CN108122724B - 通用非侵入式室阻抗测量系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通用非侵入式室阻抗测量系统及相关方法。公开了一种用于测量等离子体处理室的阻抗的系统。该系统包括射频信号发生器，所述射频信号发生器被配置为基于频率设定点输出射频信号并提供射频信号的实际频率的指示，其中实际频率可以不同于频率设定点。该系统包括阻抗控制模块，所述阻抗控制模块包括至少一个可变阻抗控制装置。由射频信号发生器输出的射频信号的实际频率与频率设定点之间的差异部分地取决于至少一个可变阻抗控制装置的设置，并且部分地取决于等离子体处理室的阻抗。该系统包括被配置为与等离子体处理室的射频信号供应线连接的连接器。阻抗控制模块连接在射频信号发生器和连接器之间。

Description

通用非侵入式室阻抗测量系统及相关方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造。
背景技术
许多现代半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，来源于该等离子体的离子和/或自由基成分用于直接或间接影响暴露于等离子体的衬底表面上的变化。例如，可以使用各种基于等离子体的工艺来从衬底表面蚀刻材料，将材料沉积到衬底表面上，或者修改已经存在于衬底表面上的材料。等离子体通常通过将射频(RF)功率施加到受控环境中的工艺气体而产生，使得工艺气体被激励并转变成期望的等离子体。等离子体的特性受许多工艺参数影响，工艺参数包括但不限于：工艺气体的材料组成、工艺气体的流量、等离子体产生区和周围结构的几何特征、工艺气体和周围材料的温度、施加的RF功率的频率、以及所施加的RF功率的大小等。因此，有意义的是理解、监控和/或控制可能影响所产生的等离子体的特性的一些工艺参数，特别是关于RF功率到等离子体产生区域的输送。正是在这种情况下产生本发明。
发明内容
在示例实施方式中，公开了一种用于测量等离子体处理室的阻抗的系统。该系统包括被配置为基于频率设定点输出射频信号的射频信号发生器。所述射频信号发生器被配置为提供由所述射频信号发生器输出的所述射频信号的实际频率的指示。所述实际频率可以与所述频率设定点不同。所述系统还包括：阻抗控制模块，其包括至少一个可变阻抗控制装置。由所述射频信号发生器输出的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述至少一个可变阻抗控制装置的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的所述阻抗。所述系统还包括被配置为与所述等离子体处理室的射频信号供应线连接的连接器。所述阻抗控制模块连接在所述射频信号发生器和所述连接器之间。
在示例性实施方式中，公开了一种用于测量等离子体处理室的阻抗的方法。所述方法包括将阻抗测量系统连接到等离子体处理室的射频信号供应线。所述方法还包括操作主射频信号发生器以传输一个或多个射频信号通过主匹配电路并通过所述等离子体处理室的所述射频信号供应线，以在所述等离子体处理室内产生等离子体。该方法还包括：操作所述阻抗测量系统，以基于频率设定点产生射频信号并传输该射频信号通过阻抗控制模块到达所述等离子体处理室的所述射频信号供应线。所述阻抗测量系统与所述主射频信号发生器和所述主匹配电路分开且独立地操作。所述阻抗测量系统操作以产生和传输所述射频信号，而不干扰所述等离子体处理室内的所述等离子体的产生。该方法还包括操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率。所述实际频率可以不同于所述频率设定点。由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的阻抗。该方法还包括操作所述阻抗测量系统以确定所述等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率对应的阻抗。经确定的所述阻抗对应于在所述等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述等离子体处理室的所述阻抗。
在示例实施方式中，公开了一种用于匹配多个等离子体处理室的阻抗的方法。该方法包括用于将阻抗测量系统连接到给定等离子体处理室的射频信号供应线的操作(a)。该方法还包括操作(b)，操作(b)用于操作所述给定等离子体处理室的主射频信号发生器，以传输一个或多个射频信号通过所述给定等离子体处理室的主匹配电路和所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线，从而在所述给定等离子体处理室内产生等离子体。该方法包括操作(c)，操作(c)用于操作所述阻抗测量系统以基于频率设定点产生射频信号并将该射频信号传输通过阻抗控制模块到达所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线。所述阻抗测量系统与所述主射频信号发生器和所述给定等离子体处理室的所述主匹配电路分开且独立地操作。该方法还包括操作(d)，操作(d)用于操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率。所述实际频率可以与所述频率设定点不同。由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率和所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置并且部分地取决于所述给定等离子体处理室的所述阻抗。该方法还包括操作(e)，操作(e)用于操作所述阻抗测量系统以确定所述给定等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗。经确定的所述阻抗对应于在所述给定等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述给定等离子体处理室的所述阻抗。该方法还包括操作(f)，操作(f)用于在多个等离子体处理室上执行操作(a)至(e)以确定所述多个等离子体处理室的相应阻抗。该方法还包括操作(g)，在操作(g)中，对于所述多个等离子体处理室中的每一个，确定使所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗与目标阻抗对准所需的相应的阻抗调整。该方法还包括操作(h)，在操作(h)中，对于所述多个等离子体处理室中的每一个，改变所述等离子体处理室的所述主匹配电路的一个或多个设置以实现针对所述等离子体处理室确定的所述阻抗调整。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于测量等离子体处理室的阻抗的系统，其包括：
射频信号发生器，其被配置为基于频率设定点输出射频信号，所述射频信号发生器被配置为提供由所述射频信号发生器输出的所述射频信号的实际频率的指示，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点；
包括至少一个可变阻抗控制装置的阻抗控制模块，其中由所述射频信号发生器输出的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述至少一个可变阻抗控制装置的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的所述阻抗；和
连接器，其被配置为与所述等离子体处理室的射频信号供应线连接，所述阻抗控制模块连接在所述射频信号发生器和所述连接器之间。
2.如条款1所述的系统，其中，所述射频信号发生器与用于在所述等离子体处理室内产生等离子体的主射频信号发生器分离并独立于该主射频信号发生器。
3.如条款2所述的系统，其中，所述阻抗控制模块与所述等离子体处理室的主阻抗匹配电路分离并且独立于该主阻抗匹配电路。
4.如条款3所述的系统，其中，所述连接器被配置为在所述等离子体处理室的所述主阻抗匹配电路与所述等离子体处理室的主射频信号输入端之间的位置处与所述等离子体处理室的所述射频信号供应线连接。
5.如条款1所述的系统，其中，所述至少一个可变阻抗控制装置包括：至少一个可变电容器、或者至少一个可变电感器、或者包括至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者。
6.如条款5所述的系统，其还包括：
用于分别控制所述至少一个可变阻抗控制装置的至少一个马达和对应的联动装置。
7.如条款1所述的系统，其还包括：
系统控制模块，其被配置为提供对所述阻抗控制模块的所述至少一个可变阻抗控制装置的控制，所述系统控制模块被配置为提供对所述射频信号发生器的控制。
8.如条款7所述的系统，其中所述系统控制模块被配置为确定并输出与由所述射频信号发生器提供的所述实际频率指示对应的阻抗值。
9.如条款8所述的系统，其还包括：
数据存储器，其包括针对实际频率指示和所述至少一个可变阻抗控制装置的设置的不同组合的阻抗值，其中，所述系统控制模块能访问所述数据存储器，以支持与由所述射频信号发生器提供的所述实际频率指示对应的所述阻抗值的确定。
10.一种用于测量等离子体处理室的阻抗的方法，其包括：
将阻抗测量系统连接到等离子体处理室的射频信号供应线；
操作主射频信号发生器以传输一个或多个射频信号通过主匹配电路并通过所述等离子体处理室的所述射频信号供应线，从而在所述等离子体处理室内产生等离子体；
操作所述阻抗测量系统，以基于频率设定点产生射频信号并传输该射频信号通过阻抗控制模块到达所述等离子体处理室的所述射频信号供应线，所述阻抗测量系统与所述主射频信号发生器以及所述主匹配电路分开且独立地操作，所述阻抗测量系统操作以产生并传输所述射频信号，而不干扰所述等离子体处理室内的所述等离子体的产生；
操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点，其中由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的所述阻抗；以及
操作所述阻抗测量系统以确定所述等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率对应的阻抗，经确定的所述阻抗对应于在所述等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述等离子体处理室的所述阻抗。
11.如条款10所述的方法，其还包括：
将所述阻抗控制模块内的至少一个可变阻抗控制装置设置为规定设定点；
在操作所述阻抗测量系统的同时保持所述规定设定点，以基于所述频率设定点产生并传输所述射频信号；以及
访问数据存储器以确定与由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗，所述数据存储器提供由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率与作为所述规定设定点的函数的阻抗之间的相关性。
12.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个可变阻抗控制装置包括至少一个可变电容器、或者至少一个可变电感器、或者至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者，并且其中，通过所述至少一个可变电容器当在所述阻抗控制模块内存在时的相应电容设置和所述至少一个可变电感器当在所述阻抗控制模块内存在时的相应电感设置的组合来限定所述规定设定点。
13.如条款12所述的方法，其还包括：
操作所述阻抗测量系统的系统控制模块以将所述阻抗控制模块内的所述至少一个可变阻抗控制装置设定为所述规定设定点；
操作所述阻抗测量系统的所述系统控制模块以基于所述频率设定点引导所述射频信号的产生和传输；以及
操作所述阻抗测量系统的所述系统控制模块以在等离子体处理室内产生等离子体期间传达与在所述等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述等离子体处理室的所述阻抗对应的经确定的所述阻抗。
14.如条款12所述的方法，其还包括：
(a)改变所述阻抗控制模块的所述规定设定点；
(b)操作所述阻抗测量系统，以基于所述频率设定点产生所述射频信号并传输该射频信号通过所述阻抗控制模块到达所述等离子体处理室的所述射频信号供应线；
(c)操作所述阻抗测量系统以确定在所述规定设定点在操作(a)中改变的情况下由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的所述实际频率；
(d)操作所述阻抗测量系统以确定并记录所述等离子体处理室的与在操作(c)中确定的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗；
(e)将操作(a)至(d)重复获取所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗的统计上有意义的样本集所需的次数；以及
(f)基于所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗的所述统计上有意义的样本集来确定所述等离子体处理室的平均阻抗。
15.如条款14所述的方法，其还包括：
确定使在操作(f)中确定的所述等离子体处理室的所述平均阻抗与所述等离子体处理室的目标阻抗对准所需的阻抗调整；以及
调整所述主匹配电路的一个或多个设置以实现经确定的所述阻抗调整。
16.如条款10所述的方法，其中所述频率设定点在从约2MHz延伸到约100MHz的范围内，并且其中由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的功率在从约5瓦(W)延伸到约1000W的范围内。
17.一种用于匹配多个等离子体处理室的阻抗的方法，其包括：
(a)将阻抗测量系统连接到给定等离子体处理室的射频信号供应线；
(b)操作所述给定等离子体处理室的主射频信号发生器，以传输一个或多个射频信号通过所述给定等离子体处理室的主匹配电路和所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线，从而在所述给定等离子体处理室内产生等离子体；
(c)操作所述阻抗测量系统，以基于频率设定点产生射频信号并将该射频信号传输通过阻抗控制模块到达所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线，所述阻抗测量系统与所述给定等离子体处理室的所述主射频信号发生器以及所述主匹配电路分开且独立地操作；
(d)操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点，其中，由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率和所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置并且部分地取决于所述给定等离子体处理室的所述阻抗；
(e)操作所述阻抗测量系统以确定所述给定等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗，经确定的所述阻抗对应于在所述给定等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述给定等离子体处理室的所述阻抗；
(f)在多个等离子体处理室上执行操作(a)至(e)以确定所述多个等离子体处理室的相应阻抗；
(g)对于所述多个等离子体处理室中的每一个，确定使所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗与目标阻抗对准所需的相应的阻抗调整。
18.如条款17所述的方法，其还包括：
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，改变所述等离子体处理室的所述主匹配电路的一个或多个设置以实现针对所述等离子体处理室确定的所述阻抗调整。
19.如条款17所述的方法，其中所述目标阻抗被设定为等于所述多个等离子体处理室中的一者的经确定的所述阻抗。
20.如条款17所述的方法，其还包括：
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，针对所述阻抗控制模块的多个规定设定点中的每一个重复操作(c)至(e)以确定所述等离子体处理室的统计上有意义的阻抗值样本集；
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，基于针对所述等离子体处理室确定的所述统计上有意义的所述阻抗值样本集确定所述等离子体处理室的平均阻抗；以及
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，使用所述等离子体处理室的所述平均阻抗作为在操作(g)中的所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其它方面和优点将变得更加明显，附图以举例的方式说明本发明。
附图说明
图1根据本发明的一些实施方式示出了连接到阻抗测量系统的等离子体处理室。
图2根据本发明一些实施方式示出了阻抗测量系统的配置。
图3根据本发明的一些实施方式示出了具有阻抗控制模块的示例配置的阻抗测量系统。
图4根据本发明的一些实施方式示出了可以在数据存储器内查询的数据的示例，以使得能够确定与在射频信号发生器的当前设定点和阻抗控制模块的当前设定点处由射频信号发生器传输的射频信号的实际频率对应的阻抗。
图5A根据本发明一些实施方式示出了用于使用阻抗测量系统来测量等离子体处理室的阻抗的方法的流程图。
图5B根据本发明的一些实施方式示出了图5A的方法的延续的流程图。
图5C根据本发明的一些实施方式示出了图5B的方法的延续的流程图。
图6A根据本发明的一些实施方式示出了用于使用阻抗测量系统来匹配多个等离子体处理室的阻抗的方法的流程图。
图6B根据本发明的一些实施方式示出了图6A的方法的延续的流程图。
图7根据本发明一些实施方式示出了用于使用阻抗测量系统确定等离子体处理室的阻抗的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，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发明。在其他情况下，为了不会不必要地使本发明不清楚，没有详细描述众所周知的处理操作。
在半导体工业中，半导体晶片在多个等离子体处理室中进行制造操作。为了在半导体晶片上获得一致的和等效的制造结果，多个等离子体处理室必须以基本相同的方式进行相同的制造操作。许多等离子体处理室通过以下方式操作：将射频功率施加到工艺气体以产生暴露于半导体晶片的等离子体，从而影响半导体晶片上的材料或表面条件的变化。确保这些等离子体处理室在执行相同的制造操作中以基本相同的方式操作的部分包括在等离子体处理室的实际操作期间等离子体处理室的对于其射频功率源所呈现的阻抗的匹配。应该理解的是，在给定的等离子体处理室的实际操作期间给定等离子体处理室的对于其射频功率源所呈现的阻抗受到许多因素的影响，所述因素包括但不限于正在等离子体处理室中产生的等离子体的实时状态以及存在于等离子体处理室内的工件(例如半导体晶片)的实时状态。
跨越多个等离子体处理室的阻抗匹配是一个挑战，而与等离子体处理室的特定类型无关，尤其是当在多个等离子体处理室的等离子体产生操作期间实时地尝试阻抗匹配时。试图在等离子体处理室的操作期间确定等离子体处理室的阻抗的一种方法是将朗缪尔探针(Langmuir probe)插入等离子体处理室内部的等离子体中。然而，朗缪尔探针插入等离子体的侵入性破坏了等离子体工艺并导致晶片上工艺中断/扰动。试图在等离子体处理室的操作期间确定等离子体处理室的阻抗的另一种方法是在射频电源电路中安装非侵入式V/I探头，以监测来自射频电源的电压、电流和相角(电压和电流之间的相角)。然而，安装在不同等离子体处理室上的不同V/I探头单元之间的未知和/或未表征的制造差异引入了使用不同的V/I探头单元在不同的等离子体处理室上进行的阻抗测量的不确定的不确定性。鉴于前述，在本发明之前，没有现有的设备或设计能够在等离子体处理室内产生等离子体期间准确且普遍地诊断等离子体处理室的阻抗而不中断和/或干扰等离子体。
本文公开了用于在等离子体处理室的操作期间以实时和非侵入的方式测量等离子体处理室的阻抗而不中断和/或干扰在等离子体处理室内产生的等离子体的系统和方法。本文公开的系统和方法使得能够测量多个等离子体处理室的阻抗，以实现多个等离子体处理室的精确阻抗匹配，而不会由于未知的和/或未表征的设备制造变化而在阻抗测量中引入不确定的不确定性。
图1根据本发明的一些实施方式示出了连接到阻抗测量系统117的等离子体处理室101。应该理解的是，等离子体处理室101可以是任何类型的等离子体处理室，其中射频信号被施加到工艺气体以产生等离子体107，其中等离子体107被用来影响暴露于等离子体107的工件109的状态的变化。在一些实施方式中，工件109是经历制造程序的半导体晶片。然而，应当理解的是，在各种实施方式中，工件109可以基本上是经受基于等离子体的制造工艺的任何类型的衬底。
为了便于描述本发明，在图1中示出了等离子体处理室101的示例，其中支撑结构103设置在等离子体处理室101内以支撑暴露于等离子体107的工件109。在图1的这个例子中，支撑结构103被连接以通过主匹配电路113从主射频信号发生器111接收射频功率。更具体地，射频信号供应线包括连接器115，主射频信号发生器111通过主匹配电路113连接到连接器115。主匹配电路113包括电容器和/或电感器的布置，该电容器和/或电感被配置为确保在射频信号供应线处(例如在连接器115处)由主射频信号发生器111遇到的阻抗足够接近主射频信号发生器111被设计成操作的负载阻抗，使得由主射频信号发生器111产生和传输的射频信号将以有效的方式(即没有不可接受的反射)施加到等离子体107负载。
在一些实施方式中，支撑结构103是被配置为支撑和固定工件109并且用作用于从主射频信号发生器111向等离子体107传输射频信号的电极的静电卡盘。然而，在其他实施方式中，等离子体处理室101可以包括一个或多个电极的其他布置和配置，以提供从主射频信号发生器111到等离子体107的射频信号的传输。另外，在一些实施方式中，等离子体处理室101可以包括一个或多个返回电极105，以为从主射频信号发生器111传输通过等离子体107的射频信号提供通向参考地电位的返回路径。并且，在一些实施方式中，等离子体处理室101的一个或多个结构构件(如墙壁等)可以起到为从主射频信号发生器111传输通过等离子体107的射频信号提供通向参考地电位的返回路径的返回电极的作用。因此，在各种实施方式中，一个或多个返回电极105可以存在也可以不存在。总体上，应该理解的是，如本文所公开的用于测量等离子体处理室的阻抗的系统117可以与基本上任何类型的等离子体处理室一起使用，其中射频信号被施加到工艺气体以产生等离子体，而不管等离子体处理室的特定构造如何。
在图1的示例中，阻抗测量系统117在连接器115处连接到等离子体处理室101的射频信号供应线。连接器115被配置为在等离子体处理室101的主阻抗匹配电路113和等离子体处理室101的主射频信号输入端之间的位置处与等离子体处理室101的射频信号供应线连接。在一些实施方式中，等离子体处理室101的主射频信号输入端可以被配置为直接通向等离子体处理室101内的电极的导电结构，射频信号从该电极传输以产生等离子体107。在一些实施方式中，连接器115被配置为射频信号供应线上的无源端子。例如，在一些实施方式中，进入等离子体处理室101的射频信号供应线可以被配置为导电杆，并且在这些实施方式中，连接器115可以被配置为配件(例如T形配件)，其为用于通向阻抗测量系统117的导线(例如同轴电缆等)的连接提供端子。此外，在一些实施方式中，阻抗测量系统117可以通过现有的设备(例如通过已经连接到等离子体处理室101的射频信号供应线的V/I探针)连接到等离子体处理室101。然而，有意义的是在射频信号供应线上的一定位置处将阻抗测量系统117连接到等离子体处理室，以显示出与由主射频信号发生器111和主匹配电路113的组合所遇到的阻抗基本相同的负载阻抗。
阻抗测量系统117被配置为在等离子体处理室101内正在生成等离子体107的同时确定等离子体处理室101的真实阻抗而不中断和/或干扰等离子体107。在阻抗测量系统117可以用于任何类型的等离子体处理室的意义上，它是通用的。并且，阻抗测量系统117是非侵入式的，因为其可以在等离子体处理室101正在操作的同时实时地测量等离子体处理室101的阻抗，即由主射频信号发生器111和主匹配电路113的组合所遇到的阻抗，而不中断和/或干扰等离子体处理室101内的等离子体107。
图2根据本发明一些实施方式示出了阻抗测量系统117的配置。阻抗测量系统117包括射频信号发生器119和阻抗控制模块121。射频信号发生器119被配置为基于频率设定点输出射频信号。射频信号发生器119被配置为提供由射频信号发生器119输出的射频信号的实际频率的指示。射频信号的实际频率可以不同于频率设定点。射频信号发生器119与用于在等离子体处理室101内产生等离子体107的主射频信号发生器111分离并独立于该主射频信号发生器111。射频信号发生器119是射频信号频率调谐发生器，其被配置为基于频率设定点和功率设定点产生和传输射频信号，其中射频信号发生器119根据负载的提供给射频信号发生器119的阻抗进行操作以调整其频率，从而优化射频信号向负载的传输。
在一些实施方式中，射频信号发生器119以在从约5瓦(W)延伸到约1000W的范围内的功率操作。在一些实施方式中，射频信号发生器以在从约5W延伸到约500W的范围内的功率操作。在一些实施方式中，射频信号发生器119以从约10W延伸到约200W的范围内的功率操作。在一些实施方式中，射频信号发生器119在大约10W的功率下操作。并且在其他实施方式中，射频信号发生器119可以以不同于上述功率的功率下操作。应当理解的是，由射频信号发生器119输入到等离子体处理室101的功率不会显著扰乱在等离子体处理室101内产生的等离子体107。射频信号发生器119功率范围的低端通过由于阻抗测量系统117内阻抗控制模块121的设定点的变化而获得清晰的频率响应信号所需的功率来设定。而且，在各种实施方式中，射频信号发生器119可以以不同频率(例如，27兆赫(MHz)或60MHz，或基本上任何其他频率)操作。射频信号发生器119在较高频率设定点的操作提供了关于检测频率响应变化的增加的灵敏度。
如前所述，连接器115被配置为与等离子体处理室101的射频信号供应线连接。阻抗控制模块121连接在射频信号发生器119和连接器115之间。阻抗控制模块121可以包括至少一个可变阻抗控制装置。由射频信号发生器119输出的射频信号的实际频率与频率设定点之间的差异部分地取决于阻抗控制模块121内的至少一个可变阻抗控制装置的设置，并且部分地取决于等离子体处理室101的阻抗。阻抗控制模块121与等离子体处理室101的主阻抗匹配电路113分开且独立于该主阻抗匹配电路113。在各种实施方式中，阻抗控制模块121的至少一个可变阻抗控制装置包括至少一个可变电容器，或者至少一个可变电感器，或者至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者。而且，在一些实施方式中，阻抗控制模块121包括用于分别控制至少一个可变阻抗控制装置的至少一个马达和对应的联动装置。在一些实施方式中，阻抗控制模块121包括彼此之间呈各种串联和并联关系的电容器和/或电感器的组合，以提供对由射频信号发生器119在将射频信号传输到等离子体处理室101中遇到的阻抗的控制。
所产生和传输的射频信号的实际频率将被调整，以实现对于给定负载阻抗(即对于操作的等离子体处理室的给定阻抗)的最小的反射功率。由于操作的等离子体处理室101的阻抗在操作过程中可以实时变化，所以所产生和传输的射频信号的实际频率可以实时地相应地调整到操作的等离子体处理室101的变化的阻抗。例如，对于给定的一组阻抗匹配参数和给定的频率设定点，在等离子体处理室101中处理硅晶片时，射频信号的实际频率可以是27.2MHz(兆赫)。然而，对于相同的给定的一组阻抗匹配参数和相同的给定的频率设定点，但是在晶片上沉积氧化物材料时，射频信号的实际频率可以是26.5MHz。因此，应该认识到，由于工件109上发生的变化，等离子体处理室的阻抗可以实时改变。
阻抗测量系统117还包括系统控制模块123，系统控制模块123被配置为提供对阻抗控制模块121的至少一个可变阻抗控制装置的控制。系统控制模块123还被配置为提供对射频信号发生器119的控制。例如，系统控制模块123可以提供计算机接口，阻抗测量系统117的操作者可以通过该计算机接口来控制射频信号发生器119的频率设定点和功率设定点。
射频信号发生器119被配置为将由射频信号发生器119产生并传输的射频信号的实际频率传送给系统控制模块123。系统控制模块123被配置为确定并输出对应于由射频信号发生器119提供的实际频率指示的阻抗值。
阻抗测量系统117还包括数据存储器125，数据存储器125包括针对实际频率指示和阻抗控制模块121内的至少一个可变阻抗控制装置的设置的不同组合的阻抗值。数据存储器可由系统控制模块123访问，以支持与由射频信号发生器119提供的实际频率指示对应的阻抗值的确定。在各种实施方式中，数据存储器125可以包括一个或多个数据库或其他类型的数据管理系统以支持对应于由射频信号发生器119提供的实际频率指示的阻抗值的确定。在一些实施方式中，数据存储器125包括针对阻抗控制模块121和射频信号发生器119的不同设定点的作为由射频信号发生器119产生并传输的射频信号的实际频率的函数的阻抗的查找表。在这些实施方式中，系统控制模块123可以访问和查询这些查找表，以基于由射频信号发生器119产生并传输的射频信号的经确定的实际频率来确定操作的等离子体处理室101的实时阻抗值。在各种实施方式中，系统控制模块123被配置为显示等离子体处理室101的经确定的阻抗，以使得能够由等离子体处理室101的操作者进行室到室的阻抗匹配。
图3根据本发明一些实施方式示出了具有阻抗控制模块121的示例配置的阻抗测量系统117。在示例实施方式中，阻抗控制模块121包括可变电容器C1和C2以及可变电感器L1和L2。可变电容器C1和C2由相应的马达(即马达C1和马达C2)控制。而且，可变电感器L1和L2由相应的马达(即马达L1和马达L2)控制。系统控制模块123可连接到可变电容器C1,C2和可变电感器L1,L2的不同马达，以控制各自的马达位置，并相应地控制可变电容器C1,C2和可变电感器L1,L2的设置。在图3的示例实施方式中，可变电容器C1,C2和可变电感器L1,L2的给定设置组合定义了阻抗控制模块121的设定点。更一般地，在其他实施方式中，存在于阻抗控制模块121内的任何电容器和电感器的设置的给定组合定义阻抗控制模块121的设定点。
在图3的示例实施方式中，可变电容器C2和可变电感器L1在射频信号发生器119的输出端和连接器115之间以串联方式电连接。可变电容器C2和可变电感器L1共同充当阻断装置以防止来自主射频信号发生器111的射频信号进入射频信号发生器119。可变电容器C2和可变电感器L1可以在系统控制模块123的控制下通过它们各自的马达(马达C2和马达L1)调节，以调整由射频信号发生器119遇到的阻抗。可变电容器C1和可变电感器L2中的每一个电连接在射频信号发生器119的输出端和参考接地电位127之间。可变电容器C1和可变电感器L2可以在系统控制模块123的控制下通过它们各自的马达(马达C1和马达L2)来调节，以调节由射频信号发生器119遇到的导纳。另外，可变电容器C1,C2和可变电感器L1,L2可以在系统控制模块123的控制下通过它们各自的马达来调节，以控制射频信号发生器119的频率位置和反射功率。应该理解的是，如图3所示的电容器C1,C2和电感器L1,L2的配置表示可以如何配置阻抗控制模块121的例子。在其他实施方式中，阻抗控制模块121可以被配置为根据需要包括基本上任意数量和任何连接布置的电容器和电感器以获得可接受的阻抗/导纳控制能力。而且，在各种实施方式中，阻抗控制模块121内存在的任何电容器和/或电感器可以根据需要是可变的或固定的，以获得可接受的阻抗/导纳控制能力。
阻抗测量系统117通过连接器115连接到等离子体处理室101的射频供应线。等离子体处理室101被操作以根据测量配方产生等离子体107，该测量配方可以包括操作参数的规范，该操作参数例如是工艺气体类型、工艺气体流量、压力、温度、主射频信号发生器111设定点(频率和功率设定点)、主匹配电路113设定点以及基本上与等离子体处理室101相关联的任何其它操作参数。此外，在一些实施方式中，根据测量配方，在产生等离子体107的过程中，工件109可以存在于等离子体处理室101中。并且，在一些实施方式中，可以以允许在不存在工件109以避免损坏支撑结构103的情况下产生等离子体107的方式限定该测量配方。
在等离子体处理室101根据测量配方操作以生成等离子体107的情况下，根据射频信号发生器119的给定设定点(设定点频率和设定点功率)并且根据阻抗控制模块121的给定设定点，阻抗测量系统117被操作以生成射频信号并将该射频信号从射频信号发生器119传输通过阻抗控制模块121、通过连接器115到达等离子体处理室101。射频信号发生器119操作以调谐根据负载的由射频信号发生器119遇到的阻抗产生和传输的射频信号的频率，以便实现由射频信号发生器119传输的射频信号的实际频率。射频信号发生器119被配置为传达由射频信号发生器119传输到系统控制模块123的射频信号的经确定的实际频率。系统控制模块123然后操作以查询数据存储器125以确定在射频信号发生器119的当前设定点和阻抗控制模块121的当前设定点下与由射频信号发生器119传输的射频信号的实际频率对应的阻抗。
图4根据本发明的一些实施方式示出了可在数据存储器125内查询的数据的示例，以能够确定在射频信号发生器119的当前设定点和阻抗控制模块121的当前设定点下与由射频信号发生器119传输的射频信号的实际频率对应的阻抗。图4示出了针对实际频率和阻抗控制模块121设定点和射频信号发生器119设定点的不同组合而制表的阻抗值。应该理解的是，图4中描述的特定数据布置是一个或多个可能的数据布置，只要数据布置能够确定与实际频率、阻抗控制模块121设定点和射频信号发生器119设定点的特定组合对应的阻抗即可。而且，应该理解的是，针对记录在数据存储器125中的实际频率、阻抗控制模块121设定点和射频信号发生器119设定点的不同组合的各种阻抗可以通过将阻抗测量系统117连接到已知的阻抗以及通过阻抗控制模块121设定点和射频信号发生器119设定点的各种组合操作阻抗测量系统117来经验地确定。
一旦阻抗测量系统117确定并传达操作等离子体处理室101的阻抗，操作员可以根据需要调整等离子体处理室101的一个或多个参数，以获得期望的结果，诸如匹配室到室阻抗。阻抗测量系统117可以操作以实时确定给定的操作的等离子体处理室101相对于目标阻抗值的阻抗差，而不干扰等离子体处理室101的正常操作，即不扰动在等离子体处理室101中产生的等离子体107。然后，等离子体处理室101的操作者可以根据需要调整等离子体处理室101的一个或多个参数和/或工艺配方参数以快速且准确地克服、减轻和/或消除确定的阻抗差。而且，当等离子体处理室101的阻抗被调整到室到室阻抗匹配所需的阻抗值时，阻抗测量系统117提供对操作的等离子体处理室101的实际阻抗的实时监测。
图5A根据本发明的一些实施方式示出了使用阻抗测量系统117测量等离子体处理室101的阻抗的方法的流程图。该方法包括用于将阻抗测量系统117连接到等离子体处理室101的射频信号供应线的操作501。该方法还包括操作主射频信号发生器111以传输一个或多个射频信号通过主匹配电路113并通过等离子体处理室101的射频信号供应线，从而在等离子体处理室101内产生等离子体107。
该方法还包括用于操作阻抗测量系统117以基于频率设定点产生射频信号并将其传输通过阻抗控制模块121(具有规定设定点)到达等离子体处理室101的射频信号供应线的操作505。阻抗测量系统117与主射频信号发生器111和主匹配电路113分开且独立地操作。阻抗测量系统117操作以产生和传输射频信号，而不扰乱等离子体处理室101内的等离子体107的产生。在一些实施方式中，频率设定点在从约2MHz延伸到约100MHz的范围内。在一些实施方式中，由阻抗测量系统117产生并传输的射频信号的功率在从约5W延伸到约1000W的范围内。
该方法还包括操作507，操作507用于操作阻抗测量系统117以确定由阻抗测量系统117生成并传输的射频信号的实际频率。实际频率可以不同于射频信号发生器119的频率设定点。由射频信号发生器119产生的射频信号的实际频率与频率设定点之间的差异部分地取决于阻抗控制模块121的设置，并且部分地取决于等离子体处理室101的阻抗。该方法还包括操作509，操作509用于操作阻抗测量系统117以确定等离子体处理室101的对应于由阻抗测量系统117产生和传输的射频信号的实际频率的阻抗。经确定的阻抗对应于在等离子体处理室101内生成等离子体107期间等离子体处理室101的阻抗。
图5A的方法还可以包括将阻抗控制模块121内的至少一个可变阻抗控制装置设置为规定设定点，并且在操作阻抗测量系统117的同时保持该规定设定点，以基于频率设定点生成并传输射频信号。图5A的方法还可以包括访问数据存储器125以确定对应于由阻抗测量系统117生成并传输的射频信号的实际频率的阻抗。数据存储器125(即存储在其中的数据)提供由阻抗测量系统117产生和传输的射频信号的实际频率与作为规定设定点的函数的阻抗之间的相关性。在一些实施方式中，所述至少一个可变阻抗控制装置包括至少一个可变电容器，或者至少一个可变电感器，或者至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者。而且，在一些实施方式中，通过至少一个可变电容器当存在于阻抗控制模块121内时的相应电容设置和至少一个可变电感器当存在于阻抗控制模块121内时的相应电感设置的组合来限定所述规定设定点。
图5A的方法还可以包括操作阻抗测量系统117的系统控制模块123，以将阻抗控制模块121内的至少一个可变阻抗控制装置设定为规定设定点。图5A的方法还可以包括操作阻抗测量系统117的系统控制模块123以通过射频信号发生器119基于频率设定点来指导射频信号的生成和传输。而且，图5A的方法可以包括操作阻抗测量系统117的系统控制模块123以(例如通过在计算机上显示器上显示经确定的阻抗)传达与在等离子体处理室101内产生等离子体107期间等离子体处理室101的阻抗对应的经确定的阻抗。
图5B根据本发明的一些实施方式示出了图5A的方法的延续的流程图。该方法包括用于改变阻抗控制模块121的规定设定点的操作511。该方法还包括操作513，该操作513用于操作阻抗测量系统117以基于频率设定点产生射频信号并将其传输通过阻抗控制模块121到达等离子体处理室101的射频信号供应线。该方法还包括操作515，操作515用于操作阻抗测量系统117以确定在如操作511中改变的规定设定点处由阻抗测量系统117产生并传输的射频信号的实际频率。该方法还包括操作517，操作517用于操作阻抗测量系统117以确定和记录等离子体处理室101的与如在操作515中确定的射频信号的实际频率对应的阻抗。该方法还包括操作519，操作519用于将操作511至517重复获得等离子体处理室101的经确定的阻抗的统计上有意义的样本集所需的次数。该方法还包括操作521，操作521用于基于等离子体处理室101的经确定的阻抗的统计上有意义的样本集来确定等离子体处理室101的平均阻抗。该方法还可以包括基于等离子体处理室101的经确定的阻抗的统计上有意义的样本集来确定等离子体处理室101的平均阻抗的标准偏差。以这种方式，阻抗测量系统117允许使用阻抗控制模块121的多个阻抗匹配设定点以能够交叉检查等离子体处理室101的真实阻抗。
图5C根据本发明的一些实施方式示出了图5B的方法的继续的流程图。该方法包括操作523，操作523用于确定使在操作521中确定的等离子体处理室101的平均阻抗与等离子体处理室101的目标阻抗对准所需的阻抗调整。在一些实施方式中，该方法还可以包括操作525，操作525用于调整主匹配电路113的一个或多个设置以实现经确定的阻抗调整。
图6A根据本发明一些实施方式示出了使用阻抗测量系统117匹配多个等离子体处理室101的阻抗的方法的流程图。该方法包括用于将阻抗测量系统117连接到给定等离子体处理室的射频信号供应线的操作601。该方法还包括操作603，操作603用于操作给定等离子体处理室例如101的主射频信号发生器111以传输一个或多个射频信号通过给定等离子体处理室的主匹配电路113并通过给定等离子体处理室的射频信号供应线，从而在给定等离子体处理室101内产生等离子体107。
该方法还包括操作605，操作605用于操作阻抗测量系统117以基于频率设定点生成射频信号并将该射频信号传输通过阻抗控制模块121到达给定等离子体处理室的射频信号供应线。阻抗测量系统117与给定等离子体处理室的主射频信号发生器111和主匹配电路113分开并独立地操作。
该方法还包括操作607，操作607用于操作阻抗测量系统117以确定由阻抗测量系统117生成并传输的射频信号的实际频率。该实际频率可以不同于频率设定点。由射频信号发生器119产生的射频信号的实际频率与频率设定点之间的差异部分地取决于阻抗控制模块121的设置，并且部分地取决于给定等离子体处理室的阻抗。
该方法还包括操作609，操作609用于操作阻抗测量系统117以确定给定等离子体处理室的与由阻抗测量系统117产生和传输的射频信号的实际频率对应的阻抗。经确定的阻抗对应于在给定等离子体处理室内产生等离子体期间给定等离子体处理室的阻抗。该方法还包括用于在多个等离子体处理室上执行操作601至609以确定多个等离子体处理室的相应阻抗的操作611。
该方法还包括操作613，操作613用于确定使多个等离子体处理室中的每一个的经确定的阻抗与目标阻抗对准所需的相应阻抗调整。在一些实施方式中，目标阻抗被设定为等于多个等离子体处理室中的一个的经确定的阻抗。在一些实施方式中，目标阻抗被设定为与多个等离子体处理室的任何经确定的阻抗不同的值。
应该理解的是，由于构成室的部件的制造变化，等离子体处理室的阻抗因室而异。通常需要调整不同的等离子体处理室的阻抗，以便在不同的等离子体处理室中处理的工件上获得相同的结果。根据图6A的方法的阻抗测量系统117的操作使得能够确定不同的等离子体处理室之间存在多少阻抗差异，使得不同的等离子体处理室的操作员可以做出所需要的任何调整来校准不同的等离子处理室的阻抗。使用相同的阻抗测量系统117来测量不同的等离子体处理室的阻抗消除了在不同的等离子体处理室上使用不同的V/I探测器单元的情况下由于不同的V/I探头单元之间的制造偏差可能发生的阻抗测量中的室到室之间的变化。而且，因为在要被校准阻抗的不同的等离子体处理室上使用相同的阻抗测量系统117，所以阻抗测量系统117对测量的室阻抗的影响对于不同的等离子体处理室将是相同的，并且从而在比较测量的室到室阻抗时抵消。
在一些实施方式中，对于多个等离子体处理室中的每一个，图6A的方法还可以包括针对阻抗控制模块121的多个规定设定点中的每一个重复操作605至609以确定等离子体处理室的统计上有意义的阻抗值样本集。而且，对于多个等离子体处理室中的每一个，图6A的方法可以包括基于针对等离子体处理室确定的统计上有意义的阻抗值样本集来确定等离子体处理室的平均阻抗。并且，对于多个等离子体处理室中的每一个，图6A的方法可以包括在操作613中使用等离子体处理室的平均阻抗作为等离子体处理室的经确定的阻抗。图6B根据本发明的一些实施方式示出了图6A的方法的继续的流程图。该方法包括操作615，在操作615中，对于多个等离子体处理室中的每一个，改变等离子体处理室的主匹配电路113的一个或多个设置，以实现在操作613中针对等离子体处理室确定的阻抗调整。
图7根据本发明的一些实施方式示出了使用阻抗测量系统117来确定等离子体处理室的阻抗的方法的流程图。该方法包括用于在等离子体处理室操作时将阻抗测量射频信号传输到等离子体处理室的射频信号供应线的操作701。阻抗测量射频信号与用于操作等离子体处理室的其他射频信号是分开的。该方法还包括用于确定阻抗测量射频信号的实际频率的操作703。该方法还包括操作705，操作705用于基于阻抗测量射频信号的所确定的实际频率来确定操作的等离子体处理室的阻抗。
应该理解的是，在等离子体处理室101与分开且独立的主射频信号发生器111以及分开且独立的主匹配电路113协同工作的同时，阻抗测量系统117向等离子体处理室101提供其自身的射频信号。应当理解的是，本文公开的阻抗测量系统117能够精确且快速地实现室到室阻抗匹配，而不会造成等离子体中断。而且，应该理解，这里公开的阻抗测量系统117可以与基本上任何类型的等离子体处理室一起使用。
尽管为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述发明，但显而易见的是，可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。因此，本发明的实施方式被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于这里给出的细节，而是可以在所描述的实施方式的范围和等同方案内进行修改。

Claims (19)

1.一种用于测量等离子体处理室的阻抗的系统，其包括：
射频信号发生器，其被配置为基于频率设定点输出射频信号，所述射频信号发生器被配置为提供所述射频信号的实际频率作为所述射频信号发生器输出的指示，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点，其中，所述射频信号发生器与用于在所述等离子体处理室内产生等离子体的主射频信号发生器分离并独立于该主射频信号发生器；
包括至少一个可变阻抗控制装置的阻抗控制模块，其中作为所述射频信号发生器输出的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述至少一个可变阻抗控制装置的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的所述阻抗；和
连接器，其被配置为与所述等离子体处理室的射频信号供应线连接，所述阻抗控制模块连接在所述射频信号发生器和所述连接器之间。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述阻抗控制模块与所述等离子体处理室的主阻抗匹配电路分离并且独立于该主阻抗匹配电路。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述连接器被配置为在所述等离子体处理室的所述主阻抗匹配电路与所述等离子体处理室的主射频信号输入端之间的位置处与所述等离子体处理室的所述射频信号供应线连接。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个可变阻抗控制装置包括：至少一个可变电容器、或者至少一个可变电感器、或者包括至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者。
5.如权利要求4所述的系统，其还包括：
用于分别控制所述至少一个可变阻抗控制装置的至少一个马达和对应的联动装置。
6.如权利要求1所述的系统，其还包括：
系统控制模块，其被配置为提供对所述阻抗控制模块的所述至少一个可变阻抗控制装置的控制，所述系统控制模块被配置为提供对所述射频信号发生器的控制。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述系统控制模块被配置为确定并输出与由所述射频信号发生器提供的所述实际频率指示对应的阻抗值。
8.如权利要求7所述的系统，其还包括：
数据存储器，其包括针对实际频率指示和所述至少一个可变阻抗控制装置的设置的不同组合的阻抗值，其中，所述系统控制模块能访问所述数据存储器，以支持与由所述射频信号发生器提供的所述实际频率指示对应的所述阻抗值的确定。
9.一种用于测量等离子体处理室的阻抗的方法，其包括：
将阻抗测量系统连接到等离子体处理室的射频信号供应线；
操作主射频信号发生器以传输一个或多个射频信号通过主匹配电路并通过所述等离子体处理室的所述射频信号供应线，从而在所述等离子体处理室内产生等离子体；
操作所述阻抗测量系统，以基于频率设定点产生射频信号并传输该射频信号通过阻抗控制模块到达所述等离子体处理室的所述射频信号供应线，所述阻抗测量系统与所述主射频信号发生器以及所述主匹配电路分开且独立地操作，所述阻抗测量系统操作以产生并传输所述射频信号，而不干扰所述等离子体处理室内的所述等离子体的产生；
操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点，其中由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率与所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置，并且部分地取决于所述等离子体处理室的所述阻抗；以及
操作所述阻抗测量系统以确定所述等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率对应的阻抗，经确定的所述阻抗对应于在所述等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述等离子体处理室的所述阻抗。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：
将所述阻抗控制模块内的至少一个可变阻抗控制装置设置为规定设定点；
在操作所述阻抗测量系统的同时保持所述规定设定点，以基于所述频率设定点产生并传输所述射频信号；以及
访问数据存储器以确定与由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗，所述数据存储器提供由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的所述实际频率与作为所述规定设定点的函数的阻抗之间的相关性。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个可变阻抗控制装置包括至少一个可变电容器、或者至少一个可变电感器、或者至少一个可变电容器和至少一个可变电感器两者，并且其中，通过所述至少一个可变电容器当在所述阻抗控制模块内存在时的相应电容设置和所述至少一个可变电感器当在所述阻抗控制模块内存在时的相应电感设置的组合来限定所述规定设定点。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括：
操作所述阻抗测量系统的系统控制模块以将所述阻抗控制模块内的所述至少一个可变阻抗控制装置设定为所述规定设定点；
操作所述阻抗测量系统的所述系统控制模块以基于所述频率设定点引导所述射频信号的产生和传输；以及
操作所述阻抗测量系统的所述系统控制模块以在等离子体处理室内产生等离子体期间传达与在所述等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述等离子体处理室的所述阻抗对应的经确定的所述阻抗。
13.如权利要求11所述的方法，其还包括：
(a)改变所述阻抗控制模块的所述规定设定点；
(b)操作所述阻抗测量系统，以基于所述频率设定点产生所述射频信号并传输该射频信号通过所述阻抗控制模块到达所述等离子体处理室的所述射频信号供应线；
(c)操作所述阻抗测量系统以确定在所述规定设定点在操作(a)中改变的情况下由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的所述实际频率；
(d)操作所述阻抗测量系统以确定并记录所述等离子体处理室的与在操作(c)中确定的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗；
(e)将操作(a)至(d)重复获取所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗的统计上有意义的样本集所需的次数；以及
(f)基于所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗的所述统计上有意义的样本集来确定所述等离子体处理室的平均阻抗。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括：
确定使在操作(f)中确定的所述等离子体处理室的所述平均阻抗与所述等离子体处理室的目标阻抗对准所需的阻抗调整；以及
调整所述主匹配电路的一个或多个设置以实现经确定的所述阻抗调整。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述频率设定点在从2MHz延伸到100MHz的范围内，并且其中由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的功率在从5W延伸到1000W的范围内。
16.一种用于匹配多个等离子体处理室的阻抗的方法，其包括：
(a)将阻抗测量系统连接到给定等离子体处理室的射频信号供应线；
(b)操作所述给定等离子体处理室的主射频信号发生器，以传输一个或多个射频信号通过所述给定等离子体处理室的主匹配电路和所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线，从而在所述给定等离子体处理室内产生等离子体；
(c)操作所述阻抗测量系统，以基于频率设定点产生射频信号并将该射频信号传输通过阻抗控制模块到达所述给定等离子体处理室的所述射频信号供应线，所述阻抗测量系统与所述给定等离子体处理室的所述主射频信号发生器以及所述主匹配电路分开且独立地操作；
(d)操作所述阻抗测量系统以确定由所述阻抗测量系统产生并传输的所述射频信号的实际频率，其中所述实际频率能够不同于所述频率设定点，其中，由所述射频信号发生器产生的所述射频信号的所述实际频率和所述频率设定点之间的差异部分地取决于所述阻抗控制模块的设置并且部分地取决于所述给定等离子体处理室的所述阻抗；
(e)操作所述阻抗测量系统以确定所述给定等离子体处理室的与由所述阻抗测量系统产生和传输的所述射频信号的所述实际频率对应的所述阻抗，经确定的所述阻抗对应于在所述给定等离子体处理室内产生所述等离子体期间所述给定等离子体处理室的所述阻抗；
(f)在多个等离子体处理室上执行操作(a)至(e)以确定所述多个等离子体处理室的相应阻抗；
(g)对于所述多个等离子体处理室中的每一个，确定使所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗与目标阻抗对准所需的相应的阻抗调整。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括：
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，改变所述等离子体处理室的所述主匹配电路的一个或多个设置以实现针对所述等离子体处理室确定的所述阻抗调整。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述目标阻抗被设定为等于所述多个等离子体处理室中的一者的经确定的所述阻抗。
19.如权利要求16所述的方法，其还包括：
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，针对所述阻抗控制模块的多个规定设定点中的每一个重复操作(c)至(e)以确定所述等离子体处理室的统计上有意义的阻抗值样本集；
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，基于针对所述等离子体处理室确定的所述统计上有意义的所述阻抗值样本集确定所述等离子体处理室的平均阻抗；以及
对于所述多个等离子体处理室中的每一个，使用所述等离子体处理室的所述平均阻抗作为在操作(g)中的所述等离子体处理室的经确定的所述阻抗。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9401264B2 (en) 2013-10-01 2016-07-26 Lam Research Corporation Control of impedance of RF delivery path
US9337000B2 (en) 2013-10-01 2016-05-10 Lam Research Corporation Control of impedance of RF return path
US9954508B2 (en) * 2015-10-26 2018-04-24 Lam Research Corporation Multiple-output radiofrequency matching module and associated methods
US11651939B2 (en) * 2017-07-07 2023-05-16 Advanced Energy Industries, Inc. Inter-period control system for plasma power delivery system and method of operating same
US11615943B2 (en) * 2017-07-07 2023-03-28 Advanced Energy Industries, Inc. Inter-period control for passive power distribution of multiple electrode inductive plasma source
CN115662868A (zh) * 2017-07-07 2023-01-31 先进能源工业公司 等离子体功率输送系统的周期间控制系统及其操作方法
US11521833B2 (en) 2017-07-10 2022-12-06 Reno Technologies, Inc. Combined RF generator and RF solid-state matching network
US11315758B2 (en) * 2017-07-10 2022-04-26 Reno Technologies, Inc. Impedance matching using electronically variable capacitance and frequency considerations
CN109814006B (zh) * 2018-12-20 2020-08-21 北京北方华创微电子装备有限公司 一种蚀刻系统放电异常检测方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1734712A (zh) * 2004-07-30 2006-02-15 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置以及等离子体处理方法
CN101989524A (zh) * 2009-08-03 2011-03-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种阻抗匹配器及等离子体处理设备
CN102169789A (zh) * 2010-02-26 2011-08-31 东京毅力科创株式会社 自动匹配装置和等离子体处理装置
CN202905659U (zh) * 2012-10-12 2013-04-24 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种匹配器及等离子体加工设备
CN106024569A (zh) * 2012-10-09 2016-10-12 诺发系统公司 用于电感耦合等离子体系统的混合阻抗匹配

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6887339B1 (en) * 2000-09-20 2005-05-03 Applied Science And Technology, Inc. RF power supply with integrated matching network
US6568896B2 (en) * 2001-03-21 2003-05-27 Applied Materials, Inc. Transfer chamber with side wall port
US6920312B1 (en) * 2001-05-31 2005-07-19 Lam Research Corporation RF generating system with fast loop control
US7691243B2 (en) * 2004-06-22 2010-04-06 Tokyo Electron Limited Internal antennae for plasma processing with metal plasma
US9339323B2 (en) * 2005-05-12 2016-05-17 Aesculap Ag Electrocautery method and apparatus
US8728072B2 (en) * 2005-05-12 2014-05-20 Aesculap Ag Electrocautery method and apparatus
TWI425767B (zh) * 2005-10-31 2014-02-01 Mks Instr Inc 無線電頻率電力傳送系統
US20080179948A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-31 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system
US9065426B2 (en) * 2011-11-03 2015-06-23 Advanced Energy Industries, Inc. High frequency solid state switching for impedance matching
DE102011080035A1 (de) * 2011-07-28 2013-01-31 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossenen passiven Komponenten
US8576013B2 (en) * 2011-12-29 2013-11-05 Mks Instruments, Inc. Power distortion-based servo control systems for frequency tuning RF power sources
US9295148B2 (en) * 2012-12-14 2016-03-22 Lam Research Corporation Computation of statistics for statistical data decimation
US9368329B2 (en) * 2012-02-22 2016-06-14 Lam Research Corporation Methods and apparatus for synchronizing RF pulses in a plasma processing system
US9111722B2 (en) * 2012-04-24 2015-08-18 Applied Materials, Inc. Three-coil inductively coupled plasma source with individually controlled coil currents from a single RF power generator
US9294100B2 (en) * 2012-12-04 2016-03-22 Advanced Energy Industries, Inc. Frequency tuning system and method for finding a global optimum
US9401264B2 (en) * 2013-10-01 2016-07-26 Lam Research Corporation Control of impedance of RF delivery path
US9620334B2 (en) * 2012-12-17 2017-04-11 Lam Research Corporation Control of etch rate using modeling, feedback and impedance match
US9337000B2 (en) * 2013-10-01 2016-05-10 Lam Research Corporation Control of impedance of RF return path
US9536713B2 (en) * 2013-02-27 2017-01-03 Advanced Energy Industries, Inc. Reliable plasma ignition and reignition
US10276350B2 (en) * 2013-05-09 2019-04-30 Lam Research Corporation Systems and methods for using computer-generated models to reduce reflected power towards an RF generator during state transitions of the RF generator by controlling RF values of the RF generator
US9711332B2 (en) * 2013-05-09 2017-07-18 Lam Research Corporation Systems and methods for tuning an impedance matching network in a step-wise fashion for multiple states of an RF generator
JP6177012B2 (ja) * 2013-06-04 2017-08-09 株式会社ダイヘン インピーダンス整合装置
US8951429B1 (en) * 2013-10-29 2015-02-10 Applied Materials, Inc. Tungsten oxide processing
US9741544B2 (en) * 2014-03-24 2017-08-22 Advanced Energy Industries, Inc. System and method for control of high efficiency generator source impedance
US9263350B2 (en) * 2014-06-03 2016-02-16 Lam Research Corporation Multi-station plasma reactor with RF balancing
US9854659B2 (en) * 2014-10-16 2017-12-26 Advanced Energy Industries, Inc. Noise based frequency tuning and identification of plasma characteristics

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1734712A (zh) * 2004-07-30 2006-02-15 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置以及等离子体处理方法
CN101989524A (zh) * 2009-08-03 2011-03-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种阻抗匹配器及等离子体处理设备
CN102169789A (zh) * 2010-02-26 2011-08-31 东京毅力科创株式会社 自动匹配装置和等离子体处理装置
CN106024569A (zh) * 2012-10-09 2016-10-12 诺发系统公司 用于电感耦合等离子体系统的混合阻抗匹配
CN202905659U (zh) * 2012-10-12 2013-04-24 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种匹配器及等离子体加工设备

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Publication number Publication date
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