CN110945622B - 射频匹配网络中用于频率调谐辅助双电平脉冲的辅助电路 - Google Patents

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Abstract

一种射频(RF)匹配电路控制系统包括：包括多个可调谐部件的RF匹配电路。所述RF匹配电路被配置为从RF发生器接收输入信号，所述输入信号包括至少两种脉冲电平；根据所述输入信号向负载提供输出信号；以及使与所述输入信号相关联的阻抗与所述负载的阻抗匹配。控制器被配置为针对所述输入信号的所述至少两种脉冲电平确定所述负载的相应的阻抗；并且调节所述多个可调谐部件的操作参数，以针对所述至少两种脉冲电平使所述RF匹配电路的频率调谐范围与所述负载的所述相应的阻抗对准，从而使与所述输入信号相关联的所述阻抗与所述相应的阻抗匹配。

Description

射频匹配网络中用于频率调谐辅助双电平脉冲的辅助电路
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年4月2日提交的美国专利申请No.15/942,629的优先权，并要求于2017年4月7日提交的美国临时专利申请No.62/482,859的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及衬底处理系统中的脉冲等离子体操作。
背景技术
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可用于对诸如半导体晶片之类的衬底进行蚀刻、沉积和/或其他处理。可以在衬底上执行的示例性工艺包括但不限于：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)工艺、离子注入工艺和/或其它蚀刻、沉积和清洁工艺。衬底可以布置在衬底处理系统的处理室中的诸如基座、静电卡盘(ESC)之类的衬底支撑件上。例如，在PECVD工艺中的蚀刻期间，将包含一种或多种前体的气体混合物引入处理室中，并且等离子体被激励以蚀刻该衬底。
发明内容
一种射频(RF)匹配电路控制系统包括：包括多个可调谐部件的RF匹配电路。所述RF匹配电路被配置为从RF发生器接收输入信号，所述输入信号包括至少两种脉冲电平；根据所述输入信号向负载提供输出信号；以及使与所述输入信号相关联的阻抗与所述负载的阻抗匹配。控制器被配置为针对所述输入信号的所述至少两种脉冲电平确定所述负载的相应的阻抗；并且调节所述多个可调谐部件的操作参数，以针对所述至少两种脉冲电平使所述RF匹配电路的频率调谐范围与所述负载的所述相应的阻抗对准，从而使与所述输入信号相关联的所述阻抗与所述相应的阻抗匹配。
在其他特征中，所述操作参数包括：第一操作参数，其对应于所述RF匹配电路的第一电容器的第一电容和第二电容器的第二电容中的至少一者；和第二操作参数，其对应于第三电容器的第三电容。所述第一电容器对应于连接在所述输入信号与地之间的并联电容器。所述第二电容器对应于连接在所述输入信号与所述负载之间的串联电容器。所述第三电容器连接在(i)所述第二电容器的与所述负载连接的端部与(ii)地之间。所述操作参数还包括与电感器的电感值相对应的第三操作参数。所述电感器与所述第三电容器并联连接。
在其他特征中，调节所述第一操作参数使所述可调谐频率范围在平移方向上移位。调节所述第二操作参数使所述可调谐频率范围在旋转方向上移位。为了调节所述第一操作参数，所述控制器被配置为确定所述第一电容和所述第二电容的相应值，以针对所述至少两种脉冲电平中的第一脉冲电平减小与所述负载的所述阻抗相关联的反射功率；以及基于所确定的所述相应值来调节所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一者。为了调节所述第二操作参数，所述控制器被配置为：确定所述第三电容的值，以针对所述至少两种脉冲电平中的第二脉冲电平减小与所述负载的所述阻抗相关联的反射功率；以及将所述第三电容器调节至所述第三电容的所确定的所述值。
在其他特征中，一种衬底处理系统包括所述RF匹配电路控制系统。所述负载对应于衬底处理室内的电极、感应线圈结构和等离子体中的至少一个。
一种用于执行在衬底处理系统中的阻抗匹配的方法包括使用包括多个可调谐部件的RF匹配电路以便：从RF发生器接收输入信号，所述输入信号包括至少两种脉冲电平；根据所述输入信号向负载提供输出信号；以及使与所述输入信号相关联的阻抗与所述负载的阻抗匹配。所述方法还包括：针对所述输入信号的所述至少两种脉冲电平确定所述负载的相应的阻抗，并且调节所述多个可调谐部件的操作参数，以针对所述至少两种脉冲电平使所述RF匹配电路的频率调谐范围与所述负载的所述相应的阻抗对准，从而使与所述输入信号相关联的所述阻抗与所述相应的阻抗匹配。
在其他特征中，所述操作参数包括：第一操作参数，其对应于所述RF匹配电路的第一电容器的第一电容和第二电容器的第二电容中的至少一者；和第二操作参数，其对应于第三电容器的第三电容。所述第一电容器对应于连接在所述输入信号与地之间的并联电容器。所述第二电容器对应于连接在所述输入信号与所述负载之间的串联电容器。所述第三电容器连接在所述第二电容器的与所述负载连接的端部与地之间。将电感器与所述第三电容器并联连接。调节所述第一操作参数使所述可调谐频率范围在平移方向上移位。调节所述第二操作参数使所述可调谐频率范围在旋转方向上移位。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
从详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的原理的包含温度控制器的衬底处理系统的示例的功能框图；
图2是根据本公开的原理的包含温度控制器的另一衬底处理系统的示例的功能框图；
图3A示出了示例性匹配电路；
图3B示出了图3A的匹配电路的针对不同的脉冲电平的示例性调谐范围；
图3C示出了图3A的匹配电路的针对不同的阻抗的示例性调谐范围；
图3D示出了图3A的匹配电路的针对不同的电容的示例性调谐范围；
图4A示出了根据本公开原理的第一示例性匹配电路；
图4B示出了根据本公开原理的第二示例性匹配电路；
图4C示出了图4A和4B的匹配电路的针对不同的脉冲电平的示例性调谐范围；
图4D示出了根据本公开的原理的图4A和图4B的匹配电路的针对不同的电容的示例性频率调谐范围；
图5A示出了根据本公开原理的示例性匹配电路控制系统；
图5B示出了根据本公开原理的针对高和低脉冲电平的反射功率；以及
图6示出了根据本公开原理的用于控制匹配电路的示例性方法。
在附图中，附图标记可以重复使用以标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
衬底处理系统可以包括匹配电路或网络，其用于将射频(RF)电源的阻抗与例如电极(在电容耦合等离子体或CCP系统中)、感应线圈结构(在感应耦合等离子体或ICP系统中)等进行匹配。例如，匹配电路可以对应于偏置匹配电路、RF匹配网络等。可以对匹配电路进行调谐，以最大程度地减少与由RF功率源提供的特定功率电平相关联的功率反射射频。一些衬底处理系统实现双电平(和/或其他混合模式)的等离子体脉冲。在双电平脉冲中，RF功率源的输出在两种脉冲电平(例如，高脉冲电平和低脉冲电平)之间交替。因此，可以将匹配电路仅调谐到两个电平之一。在一些示例中，匹配电路可以包括可变电容器，其用于根据功率电平来重新调谐匹配电路。然而，用于调节电容器的机制通常比双电平脉冲中的RF脉冲的持续时间慢。在其他示例中，当未针对特定脉冲电平调谐匹配电路时，调节RF功率源的频率以使功率反射最小化，这可称为频率调谐。但是，对于特定的脉冲电平，频率调谐可能无法适当地使功率反射最小化。
因此，当前的技术不能消除双电平脉冲操作中两种脉冲电平的功率反射(并因此不能确保全功率输送)。根据本公开原理的用于双电平脉冲系统的匹配电路实现了可调谐辅助电路，以实质上减小或消除两种脉冲电平中的反射功率。尽管针对双电平脉冲进行了描述，但是本公开的原理也可以在单电平和/或多电平(即，三个或更多个脉冲电平)脉冲系统中实现。
现在参考图1，示出了衬底处理系统10的示例。衬底处理系统10包括RF发生系统11a、11b。在一些示例中，RF发生系统11a包括连接到变压器耦合的电容调谐(TCCT)电路13的RF源12(例如，变压器耦合等离子体(TCP)RF发生器)，电路13将电流输出到感应线圈结构16。
TCCT电路13通常包括匹配网络14和功率分配器15。匹配网络14可以通过传输线连接到RF源12。匹配网络14将RF源12的阻抗与电路13的包括功率分配器15和感应线圈结构16的其余部分的阻抗匹配。在一些示例中，感应线圈结构16可以包括单个感应线圈、成对的感应线圈、或内部感应线圈对和外部感应线圈对。功率分配器15可以用于控制提供给感应线圈结构16的线圈的感应电流的相对量。虽然示出了扁平线圈，但也可以使用其它类型的线圈。
充气室(gas plenum)20可以布置在感应线圈结构16和介电窗24之间。介电窗24沿着处理室28的一侧布置。处理室28还包括支撑衬底34的衬底支撑件32。衬底支撑件32可以包括静电卡盘、机械卡盘或其它类型的卡盘。等离子体40在处理室28的内部产生。等离子体40可用于沉积膜或蚀刻衬底34。
RF发生系统11b可以包括一个或多个偏置RF源50、51和偏置匹配电路52。RF源50提供偏置RF电压以在操作期间对衬底支撑件32施加偏置。偏置匹配电路52将RF源50、51的阻抗与衬底支撑件32的阻抗相匹配。
RF发生系统11a、11b可统称为RF发生系统11，并由系统控制器54控制。根据本公开的原理，偏置匹配电路52和匹配网络14中的一个或多个可以实现用于双电平(和/或其他混合模式)脉冲系统和方法的辅助匹配电路，如下文更详细地描述的。
气体输送系统56可以用于将气体混合物供应到邻近介电窗24的处理室28。气体输送系统56可以包括工艺气体源57、计量系统58(例如阀和质量流量控制器)和混合工艺气体的歧管59。
气体输送系统60可以用于经由阀61将气体62输送到充气室20。气体可以包括用于冷却感应线圈结构16和介电窗24的冷却气体。加热器64可以用于将衬底支撑件32加热到预定温度。排放系统65包括阀66和泵67，以通过吹扫或抽排来从处理室28除去反应物。
系统控制器54可用于控制蚀刻工艺。系统控制器54监测诸如温度、压力等等之类的工艺参数，并且控制：输送气体混合物、激励离子体、维持离子体以及熄灭等离子体、去除反应物、提供冷却气体等。温度控制器55控制衬底支撑件32的温度。
系统控制器54可以从传感器74接收输入信号，并且基于该输入信号控制RF源12、50、51的操作、偏置匹配电路52的操作、和加热器/冷却器64的操作、和/或衬底处理系统10的部件的操作。传感器74可以位于RF发生系统11a、11b中、位于室28中、位于衬底支撑件32中、或位于衬底处理系统10中的其它地方。传感器74检测例如提供的RF电压、温度、气体和/或冷却剂流速、以及气体和/或冷却剂压力。
现在参考图2，示出了用于使用RF等离子体进行蚀刻的示例性衬底处理系统100。衬底处理系统100包括处理室102。处理室102包围处理室102的其它部件并且包含RF等离子体。处理室102包括上电极104和衬底支撑件106(例如，ESC)。在操作期间，衬底108布置在衬底支撑件106上。
仅举例而言，上电极104可以包括引入和分配气体的喷头109。喷头109可以包括杆部分111，杆部分111包括连接到处理室102的顶表面的一端。喷头109大致为圆柱形并且从杆部分111的相对端径向向外延伸，该相对端在与处理室102的顶表面间隔开的位置处。喷头109的面向衬底的表面包括工艺气体或吹扫气体通过的孔。或者，上电极104可以包括导电板，并且可以以另一种方式引入气体。
衬底支撑件106包括用作下电极的导电基板110。基板110支撑可以至少部分地由陶瓷材料形成的加热板112。热阻层114可以布置在加热板112和基板110之间。基板110可以包括一个或多个用于使冷却剂流过基板110的冷却剂通道116。
RF发生系统120产生RF电压，并将RF电压输出到上电极104和下电极(例如，衬底支撑件106的基板110)之一。上电极104和基板110中的另一个可以是DC接地，AC接地或处于浮动电位。仅作为示例，RF发生系统120可以包括产生RF电压的一个或多个RF发生器122(例如，电容耦合等离子体RF功率发生器、偏置RF功率发生器和/或其它RF功率发生器)，该RF电压通过一个或多个匹配和分配网络124被馈送到上电极104和/或基板110。例如，示出了等离子体RF发生器123、偏置RF发生器125、等离子体RF匹配网络127和偏置RF匹配网络129。偏置RF匹配网络129和等离子体RF匹配网络127中的一个或多个可以根据本发明的原理，针对双电平(和/或其他混合模式)脉冲系统和方法实现辅助匹配电路，如下文更详细地描述的。
气体输送系统130包括一个或多个气体源132-1、132-2、...和132-N(统称为气体源132)，其中N是大于零的整数。气体源132供应一种或多种前体及其混合物。气体源132还可以供应吹扫气体。也可以使用汽化的前体。气体源132由阀134-1、134-2、...和134-N(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、...和136-N(统称为质量流量控制器136)连接到歧管140。歧管140的输出被馈送到处理室102。仅作为示例，歧管140的输出被馈送到喷头109。
温度控制器142可以连接到布置在加热板112中的温度控制元件(TCE)144。尽管与系统控制器160分开示出，但温度控制器142可以被实现为系统控制器160的一部分。温度控制器142可以控制TCE 144的操作并因此控制TCE 144的温度，以控制衬底支撑件106和衬底支撑件106上的衬底(例如衬底108)的温度。温度控制器142可与冷却剂组件146连通以控制通过通道116的冷却剂流(压力和流速)。例如，冷却剂组件146可包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以选择性地使冷却剂流过通道116以冷却衬底支撑件106和加热板112。温度控制器142可以控制冷却剂流动的速率和冷却剂的温度。温度控制器142基于检测到的参数控制供应给TCE 144的电流以及供应到通道116的冷却剂的压力和流速，如下文进一步描述的。
阀156和泵158可以用于从处理室102抽排反应物。系统控制器160可以控制衬底处理系统100的部件，包括控制供应的RF功率电平、供应气体的压力和流速、RF匹配等。系统控制器160控制阀156和泵158的状态。机械手170可用于将衬底输送到衬底支撑件106上并从衬底支撑件106移除衬底。例如，机械手170可以在衬底支撑件106和装载锁172之间输送衬底。机械手170可由系统控制器160控制。系统控制器160可以控制装载锁172的操作。
现在参考图3A、3B、3C、3D，描述了调谐到一个脉冲电平的示例性匹配电路200(例如，对应于偏置匹配电路52、RF偏置匹配网络129等)。匹配电路200包括电容器C1和C3，其可以分别称为并联电容器和串联电容器。匹配电路200连接在RF功率产生器和电极之间，并且被调谐以便为提供给电极的RF功率提供阻抗匹配。例如，电容器C1和C3是可变电容器，其被调节以匹配衬底处理系统的相关部件(例如，线圈、等离子体等)的阻抗。
参照图3B(其示出了功率反射与RF源(如RF源12、50、51等)的频率的关系)，可以调谐匹配电路200以匹配与第一脉冲电平204相关联的阻抗。因此，当与频率调谐相结合时，可以在第一脉冲电平204处消除功率反射(例如，将其降低至0％)。换句话说，除了调节频率(“频率调谐”)外，还可以调节电容器C1和/或C3的电容(“匹配调谐”)。频率调谐可能受到发生器带宽(即，RF功率发生器的频率带宽)的约束。相反，由于没有将匹配电路200调谐为匹配与第二脉冲电平208相关联的阻抗(即，将电容C1和C3未匹配调谐至第二脉冲电平208)，因此即使在进行频率调谐的情况下，0％的功率反射可能在第二脉冲电平208下无法实现。
如图3C所示，在212处示出了与第一脉冲电平(S1)相关联的负载(例如，Zload)的阻抗。例如，负载阻抗为50欧姆。相反，在216处示出了与第二脉冲电平(S2)相关联的阻抗。示出了相对于负载阻抗Zload的复数表示的阻抗212和216(例如，其中Zload＝Rload+j*Xload，Rload对应于负载电阻，Xload对应于负载电抗，并且j2＝-1)。对于各种负载值，匹配电路200的可调谐阻抗范围(例如，用于频率调谐)在220处示出。因此，匹配电路200被调谐(例如，电容器C1和C3的值被调节)，使得阻抗212与可调谐阻抗范围220对准。以这种方式，当与频率调谐组合时，可以消除针对第一脉冲电平S1的功率反射。但是，对于第二脉冲电平S2，频率调谐最多只能实现如224处所示的阻抗，该阻抗不等于阻抗216。例如，如图所示，频率可以在12.80MHz(在228处)至14.20MHz(在232处)之间变化。针对第一脉冲电平的调谐频率可以对应于13.80MHz。相反，在224处的频率可以对应于13.15MHz。
如图3D所示，示出了用于匹配电路200的示例性可调谐阻抗范围236。改变电容器C1和C3可以调节可调谐阻抗范围。例如，增加C1的电容可能导致可调谐阻抗范围从236移位至240。相反，增加C3的电容可能导致可调谐阻抗范围从236移位至244。因此，改变电容器C1和C3可以以通常平移的方式使可调谐阻抗范围236移位。但是，如果与第一脉冲电平和第二脉冲电平相关联的阻抗未与频率可调谐阻抗范围中的同一阻抗对准，则对于两种脉冲电平可能都无法消除功率反射。
现在参考图4A、图4B和图4C以及图4D，描述了根据本公开原理的示例性匹配电路300，其被调谐到两种脉冲电平。匹配电路300包括电容器C1和C3。匹配电路300连接在RF功率发生器与例如电极(在CCP系统中)、电感线圈结构(在ICP系统中)等之间，并且被调谐以便为提供给电极或ICP线圈的RF功率提供阻抗匹配。匹配电路300还包括连接在匹配电路300的输出处的辅助匹配电路304。在一个示例中，如图4A所示，辅助匹配电路304包括并联连接的电容器C4和电感器L1(例如，LC电路)。在另一个示例中，辅助匹配电路304包括如图4B所示的电容器C4。
参照图4C，匹配电路300可以被调谐为匹配与第一脉冲电平308和第二脉冲电平312中的每一个相关联的阻抗。因此，当与频率调谐组合时，通过进一步调节电容器C4的电容和/或电感器L1的电感，功率反射可以在第一脉冲电平308处消除以及在第二脉冲电平312处消除。
如图4D所示，示出了用于匹配电路300的示例性可调谐阻抗范围316。如参照图3D所描述的，改变电容器C1和C3可以以大体上平移的方式使可调谐阻抗范围316移位。然而，改变电容器C4可以进一步以旋转方式调节可调谐阻抗范围316。例如，增加电容器C4可导致可调谐阻抗范围从316旋转到320。换句话说，改变电容器C4调节可调谐阻抗范围316的斜率，从而使得能结合频率调谐将匹配电路300调谐到第一脉冲电平308和第二脉冲电平312。以这种方式，对于两种脉冲电平，可以消除和/或显著减小功率反射。例如，当RF功率以第一脉冲电平被脉冲化时，RF频率可以被调节为第一频率以将匹配电路300的阻抗和与第一脉冲电平相关联的阻抗匹配。相反，当RF功率以第二脉冲电平被脉冲化时，RF频率可以被调节为第二频率以将匹配电路300的阻抗和与第二脉冲电平相关联的阻抗匹配。
在一些示例中，可以基于所选择的配方或工艺(例如，使用系统控制器54、160)来自动地调节电容器C4。在其他示例中，可以手动地(例如，由用户)调节电容器C4。电容器C4的值的范围可以根据特定的衬底处理室特性来确定。
现在参照图5A和5B，示例性RF匹配电路控制系统500包括RF匹配网络504，其被配置为匹配RF功率源(例如，RF发生器508)和例如在512处示意性地表示的电极(例如喷头或ESC)、感应线圈结构、等离子体等之间的阻抗Zload。RF匹配网络504包括和/或响应于控制器516。仅作为示例，RF匹配网络504可以对应于匹配网络14、127、129等，并且控制器516可以对应于系统控制器54、160等。控制器516被配置为调节可以对应于匹配电路300的匹配电路部件(例如，电容器C1、C3、C4等)520以使如上面在图2-4中所描述的功率反射最小化。
例如，控制器516从负载传感器524接收与Zload的测量值对应的感测值。随着控制器516在由RF发生器508提供的功率的两种或多种脉冲电平(在本示例中描述为两种脉冲电平，例如高脉冲电平和低脉冲电平)之间转换时，RF发生器508在分别对应于两种脉冲电平的两个频率(例如，freq1和freq2)之间进行调节。控制器516还基于选择的频率和Zload来调节电容器C1、C3和/或C4的电容值和/或电感器L1的电感值，如下文更详细地描述的。
如图5B中的528处所示，控制器516被配置为将RF发生器508在高脉冲电平(在第一、高脉冲周期)和低脉冲电平(在第二、低脉冲周期)之间交替地转换。如在532处所示，RF发生器508被配置为在第一频率和第二频率之间交替地转换。例如，在高脉冲周期期间，RF发生器508调节到第一频率(freq1)以将RF匹配网络504的阻抗和与高脉冲电平相关联的阻抗匹配。第一频率可以是固定(例如，恒定)频率。
在一些示例中，控制器516进一步在高脉冲周期期间调节电容器C1和C3的电容值。例如，控制器516可以存储将测得的Zload与第一频率值以及电容器C1和C3的值相关联的数据(例如，模型、公式、查找表等)。
相反，在低脉冲周期期间，RF发生器508将频率调节到第二频率(freq2)，以将RF匹配网络504的阻抗和与低脉冲电平相关联的阻抗匹配。第二频率可以在低脉冲周期中变化。例如，RF发生器508可以如在536处所示的将频率从第一频率逐渐转换为第二频率。控制器516在低脉冲周期内进一步调节电容器C1、C3和C4的电容值和/或电感器L1的电感值。
如在540处所示，通过调节频率以及电容器C1、C3和C4(以及在一些示例中，调节电感器L1)，可以在高脉冲周期544中消除反射功率，并且在低脉冲周期548中显著减小反射功率。例如，根据RF发生器508的Zload(测得的)和频率进一步调节如图4A和4B所示布置的电容器C4和/或电感器L1在如552处所示的低脉冲周期548中可以将反射功率减小到小于10％。相反，当RF匹配网络504不包括如图4A和4B所示布置的电容器C4时，在低脉冲周期548中的反射功率会明显更大(例如，如556处所示的50％)。
图6示出了根据本公开原理的用于控制匹配电路的示例方法600(例如，如由RF匹配电路控制系统500、控制器516等实现的)。方法600在604处开始。在608处，方法600确定RF发生器508是否处于高偏置功率状态(即，RF发生器508是否以高脉冲电平提供功率)。如果为真，则方法600继续至612。如果为假，则方法600继续至616。
在612处，方法600将RF发生器508的频率设置为第一频率(例如，freq1)。在620处，方法600测量阻抗Zload(例如，RF匹配网络504的输出处的阻抗)。在624处，方法600根据第一频率和测得的Zload确定C1和C3的值以减小反射功率。在628处，方法600调节C1和C3的值。例如，方法600可以根据与对相应的电容值的调节相关联的增益因子(例如，如由控制器516存储的)来调节电容器C1和C3。
在616处，方法600确定RF发生器508是否处于低偏置功率状态(即，RF发生器508是否以低脉冲电平提供功率)。如果为真，则方法600继续至632。如果为假，则方法600继续至608。在632处，方法600测量阻抗Zload。在636处，方法600根据测得的Zload确定C1、C3和C4(以及在一些示例中确定L1)和第二频率freq2的值，以减小反射功率。在640处，方法600调节C1、C3、C4、L1和/或freq2的值。在一些示例中，方法600可以在低脉冲周期期间将C1、C3、C4、L1和/或freq2的值朝向确定的值递增地调节。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且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，虽然每个实施方式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式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式中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。
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”。
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工艺，任何工艺包括工艺气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、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，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系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一个或多个(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测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/或设置的用户界面，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。
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。
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。

Claims (15)

1.一种射频匹配电路控制系统，其包括：
包括多个可调谐部件的射频匹配电路，其中，所述射频匹配电路被配置为从射频发生器接收输入信号，其中所述输入信号包括至少两种脉冲电平，
根据所述输入信号向负载提供输出信号，以及
使与所述输入信号相关联的阻抗与所述负载的阻抗匹配；以及控制器，其被配置为针对所述输入信号的所述至少两种脉冲电平确定所述负载的相应的阻抗，并且
调节所述多个可调谐部件的操作参数，以针对所述至少两种脉冲电平使所述射频匹配电路的频率调谐范围与所述负载的所述相应的阻抗对准，从而使与所述输入信号相关联的所述阻抗与所述相应的阻抗匹配，其中为了调节所述操作参数，所述控制器被配置成：
响应于以第一脉冲电平提供的所述输入信号，基于针对所述第一脉冲电平确定的第一阻抗，调整所述多个可调谐部件中的第一可调谐部件的第一操作参数，以及
响应于以第二脉冲电平提供的所述输入信号，基于针对所述第二脉冲电平确定的第二阻抗，调整多个可调谐部件中的第二可调谐部件的第二操作参数，
其中所述第一操作参数对应于所述射频匹配电路的第一电容器的第一电容和第二电容器的第二电容中的至少一者，
其中所述第二操作参数对应于第三电容器的第三电容，并且
其中，为了使所述射频匹配电路的所述频率调谐范围与所述第一和第二阻抗两者对准，所述控制器被配置为(i)调整所述第一电容和所述第二电容中的所述至少一者以使所述频率调谐范围在平移方向上移位，以及(ii)调整所述第三电容以使所述频率调谐范围在旋转方向上移位以调整所述频率调谐范围的斜率。
2.根据权利要求1所述的射频匹配电路控制系统，其中，所述第一电容器对应于连接在所述输入信号与地之间的并联电容器。
3.根据权利要求2所述的射频匹配电路控制系统，其中，所述第二电容器对应于连接在所述输入信号与所述负载之间的串联电容器。
4.根据权利要求3所述的射频匹配电路控制系统，其中，所述第三电容器连接在(i)所述第二电容器的与所述负载连接的端部与(ii)地之间。
5.根据权利要求4所述的射频匹配电路控制系统，其中，所述操作参数还包括与电感器的电感值相对应的第三操作参数。
6.根据权利要求5所述的射频匹配电路控制系统，其中，所述电感器与所述第三电容器并联连接。
7.根据权利要求4所述的射频匹配电路控制系统，其中，为了调节所述第一操作参数，所述控制器被配置为(i)确定所述第一电容和所述第二电容的相应值，以针对所述至少两种脉冲电平中的第一脉冲电平减小与所述负载的所述阻抗相关联的反射功率；以及(ii)基于所确定的所述相应值来调节所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一者。
8.根据权利要求4所述的射频匹配电路控制系统，其中，为了调节所述第二操作参数，所述控制器被配置为：(i)确定所述第三电容的值，以针对所述至少两种脉冲电平中的第二脉冲电平减小与所述负载的所述阻抗相关联的反射功率；以及(ii)将所述第三电容器调节至所述第三电容的所确定的所述值。
9.一种衬底处理系统，其包括权利要求1所述的RF匹配电路控制系统。
10.根据权利要求9所述的衬底处理系统，其中，所述负载对应于衬底处理室内的电极、感应线圈结构和等离子体中的至少一个。
11.一种用于执行在衬底处理系统中的阻抗匹配的方法，所述方法包括：
使用包括多个可调谐部件的射频匹配电路以，
从射频发生器接收输入信号，其中所述输入信号包括至少两种脉冲电平，
根据所述输入信号向负载提供输出信号，以及
使与所述输入信号相关联的阻抗与所述负载的阻抗匹配；
针对所述输入信号的所述至少两种脉冲电平确定所述负载的相应的阻抗，并且
调节所述多个可调谐部件的操作参数，以针对所述至少两种脉冲电平使所述射频匹配电路的频率调谐范围与所述负载的所述相应的阻抗对准，从而使与所述输入信号相关联的所述阻抗与所述相应的阻抗匹配，其中调节所述操作参数包括：
响应于以第一脉冲电平提供的所述输入信号，基于针对所述第一脉冲电平确定的第一阻抗，调整所述多个可调谐部件中的第一可调谐部件的第一操作参数，以及
响应于以第二脉冲电平提供的所述输入信号，基于针对所述第二脉冲电平确定的第二阻抗，调整多个可调谐部件中的第二可调谐部件的第二操作参数，
其中所述第一操作参数对应于所述射频匹配电路的第一电容器的第一电容和第二电容器的第二电容中的至少一者，
其中所述第二操作参数对应于第三电容器的第三电容，并且
其中，为了使所述频率调谐范围与所述第一阻抗和所述第二阻抗两者对准，(i)调整所述第一电容和所述第二电容中的所述至少一者以使所述频率调谐范围在平移方向上移位，以及(ii)调整所述第三电容以使所述频率调谐范围在旋转方向上移位以调整所述频率调谐范围的斜率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一电容器对应于连接在所述输入信号与地之间的并联电容器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二电容器对应于连接在所述输入信号与所述负载之间的串联电容器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第三电容器连接在(i)所述第二电容器的与所述负载连接的端部与(ii)地之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括将电感器与所述第三电容器并联连接。
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