二状态的所述功率设定点，就改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述RF发生器的输出处测量与所述RF发生器相关联的所述变量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中所述确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定包括确定在所述第一状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述变量包括电压反射系数的幅度，其中所述确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定包括确定在所述第二状态期间测量的所述电压反射系数的所述幅度是否稳定。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述第一状态的所述频率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的RF信号的频率值，其中针对所述第二状态的所述频率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的频率值，其中针对所述第一状态的所述功率设定点是在所述第一状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值，其中针对所述第二状态的所述功率设定点是在所述第二状态期间将由所述RF发生器提供的所述RF信号的功率值。
9.一种用于实现朝向射频(RF)发生器反射的功率的减小的系统，其包括：
RF发生器，其被配置为产生RF信号；
阻抗匹配网络，其耦合到所述RF发生器以用于接收所述RF信号以产生经修改的RF信号；
等离子体室，其耦合到所述阻抗匹配网络以用于接收所述经修改的RF信号；
主计算机系统，其耦合到所述RF发生器，其中所述主计算机系统包括处理器，所述处理器被配置为：
向所述RF发生器提供多个设定点，其中所述设定点包括：数字脉冲信号的针对第一状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对第二状态的频率设定点、所述数字脉冲信号的针对所述第一状态的功率设定点、和所述数字脉冲信号的针对所述第二状态的功率设定点；
调节所述阻抗匹配电路以将针对所述第一状态的变量减小到低于预定变量阈值，其中所述变量与所述RF发生器相关联；
确定针对所述第一状态的所述变量是否稳定；
一旦确定针对所述第一状态的所述变量是稳定的，就调节针对所述第二状态的所述频率设定点，其中调节针对所述第二状态的所述频率设定点以将针对所述第二状态的所述变量减小到低于预设的变量阈值；
确定针对所述第二状态的所述变量是否稳定；以及
响应于确定针对所述第二状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点以实现朝向所述RF发生器反射的功率的所述减小。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器还被配置为响应于确定针对所述第一状态的所述变量不稳定而改变针对所述第一状态的所述频率设定点。
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