CN118103945A - 无传感器rf阻抗匹配网络 - Google Patents
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Abstract
本文提供了用于等离子体处理基板的方法和设备。所述方法包括以下步骤：从RF电源供应RF功率；在RF电源处测量在第一功率水平下的反射功率；将测量的反射功率与第一阈值比较；将比较的结果传输到控制器；基于在第一功率水平下测量的反射功率与第一阈值的比较，将至少一个可变电容器设置到第一位置；从RF电源供应第二功率水平的RF功率以用于等离子体处理基板；在RF电源处测量在第二功率水平下的反射功率；将在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值比较，第二阈值不同于第一阈值；传输比较的结果；在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第二位置。
Description
技术领域
本公开的实施例总体涉及用于处理基板的方法和设备，并且例如，涉及使用无传感器射频(RF)阻抗匹配网络的方法和设备。
背景技术
已知在等离子体基板(晶片)处理期间使用的阻抗匹配网络。例如，传统的RF阻抗匹配网络包括定位在RF源和等离子体反应器(腔室)之间以优化功率效率的电路。例如，在调谐匹配点，最大RF功率被传送(前向功率(forward power))到等离子体负载，并且接近零的功率被反射回(反射功率)到RF源。常规的阻抗匹配网络需要一个或多个传感器用来测量和监控阻抗。通常，在阻抗匹配网络的输入和输出处使用电压和电流探针和/或幅度和相位检测器来做阻抗测量。在一些情况下，可在RF匹配网络输入端口使用传感器。收集的阻抗幅度和相位信息用于控制阻抗匹配网络的一个或多个机动化(motorized)可变电容器。虽然常规的阻抗匹配网络适用于将最大功率输送传送到等离子体中，但是这样的网络使用复杂且相对昂贵的硬件并且需要在使用前校准传感器。
发明内容
本文提供了用于等离子体处理基板的方法和设备。在一些实施例中，例如，一种用于等离子体处理基板的方法包括以下步骤：从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体；在RF电源处测量在第一功率水平下的反射功率；将测量的反射功率与第一阈值比较；将与第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；基于在第一功率水平下测量的反射功率与第一阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；从RF电源供应第二功率水平的RF功率，第二功率水平不同于第一功率水平，第二功率水平用于等离子体处理设置在等离子体处理腔室内的基板；在RF电源处测量在第二功率水平下的反射功率；将在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值比较，第二阈值不同于所述第一阈值；将第二阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；基于在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第二位置；以及继续供应第二功率水平的RF功率以用于等离子体处理基板。
根据至少一些实施例，一种非瞬态计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在由处理器执行时执行用于等离子体处理基板的方法。所述方法包括以下步骤：从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体；在RF电源处测量在第一功率水平下的反射功率；将测量的反射功率与第一阈值比较；将与第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；基于在第一功率水平下测量的反射功率与第一阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；从RF电源供应第二功率水平的RF功率，第二功率水平不同于第一功率水平，第二功率水平用于等离子体处理设置在等离子体处理腔室内的基板；在RF电源处测量在第二功率水平下的反射功率；将在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值比较，第二阈值不同于第一阈值；将第二阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；基于在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第二位置；以及继续供应第二功率水平的RF功率以用于等离子体处理基板。
根据至少一些实施例，一种用于处理基板的系统包括：RF电源，所述RF电源配置成供应RF功率；气源，所述气源配置成将处理气体供应到等离子体处理腔室的处理空间中；匹配网络，所述匹配网络配置成基于从RF电源接收的比较的结果来设置至少一个可变电容器；以及控制器，所述控制器配置成用于：从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体；在RF电源处测量在第一功率水平下的反射功率；将测量的反射功率与第一阈值比较；将与第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的匹配控制器；基于在第一功率水平下测量的反射功率与第一阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；从RF电源供应第二功率水平的RF功率，第二功率水平不同于第一功率水平，第二功率水平用于等离子体处理设置在等离子体处理腔室内的基板；在RF电源处测量在第二功率水平下的反射功率；将在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值比较，第二阈值不同于第一阈值；将第二阈值的比较的结果传输到匹配网络的匹配控制器；基于在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第二位置；以及继续供应第二功率水平的RF功率以用于等离子体处理基板。
在下文中描述本公开的其他和进一步的实施例。
附图说明
可以通过参考附图中描绘的本公开的说明性实施例来理解以上简要概述并且在以下更详细讨论的本公开的实施例。然而，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应被视为对范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实施例。
图1是根据本公开的一个或多个实施例的设备的示意图。
图2是根据本公开的一个或多个实施例的配置成用于与图1的设备一起使用的无传感器阻抗匹配网络的框图。
图3是根据本公开的一个或多个实施例的配置成用于与图1的设备一起使用的无传感器阻抗匹配网络的框图。
图4是根据本公开的一个或多个实施例的用于处理基板的方法的流程图。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表附图中共有的相同元件。为清楚起见，附图未依比例绘示并且可能被简化。一个实施例中的元件与特征可有利地结合在其他实施例中，而无需进一步赘述。
具体实施方式
本文提供了用于处理基板的方法和设备的实施例。例如，在至少一些实施例中，设备包括用于与等离子体处理腔室一起使用的无传感器RF阻抗匹配网络系统，以及用于匹配等离子体处理腔室的等离子体负载阻抗的方法。本文描述的无传感器RF匹配网络和自动匹配算法使用不需要传感器校准的简单、具有成本效益的硬件。
图1是根据本公开的至少一些实施例的设备的示意图。所述设备适用于使用电子束(ebeam)蚀刻一个或多个基板(晶片)。因此，在至少一些实施例中，所述设备是配置成执行电子束诱发蚀刻(EBIE)的处理腔室100(例如，等离子体处理腔室，诸如电子束处理腔室)。处理腔室100包括腔室主体102，腔室主体102限定处理空间101。在实施例中，腔室主体102具有基本上圆柱形的形状并且可由适合于在其中维持真空压力环境的材料制成，所述材料诸如金属材料，例如铝或不锈钢。
顶板106耦接到腔室主体102并形成处理空间101。顶板106由导电材料形成，诸如用于制造腔室主体102的材料。顶板106耦接到电极108(例如，上电极)并支撑电极108。在一些实施例中，电极108耦接到顶板106，使得电极108设置成邻近处理空间101或在处理空间101内。电极108由具有高二次电子发射系数(例如，约5至约10的二次电子发射系数)的工艺兼容材料形成。具有相对高的二次发射系数的材料可以包括但不限于硅、碳、碳化硅材料或氧化硅材料。替代地，电极108可由金属氧化物材料形成，诸如氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)或氧化锆(ZrO2)。由电绝缘材料形成的介电环109耦接到腔室主体102并围绕电极108。如图所示，介电环109设置在腔室主体102和顶板106之间并支撑电极108。
顶板106可以包括绝缘层150，绝缘层150包含面向电极108的夹紧电极152。在至少一些实施例中，DC电压电源154可以经由馈电导体155耦接到夹紧电极152以用于将电极108静电夹持到顶板106，并且可以耦接到电极108以向电极108施加DC功率(例如电压电位)。在这样的实施例中，DC阻隔电容器156可以与阻抗匹配网络124的输出串联连接。控制器126用于控制DC电压电源154。
电极108和顶板106之间的机械接触足以维持电极108和顶板106之间的高导热性。此外，机械接触的力可以通过由DC电压电源154提供的静电夹持力来调节。
在一个或多个实施例中，顶板106是导电的并且与电极108电接触。来自阻抗匹配网络124的功率通过顶板106传导到电极108。在一个或多个实施例中，腔室主体102可以保持在接地电位。在一个或多个实施例中，处理腔室100内部的接地内表面(即腔室主体102)可以涂覆有工艺兼容材料，例如硅(Si)、碳(C)、碳化硅(SiC)材料或氧化硅(SiO)材料、氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)或氧化锆(ZrO2)。
在一些实施例中，用于在顶板106内部传导导热液体或导热介质的内部通道(未图示)连接到热介质循环供应。热介质循环供应充当散热器或热源。
基座110设置在处理空间101中。基座110在其上支撑基板111(例如，半导体晶片(诸如硅晶片)或玻璃面板或其他基板(诸如用于太阳能电池、显示器或其他应用))，并具有平行于电极108定向的基板支撑表面110a。在实施例中，基座110可通过升降伺服电机(liftservo)112在轴向方向上移动。在操作期间，上电极(诸如电极108)保持在与基板支撑表面110a相距一个或多个距离(例如，处理位置)处。例如，在至少一些实施例中，电极108保持与用于处理基板的处理位置相距约1英寸至约20英寸的距离。例如，在至少一些实施例中，所述距离可以是约6英寸至约10英寸。
提供控制器126并将控制器126耦接到处理腔室100的各种部件以控制处理腔室100的操作，以用于处理基板。控制器126包括中央处理单元127、支持电路129和存储器131，存储器131可以是其上具有用于执行本文所述方法的指令的非瞬态计算机可读存储介质。控制器126直接地或经由与处理腔室100和/或支撑系统部件相关联的计算机(或控制器)可操作地耦接至一个或多个能量源并且控制一个或多个能量源。控制器126可以是可以在工业环境中用于控制各种腔室与子处理器的任意形式的通用计算机处理器。控制器126的存储器131或非瞬态计算机可读存储介质可以是诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、光存储介质(例如光盘或数字视频盘)、闪存驱动器或任何其他形式的本地的或远程的数字存储之类的容易获得的存储器中的一者或多者。支持电路129耦接到中央处理单元127，以用于以传统方式支持中央处理单元127。支持电路129包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路系统与子系统等。如本文所述的发明方法(诸如用于处理基板的方法(例如基板的EBIE)可作为软件例程133存储在存储器131中，软件例程133可经执行或调用以用本文所述方法控制一个或多个能量源的操作。软件例程133还可由第二中央处理单元(未图示)存储和/或执行，第二中央处理单元定位成远离中央处理单元127所控制的硬件。
在一个或多个实施例中，基座110可以包括形成基板支撑表面110a的绝缘圆盘(puck)142、设置在绝缘圆盘142内部的下电极144、以及连接到电极144的夹紧电压供应器148。此外，在至少一些实施例中，绝缘圆盘142下方的基底层146可以包括一个或多个内部通道(未图示)，以用于循环来自循环供应的传热介质(例如液体)。在这样的实施例中，循环供应可以用作为散热器或用作热源。
一个或多个RF功率产生器可以耦接到处理腔室100。在至少一些实施例中，具有约20MHz到约200MHz的频率的高频RF电源120和具有约100kHz到约20MHz的频率的低频RF电源122通过例如阻抗匹配网络124经由RF馈电导体123(RF传输线)耦接到电极108。在至少一些实施例中，一个或多个RF产生器可以包括具有约100kHz到约200MHz的频率的单个RF源。来自阻抗匹配网络124的RF馈电导体123可以连接到电极支撑件或顶板106，而不是直接连接到电极108。在这样的实施例中，来自RF馈电导体123的RF功率可以从电极支撑件电容耦合到电极108。阻抗匹配网络124适于在高频RF电源120和低频RF电源122的不同频率下提供阻抗匹配，以及提供滤波以将高频RF电源120和低频RF电源122彼此隔离。高频RF电源120和低频RF电源122的输出功率水平可以由控制器126独立地控制。
在高频RF电源120和低频RF电源122的情况下，可以通过选择电极108和基座108之间的距离(例如从约6英寸到约10英寸)来控制处理空间101中的径向等离子体均匀性。例如，在一些实施例中，较低的VHF频率在处理空间101中产生边缘高的等离子体离子密度径向分布，而较高的VHF频率产生中心高的等离子体离子密度径向分布。使用这样的选择，高频RF电源120和低频RF电源122的功率水平能够产生具有基本上均匀的径向等离子体离子密度的等离子体。
上部气体注入器130通过第一阀132将处理气体提供到处理空间101中，而下部气体注入器134通过第二阀136将处理气体提供到处理空间101中。上部气体注入器130和下气体注入器134可以设置在腔室主体102的侧壁中。通过与第一阀132和第二阀136耦接的阀阵列140从诸如气体源(例如气源)138之类的处理气体源阵列供应处理气体。输送到处理空间101中的处理气体种类和气体流速可以是独立可控的。例如，通过上部气体注入器130的气流可以不同于通过下部气体注入器134的气流。控制器126控制阀阵列140。
在实施例中，可以通过上部气体注入器130和下部气体注入器134中的任一者或两者将一种或多种惰性气体，诸如氩气(Ar)、氦气(He)(或其他惰性气体))，和/或一种或多种反应性气体，诸如甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、氢气(H2)、溴化氢(HBr)、氨(NH3)、二硅烷(Si2H6)、三氟化氮(NF3)、四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、一氧化碳(CO)、羰基硫(COS)、三氟甲烷(CHF3)、六氟丁二烯(C4F6)、氯气(Cl2)、氮气(N2)、氧气(O2)，以上各项的组合等供应到处理空间101中。在一些实施例中，输送到邻近电极108的处理空间101的处理气体可以将二次电子朝向基板111加速(如下文将更详细描述的)和/或缓冲电极108免受处理空间101中形成的反应性等离子体的影响，从而增加电极108的使用寿命。
根据本公开，等离子体例如通过电容耦合170(例如电容耦合等离子体(CCP))和/或电感耦合172(例如电感耦合等离子体(ICP))通过各种体(bulk)工艺和表面工艺在处理空间101中产生。除了偏压功率控制离子能量之外，电感耦合功率或高频电容耦合功率可以用于实现对等离子体密度的独立控制。因此，当处理腔室100配置成用于与电容耦合170一起使用时(例如配置为CCP反应器)，源功率可以是指施加到支撑基板111的偏压电极(例如电极144)或者上电极(例如电极108)的较高频率(相较于偏压)功率。替代地或附加地，当处理腔室100配置成用于与电感耦合172一起使用时(例如配置为ICP反应器)，源功率是指施加到线圈173(在图1中以虚线表示)的功率。当处理腔室100配置为ICP反应器时，在处理腔室100的腔室主体102的一侧上提供介电窗(dielectric window)175(也以虚线表示)。介电窗175配置成提供真空边界和窗口以用于电磁波激发等离子体。
由CCP或ICP产生的离子受到电场的影响，所述电场促使由等离子体产生的离子对电极108离子撞击，这将在下文更详细地描述。此外，根据处理腔室100的操作模式，电极108的离子撞击能量可以因变于供应到电极108的功率，例如，由DC电压电源154、低频RF电源122或高频RF电源120中的一者或多者所提供的功率。例如，在至少一些实施例中，电极108的离子撞击能量可以通过从DC电压电源154和低频RF电源122中的一者或两者施加电压来提供。在至少一些实施例中，除了使用DC电压电源154和低频RF电源122中的一者或两者之外，高频RF电源120还可以用于增加等离子体密度和电子束通量。
当DC电压电源154用于向电极108供应功率(例如偏压)时，DC电压电源154所供应的功率可以是约1W到约30kW(例如约-1560V到约-1440V)。类似地，当低频RF电源122用于向电极108供应功率(例如偏压)时，低频RF电源122所供应的功率可以为约1W至约30KW，具有约100kHz至约20MHz的频率。类似地，当高频RF电源120与DC电压电源154和低频RF电源122中的任一者或两者结合使用时，高频RF电源120供应的功率可以是约1W至约10kW，具有约20MHz到约200MHz的频率。
在一些实施例中，RF偏压电源162可以通过阻抗匹配网络164耦接到基座110的电极144。RF偏压电源162(如果使用)配置成将离子加速到基板111上。RF偏压电源162可以配置成提供低频RF功率和/或高频RF功率。例如，在至少一些实施例中，RF偏压电源162可以被配置成以(例如约100kHz至约200MHz的)一个或多个频率向电极144供应1W至30kW的功率。在一些实施例中，例如，RF偏压电源162可以被配置成以约100kHz到约100MHz的频率向电极144供应1W到30kW的功率。
波形修整(tailoring)处理器147可连接在阻抗匹配网络164的输出和电极144之间和/或阻抗匹配网络124的输出和电极108之间。波形修整处理器147控制器可以配置成将由RF偏压电源162和/或高频RF电源120和低频RF电源122产生的波形改变为期望的波形。基板111和/或电极108附近的等离子体的离子能量可以由波形修整处理器147控制。例如，在一些实施例中，波形修整处理器247产生其中波幅在每个RF循环的特定部分期间保持在与期望离子能量水平相对应的水平的波形。控制器126控制波形修整处理器147。
基板111的蚀刻也可能受到一个或多个因素的影响。例如，(除了电子束能量、电子束等离子体功率和偏压功率(如果使用)之外)压力可能影响基板111的蚀刻。因此，在实施例中，在基板111的EBIE期间在处理空间101中的压力可以维持在约0.1毫托到约300毫托之间。例如，在至少一些实施例中，诸如当需要电子束中和和蚀刻轮廓控制时，在基板111的EBIE期间在处理空间101中的压力可以维持在约0.1毫托到约30毫托之间。类似地，在至少一些实施例中，诸如当电子束中和和蚀刻轮廓控制不是必要的并且不需要偏压功率时，在基板111的EBIE期间在处理空间101中的压力可以维持在约0.1毫托到约100毫托之间。所述压力由与处理空间101流体连通的真空泵168产生。所述压力由设置在处理空间101和真空泵168之间的闸阀166调节。控制器126控制真空泵168和/或闸阀166。
图2是根据本公开的一个或多个实施例的配置成用于与图1的设备一起使用的无传感器阻抗匹配网络200(例如阻抗匹配网络124或阻抗匹配网络164)的框图。无传感器阻抗匹配网络200可以包括一个或多个电容器和电感器。例如，在至少一些实施例中，无传感器阻抗匹配网络200可以包括并联可变电容器202和串联可变电容器204。无传感器阻抗匹配网络200可以是RF电源(例如高频RF电源120和低频RF电源122)的部件或者可以通过50Ω传输线206连接到所述RF电源。在至少一些实施例中，无传感器阻抗匹配网络200可以是RF偏压电源162、与电容耦合170连接的Vrf和/或与电感耦合172连接的Vrf的部件，或者也可以通过50Ω传输线连接到RF偏压电源162、与电容耦合170连接的Vrf和/或与电感耦合172连接的Vrf。在至少一些实施例中，无传感器阻抗匹配网络200还可以包括L型无传感器阻抗匹配网络。例如，在至少一些实施例中，一个或多个固定电感器可以与并联可变电容器202和串联可变电容器204串联连接以用于调谐范围优化。
与前面描述的传统匹配网络不同，无传感器阻抗匹配网络在输入侧或输出侧不使用任何传感器，因此不需要将传感器校准数据存储在控制器的存储器中。在操作中，无传感器阻抗匹配网络200直接从RF产生器接收前向功率信号和反射功率信号。例如，从RF源接收的前向功率信号和反射功率信号可以被传输(例如，经由有线或无线通信)到无传感器阻抗匹配网络200的匹配控制器208。替代地或附加地，匹配控制器208可以从控制器126接收前向功率信号和反射功率信号。匹配控制器208使用前向功率信号和反射功率信号来调谐并联可变电容器202和串联可变电容器204。例如，在至少一些实施例中，匹配控制器208使用预编程的基于学习的算法(其可以存储在存储器(例如存储器131)中)，所述算法包括一个或多个参数，诸如，电压驻波比(VSWR)、反射系数等，以计算并联可变电容器202和串联可变电容器204的电容值。
图3是根据本公开的一个或多个实施例的配置成用于与图1的设备一起使用的无传感器阻抗匹配网络300(例如阻抗匹配网络124或阻抗匹配网络164)的框图。无传感器阻抗匹配网络300与无传感器阻抗匹配网络200基本上相同。因此，这里仅描述无传感器阻抗匹配网络300独有的特征。
无传感器阻抗匹配网络300包括包含一个或多个端子的RF环行器(circulator)302。例如，在至少一些实施例中，RF环行器302可以包括3个端子并且经由50Ω传输线206连接在RF电源和无传感器阻抗匹配网络300之间。RF环行器302配置成允许RF功率在一个方向上流动。例如，前向功率信号和反射功率信号通过RF环行器302并终止于50Ω假负载(dummyload)304。在至少一些实施例中，功率计306可以用于测量期望频率下的RF反射功率。反射功率信号可以传输到工具控制器(例如控制器126)，所述工具控制器通信地连接到匹配控制器208。在至少一些实施例中，RF电源和无传感器阻抗匹配网络300可以由工具控制器同步和控制。替代地，如上所述，不需要使用控制器126并且功率计306和假负载304可以直接连接到匹配控制器208。
并联可变电容器202和串联可变电容器204的功率计数据、RF功率和电容器位置可以被传输到工具控制器，并与一个或多个其他系统处理数据(诸如温度、化学成分和流速)组合，从而在操作期间产生协同智能实时控制。在至少一些实施例中，所组合的数据可以用于教导基于学习的模型。
图4是根据本公开的一个或多个实施例的用于处理基板的方法400的流程图。可以使用例如配置成用于执行基板的EBIE的处理腔室(例如处理腔室100)来执行方法400。为了说明的目的，假设处理腔室配置为配置用于基板(例如基板111，其可以是例如150mm、200mm、300mm、450mm的基板等)的EBIE的CCP反应器。例如，在至少一些实施例中，基板可以是300mm基板，诸如半导体晶片等。可以理解到，本文描述的功率/电压和/或脉冲/占空比可以相应地缩放(例如，针对直径大于或小于300mm的基板)。最初，可以将上述处理气体中的一者或多者引入处理腔室的处理空间(例如处理空间101)。例如，在至少一些实施例中，处理气体可以是以下各项中的一者或多者：He、Ar等(或其他惰性气体)、和/或H2、HBr、NH3、Si2H6、CH4、C2H2、NF3、CF4、SF6、CO、COS、CHF3、C4F6、Cl2、N2、O2等(或其他反应性气体)。此外，处理空间可以保持在从约0.1毫托到约300毫托的一个或多个操作压力下。
在至少一些实施例中，方法400包括两个主要步骤，第一预学习阶段和第二调谐阶段，第一预学习阶段使用相对低的功率来点燃和维持等离子体，第二调谐阶段使用相对高的功率来等离子体处理基板。
在第一预学习阶段期间，在402处，方法400包括从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体。例如，在至少一些实施例中，RF电源可以向处理腔室100提供RF功率(例如，在约20kHz至约20MHz的频率下的1W至约30kW)以在处理腔室100的处理空间101内点燃和维持等离子体。例如，在至少一些实施例中，第一功率水平可以是约1W至约30kW并且可以以约100kHz至约20MHz的频率供应。
基于从RF产生器测量的反射功率信号，控制器(例如控制器126)确定一个或多个串联可变电容器和一个或多个并联可变电容器的位置。例如，在404处，方法400包括在RF处电源测量在第一功率水平下的反射功率。例如，RF电源的控制器(例如控制器126)可以测量高频RF电源120(和/或低频RF电源122)处的反射功率。
接下来，在406处，方法400包括将测量的反射功率与第一阈值比较。例如，在至少一些实施例中，第一阈值可以是第一功率水平下的反射功率的约10％。此外，将测量的反射功率与第一阈值比较可以包括例如在RF功率产生器处执行频率调谐。
接下来，在408处，方法400包括将与第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器。例如，RF电源的控制器将与第一阈值的比较的结果传输到无传感器阻抗匹配网络200的匹配控制器208。接下来，在410处，方法400包括基于在第一功率水平下测量的反射功率与第一阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置。例如，无传感器阻抗匹配网络200的匹配控制器208可以将并联可变电容器202和串联可变电容器204中的一者或两者设置到一个或多个位置，所述一个或多个位置可以存储在匹配控制器208的存储器中。在至少一些实施例中，匹配控制器208可以使用一个或多个优化算法(例如，基于梯度的方法、无导数(derivative-free)方法和/或基于模型的方法)来确定并联可变电容器202和串联可变电容器204可以被设置到的一个或多个位置。
在第二调谐阶段(例如微调阶段)期间，可以使用相对较小的阈值来实现算法。例如，在412处，方法400包括从RF电源供应第二功率水平的RF功率，第二功率水平不同于第一功率水平。在第二调谐阶段期间使用的第二功率水平用于等离子体处理设置在等离子体处理腔室内的基板。例如，在至少一些实施例中，RF电源可以向处理腔室100提供RF功率(例如，在约20MHz至约200MHz的频率下的1W至约10kW)以用于等离子体处理基板。在至少一些实施例中，可以以脉冲模式供应RF功率，所述脉冲模式包括单电平脉冲模式或多电平脉冲模式。另外，在至少一些实施例中，也可以在第二调谐阶段期间使用RF等离子体源处的频率调谐技术。
接下来，在414处，方法400包括在RF电源处测量在第二功率水平下的反射功率。例如，如上所述，RF电源的控制器(例如控制器126)可以测量高频RF电源120(和/或低频RF电源122)处的反射功率。
接下来，在416处，方法400包括将在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值比较，第二阈值不同于第一阈值(例如，第二阈值小于第一功率水平)。例如，在至少一些实施例中，第二阈值可以是第一功率水平下的反射功率的约1％至约9％。另外，类似于406，将测量的反射功率与第二阈值比较可以包括例如在RF功率产生器处执行频率调谐。
接下来，在418处，方法400包括将第二阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器。例如，RF电源的控制器将与第二阈值的比较的结果传输到无传感器阻抗匹配网络200的匹配控制器208。接下来，在420处，方法400包括基于在第二功率水平下测量的反射功率与第二阈值的比较，在匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第二位置。例如，无传感器阻抗匹配网络200的匹配控制器208可以将并联可变电容器202和串联可变电容器204中的一者或两者设置到一个或多个位置，所述一个或多个位置可以存储在匹配控制器208的存储器中。在至少一些实施例中，匹配控制器208可以使用一个或多个优化算法(例如，基于梯度的方法、无导数方法和/或基于模型的方法)来确定并联可变电容器202和串联可变电容器204可以被设置到的一个或多个位置。接下来，在422处，方法400包括继续供应第二功率水平的RF功率以用于等离子体处理基板。
使用无传感器阻抗匹配网络300的方法400的操作与使用无传感器阻抗匹配网络200的方法400的操作基本上相同。例如，替代于如上所述地使用RF电源处的反射功率，控制器126可以配置成接收来自功率计306的测量值，在执行方法400时功率计306连接到RF环行器302。
另外，方法400可以在操作期间结合RF偏压电源使用。例如，方法400可以与RF偏压电源162一起使用。
所有数据(包括电机位置、前向功率/反射功率、压力、化学成分等)都可以存储在存储器(例如，存储器131或无传感器阻抗匹配网络200和无传感器阻抗匹配网络300的本地存储器(未在图2和图3中图示))中，并且可以在方法400中由控制器126或匹配控制器208存取。这些数据可以用于基于学习的调谐算法(其可以基于历史结果、经验数据等)和调谐轨迹优化。在一些实施例中，无传感器阻抗匹配网络200和无传感器阻抗匹配网络300可以基于所有历史运行的结果来调谐到新位置。
虽然前述内容针对本公开的实施例，但可在不背离本公开基本范围下设计本公开的其他与进一步的实施例。
Claims (20)
1.一种用于等离子体处理基板的方法，包括以下步骤：
从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体；
在所述RF电源处测量在所述第一功率水平下的反射功率；
将测量的所述反射功率与第一阈值比较；
将与所述第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；
基于在所述第一功率水平下测量的所述反射功率与所述第一阈值的所述比较，在所述匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；
从所述RF电源供应第二功率水平的所述RF功率，所述第二功率水平不同于所述第一功率水平，所述第二功率水平用于等离子体处理设置在所述等离子体处理腔室内的所述基板；
在所述RF电源处测量在所述第二功率水平下的所述反射功率；
将在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与第二阈值比较，所述第二阈值不同于所述第一阈值；
将所述第二阈值的比较的结果传输到所述匹配网络的所述控制器；
基于在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与所述第二阈值的所述比较，在所述匹配网络处将所述至少一个可变电容器设置到第二位置；以及
继续供应所述第二功率水平的所述RF功率以用于等离子体处理所述基板。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述至少一个可变电容器设置到所述第一位置和所述第二位置的步骤包括使用以下各项中的至少一项：基于梯度的方法、无导数方法、基于模型的方法或基于学习的调谐算法。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值是在所述第一功率水平下的所述反射功率的约10％。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第二阈值小于所述第一功率水平。
5.如权利要求1所述的方法，其中供应所述第二功率水平的所述RF功率的步骤包括以脉冲模式供应所述RF功率。
6.如权利要求1至3或5中任一项所述的方法，其中所述脉冲模式为单电平脉冲模式。
7.如权利要求1至3或5中任一项所述的方法，其中所述脉冲模式为多电平脉冲模式。
8.如权利要求1所述的方法，其中将测量的所述反射功率与所述第一阈值比较的所述步骤或者将测量的所述反射功率与所述第二阈值比较的所述步骤中的至少一者进一步包括执行频率调谐。
9.如权利要求1至3、5或8中任一项所述的方法，其中将所述至少一个可变电容设置到所述第一位置和所述第二位置的步骤包括设置串联可变电容器或并联可变电容器中的至少一者。
10.一种非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在由处理器执行时执行用于等离子体处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：
从RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在等离子体处理腔室的处理空间内点燃和维持等离子体；
在所述RF电源处测量在所述第一功率水平下的反射功率；
将测量的所述反射功率与第一阈值比较；
将与所述第一阈值的比较的结果传输到匹配网络的控制器；
基于在所述第一功率水平下测量的所述反射功率与所述第一阈值的所述比较，在所述匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；
从所述RF电源供应第二功率水平的所述RF功率，所述第二功率水平不同于所述第一功率水平，所述第二功率水平用于等离子体处理设置在所述等离子体处理腔室内的所述基板；
在所述RF电源处测量在所述第二功率水平下的所述反射功率；
将在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与第二阈值比较，所述第二阈值不同于所述第一阈值；
将所述第二阈值的比较的结果传输到所述匹配网络的所述控制器；
基于在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与所述第二阈值的所述比较，在所述匹配网络处将所述至少一个可变电容器设置到第二位置；以及
继续供应所述第二功率水平的所述RF功率以用于等离子体处理所述基板。
11.如权利要求10所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中将所述至少一个可变电容器设置到所述第一位置和所述第二位置的步骤包括使用以下各项中的至少一项：基于梯度的方法、无导数方法、基于模型的方法或基于学习的调谐算法。
12.如权利要求10所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述第一阈值是在所述第一功率水平下的所述反射功率的约10％。
13.如权利要求10至12中任一项所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述第二阈值小于所述第一功率水平。
14.如权利要求10所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中供应所述第二功率水平的所述RF功率的步骤包括以脉冲模式供应所述RF功率。
15.如权利要求10至12或14中任一项所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述脉冲模式为单电平脉冲模式。
16.如权利要求10至12或14中任一项所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述脉冲模式为多电平脉冲模式。
17.如权利要求10所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中将测量的所述反射功率与所述第一阈值比较的所述步骤或者将测量的所述反射功率与所述第二阈值比较的所述步骤中的至少一者进一步包括执行频率调谐。
18.如权利要求10至12、14或17中任一项所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中将所述至少一个可变电容设置到所述第一位置和所述第二位置的步骤包括设置串联可变电容器或并联可变电容器中的至少一者。
19.一种用于处理基板的系统，包括：
RF电源，所述RF电源配置成供应RF功率；
气源，所述气源配置成将处理气体供应到等离子体处理腔室的处理空间中；
匹配网络，所述匹配网络配置成基于从所述RF电源接收的比较的结果来设置至少一个可变电容器；以及
控制器，所述控制器配置成用于：
从所述RF电源供应第一功率水平的RF功率，所述第一功率水平适合用于在所述等离子体处理腔室的所述处理空间内点燃和维持等离子体；
在所述RF电源处测量在所述第一功率水平下的反射功率；
将测量的所述反射功率与第一阈值比较；
将与所述第一阈值的所述比较的所述结果传输到所述匹配网络的匹配控制器；
基于在所述第一功率水平下测量的所述反射功率与所述第一阈值的所述比较，在所述匹配网络处将至少一个可变电容器设置到第一位置；
从所述RF电源供应第二功率水平的所述RF功率，所述第二功率水平不同于所述第一功率水平，所述第二功率水平用于等离子体处理设置在所述等离子体处理腔室内的所述基板；
在所述RF电源处测量在所述第二功率水平下的所述反射功率；
将在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与第二阈值比较，所述第二阈值不同于所述第一阈值；
将所述第二阈值的所述比较的结果传输到所述匹配网络的所述匹配控制器；
基于在所述第二功率水平下测量的所述反射功率与所述第二阈值的所述比较，在所述匹配网络处将所述至少一个可变电容器设置到第二位置；以及
继续供应所述第二功率水平的所述RF功率以用于等离子体处理所述基板。
20.如权利要求19所述的系统，进一步包括：
环行器，所述环行器连接在所述RF电源和所述匹配网络之间；
功率计，所述功率计连接到所述环行器和所述控制器；以及
假负载，所述假负载连接到所述环行器。
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