TW202335033A - 無感測器rf阻抗匹配網路 - Google Patents

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Abstract

本案提供了用於電漿處理基板的方法和設備。該方法包括以下步驟：從RF電源供應RF功率，在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率，將測量的該反射功率與一第一閾值比較，傳輸比較的結果到控制器，基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，將至少一個可變電容器設置到一第一位置；從RF電源供應第二功率位準的RF功率以用於電漿處理該基板，在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率，將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值，傳輸比較的結果，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置。

Description

無感測器RF阻抗匹配網路
本揭示案的實施例大體係關於用於處理基板的方法和設備，且例如，係關於使用無感測器射頻（RF）阻抗匹配網路的方法和設備。
已知在電漿基板（晶圓）處理期間使用的阻抗匹配網路。例如，傳統的RF阻抗匹配網路包括位於RF源和電漿反應器（腔室）之間以最佳化功率效率的電路。例如，在調諧匹配點，最大RF功率被傳送（前向功率（forward power））到電漿負載，且接近零的功率被反射回（反射功率）到RF源。習知的阻抗匹配網路需要一個或多個感測器用來測量和監控阻抗。通常，在阻抗匹配網路的輸入和輸出處使用電壓和電流探針和/或幅度和相位偵測器來作阻抗測量。在某些情況下，可在RF匹配網路輸入埠使用感測器。收集的阻抗幅度和相位資訊用於控制阻抗匹配網路的一個或多個機動化（motorized）可變電容器。雖然習知的阻抗匹配網路適用於將最大功率輸送傳送到電漿中，但是這樣的網路使用複雜且相對昂貴的硬體並且需要在使用前校準感測器。
本案提供了用於電漿處理基板的方法和設備。在一些實施例中，例如，一種用於電漿處理基板的方法包括以下步驟：從一RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在一電漿處理腔室的一處理空間內點燃和維持一電漿，在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率，將測量的該反射功率與一第一閾值比較，將與該第一閾值的該比較的一結果傳輸到一匹配網路的一控制器，基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置，從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板，在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率，將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值，將該第二閾值的該比較的一結果傳輸到該匹配網路的該控制器，基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置，及繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
根據至少一些實施例，一種非暫態電腦可讀取儲存媒體具有儲存在其上的指令，當處理器執行該等指令時，該等指令施行用於電漿處理基板的方法。該方法包括以下步驟：從一RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在一電漿處理腔室的一處理空間內點燃和維持一電漿，在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率，將測量的該反射功率與一第一閾值比較，將與該第一閾值的該比較的一結果傳輸到一匹配網路的一控制器，基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置，從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板，在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率，將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值，將該第二閾值的該比較的一結果傳輸到該匹配網路的該控制器，基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置，及繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
根據至少一些實施例，一種用於處理基板的系統包括：一RF電源，該RF電源經配置供應RF功率，一氣源，該氣源經配置將一處理氣體供應到一電漿處理腔室的一處理空間中，一匹配網路，該匹配網路經配置基於從該RF電源接收的一比較的一結果來設置至少一個可變電容器，及一控制器，該控制器經配置施行以下步驟：從該RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在該電漿處理腔室的該處理空間內點燃和維持一電漿，在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率，將測量的該反射功率與一第一閾值比較，將與該第一閾值的該比較的該結果傳輸到該匹配網路的一匹配控制器，基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置，從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板，在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率，將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值，將該第二閾值的該比較的一結果傳輸到該匹配網路的該匹配控制器，基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置，及繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
本揭示案的其他和進一步的實施例描述如下。
本案提供了用於處理基板的方法和設備的實施例。例如，在至少一些實施例中，設備包括與電漿處理腔室一起使用的無感測器RF阻抗匹配網路系統，以及用於匹配電漿處理腔室的電漿負載阻抗的方法。此處描述的無感測器RF匹配網路和自動匹配演算法使用不需要感測器校準的簡單、具有經濟效益的硬體。
圖1是根據本揭示案的至少一些實施例的設備的示意圖。該設備適用於使用電子束（ebeam）蝕刻一個或多個基板（晶圓）。因此，在至少一些實施例中，該設備是經配置施行電子束誘發蝕刻（EBIE）的處理腔室100（例如，電漿處理腔室，諸如電子束處理腔室）。處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102界定處理空間101。在一個實施例中，腔室主體102具有實質圓柱形的形狀並且可由適合於維持其中的真空壓力環境的材料製成，例如金屬材料，如鋁或不銹鋼。
頂板106耦接到腔室主體102並形成處理空間101。頂板106由導電材料形成，例如用於製造腔室主體102的材料。頂板106耦接到電極108（如上電極）並支撐電極108。在一些實施例中，電極108耦接到頂板106，使得電極108設置在處理空間101附近或在處理空間101內。電極108由具有高二次電子發射係數（high secondary electron emission coefficient，如約5至約10的二次電子發射係數）的製程兼容材料形成。具有較高二次發射係數的材料可以包括但不限於矽、碳、矽碳材料或氧化矽材料。或者，電極108可由金屬氧化物材料形成，例如氧化鋁（Al 2O 3）、氧化釔（Y 2O 3）或氧化鋯（ZrO 2）。由電絕緣材料形成的介電環109耦接到腔室主體102並圍繞電極108。如圖所示，介電環109設置在腔室主體102和頂板106之間並支撐電極108。
頂板106可以包括絕緣層150，該絕緣層150含有面向電極108的夾緊電極152。在至少一些實施例中，DC電壓電源供應154可以經由饋電導體155耦接到夾緊電極152（用於將電極108靜電夾持到頂板106）以及耦接到電極108以施加DC功率（如電壓電位）。在這樣的實施例中，DC阻隔電容器156可以與阻抗匹配網路124的輸出串聯連接。控制器126用於控制DC電壓電源供應154。
電極108和頂板106之間的機械接觸足以維持電極108和頂板106之間的高導熱性。此外，機械接觸的力可以藉由DC電壓電源供應154提供的靜電夾持力來調節。
在一個或多個實施例中，頂板106是導電的並且與電極108電接觸。來自阻抗匹配網路124的電力透過頂板106傳導到電極108。在一個或多個實施例中，腔室主體102可以保持在地電位。在一個或多個實施例中，處理腔室100內的接地內表面（即腔室主體102）可以塗覆有製程兼容材料，例如矽（Si）、碳（C）、矽碳（SiC）材料或氧化矽 （SiO） 材料、氧化鋁 （Al 2O 3）、氧化釔 （Y 2O 3） 或氧化鋯 （ZrO 2）。
在一些實施例中，用於在頂板106內傳導導熱液體或介質的內部通道（未圖示）連接到熱介質循環供應。熱介質循環供應充當散熱器或熱源。
基座110設置在處理空間101中。基座110在其上支撐基板111（例如，半導體晶圓（如矽晶圓）或玻璃面板或其他基板（如用於太陽能電池、顯示器或其他應用）），並具有平行於電極108定向的基板支撐表面110a。在一個實施例中，基座110可藉由升降伺服馬達（lift servo）112在軸向方向上移動。在操作期間，上電極（如電極108）與基板支撐表面110a保持一個或多個距離（例如，處理位置）。例如，在至少一些實施例中，電極108與用於處理基板的處理位置保持約1英吋至約20英吋的距離。例如，在至少一些實施例中，該距離可以是約6英吋至約10英吋。
提供控制器126並將其耦接到處理腔室100的各種部件以控制處理腔室100的操作，以用於處理基板。控制器126包括中央處理單元127、支援電路129和記憶體131，記憶體131可以是其上具有用於施行本案所述方法的指令的非暫態電腦可讀取儲存媒體。控制器126直接地或經由與處理腔室100和/或支撐系統部件相關聯的電腦（或控制器）可操作地耦接至一個或多個能量源或控制一個或多個能量源。控制器126可以是可以在工業裝置中用於控制各式腔室與子處理器的任意形式之通用電腦處理器。控制器126的記憶體131或非暫態電腦可讀取儲存媒體可係一個或更多個容易取得之記憶體，如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、軟碟、硬碟、光儲存媒體（如光碟或數位影碟）、快閃驅動裝置或任何其他的數位儲存格式，本地的或是遠端的。支援電路129耦接到中央處理單元127，用於以傳統方式支援中央處理單元127。支援電路129包括快取記憶體、電源供應、時脈電路、輸入/輸出電路與子系統以及類似物。如本案所述的發明方法（如用於處理基板（如基板的EBIE）可作為軟體常用程式133儲存在記憶體131中，軟體常用程式133可經執行或引動以本案所述方法控制一個或多個能量源的操作。軟體常用程式133亦可由第二中央處理單元（未圖示）儲存及（或）執行，第二中央處理單元位於中央處理單元127正控制的硬體之遠端。
在一個或多個實施例中，基座110可以包括形成基板支撐表面110a的絕緣圓盤（puck）142、設置在絕緣圓盤142內的下電極144、以及連接到電極144的夾緊電壓供應148。此外，在至少一些實施例中，絕緣圓盤142下方的基底層146可以包括一個或多個內部通道（未圖示），用於循環來自循環供應的傳熱介質（如液體）。在這樣的實施例中，循環供應可以用作為散熱器或用作熱源。
一個或多個RF功率產生器可以耦接到處理腔室100。在至少一些實施例中，具有約20MHz到約200MHz的頻率的高頻RF電源120及具有約100kHz到約20MHz的頻率的低頻RF電源122透過如阻抗匹配網路124經由RF饋電導體123（RF傳輸線）耦接到電極108。在至少一些實施例中，一個或多個RF產生器可以包括具有約100kHz到約200MHz的頻率的單個RF源。來自阻抗匹配網路124的RF饋電導體123可以連接到電極支撐件或頂板106，而不是直接連接到電極108。在這樣的實施例中，來自RF饋電導體123的RF功率可以從電極支撐件電容耦接到電極108。阻抗匹配網路124適於在高頻RF電源120和低頻RF電源122的不同頻率下提供阻抗匹配，以及濾波以將高頻RF電源120和低頻RF電源122彼此隔離（isolate）。高頻RF電源120和低頻RF電源122的輸出功率位準可以由控制器126獨立地控制。
在高頻RF電源120和低頻RF電源122的情況下，可以藉由選擇電極108和基座108之間的距離（如從約6英吋到約10英吋）來控制處理空間101中的徑向電漿均勻性。例如，在一些實施例中，較低的VHF頻率在處理空間101中產生邊緣高（edge-high）的電漿離子密度徑向分佈，而較高的VHF頻率產生中心高的電漿離子密度徑向分佈。使用這樣的選擇，高頻RF電源120和低頻RF電源122的功率位準能夠產生具有實質均勻的徑向電漿離子密度的電漿。
上部氣體注入器130透過第一閥132將處理氣體提供到處理空間101中，及下部氣體注入器134透過第二閥136將處理氣體提供到處理空間101中。上部氣體注入器130和下氣體注入器134可以設置在腔室主體102的側壁中。透過與第一閥132和第二閥136耦接的閥陣列140從處理氣體供應陣列（如氣體供應（諸如氣源））138供應處理氣體。輸送到處理空間101中的處理氣體種類和氣體流速可以是獨立可控的。例如，通過上部氣體注入器130的氣流可以不同於通過下部氣體注入器134的氣流。控制器126控制閥陣列140。
在實施例中，可以透過上部氣體注入器130和下部氣體注射器134中的一者或兩者供應一個或多個惰性氣體（如氬氣（Ar）、氦氣（He）（或其他惰性氣體））和/或一個或多個反應性氣體（如甲烷（CH 4）、乙炔（C 2H 2）、氫氣（H 2）、溴化氫（HBr）、氨（NH 3）、二矽烷（Si 2H 6）、三氟化氮（NF 3）、四氟甲烷（CF 4）、六氟化硫（SF 6）、一氧化碳（CO）、羰基硫（COS）、三氟甲烷（ CHF 3）、六氟丁二烯（C 4F 6）、氯氣（Cl 2）、氮氣（N 2）、氧氣（O 2）、它們的組合及類似物）到處理空間101中。在一些實施例中，輸送到鄰近電極108的處理空間101的處理氣體可以將二次電子加速朝向基板111（如下文將更詳細描述的）和/或緩衝電極108免受處理空間101中形成的反應性電漿的損壞，從而增加電極108的使用壽命。
根據本揭示案，電漿藉由各種體（bulk）和表面製程在處理空間101中產生，例如，藉由電容耦接170（如電容耦接電漿（CCP））和/或電感耦接172（如電感耦接電漿（ICP））而產生。除了偏壓功率控制離子能量之外，電感耦接功率或高頻電容耦接功率可以用於實現對電漿密度的獨立控制。因此，當處理腔室100經配置與電容耦接170一起使用時（如經配置為CCP反應器），源功率可以是指施加到（支撐基板111的）偏壓電極（如電極144）或上電極（如電極108）之一的較高頻率（相較於偏壓）功率。或者或甚者，當處理腔室100經配置與電感耦接172一起使用時（如經配置為ICP反應器），源功率是指施加到線圈173（在圖1中以虛線表示）的功率。當處理腔室100經配置為ICP反應器時，在處理腔室100的腔室主體102的一側上提供介電窗（dielectric window）175（也以虛線表示）。介電窗175經配置提供真空邊界和窗，以用於電磁波激發電漿。
由CCP或ICP產生的離子受到電場的影響，電場促使由電漿產生的離子對電極108離子撞擊，這將在下文更詳細地描述。此外，根據處理腔室100的操作模式，電極108的離子撞擊能量可以是供應到電極108的功率的函數，例如，由DC電壓電源154、低頻RF電源122或高頻RF電源120中的一個或多個所提供。例如，在至少一些實施例中，電極108的離子撞擊能量可以藉由施加來自DC電壓電源供應154和低頻RF電源122之一者或兩者的電壓來提供。在至少一些實施例中，除了使用DC電壓電源供應154和低頻RF電源122之一者或兩者之外，高頻RF電源120可以用於增加電漿密度和電子束通量。
當DC電壓電源供應154用於向電極108供電（如偏壓）時，DC電壓電源供應154所供應的功率可以是約1W到約30kW（如約-1560V到約-1440V）。類似地，當低頻RF電源122用於向電極108供電（如偏壓）時，低頻RF電源122所供應的功率可以為約1W至約30KW，其頻率為約100kHz至約20MHz。類似地，當高頻RF電源120與DC電壓電源供應154和低頻RF電源122中的一者或兩者結合使用時，高頻RF電源120供應的功率可以是約1W至約10kW，其頻率為約20MHz到約200MHz。
在一些實施例中，RF偏壓電源162可以透過阻抗匹配網路164耦接到基座110的電極144。RF偏壓電源162（若使用的話）經配置將離子加速到基板111上。RF偏壓電源162可以經配置提供低頻RF功率和/或高頻RF功率。例如，在至少一些實施例中，RF偏壓電源162可以經配置以一個或多個頻率（如約100kHz至約200MHz）向電極144供應1W至30kW的功率。在一些實施例中，例如，RF偏壓電源162可以經配置以約100kHz到約100MHz的頻率向電極144供應1W到30kW的功率。
波形修整（tailoring）處理器147可連接在阻抗匹配網路164的輸出和電極144之間及/或阻抗匹配網路124的輸出和電極108之間。波形修整處理器147控制器可以經配置將由RF偏壓電源162和/或高頻RF電源120和低頻RF電源122產生的波形改變為期望的波形。基板111和/或電極108附近的電漿的離子能量可以由波形修整處理器147控制。例如，在一些實施例中，波形修整處理器247產生其中波幅在每個RF循環的特定部分期間保持在與期望離子能量位準相對應的一位準的波形。控制器126控制波形修整處理器147。
基板111的蝕刻也可能受到一個或多個因素的影響。例如，壓力（除了電子束能量、電子束電漿功率和偏壓功率（如果使用的話）之外）可能影響基板111的蝕刻。因此，在一實施例中，在基板111的EBIE期間在處理空間101中的壓力可以維持在約0.1mTorr到約300mTorr之間。例如，在至少一些實施例中，例如當需要電子束中和及蝕刻輪廓控制時，在基板111的EBIE期間在處理空間101中的壓力可以維持在約0.1mTorr到約30mTorr之間。類似地，在至少一些實施例中，例如當電子束中和及蝕刻輪廓控制不是必要且不需要偏壓功率時，在基板111的EBIE期間在處理空間101中的壓力可以維持在約0.1mTorr到約100mTorr之間。該壓力由與處理空間101流體連通的真空泵168產生。該壓力由設置在處理空間101和真空泵168之間的閘閥166調節。控制器126控制真空泵168和/或閘閥166。
圖2是根據本揭示案的一個或多個實施例的經配置與圖1的設備一起使用的無感測器阻抗匹配網路200（如阻抗匹配網路124或阻抗匹配網路164）的框圖。無感測器阻抗匹配網路200可以包括一個或多個電容器和電感器。例如，在至少一些實施例中，無感測器阻抗匹配網路200可以包括分流可變電容器202和串聯可變電容器204。無感測器阻抗匹配網路200可以是RF電源（如高頻RF電源120和低頻RF電源122）的一部件或者可以透過50Ω傳輸線206連接到RF電源。在至少一些實施例中，無感測器阻抗匹配網路200可以是RF偏壓電源162、與電容耦接170連接的Vrf和/或與電感耦接172連接的V rf的一部件，或者也可以透過50Ω傳輸線連接到RF偏壓電源162、與電容耦接170連接的Vrf和/或與電感耦接172連接的V rf。在至少一些實施例中，無感測器阻抗匹配網路200亦可以包括L型無感測器阻抗匹配網路。例如，在至少一些實施例中，一個或多個固定電感器可以與分流可變電容器202和串聯可變電容器204串聯連接以用於調諧範圍最佳化。
與前面描述的傳統匹配網路不同，無感測器阻抗匹配網路在輸入側或輸出側不使用任何感測器，因此不需要將感測器校準資料儲存在控制器的記憶體中。在操作中，無感測器阻抗匹配網路200直接從RF產生器接收前向功率信號和反射功率信號。例如，從RF源接收的前向功率信號和反射功率信號可以被傳輸（例如，經由有線或無線通訊）到無感測器阻抗匹配網路200的匹配控制器208。或者或甚者，匹配控制器208可以從控制器126接收前向功率信號和反射功率信號。匹配控制器208使用前向功率信號和反射功率信號來調諧分流可變電容器202和串聯可變電容器204。例如，在至少一些實施例中，匹配控制器208使用預程式化（pre-programmed）的基於學習的演算法（其可以儲存在記憶體（如記憶體131）中）其包括一個或多個參數，例如，電壓駐波比（VSWR）、反射係數等，以計算分流可變電容器202和串聯可變電容器204的電容值。
圖3是根據本揭示案的一個或多個實施例的經配置與圖1的設備一起使用的無感測器阻抗匹配網路300（如阻抗匹配網路124或阻抗匹配網路164）的框圖。無感測器阻抗匹配網路300與無感測器阻抗匹配網路200實質上相同。因此，這裡僅描述無感測器阻抗匹配網路300獨有的特徵。
無感測器阻抗匹配網路300包括包含一個或多個端子的RF循環器302。例如，在至少一些實施例中，RF循環器302可以包括3個端子並且經由50Ω傳輸線206連接在RF電源和無感測器阻抗匹配網路300之間。RF循環器302經配置允許RF功率在一個方向上流動。例如，前向功率信號和反射功率信號通過RF循環器302並終止於50Ω假負載（dummy load）304。在至少一些實施例中，功率計306可以用於測量期望頻率下的RF反射功率。反射功率信號可以傳輸到工具控制器（如控制器126），該工具控制器通訊地連接到匹配控制器208。在至少一些實施例中，RF電源和無感測器阻抗匹配網路300可以由工具控制器同步和控制。或者，如上所述，不需要使用控制器126並且功率計306和假負載304可以直接連接到匹配控制器208。
分流可變電容器202和串聯可變電容器204的功率計資料、RF功率和電容器位置可以被傳輸到工具控制器，並與一個或多個其他系統處理資料（例如溫度、化學性質和流速）組合，從而在操作期間產生協同智慧型即時控制。在至少一些實施例中，該組合的資料可以用於教示基於學習的模型。
圖4是根據本揭示案的一個或多個實施例的用於處理基板的方法400的流程圖。可以使用如經配置用於施行基板的EBIE的處理腔室（如處理腔室100）來施行方法400。為了說明的目的，假設處理腔室經配置為配置用於基板（如基板111，其可以是例如150mm、200mm、300mm、450mm的基板等）的EBIE的CCP反應器。例如，在至少一些實施例中，基板可以是300mm基板，如半導體晶圓或類似物。可以理解到，本文描述的功率/電壓和/或脈衝/工作週期可以相應地縮放，例如，針對直徑大於或小於300mm的基板。最初，可以將上述處理氣體中的一個或多個引入處理腔室的處理空間（如處理空間101）。例如，在至少一些實施例中，處理氣體可以是以下各者中的一個或多個：He、Ar與類似物（或其他惰性氣體）及/或H 2、HBr、NH 3、Si 2H 6、CH 4、C 2H 2、NF 3、CF 4、SF 6、CO、COS、CHF 3、C 4F 6、Cl 2、N 2、O 2與類似物（或其他反應性氣體）。此外，處理空間可以保持在從約0.1mTorr到約300mTorr的一個或多個操作壓力下。
在至少一些實施例中，方法400包括兩個主要步驟，第一預學習階段及第二調諧階段，第一預學習階段使用相對低的功率來點燃和維持電漿，第二調諧階段使用相對高的功率來電漿處理基板。
在第一預學習階段期間，在402，方法400包括以下步驟：從RF電源供應第一功率位準的RF功率，以適合用於在一電漿處理腔室的一處理空間內點燃和維持一電漿。例如，在至少一些實施例中，RF電源可以向處理腔室100提供RF功率（例如，在約20kHz至約20MHz的頻率下的1W至約30kW）以在處理腔室100的處理空間101內點燃和維持電漿。例如，在至少一些實施例中，第一功率位準可以是約1W至約30kW並且可以以約100kHz至約20MHz的頻率供應。
基於從RF產生器測量的反射功率信號，控制器（如控制器126）決定一個或多個串聯可變電容器和一個或多個分流可變電容器的位置。例如，在404，方法400包括以下步驟：在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率。例如，RF電源的控制器（如控制器126）可以測量高頻RF電源120（和/或低頻RF電源122）處的反射功率。
接下來，在406，方法400包括以下步驟：將測量的反射功率與第一閾值比較。例如，在至少一些實施例中，第一閾值可以是第一功率位準下的反射功率的約10％。此外，將測量的反射功率與第一閾值比較可以包括以下步驟：例如在RF功率產生器處施行頻率調諧。
接下來，在408，方法400包括以下步驟：將與第一閾值的比較的結果傳輸到匹配網路的控制器。例如，RF電源的控制器將與第一閾值的比較的結果傳輸到無感測器阻抗匹配網路200的匹配控制器208。接下來，在410，方法400包括以下步驟：基於在第一功率位準下測量的反射功率與第一閾值的比較，在匹配網路處將至少一個可變電容器設置到第一位置。例如，無感測器阻抗匹配網路200的匹配控制器208可以將分流可變電容器202和串聯可變電容器204之一者或兩者設置到一個或多個位置，該一個或多個位置可以儲存在匹配控制器208的記憶體中。在至少一些實施例中，匹配控制器208可以使用一個或多個最佳化演算法（例如，基於梯度的方法、無導數（derivative-free）方法和/或基於模型的方法）來決定分流可變電容器202和串聯可變電容器204可以被設置為的一個或多個位置。
在第二調諧階段（如微調階段），可以使用相對較小的閾值來實現演算法。例如，在412，方法400包括以下步驟：從RF電源供應第二功率位準的RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準。在第二調諧階段期間使用的第二功率位準用於電漿處理設置在電漿處理腔室內的基板。例如，在至少一些實施例中，RF電源可以向處理腔室100提供RF功率（例如，在約20MHz至約200MHz的頻率下的1W至約10kW）以用於電漿處理基板。在至少一些實施例中，可以以脈衝模式供應RF功率，該脈衝模式包括單一位準脈衝模式或多位準脈衝模式。另外，在至少一些實施例中，也可以在第二調諧階段期間使用RF電漿源處的頻率調諧技術。
接下來，在414，方法400包括以下步驟：在該RF電源測量在第二功率位準下的反射功率。例如，如上所述，RF電源的控制器（如控制器126）可以測量高頻RF電源120（和/或低頻RF電源122）處的反射功率。
接下來，在416，方法400包括以下步驟：將在第二功率位準下測量的反射功率與第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值（例如，第二閾值小於第一功率位準）。例如，在至少一些實施例中，第二閾值可以是第一功率位準下的反射功率的約1％至約9％。另外，類似於406，將測量的反射功率與第二閾值比較的步驟可以包括以下步驟：例如在RF功率產生器處施行頻率調諧。
接下來，在418，方法400包括以下步驟：將第二閾值的比較的結果傳輸到匹配網路的控制器。例如，RF電源的控制器將與第二閾值的比較的結果傳輸到無感測器阻抗匹配網路200的匹配控制器208。接下來，在420，方法400包括以下步驟：基於在第二功率位準下測量的反射功率與第二閾值的比較，在匹配網路處將至少一個可變電容器設置到第二位置。例如，無感測器阻抗匹配網路200的匹配控制器208可以將分流可變電容器202和串聯可變電容器204之一者或兩者設置到一個或多個位置，該一個或多個位置可以儲存在匹配控制器208的記憶體中。在至少一些實施例中，匹配控制器208可以使用一個或多個最佳化演算法（例如，基於梯度的方法、無導數方法和/或基於模型的方法）來決定分流可變電容器202和串聯可變電容器204可以被設置為的一個或多個位置。接下來，在422，方法400包括以下步驟：繼續供應該第二功率位準的RF功率以用於電漿處理基板。
使用無感測器阻抗匹配網路300的方法400的操作與使用無感測器阻抗匹配網路200的方法400的操作實質上相同。例如，不如上所述使用RF電源處的反射功率，控制器126可以經配置接收來自功率計306的測量值，在施行方法400時功率計306連接到RF循環器302。
另外，方法400可以在操作期間結合RF偏壓電源使用。例如，方法400可以與RF偏壓電源162一起使用。
所有資料（包括馬達位置、前向功率/反射功率、壓力、化學性質等）都可以儲存在記憶體中（例如，記憶體131或無感測器阻抗匹配網路200和無感測器阻抗匹配網路300的本地記憶體（未在圖2和3中表示）），且可以在方法400中由控制器126或匹配控制器208存取。這些資料可以用於基於學習的調諧演算法（其可以基於歷史結果、經驗資料等）和調諧軌跡最佳化。在一些實施例中，無感測器阻抗匹配網路200和無感測器阻抗匹配網路300可以基於所有歷史運行的結果調諧到新位置。
雖然前面所述係針對本揭示案的實施例，但在不背離本揭示案基本範圍下，可設計本揭示案揭露的其他與進一步的實施例。
100:處理腔室 101:處理空間 102:腔室主體 106:頂板 108:電極 109:介電環 110:基座 110:基板支撐表面 111:基板 112:升降伺服馬達 120:高頻RF電源 122:低頻RF電源 123:RF饋電導體 124:阻抗匹配網路 126:控制器 127:中央處理單元 129:支援電路 130:上部氣體注入器 131:記憶體 132:第一閥 133:軟體常用程式 134:下部氣體注入器 136:第二閥 138:氣源 140:閥陣列 142:絕緣圓盤 144:下電極 146:基底層 147:波形修整處理器 148:夾緊電壓供應 150:絕緣層 152:夾緊電極 154:DC電壓電源供應 155:饋電導體 156:DC阻隔電容器 162:RF偏壓電源 164:阻抗匹配網路 166:閘閥 168:真空泵 170:電容耦接 172:電感耦接 173:線圈 175:介電窗 200:無感測器阻抗匹配網路 202:分流可變電容器 204:串聯可變電容器 206:傳輸線 208:匹配控制器 300:無感測器阻抗匹配網路 302:RF循環器 304:假負載 306:功率計 400:方法 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 412:步驟 414:步驟 416:步驟 418:步驟 420:步驟 422:步驟
本揭示案之實施例已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本揭示案的示例性實施例以作瞭解。然而，所附圖式僅繪示了本揭示案的典型實施例，而由於本揭示案可允許其他等效之實施例，因此所附圖式並不會視為本揭示範圍之限制。
圖1是根據本揭示案的一個或多個實施例的設備的示意圖。
圖2是根據本揭示案的一個或多個實施例的經配置與圖1的設備一起使用的無感測器阻抗匹配網路的框圖。
圖3是根據本揭示案的一個或多個實施例的經配置與圖1的設備一起使用的無感測器阻抗匹配網路的框圖。
圖4是根據本揭示案的一個或多個實施例的用於處理基板的方法的流程圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。為求清楚，圖式未依比例繪示且可能被簡化。一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理腔室
120:高頻RF電源
122:低頻RF電源
126:控制器
200:無感測器阻抗匹配網路
202:分流可變電容器
204:串聯可變電容器
206:傳輸線
208:匹配控制器

Claims (20)

  1. 一種用於電漿處理一基板的方法，包括以下步驟： 從一RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在一電漿處理腔室的一處理空間內點燃和維持一電漿； 在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率； 將測量的該反射功率與一第一閾值比較； 將與該第一閾值的一比較的一結果傳輸到一匹配網路的一控制器； 基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置； 從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板； 在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率； 將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值； 將該第二閾值的一比較的一結果傳輸到該匹配網路的該控制器； 基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置； 繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
  2. 如請求項1所述之方法，其中將該至少一個可變電容器設置到該第一位置和該第二位置的步驟包括使用以下各者中的至少一個：基於梯度的方法、無導數（derivative-free）方法、基於模型（model-based）的方法或基於學習的調諧演算法。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該第一閾值是在該第一功率位準下的該反射功率的約10％。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該第二閾值小於該第一功率位準。
  5. 如請求項1所述之方法，其中供應該第二功率位準的該RF功率的步驟包括以下步驟：以一脈衝模式供應該RF功率。
  6. 如請求項1至3或5任一項所述之方法，其中該脈衝模式為單一位準脈衝模式。
  7. 如請求項1至3或5中任一項所述之方法，其中該脈衝模式為多位準（multilevel）脈衝模式。
  8. 如請求項1所述之方法，其中將測量的該反射功率與該第一閾值比較的該步驟或者將測量的該反射功率與該第二閾值比較的該步驟中的至少一者進一步包括以下步驟：施行頻率調諧。
  9. 如請求項1至3、5或8中任一項所述之方法，其中將該至少一個可變電容設置到該第一位置和該第二位置的步驟包括以下步驟：設置串聯可變電容器或分流（shunt）可變電容器中的至少一個。
  10. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，其具有儲存在其上的指令，當一處理器執行該等指令時，該等指令施行用於電漿處理一基板的方法，該方法包括以下步驟： 從一RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在一電漿處理腔室的一處理空間內點燃和維持一電漿； 在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率； 將測量的該反射功率與一第一閾值比較； 將與該第一閾值的一比較的一結果傳輸到一匹配網路的一控制器； 基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置； 從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板； 在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率； 將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值； 將該第二閾值的一比較的一結果傳輸到該匹配網路的該控制器； 基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置；及 繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
  11. 如請求項10所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中將該至少一個可變電容器設置到該第一位置和該第二位置的步驟包括使用以下各者中的至少一個：基於梯度的方法、無導數方法、基於模型的方法或基於學習的調諧演算法。
  12. 如請求項10所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中該第一閾值是在該第一功率位準下的該反射功率的約10％。
  13. 如請求項10至12中任一項所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中該第二閾值小於該第一功率位準。
  14. 如請求項10所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中供應該第二功率位準的該RF功率的步驟包括以下步驟：以一脈衝模式供應該RF功率。
  15. 如請求項10至12或14任一項所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中該脈衝模式為單一位準脈衝模式。
  16. 如請求項10至12或14中任一項所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中該脈衝模式為一多位準脈衝模式。
  17. 如請求項10所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中將測量的該反射功率與該第一閾值比較的該步驟或者將測量的該反射功率與該第二閾值比較的該步驟中的至少一者進一步包括以下步驟：施行頻率調諧。
  18. 如請求項10至12、14或17中任一項所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中將該至少一個可變電容設置到該第一位置和該第二位置的步驟包括以下步驟：設置串聯可變電容器或分流可變電容器中的至少一個。
  19. 一種用於處理一基板的系統，包括： 一RF電源，該RF電源經配置供應RF功率； 一氣源，該氣源經配置將一處理氣體供應到一電漿處理腔室的一處理空間中； 一匹配網路，該匹配網路經配置基於從該RF電源接收的一比較的一結果來設置至少一個可變電容器；及 一控制器，該控制器經配置施行以下步驟： 從該RF電源供應一第一功率位準的RF功率，以適合用於在該電漿處理腔室的該處理空間內點燃和維持一電漿； 在該RF電源測量在該第一功率位準下的一反射功率； 將測量的該反射功率與一第一閾值比較； 將與該第一閾值的該比較的該結果傳輸到該匹配網路的一匹配控制器； 基於在該第一功率位準下測量的該反射功率與該第一閾值的該比較，在該匹配網路處將至少一個可變電容器設置到一第一位置； 從該RF電源供應一第二功率位準的該RF功率，該第二功率位準不同於該第一功率位準，該第二功率位準用於電漿處理設置在該電漿處理腔室內的該基板； 在該RF電源測量在該第二功率位準下的該反射功率； 將在該第二功率位準下測量的該反射功率與一第二閾值比較，該第二閾值不同於該第一閾值； 將該第二閾值的該比較的一結果傳輸到該匹配網路的該匹配控制器； 基於在該第二功率位準下測量的該反射功率與該第二閾值的該比較，在該匹配網路處將該至少一個可變電容器設置到一第二位置；及 繼續供應該第二功率位準的該RF功率以用於電漿處理該基板。
  20. 如請求項19所述之系統，進一步包括： 一循環器，該循環器連接在該RF電源和該匹配網路之間； 一功率計（power meter），該功率計連接到該循環器和該控制器；及 一假負載（dummy load），該假負載連接到該循環器。
TW111142190A 2021-11-08 2022-11-04 用於使用無感測器ｒｆ阻抗匹配網路處理基板的方法與系統及具有儲存在其上的施行此方法的指令之非暫態電腦可讀取儲存媒體 TWI844155B (zh)

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