TWI827454B - 即時、非侵入式ｉｅｄｆ電漿感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明公開即時、非侵入式IEDF電漿感測器。用於電漿產生系統的控制器包括模型評估模組，該模型評估模組接收依照由RF發電機控制的電漿的狀態而變化的感測值。模型評估模組產生依照該感測值而變化的電漿參數。模型集成模組接收電漿參數，集成該電漿參數，並且輸出集成模型參數。IEDF評估模組接收集成模型參數，並且依照集成模型參數來產生離子能量分佈函數（IEDF）。IEDF控制器模組接收IEDF，並且產生用於控制RF產生器的訊號。RF產生器控制模組接收該訊號，並且產生RF產生器控制訊號，以控制該RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。

Description

即時、非侵入式IEDF電漿感測器
本公開涉及RF產生器系統和RF產生器的控制。
在半導體製造中經常使用電漿製造。在電漿製造中，離子被電場加速以從基板的表面蝕刻材料或將材料沉積到基板的表面上。在一種基本實施方式中，基於由功率輸送系統的相應的射頻（Radio frequency，縮寫為RF）或直流（Direct current，縮寫為DC）產生器產生的RF或DC功率訊號產生電場。必須精確控制由產生器產生的功率訊號以有效地執行電漿蝕刻。
這裡提供的背景描述是為了總體呈現本公開的背景。在本背景部分中描述範圍內的目前命名的發明人的工作以及在申請時可能不符合先前技術的條件的描述的各方面既不明確地，也不隱含地被承認為針對本公開的先前技術。
一台或多台電腦的系統可以被配置為透過在系統上安裝軟體、韌體、硬體或它們的組合來執行特定操作或動作，軟體、韌體、硬體或它們的組合在操作中使系統執行動作。一個或多個電腦程式可以被配置為透過包括指令來執行特定操作或動作，當由資料處理裝置執行時，指令使裝置執行動作。
一個一般方面包括用於電漿產生系統的控制器。控制器還包括：模型評估模組，被配置為接收依照由RF發電機控制的電漿的狀態而變化的感測值，模型評估模組產生電漿參數，其中電漿參數依照感測值而變化。控制器還包括：模型集成模組，被配置為接收電漿參數，並且被配置為集成電漿參數並輸出集成模型參數。控制器還包括：IEDF評估模組，被配置為接收集成模型參數，並且依照集成模型參數來產生離子能量分佈函數（IEDF）。控制器還包括：IEDF控制器模組，被配置為接收IEDF，並且產生用於控制RF產生器的訊號。控制器還包括：RF產生器控制模組，被配置為接收訊號，並且產生RF產生器控制訊號以控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。本方面的其他實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的電腦系統、裝置和記錄在一個或多個電腦存儲裝置上的電腦程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。控制器可以包括：優化模組，被配置為接收集成模型參數，並將集成模型參數與用於定義模型的預定參數進行比較，並且依照比較來修改預定參數。RF發電機是偏置RF產生器，並且IEDF依照偏置RF產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。集成模型參數依照電漿的離子電勢而變化。集成模型參數是有效離子電勢波形，並且有效離子電勢波形表徵電漿的離子電勢。RF產生器控制模組被配置為接收有效離子電勢波形，以控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。RF發電機可以包括多個RF發電機，並且RF發電機的輸出被組合並且被施加到電漿。能夠在電漿產生系統中的多個位置處偵測感測值。RF發電機提供輸出訊號，該輸出訊號可以是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。輸出訊號由脈衝訊號調製。脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。描述的技術的實現可以包括硬體、方法或過程或者電腦可訪問介質上的電腦軟體。
一個一般方面包括RF發電系統。RF發電系統還包括RF發電機，RF發電機產生被施加到負載以產生電漿的RF輸出訊號。系統還包括：模型評估模組，被配置為接收依照電漿的狀態而變化的感測值，模型評估模組確定電漿參數，其中電漿參數依照感測值而變化。系統還包括：模型集成模組，被配置為接收電漿參數，並且被配置為將電漿參數集成並輸出集成模型參數。系統還包括：RF產生器控制模組，被配置為接收集成模型參數，並且產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。本方面的其他實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的電腦系統、裝置和記錄在一個或多個電腦存儲裝置上的電腦程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。一種RF發電系統，其中RF發電機是偏置RF產生器，並且集成模型參數依照偏置RF產生器的頻率和相位中的至少一個而變化。RF發電系統可以包括：IEDF評估模組，被配置為接收集成模型參數，並且依照集成模型參數來產生離子能量分佈函數（IEDF）。RF產生器控制模組被配置為接收IEDF，並且產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數或IEDF來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。RF發電系統可以包括：IEDF控制器模組，被配置為接收IEDF，並且產生用於控制RF產生器的訊號。RF產生器控制模組被配置為接收IEDF，並且產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數或IEDF來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。RF發電機是偏置RF產生器，並且IEDF依照偏置RF產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。RF發電系統可以包括：優化模組，被配置為接收集成模型參數，並將集成模型參數與用於定義模型的預定參數進行比較，並且依照比較來修改預定參數。集成模型參數依照電漿的離子電勢而變化。RF發電機可以包括多個RF發電機，並且RF發電機的輸出被組合並且被施加到電漿。能夠在RF產生系統中的多個位置處偵測感測值。RF輸出訊號是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。RF輸出訊號由脈衝訊號調製。脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。描述的技術的實現可以包括硬體、方法或過程或者電腦可訪問介質上的電腦軟體。
一個一般方面包括一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質。存儲指令的非暫時性電腦可讀介質還包括：產生被施加到負載以產生電漿的RF輸出訊號。指令還包括：接收依照電漿的狀態而變化的感測值，並且確定電漿參數，其中電漿參數依照感測值而變化。指令還包括：接收電漿參數，集成電漿參數，並產生集成模型參數。指令還包括：接收集成模型參數，產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。本方面的其他實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的電腦系統、裝置和記錄在一個或多個電腦存儲裝置上的電腦程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，RF發電機是偏置RF產生器，並且集成模型參數依照偏置RF產生器的頻率和相位中的至少一個而變化。一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，指令可以包括：接收集成模型參數，並依照集成模型參數來產生離子能量分佈函數（IEDF）。描述的技術的實現可以包括硬體、方法或過程或者電腦可訪問介質上的電腦軟體。
一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，指令可以包括：接收IEDF，並且產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數或IEDF來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，指令可以包括：接收IEDF，並且產生用於控制RF產生器的訊號。一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，指令可以包括：接收IEDF，並且產生RF產生器控制訊號，以依照集成模型參數或IEDF來控制RF發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。RF發電機是偏置RF產生器，並且IEDF依照偏置RF產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，指令可以包括：接收集成模型參數，將集成模型參數與用於定義模型的預定參數進行比較，並且依照比較來修改預定參數。集成模型參數依照電漿的離子電勢而變化。RF發電機可以包括多個RF發電機，並且RF發電機的輸出被組合並且被施加到電漿。能夠在多個位置處偵測感測值以獲得感測值。RF輸出訊號是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。RF輸出訊號由脈衝訊號調製。脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。描述的技術的實現可以包括硬體、方法或過程或者電腦可訪問介質上的電腦軟體。
依照詳細描述、發明申請專利範圍和圖式，本公開的其他應用領域將變得明顯。具體實施方式和具體示例僅旨在用於說明的目的，而不旨在限制本公開的範圍。
電力系統可以包括DC或RF發電機或者DC或RF產生器、匹配網路和負載（例如，處理室、電漿室或具有固定或可變阻抗的反應器）。發電機產生由匹配網路或阻抗優化控制器或電路接收的DC或RF功率訊號。匹配網路或阻抗優化控制器或電路將匹配網路的輸入阻抗與發電機與匹配網路之間的傳輸線的特徵阻抗進行匹配。阻抗匹配有助於最大化發送到匹配網路的功率的量（“正向功率”）和最小化從匹配網路反射回發電機的功率的量（“反向功率”或“反射功率”）。當匹配網路的輸入阻抗與傳輸線和產生器的特性阻抗匹配時，可以最大化正向功率並且可以最小化反向功率。在各種配置中，在電源與阻抗匹配單元之間不需要傳輸線，並且可以建立任意的參考特性阻抗以更好地適應系統的其他方面。在一個非限制性示例中，特性阻抗可以是功率放大器的輸出阻抗。
在電源或電源領域，通常有兩種方法將功率訊號施加到負載。第一種更傳統的方法是將連續的功率訊號施加到負載。在連續模式或連續波模式下，連續功率訊號通常是由電源連續輸出到負載的恒定DC或正弦RF功率訊號。在連續模式方法中，功率訊號採用恒定DC或正弦輸出，並且可以改變功率訊號的幅度和/或（RF功率訊號的）頻率，以改變施加到負載的輸出功率。
將功率訊號施加到負載的第二種方法涉及脈衝RF訊號，而不是將連續的RF訊號施加到負載。在脈衝操作模式下，RF訊號由調製訊號調製，以限定調製的功率訊號的包絡。RF訊號可以是例如正弦RF訊號或其他時變訊號。通常，透過改變調製訊號來改變輸送給負載的功率。
在典型的電源構造中，透過使用測量正向功率和反射功率或施加到負載的RF訊號的電壓或電勢以及電流的感測器來確定施加到負載的輸出功率。在控制回路中分析這些訊號中的任何一組。分析通常確定用於調整電源的輸出的功率值以改變施加到負載的功率。在負載是處理室或其他非線性或時變負載的功率輸送系統中，由於施加的功率部分地是負載的阻抗的函數，因此負載的變化的阻抗引起施加到負載的功率的對應的變化。
在各種裝置的製造依賴於將電力引入負載以控制製造過程的系統中，通常以兩種構造中的一種輸送電力。在第一構造中，電源電容性地耦接到負載。這種系統被稱為電容耦合電漿（CCP）系統。在第二構造中，電源電感地耦接到負載。這種系統通常被稱為電感耦合電漿（ICP）系統。也可以經由微波頻率處的波耦合來實現到電漿的功率耦合。這種方法通常使用電子迴旋共振（ECR）或微波源。螺旋波（Helicon）源是另一種形式的波耦合源，並且通常在與傳統ICP和CCP系統的RF頻率類似的RF頻率下工作。電力輸送系統可以包括施加到負載的一個或多個電極的至少一個偏置功率和/或源功率。源功率通常產生電漿並且控制電漿密度，而偏置功率調製鞘層的配方中的離子。依照各種設計考慮，偏置和源可以共用相同的電極或可以使用單獨的電極。
當電力輸送系統驅動諸如處理室或電漿室的時變或非線性負載時，由主體電漿和電漿鞘層吸收的功率導致具有一定離子能量範圍的離子密度。離子能量的一個特徵度量是離子能量分佈函數（IEDF）。可以以偏置功率控制離子能量分佈函數（IEDF）。控制其中將多個RF功率訊號施加到負載的系統的IEDF的一種方式是透過改變由幅度、頻率和相位關聯的多個RF訊號來實現。也可以由傅裡葉級數和相關係數關聯多個RF功率訊號的相對幅度、頻率和相位。多個RF功率訊號之間的頻率可以被鎖定，並且多個RF訊號之間的相對相位也可以被鎖定。可以參考全部已經被轉讓給本申請的受讓人並且透過引用被併入本申請的美國專利第7,602,127號、美國專利第8,110,991號和美國專利第8,395,322號來找到這種系統的示例。
時變或非線性負載可能存在於各種應用中。在一種應用中，電漿處理系統還可以包括用於電漿產生和控制的部件。一個這種部件是被實現為諸如電漿室或反應器的處理室的非線性負載。在諸如舉例來說用於薄膜製造的電漿處理系統中使用的典型電漿室或反應器可以使用雙電源系統。一個發電機（源）控制電漿的產生，而發電機（偏置）控制離子能量。雙電源系統的示例包括上面引用的美國專利第7,602,127號、美國專利第8,110,991號和美國專利第8,395,322號中描述的系統。上面引用的專利中描述的雙電源系統需要一個適配電源操作以控制離子密度及其對應的離子能量分佈函數（IEDF）的閉環控制系統。
存在用於控制諸如可以用於產生電漿的處理室的多種方法。例如，在RF功率輸送系統中，以相同或幾乎相同的頻率操作的多個驅動RF訊號的相位和頻率可以用於控制電漿產生。對於RF驅動的電漿源，影響電漿鞘層動力學的週期性波形和對應的離子能量通常是已知的，並且受週期性波形的頻率和相關的相位相互作用控制。RF功率輸送系統中的另一種方法涉及雙頻控制。即，使用以不同頻率工作的兩個RF頻率源來為電漿室供電，以提供對離子密度和電子密度的基本上獨立的控制。
另一種方法利用寬頻RF電源來驅動電漿室。寬頻方法提出了某些挑戰。一個挑戰是將電力耦合到電極。第二個挑戰是必須為寬的製程空間制定產生的波形到所需IEDF的實際鞘層電勢的傳遞函數，以支持材料表面相互作用。在電感耦合電漿系統中的一種響應方法中，控制施加到源電極的功率控制電漿密度，而控制施加到偏置電極的功率調製離子以控制IEDF從而提供蝕刻速率控制。透過使用源電極控制和偏置電極控制，經由離子密度和能量來控制蝕刻速率。
隨著積體電路和器件製造的不斷發展，控制製造的過程的功率要求也在不斷發展。例如，隨著記憶體件的製造，對偏置功率的要求不斷提高。增大的功率產生更高能量的離子以加快表面相互作用，從而增大離子的蝕刻速率和方向性。在RF系統中，增大的偏置功率有時伴隨著較低的偏置頻率要求以及耦合到電漿室中產生的電漿鞘層的偏置電源的數量的增加。在較低偏置頻率下增大的功率和增加的偏置電源的數量導致來自鞘層調製的互調失真（Intermodulationdistortion，縮寫為IMD）發射。IMD發射能夠顯著降低由發生電漿產生的源輸送的功率。2020年11月3日發佈、題為“Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Band（透過監測另一頻帶中的功率進行脈衝同步）”、已經轉讓給本申請的受讓人並且透過引用併入本文的美國專利第10,821,542號描述了一種透過監測另一頻帶中的功率來進行脈衝同步的方法。在引用的美國專利申請中，依照在第二RF產生器處偵測第一RF產生器的脈衝來控制第二RF產生器的脈衝，從而使兩個RF產生器之間的脈衝同步。
多年來，一直在尋求對電漿參數和離子能量分佈（IED或IEDF）進行原位、非侵入式且即時的監測。被即時監測的電漿參數和IED能夠使半導體工具製造商以及製程工程師們改善系統的蝕刻或沉積性能。精確的離子能量控制有助於針對沉積膜或蝕刻各向異性特徵的程式控制。新興領域比如原子層蝕刻（ALE）也需要對離子能量的精確控制，以依照理想的ALE製程來避免亞表面缺陷。在沉積的情況下，還可以透過改變離子能量來至少部分地控制各種膜特性比如應力、折射率和密度。
現有的監測電漿參數以及IED的方法已經提出了離子能量的建模方法，並且選定的方法已經嘗試匯出電漿參數。例如，一種方法結合了鞘層模型和透過使用與電漿接觸的侵入式感測器的電漿參數匯出。然而，侵入式感測器固有地幹擾電漿，並且在計量過程中引入並不希望得到的複雜性。這種感測器不使用電絕緣或非絕緣電極操作。其他方法實現了在RF循環的某些點處提取所選電漿參數的方法。然而，這種方法通常基於離子電流提取，而不是基於已知的電漿參數。一些方法還需要非絕緣電極。沒有任何方法考慮實現一種能夠獲得非侵入式且即時的測量並匯出未知的電漿參數以控制蝕刻或沉積工具的各個子系統的感測器。
本公開描述了一種即時估計IED以及附加的電漿特性比如主體電漿密度和電子溫度的非侵入式方法。這些是正確使用時可以提高蝕刻和沉積製程的準確性的關鍵參數。
在各種配置中，RF V/I測量感測器位於室的輸入端或匹配後。如果感測器代表相同的電氣節點，則它可以被封裝在匹配中或其他系統部件中。隨後，在加工處理器或模組中處理所捕獲的資料。雖然存在用於確定電漿特性的其他方法，但本公開考慮了一種非侵入式感測器，該非侵入式感測器提供了優於傳統的侵入式測量技術的益處。其他非侵入式方法依賴於光學測量，這些測量無法包括在生產室中且具有有限的資料速率而不可用或不可行。這種非侵入式方法通常是實驗性的，並且最多可用於校準，但不能用於生產處理。
由本公開的系統產生的訊號代表鞘層-電漿介面處的電漿密度、離子能量、電子溫度、離子能量分佈或離子速度中的一個或多個。這些訊號中的每一個可以用於控制電漿產生系統的各個方面，例如源產生器和偏置產生器。例如，電漿密度參數被用於控制源功率，並且來自IEDF的離子能量峰值被用於控制偏置功率。這些參數提供了對過程的動態和演變的額外瞭解。
圖1描繪了電感耦合電漿（Inductively Coupled Plasma，縮寫為ICP）系統110的表示。ICP系統110包括非線性負載，諸如用於產生電漿114的反應器、電漿反應器或電漿室112（其將在本文中可互換地提及）。電壓和電流形式的功率經由一對線圈（包括線圈元件，該線圈元件在各種實施例中包括內部線圈116和外部線圈118）被施加到電漿室112。功率經由RF發電機或電源120被施加到內部線圈116，並且功率經由RF發電機或電源122被施加到外部線圈118。線圈116和118被安裝到電介質窗124，該電介質窗124有助於將電力耦合到電漿室112。基板在電漿室112中起到電極126的作用，並且通常形成作為電漿操作的對象的工件。RF發電機、電源或電源128（這些術語在本文中可互換地使用）經由電極126將功率施加到電漿室112。在各種配置中，電源120、122提供源電壓或電流，以點燃或產生電漿114或者控制電漿密度。此外，在各種配置中，電源128提供用於對離子進行調製以控制電漿114的離子能量或離子密度的偏置電壓或電流。在各種實施例中，電源120、122被鎖定在以固定或變化的相對相位在相同的頻率、電壓和電流下工作。在各種其他實施例中，電源120、122可以在不同的頻率、電壓和電流以及相對相位下工作。
圖2描繪了電容耦合電漿（Capacitively coupled plasma，縮寫為CCP）系統210的表示。CCP系統210包括用於產生電漿214的電漿室212。放置在電漿室212內的一對電極216、218被連接到相應的DC 或RF發電機或者電源220、222。在各種實施例中，電源220提供源電壓或電流，以點燃或產生電漿214或者控制電漿密度。在各種實施例中，電源222提供偏置電壓或電流，該偏置電壓或電流對電漿中的離子進行調製，以控制電漿214的離子能量和/或離子密度。在各種RF實施例中，電源220、222在電源諧波相關時在相對相位下工作。在各種其他實施例中，電源220、222以固定或變化的相對相位在不同的頻率、電壓和電流下工作。此外，在各種實施例中，電源220、222可以連接到相同的電極，而對電極被連接到地或者被連接到又一個第三DC 或RF發電機（未示出）。
圖3描繪了雙功率輸入電漿系統310的一般表示的截面圖。電漿產生系統310包括電漿室，該電漿室起到被連接到接地314的第一電極312和與第一電極312間隔開的第二電極316的作用。第一DC 或RF第一電源318產生以第一頻率 施加到第二電極316的第一RF功率。第二電源320產生施加到第二電極316的第二DC 或RF功率。在各種實施例中，第二電源320在第二頻率 下工作，其中 是第一電源318的頻率的第n次諧波頻率。在各種其他實施例中，第二電源320在一頻率（其不是第一電源318的頻率的倍數）下工作。
各個電源318、320的協調操作的結果是產生並控制電漿322。如圖3中的示意圖所示，電漿322形成在電漿室324的不對稱鞘層330內。鞘層330包括接地或接地鞘層332以及供電鞘層334。鞘層通常被描述為圍繞電漿322的電荷耗盡區。如圖3中的示意圖所示，接地鞘層332具有相對較大的表面積326。供電鞘層334具有相對較小的表面積328。因為每個鞘層332、334在導電電漿322與相應電極312、316之間起到電介質的作用，所以每個鞘層332和334在電漿322與相應電極312、316之間形成電容。
圖4描繪了RF產生器或電源系統410。電源系統410包括一對射頻（RF）產生器或電源412a、412b、匹配網路418a、118b以及可以是電漿室和處理室等的、諸如非線性負載的負載432。在各種實施例中，RF產生器412a被稱為源RF產生器或電源，並且匹配網路418a被稱為源匹配網路。此外，在各種實施例中，RF產生器412b被稱為偏置RF產生器或電源，並且匹配網路418b被稱為偏置匹配網路。將理解，可以使用不帶字母下標或撇號的圖式標記單獨或集體地引用部件。
在各種實施例中，源RF產生器412a從匹配網路418b、產生器412b接收控制訊號430，或者從偏置RF產生器412b接收控制訊號430'。如將更詳細說明的，控制訊號430或430'表示指示偏置RF產生器412b的一個或多個操作特性或參數的、給源RF產生器412a的輸入訊號。在各種實施例中，同步偏置偵測器434感測從匹配網路418b輸出到負載432的RF訊號並且將同步或觸發訊號430輸出到源RF產生器412a。在各種實施例中，可以將同步或觸發訊號430'，而不是觸發訊號430，從偏置RF產生器412b輸出到源RF產生器412a。觸發或同步訊號430、430'之間的差別可以產生於匹配網路418b的影響，這能夠調整到匹配網路的輸入訊號與來自匹配網路的輸出訊號之間的相位。訊號430、430'包括關於偏置RF產生器412b的操作的資訊，在各種實施例中，該資訊使得實現預測響應性以解決由偏置RF產生器412b引起的負載432的阻抗中的週期性波動。當控制訊號430或430'不存在時，RF產生器412a、412b自主操作。
RF產生器412a、412b包括各自的RF電源或放大器414a、414b、RF感測器416a、416b、以及處理器、控制器或控制模組420a、420b。RF電源414a、414b產生被輸出到各自的感測器416a、416b的各自的RF功率訊號422a、422b。感測器416a、416b接收RF電源414a、414b的輸出並且產生各自的RF功率訊號 和 。感測器416a、416b也輸出依照從負載432感測到的各種參數而變化的訊號。儘管在各個RF產生器412a、412b內示出感測器416a、416b，但是RF感測器416a、416b可以設置在RF發電機412a、412b外部。這種外部感測可以發生在RF產生器的輸出處、在設置在RF產生器與負載之間的阻抗匹配裝置的輸入處或者在阻抗匹配裝置的輸出（包括在阻抗匹配裝置內）與負載之間。
感測器416a、416b偵測各種操作參數並且輸出訊號X和Y。感測器416a、416b可以包括電壓感測器、電流感測器和/或定向耦合器感測器。感測器416a、416b可以偵測（i）電壓V和電流I和/或（ii）從各個功率放大器414a、414b和/或RF產生器412a、412b輸出的正向功率 和從各個匹配網路418a、418b或連接到各個感測器416a、416b的負載432接收的反向或反射功率 。電壓V、電流I、正向功率 和反向功率 可以是與各個電源414a、414b相關聯的實際電壓、電流、正向功率和反向功率的縮放、濾波或縮放且濾波的版本。感測器416a、416b可以是類比或數位感測器或其組合。在數位實現中，感測器416a、416b可以包括模數（A/D）轉換器和具有對應的采樣率的訊號采樣部件。訊號X和Y可以代表電壓V和電流I或正向（或源）功率 、反向（或反射）功率 中的任何一個。
感測器416a、416b產生由各個控制器或功率控制模組420a、420b接收的感測器訊號X、Y。功率控制模組420a、420b處理各個X、Y訊號424a、426a和424b、426b並且產生一個或多個前饋或回饋控制訊號428a、428b給各個電源414a、414b。電源414a、414b基於接收到的一個或多個回饋或前饋控制訊號調整RF功率訊號422a、422b。在各種實施例中，功率控制模組420a、420b可以經由各自的控制訊號421a、421b分別控制匹配網路418a、418b。功率控制模組420a、420b可以至少包括比例積分微分（PID）控制器或其子集和/或直接數位合成（DDS）部件和/或下文結合模組描述的各種部件中的任何部件。
在各種實施例中，功率控制模組420a、420b是PID控制器或其子集並且可以包括功能、過程、處理器或子模組。控制訊號428a、428b可以是驅動訊號並且可以包括DC偏移或軌道電壓、電壓或電流幅度、頻率和相位分量。在各種實施例中，回饋控制訊號428a、428b可以被用作對一個或多個控制回路的輸入。在各種實施例中，多個控制回路可以包括用於RF驅動和用於軌道電壓的比例-積分-微分（PID）控制回路。在各種實施例中，可以在多輸入多輸出（MIMO）控制方案中使用控制訊號428a、428b。可以參考2020年1月28日發佈、題為“Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Load(脈衝雙向射頻源/負載)”並且轉讓給本申請的受讓人且透過引用併入本文的美國專利第10,546,724號找到MIMO控制方案的示例。在其它實施例中，訊號428a、428b可以提供如轉讓給本申請的受讓人並且透過引用併入本文的美國專利第10,049,857號中描述的前饋控制。
在各種實施例中，電源系統410可以包括控制器420'。控制器420'可以設置在RF產生器412a、412b中的一個或兩個的外部，並且可以被稱為外部或公共控制器420'。在各種實施例中，控制器420'可以實現本文關於控制器420a、420b中的一個或兩個描述的一個或多個功能、過程或演算法。因此，控制器420'經由使得能夠在控制器420'與RF產生器412a、412b之間適當地交換資料和控制訊號的、一對相應的鏈路436、438與各個RF產生器412a、412b通信。對於各種實施例，控制器420a、420b、420'可以與RF產生器412a、412b一起分佈式地且協作地提供分析和控制。在各種其他實施例中，控制器420'可以提供對RF產生器412a、412b的控制，消除了對各個本地控制器420a、420b的需要。
在各種實施例中，RF電源414a、感測器416a、控制器420a和匹配網路418a可以被稱為源RF電源414a、源感測器416a、源控制器420a和源匹配網路418a。類似地，在各種實施例中，RF電源414b、感測器416b、控制器420b和匹配網路418b可以被稱為偏置RF電源414b、偏置感測器416b、偏置控制器420b和偏置匹配網路418b。在各種實施例中並且如上所述，術語“源”指的是產生電漿的RF產生器，而術語“偏置”指的是調諧電漿離子能量分佈函數（IEDF）的RF產生器。在各種實施例中，源RF電源和偏置RF電源以不同的頻率工作。在各種實施例中，源RF電源以比偏置RF電源更高的頻率工作。在各種其他實施例中，源RF電源和偏置RF電源以相同的頻率或基本相同的頻率工作。
根據各種實施例，源RF產生器412a和偏置RF產生器412b包括用於外部通信的多個埠。源RF產生器412a包括脈衝同步輸出埠440、數字通信埠442和RF輸出埠444。偏置RF產生器412b包括RF輸入埠448、數字通信埠450和脈衝同步輸入埠452。脈衝同步輸出埠440將脈衝同步訊號456輸出到偏置RF產生器412b的脈衝同步輸入埠452。源RF產生器412a的數字通信埠442和偏置RF產生器412b的數字通信埠450經由數字通信鏈路457進行通信。RF輸出埠444產生輸入到RF輸入埠448的RF控制訊號458。在各種實施例中，RF控制訊號458與控制源RF產生器412a的RF控制訊號基本相同。在各種其他實施例中，RF控制訊號458與控制源RF產生器412a的RF控制訊號相同，但是依照由偏置RF產生器412b產生的請求的相移，在源RF產生器412a內被相移。因此，在各種實施例中，源RF產生器412a和偏置RF產生器412b由基本相同的RF控制訊號或者由被相移預定量的、基本相同的RF控制訊號驅動。
圖5描繪電壓對時間的曲線圖以描述用於將電力輸送到負載（例如，圖4的負載432）的脈衝操作模式。更具體地，圖2描繪了具有各自的多個狀態S1至S4以及S1至S3的脈衝訊號512的兩個多狀態脈衝P1、P2。在圖5中，RF訊號510由脈衝P1和P2調製。如在P1的狀態S1至S3以及P2的狀態S1至S2處所示，當脈衝開啟時，RF產生器412輸出RF訊號510，該RF訊號510具有由每個狀態下的脈衝幅值限定的幅度。相反，在P1的狀態S4以及P2的狀態S3期間，脈衝關閉，並且RF產生器412不輸出RF訊號510。脈衝P1、P2可以以恒定的占空比或可變的占空比來重複，並且每個脈衝P1、P2的狀態S1至S4可以具有相同或變化的幅度和寬度。此外，脈衝訊號512不需要如圖5中所示那樣被體現為矩形波。作為非限制性示例，脈衝訊號512可以是正方形形狀、矩形形狀、梯形形狀、三角形形狀或高斯形狀。更進一步，脈衝P1、P2可以具有幅度、持續時間和形狀不同的多個狀態S1、…、Sn。狀態S1、…、Sn可以在固定或可變的週期內重複。此外，如在圖5中所示，RF訊號510以在狀態間或狀態內變化的頻率工作。
用於半導體製造的各種先進的電漿處理系統在膜的蝕刻和沉積期間要求原子級控制。為了提供必要的控制精度，需要瞭解重要的電漿參數的代表性回饋。透過改進的回饋，製程設計者可以更準確地控制執行器，以在蝕刻和沉積期間提供原子級控制。例如，在蝕刻應用中，透過將撞擊基板的離子的能量控制在幾個電子伏特（eV）以內，可以實現提高的準確性。目前的蝕刻工具通常提供理想地指示離子能量的偏置電壓測量，但本系統不提供偏置電壓與離子能量之間的足夠強的相關性。
圖6示出了離子能量（eV）對離子能量分佈（IED）的長條圖曲線610。長條圖612具有低能量峰值614、高能量峰值616和波谷區618。典型的偏置電壓620指示特定能量的離子正在撞擊晶片。然而，離子能量的分佈指示大多數離子以更高和更低的能量撞擊基板，如以低能量峰值614和高能量峰值616所示。本公開涉及在各種配置中控制低能量峰值614和高能量峰值616的位置或提供單個的單能量峰值。
在各種配置中，電漿室的數學模型可被用於確定圖6的長條圖和確定圖6的長條圖的電氣參數。鞘層電勢可以用微分表示，其中該微分的積分提供鞘層電勢電壓 。鞘層電壓或鞘層電勢的時間相關微分被描述在等式（1）中： （1） 其中， 是暫態鞘層電流； 是自由空間的介電常數，也在上文中定義； 是電極放電錶面積，也在上文中定義； 是電子電荷，也在上文中定義； 是玻爾茲曼常數； 是電漿密度； 是電子溫度； 是離子質量； 是電子質量； 是暫態離子電勢；並且 是暫態鞘層電勢。 此外， 是鞘層電場偏微分，並且被描述在等式（2）中： （2） 鞘層電場 被描述在等式（3）中： （3） 此外， 是鞘層電場的偏微分，被描述在等式（4）中： （4） 離子電勢的時間微分 被描述在等式（5）中： （5） 由歐姆和隨機加熱 引起的電阻被描述在等式（6）中： （6） 其中： 是電子中性離子截面；並且 是活性電漿的長度（高度）。 電子慣性 被描述在等式（7）中： （7）
圖7示出表示電漿室內電氣鞘層的電氣模型的部件的電氣電路710。電氣電路710包括連接到電漿室的電極（例如，圖1至圖3的電極126、218、316）的第一節點712。電極處的電壓由 指示。電氣電路710包括表示電漿的電壓 的第二節點714。電漿電流 表示流過電漿鞘層的電流，如本文中所述。電漿鞘層716進一步由三個部件表示，包括二極體718、電流源720和電容器722。鞘層電勢 指示電漿鞘層716兩端的電壓或電勢。電子電流 流過二極體718。類似地，離子電流 流過電流源720。此外，位移電流 流過電容器722。電阻器724表示歐姆和化學計量加熱對電漿的影響，並且被建模為 。電感器726表示電子慣性，並且被建模為 。
依照上述等式（1）至（7），可以確定圖7的各種部件的電氣特性。例如，進入第一節點712的電漿電流 被描述在等式（8）中： （8） 透過電流源720的離子電流 被描述在等式（9）中： （9） 透過二極體718的電子電流 被描述在等式（10）中： （10） 鞘層位移電流 被描述在等式（11）中： （11）
圖8A和圖8B示出針對圖7的電氣表示的所選值的波形。圖7的波形812示出圖7的電氣表示的鞘層電勢或鞘層電壓。波形812表示等式（1）的積分，該積分必須反覆運算求解，因為針對等式（1）不存在封閉解。圖8B示出圖7的鞘層716的分量電流。波形814示出離子電流 ；波形816示出電子電流 ；並且波形818示出位移電流 。
圖9示出電漿產生系統910，該電漿產生系統910將被用於進一步描述本公開的非侵入式感測器。圖9包括其中產生了主體電漿914的電漿室912。透過以預定功率和頻率施加源功率，主體電漿被點燃。此外，透過以預定功率和頻率施加偏置功率，可以控制穿越鞘層946的離子的離子能量，用以將離子引導到晶片948上，以便在晶片948上製造半導體器件。可由偏置功率控制的一個參數是撞擊在基板上的離子的能量。該離子能量通常由被稱為IED的分佈來表示。
透過施加由RF產生器916輸出的功率來產生主體電漿914。RF功率經由傳輸線918被施加到匹配網路920。匹配網路920在RF產生器916與電漿室912之間提供阻抗匹配，該阻抗匹配充當RF產生器916的負載。匹配網路920的輸出被施加到天線922，並且天線922的激勵經由電介質窗924將功率施加到電漿室912的內部。RF產生器916可以被稱為源RF電源，因為由RF源產生器提供的功率點燃主體電漿914。來自RF產生器916的電力經由天線922被耦合到電漿室912。因此，天線922在RF產生器916與電漿室912之間提供電感耦合，並且該連接被稱為電感耦合電漿（ICP）。
第二RF產生器930經由傳輸線932和匹配網路934將RF功率提供到電漿室912。傳輸線932和匹配網路934與相應的傳輸線918和匹配網路920類似地操作。來自匹配網路934的輸出被施加到用於支撐工件或晶片（未示出）的電極936。RF產生器930將偏置RF功率提供到供電電極（例如，圖2和圖3中相應的220、222、316），以便控制離子電壓或離子電勢以及相關的IED，從而將離子引導到晶片948上。由於由RF產生器930輸出的RF功率經由電極936被施加到電漿室912，因此這種佈置被稱為電容耦合電漿（CCP）。
主體電漿914被包括多個部分的鞘層940包圍。鞘層940包括天線鞘層942，該天線鞘層942被示出在主體電漿914與電介質窗924之間的主體電漿914的頂部處。壁鞘層944a、944b界定主體電漿914與電漿室912的外壁之間的電漿914的側面和底部。供電鞘層或電極鞘層946位於主體電漿914與晶片948之間。參考圖7，單個部件比如部件942、944a、944b和946中的一個可以如圖7所示那樣電氣表示。
圖10示出提供圖9的電漿產生系統910的一部分的電氣表示的電路1010。來自圖9的類似部件將在圖10中使用以“10”而不是“9”開頭的圖式標記表示。電路1010包括用於將RF功率訊號提供到傳輸線1032和匹配網路1034的RF產生器1030。如圖10中所示，RF產生器1030將偏置訊號提供到電極或靜電卡盤1036。靜電卡盤1036連接到供電鞘層或電極鞘層946。電極鞘層946被配置為類似於圖7的電氣電路710，但應當理解，分量值可以針對模型的元件的每個表示而不同。電極鞘層946連接到主體電漿1014。在圖10中，圖9的壁鞘層944被配置為類似於圖7的電氣電路710。壁1012連接到接地，並且還連接到壁鞘層944。壁鞘層944連接到主體電漿1014。
圖11示出了RF電漿產生系統1111的一部分的另一表示。RF電漿產生系統1111包括一對RF發電機1130a、1130b，它們被實現為一對偏置RF發電機。RF發電機1130a實現用於提供高頻偏置功率的高頻RF發電機，而RF發電機1130b實現用於提供低頻偏置功率的低頻RF發電機。依照各種設計考慮，可以操作相應的RF發電機1130a、1130b以提供期望的離子電勢以及相應的IED。每個RF發電機1130a、1130b將RF功率輸出到相應的傳輸線1132a、1132b。來自各個傳輸線1132a、1132b的輸出被輸入到匹配網路1134。匹配網路1134組合各個RF功率並將訊號輸出到V/I感測器1150，該V/I感測器可以被實現為上述感測器中的任何一個，包括定向耦合器。此外，在各種配置中，感測器1150可以設置在圖11中的不同位置處，使得感測器1150偵測預選參數，從中可以構建電漿的模型。感測器1150輸出依照電漿的狀態而變化的感測值。來自V/I感測器1150的輸出被施加到靜電卡盤1136，該靜電卡盤被表示為一對電容器，包括串聯電容器 和並聯電容器 。串聯電容器 連接到供電或電極鞘層，被表示為1136。用於連接靜電卡盤1136與供電或電極鞘層1146的節點處的電勢被表示為 。供電或電極鞘層1146連接到壁鞘層1144，並且供電或電極鞘層1146與壁鞘層1144之間的節點被表示為電勢 。壁鞘層1144還在具有壁電勢 的波形處經由電容器1152連接到接地。流過供電或電極鞘層1146、壁鞘層1144和電容器1152的電流被表示為 。
雖然圖11示出了一對鞘層電壓或鞘層電勢，但將認識到，可以用一個或多個鞘層電勢來構建模型。模型中更多的鞘層電勢可以改善模型的準確性，但在計算模型時需要額外的計算開銷。
圖12示出了用於RF發電系統（例如，以上描述的RF發電系統中的一個或多個）的電漿控制系統或控制系統1210。在各種配置中，控制系統1210可以被配置為控制圖11的RF發電機1130a、1130b。在各種其他配置中，圖12的控制系統1210可以被配置為控制單個、一對或多個RF發電機，這些RF發電機產生一個或多個用於電漿室的程式控制的RF功率訊號。在各種其他配置中，控制器RF產生器可以是偏置RF產生器，控制系統1210可以被配置為控制以ICP配置或CCP配置被連接到電漿系統的RF發電機。
控制系統1210包括RF產生器控制模組或RF產生器頻率和功率控制模組1212，該控制模組輸出控制訊號以控制一個或多個待控制的RF產生器的功率、頻率和相位中的一個或多個。由受控的RF發電機輸出的RF功率訊號經由感測器（例如，如以上描述的V/I感測器或定向耦合器）被偵測。感測器1150輸出依照電漿的狀態而變化的感測值。感測器的輸出被輸入到資料幀模組1214，該資料幀模組以預定的采樣頻率對來自感測器的輸出進行采樣。因此，資料幀模組1214提供用於測量電壓和電流的資料處理方案。
資料幀模組1214將采樣資料輸出到插值模組1216。插值模組1216接收采樣資料並且在采樣點之間產生中間資料點，以便為電漿的建模操作提供足夠的解決方案。在各種配置中，電壓和電流測量值可以被插值以針對模型非線性進行調整。此外，在各種配置中，資料的塊處理（例如，對於幾個RF循環）允許鞘層模型的頻域插值和積分，以使系統能夠穩定。雖然在某些配置中，插值可能會使端點失真，但是可以透過從每個塊的一端或兩端丟棄RF循環來對端點失真進行調整。插值資料被輸出到模型評估模組1222。
模型評估模組1222接收采樣資料並且還接收一個或多個預選值的初始估計值，例如 和 。模型評估模組1222執行計算以對電漿系統的選定部分的行為進行建模，例如依照上面的等式（1）至（7）。在各種配置中，模型評估模組1222實現了提取基本電漿特性（例如，電漿密度 和電子溫度 ）的方法。可以實現非線性回歸或系統識別方法（該方法的非限制性示例包括牛頓-拉夫森法（Newton-Raphson）或正割法回歸方法），以在RF循環內的給定時間處找到三個非線性方程的根。這些方程是從鞘層模型匯出的，並且是依賴於待找到的未知量 和 的函數。也可以實現其他的非線性擬合方案。
模型評估模組1222向模型集成模組1226輸出各種模型參數。模型評估模組1222還從優化模組1228處接收輸入。優化模組1228從模型集成模組1226接收回饋，並比較各種參數的值，並且確定在以初始估計值1224進行初始化之後，預選參數（例如， 和 ）是否已被正確選擇，或者是否應被調整以改善該模型的優化。經調整的預選參數（例如， 和 ）被回饋到模型評估模組1222。由感測器測量的值以及從鞘層模型的集成匯出的其他參數用於評估構成該模型的一組方程。在RF循環內搜索這些資料點的過程是透過偵測例如鞘層電勢和電流波形的某些特徵時間段內的過零點或最小/最大值來執行的。
模型集成模組1226集成該模組的選定參數，以提高其準確性。模型集成模組1226將集成參數或集成模型值輸出到IEDF評估模組1230。反覆運算過程連續地集成鞘層模型，執行牛頓法或正割法以找到未知的電漿參數（ ），並且將新計算出的電漿參數提供給鞘層模型1220，用於可包括多個RF循環的資料塊。該過程針對同一資料塊而重複，直到未知的電漿參數收斂到預選公差內為止。鞘層模型的最後一次集成包含將被用於IEDF計算和一般參數提取的波形。可以對每個資料塊或選定的資料塊執行該反覆運算。在各種配置中，所選擇的值組合可能會導致數學模型提供不期望的結果，包括無限、被零除或複數值。因此，可以建立一個應對這些情況的過程。
除其他值外，模型集成模組1226輸出有效離子電勢或有效離子電壓，它們代表以阻尼正弦波形呈現的鞘層電勢。IEDF評估模組1230接收建模資料，並且依照建模資料產生輸出值或訊號。在一種配置中，IEDF評估模組1230輸出長條圖，該長條圖用於指示在被建模的電漿的IEDF，例如在圖6和圖14中所示。在這種情況下，由IEDF評估模組1230輸出的IEDF可以基於由模型集成模組1226輸出的有效離子電勢訊號。IEDF評估模組1230將IEDF輸出到IEDF控制器模組1232。IEDF控制器模組1232產生用於控制RF發電機或待控制的RF發電機的功率、頻率和相位中的一個或多個以改變IEDF的訊號。
如圖12中所示，來自IEDF控制器模組1232的輸出被回饋到RF頻率和功率控制模組1212。用於控制由IEDF控制器模組1232輸出的RF發電機的功率、頻率和相位中的一個或多個的訊號可以是RF產生器頻率和功率控制模組1212在其上產生執行器訊號的命令訊號，或者在各種配置中可以是直接執行器訊號。
在各種配置中，控制方法可以依賴於匯出的參數（例如， 和IEDF）或其他參數來控制蝕刻/沉積工具的特定系統或子系統。例如，電漿密度 在很大程度上由ICP系統中的源功率來決定。因此，當系統在過程循環中老化時，可以控制ICP RF源功率以在處理期間維持給定 。在CCP系統中，在雙頻產生器配置中，電漿密度主要受高頻產生器功率的影響，因此可以使用 來控制該功率。IEDF峰值可用於透過控制連續波或脈衝RF產生器或脈衝DC產生器的偏置RF功率來維持給定的離子能量。也可以透過控制一個或多個RF產生器的功率、頻率和/或相位以及脈衝或者透過對脈衝DC波形進行整形來調整IEDF的特徵形狀。來自IEDF控制器模組1232的輸出提供了即時回饋以有助於該控制方案。
雖然圖12的以上描述描述了由IEDF控制器模組1232產生控制訊號，但在各種配置中，RF產生器頻率和功率控制模組1212可以被配置為依照來自模型集成模組1226或IEDF評估模組1230的一個或兩個輸出來產生功率、頻率和相位控制中的一個或者多個。因此，由模型集成模組1226輸出的有效離子電勢訊號可以被回饋到RF產生器頻率和功率控制模組1212。類似地，由IEDF評估模組1230輸出的IEDF也可以被回饋到RF產生器頻率和功率控制模組1212。因此，圖12的控制系統1210透過將依照模型操作而輸出的一個或多個訊號回饋給RF產生器頻率和功率控制模組1212，來提供用於控制RF發電機的多個選項。
以上描述的圖12的模組被示出為執行電漿控制過程的離散部分。然而，應當理解，以上描述的控制系統1210的模組可以如圖所示被離散地實現，或者可以在控制系統1210和底層電漿控制系統的一個或多個控制模組、功能和處理器中被集體地或分佈地組合，如圖4中所示。類似地，電漿控制系統的子系統可以集體地或分佈地實現。因此，圖12中描述的控制系統1210可以被實現為非侵入式地感測離子電勢的離子能量，並且對IEDF建模以控制RF發電機。例如，本文中所描述的偏置RF產生器（例如，至少在圖4中所示）可以控制到非侵入式感測器和模型，以產生離子能量或離子電勢以及IEDF。
在各種配置中，圖12的控制系統1210可以包括RF頻率和功率控制模組1212，該模組產生執行器的控制訊號或執行器訊號，以改變一個或多個RF產生器的輸出，例如上文關於圖4所描述的偏置RF產生器或圖11的RF產生器1130a、1130b。在各種非限制性示例中，來自一個或多個RF產生器的輸出可以包括輸出訊號，例如正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號或分段線性訊號。在各種其他配置中，來自一個或多個RF產生器的輸出訊號可以具有複雜的形狀，包括窄脈衝電壓峰值之後的電壓上的斜降，其示例可以參考2001年3月13日發佈、題為“Method and Apparatus for Plasma Processing with Control of Ion Energy Distribution at the Substrates（控制基板上離子能量分佈的電漿處理的方法和裝置）”、透過引用併入本文的美國專利第6,201,208號找到。在各種其他配置中，來自一個或多個RF產生器的輸出可以在每個循環之間具有任意形狀變量。在其他各種配置中，輸出訊號可以是週期性的或非週期性的。因此，在各種非限制性示例中，上文關於圖4所描述的RF產生器可以實現被配置為產生以上描述的波形中的任何一個的直接數字合成器（DDS）。
在各種配置中，RF產生器頻率和功率控制模組1212可以被配置為控制一個或多個偏置RF產生器，例如圖11的一個或一對RF產生器1130a、1130b。在一個非限制性示例中，例如當控制模組1212控制一對偏置RF產生器時，這對RF產生器可以是諧波和相位相關的一個或兩個。在各種其他配置中，RF產生器頻率和功率控制模組1212可以產生執行器控制訊號或執行器訊號，以使用上文關於圖5所描述的脈衝來調製上述的輸出訊號。在各種實施例中，如圖5中所示，脈衝訊號可以被體現為方波或矩形波。作為非限制性示例，脈衝訊號可以是梯形形狀、三角形形狀或高斯形狀。更進一步，如以上所描述的，調製訊號可以具有脈衝P1、P2，這些脈衝包括幅度、持續時間和形狀不同的多個狀態S1、…、Sn。狀態S1、…、Sn可以在固定或可變的週期內重複。此外，如上文關於圖5所描述的，輸出訊號可以具有在狀態間或狀態內變化的可變頻率、幅度或形狀。
在各種配置中，電漿控制系統或控制系統1210可以產生描述電漿或電氣參數的訊號，這些訊號用於控制電漿產生系統中的其他產生器，例如可被稱為源RF產生器的RF產生器412a。在各種配置中，RF產生器412a可以在消隱或幅度調製模式下工作，其中在偏置電壓循環的選定區期間施加不同的源電壓。在一個非限制性示例中，在預定區中，例如偏置電壓的負循環，RF產生器412a被啟動以輸出預定電壓。在偏置電壓循環的預定區以外的時段期間，由RF產生器412a輸出的電壓可以被減小或截止（消隱），從而減小在偏置循環的相應區中施加的源功率。可以參考2021年10月26日發佈、題為“High Speed Synchronization of Plasma Source/Bias Power Delivery（電漿源/偏置功率輸送的高速同步）”、已經轉讓給本申請的受讓人並且透過引用併入本文的美國專利第11,158,488號找到這種應用的示例。
圖13A、圖13B、圖13C、圖13D示出了示例性電漿控制系統（例如，控制系統1210）的波形。圖13A包括多個波形1310的曲線圖。波形1310示出了相對於時間的電壓測量。波形包括RF電壓 1312，例如可以由RF發電機輸出。在各種配置中，RF發電機可以是一個或多個偏置RF產生器。一個或多個偏置RF產生器輸出RF電壓1312。在各種配置中，RF電壓1312可以由單個RF產生器產生，或者可以表示由感測器（例如，V/I感測器或定向耦合器）測量到的、多個RF產生器的複合輸出。波形1314示出了電極電壓 以及靜電卡盤電壓 。在特定示例中，電極電壓 和靜電卡盤電壓 基本上相同，並且因此，僅示出了一個波形1314。波形1316示出了離子能量或離子電壓或離子電勢，並且可以被稱為有效離子電勢 。波形1318示出了電漿電壓 。
在圖13B和圖13C中，波形1320與圖13A的波形1310相對應地指示相對於時間的電流值。圖13C示出了圖13B的波形的單個循環的放大視圖。波形包括由RF發電機輸出的RF電流波形 1322。如以上所描述的，在各種配置中，RF發電機可以是一個或多個偏置RF產生器。一個或多個偏置RF產生器輸出RF電流波形1322。在各種配置中，RF電流波形1322可以由單個RF產生器產生，或者可以表示由感測器（例如，V/I感測器或定向耦合器）測量到的、多個RF產生器的複合輸出。波形1324是電漿電流 。波形1326是靜電卡盤電流 。波形1328是離子電流 。波形1330是位移電流 。波形1324（電漿電流 ）是單個波形1326（電子電流 ）、1328（離子電流 ）和1330（位移電流 ）的合成。
在圖13D中，波形1340示出了所選參數的微分。特別地，波形1342示出了供電電極或靜電卡盤電勢的微分 。類似地，波形1344示出了電漿鞘層電勢的微分 。應注意，當模型參數（例如， 和 ）被模型正確地確定或擬合時，波形具有基本上相同的特徵。
圖14示出了長條圖1410，其繪出了離子能量與特定離子能量發生概率的曲線，從而定義了IEDF。圖14的長條圖1410包括低能量峰值1412和高能量峰值1414。圖14的長條圖1410可以使用圖13A的鞘層電勢波形1316來產生。因此，透過採用產生有效離子電勢的模型，定義電漿的離子電勢或離子能量，可以形成如圖14中所示的長條圖。此外，透過對有效離子電勢進行建模，可以確定長條圖中的現有能量峰值。此外，透過調整各種控制參數比如RF發電機（例如偏置RF發電機）的功率、頻率或相位，可以確定IEDF的峰值的位置，或者可以產生單能量峰值。
圖15結合了圖1至圖14的各種部件。控制模組1510包括發電模組1512和感測器/模型模組1546。發電模組1512包括幅度控制模組1514，該幅度控制模組進一步包括幅度調整模組1520和幅度更新模組1522。發電模組1512包括頻率控制模組1516，該頻率控制模組進一步包括頻率調整模組1524和頻率更新模組1526。控制模組1510還包括感測器/模型模組1540。感測器/模型模組1540包括感測器模組1542、模型/測試模型1544和參數產生模組1546。在各種實施例中，控制模組1510包括一個或多個處理器，該一個或多個處理器用於執行與模組部分或模組1510、1512、1514、1516、1520、1522、1524、1526、1530、1532、1440、1534和1536相關聯的代碼。下面關於圖16的方法描述模組部分或模組1510、1512、1514、1516、1520、1522、1524、1526、1530、1532、1534和1536的操作。
對於本文所描述的模組或控制器的進一步定義的結構，參見以下提供的圖16的流程圖和以下提供的術語“模組”的定義。本文公開的系統可以使用本文中圖示出的多種方法、示例和各種控制系統方法來操作。儘管主要關於本文所描述的實施方式描述了以下操作，但是可以容易地修改這些操作以應用於本公開的其他實施方式。可以反覆運算地進行這些操作。儘管以下操作被示出且被主要描述為順序地進行，但是一個或多個以下操作可以在進行一個或多個其他操作的同時進行。
圖16示出了用於執行例如以上描述的功率輸送系統的電漿控制的控制系統1610的流程圖。控制開始於步驟1612，該步驟1612對用於實施該過程的變量進行初始化。控制前進到步驟1614，該步驟1614測量如以上所描述的電氣參數。在步驟1616處，一個或多個參數可以基於測量到的電氣參數被插值，儘管這種插值依賴於設計而且可能不是必需的。因此，在各種配置中，可以省略步驟1616。控制進行到步驟1618，其中將模型應用於一個或多個測量到的並且被插值後的參數。作為非限制性示例，除其他參數外，步驟1618可以確定指示穿透電漿鞘層的離子的離子能量或離子電勢的有效離子電勢。從一段時間內的有效離子電勢中，可以確定出IEDF，例如在步驟1620中。從在步驟1620處產生的電漿參數中，可以確定並控制RF發電機控制命令，以便控制RF發電機。控制進行到步驟1624，該步驟1624確定控制循環是否完成。如果控制循環未完成，則完全控制返回到步驟1614。如果控制循環完成，則該過程結束於步驟1626。
在步驟1630處，將模型值與測量值進行比較以確定該模型的準確性。基於比較，在步驟1634處確定是否調整模型。如果不需要調整模型，則控制返回到步驟1630。如果在步驟1634處確定了調整模型，則控制進行到步驟1636，該步驟1636透過使用以上描述的方法來調整各種模型參數以優化模型。在步驟1638處，更新後的電氣參數或電漿參數被插入到模型中。在步驟1638之後，控制返回到步驟1630。
在一個應用中，從以上描述的模型中輸出的各種參數可被用於控制將相應的第一和第二功率應用到圖3的第二電極316以產生具有電子密度 的電漿322。在多個RF頻率諧波相關的此類應用中，可以示出，鞘層厚度可以得到控制，並因此離子能量或電勢可以得到控制。作為時間函數的鞘層厚度被示出在等式（12）中： （12） 其中： 是多頻率系統的基頻 的諧波；並且 是頻率之間的相對相位，其中定義了 。 每個鞘層振盪分量的幅度被定義在等式（13）中： （13） 其中: 是與 相關的驅動電流； 是電子密度； 是電極放電面積；並且 是電子電荷。
等式（1）和（2）表明，鞘層的厚度依照在等式（12）的情況下 之間的相對相位和在等式（13）的情況下由 表徵的施加功率而變化。就IEDF而言，所施加的功率有時被稱為相對幅度變量或寬度，而相對相位 有時被稱作相對相位變量或偏斜。
關於以下關於等式（14）所描述的時間相關的鞘層電壓或鞘層電勢，可以找到表徵鞘層的有用特性： （14） 其中： 是自由空間的介電常數，並且 和 如上所述。
從上面的等式（12）至（14）可以看出，鞘層的厚度隨著偏置電源的頻率函數而變化。由於供電鞘層334的表面積328導致電漿322與電極316之間的電容變化，因此依照等式（12）的鞘層厚度變化導致鞘層電容上的變化。鞘層電容上的變化導致相應的阻抗波動。相應的阻抗波動中斷來自源電源（例如，圖3的第二電源320）的正向功率的持續輸送。
本文所描述的系統和方法可以向控制系統和子系統提供有針對性的回饋，這些回饋影響在被測量的特定參數，而傳統系統用不準確的執行器補償變化。本文所描述的系統和方法即時提供了對過程的動態和演變的瞭解。本發明進一步提供了離子能量回饋，該離子能量回饋可被用於控制RF和直流發電機中的執行器以調整影響基板的離子能量。電漿密度和電子溫度回饋可被用於連貫地控制源產生器和偏置產生器，以達到所期望的處理結果。本文所描述的系統和方法進一步使得能夠實現了對典型的半導體RF頻率有效的即時電漿鞘層模型。此外，本文所描述的系統和方法實現了包括電漿鞘層在內的相關電氣元件的數學描述，以匯出各個節點處的節點電壓和電流關係。
在各種配置中，本文所描述的系統和方法控制IEDF形狀。在各種配置中，本文所描述的系統和方法響應於過程參數（例如，脈衝速率、直流電流、壓力、功率和氣流）而即時地確定過程參數的影響。在各種配置中，本文所描述的系統和方法可以是指紋系統。在各種配置中，本文所描述的系統和方法可以跟蹤系統老化和調節。在各種配置中，本文所描述的系統和方法控制與由本發明提供的參數直接相關的特定執行器。在各種配置中，本文所描述的系統和方法可以提供用於回饋或前饋控制的度量。例如，該度量可以包括有效離子電勢。
前面的描述本質上僅僅是說明性的，並且決不是為了限制本公開、其應用或用途。本公開的廣泛教導可以以各種形式來實現。因此，儘管本公開包括特定示例，但是由於在研究圖式、說明書和所附權利要求書後其他修改將變得明顯，因此本公開的真實範圍不應該如此受限制。在書面說明書和權利要求書中，在不改變本公開的原理的情況下，方法內的一個或多個步驟可以以不同順序（或同時）執行。類似地，在不改變本公開的原理的情況下，可以以不同的順序（或同時）執行存儲在非暫時性電腦可讀介質中的一個或多個指令。除非另有說明，否則對指令或方法步驟的編號或其他標記是為了便於參考，而不是指示固定的順序。
此外，儘管上面將每個實施例描述為具有某些特徵，但是關於本公開的任何實施例描述的那些特徵中的任何一個或多個可以被實現在任何其他實施例的特徵中和/或與任何其他實施例的特徵組合，即使沒有明確描述該組合。換句話說，所描述的實施例不是相互排斥的，並且一個或多個實施例相互之間的置換仍然在本公開的範圍內。
使用包括“連接”、“接合”、“耦合”、“相鄰”、“接近”、“在……之上、“在……正上方”、“在……之下”和“設置”的各種術語來描述元件之間（例如，模組、電路元件、半導體層等之間）的空間和功能關係。除非明確描述為“直接的”，否則當在上述公開中描述第一元件和第二元件之間的關係時，該關係可以是在第一元件和第二元件之間不存在其他介入元件的情況下的直接關係，但也可以是間接關係，其中在第一元件和第二元件之間存在一個或多個中間元件（空間或功能上）。
短語“A、B和C中的至少一個”應該被解釋為意指使用非排他性邏輯OR的邏輯（A或B或C），並且不應該被解釋為意指“A中的至少一個、B中的至少一個和C中的至少一個”。術語“集合”不一定排除空集，換句話說，在某些情況下，“集合”可以有零個元素。術語“非空集”可以用來表示排除空集，換句話說，非空集將總是有一個或多個元素。術語“子集”不一定需要適當的子集。換句話說，第一集合的“子集”可以與第一集合共延（等於第一集合）。此外，術語“子集”不一定排除空集，在某些情況下，“子集”可以有零個元素。
在圖中，由箭頭指示的箭號的方向通常展示了圖示中感興趣的資訊（例如，資料或指令）的流。例如，當元件A和元件B交換各種資訊但是從元件A傳輸到元件B的資訊與圖示相關時，箭號可能會從元件A指向元件B。這個單向箭頭並不意味著沒有其他資訊從元件B傳輸到元件A。此外，對於從元件A發送到元件B的資訊，元件B可以將對資訊的請求或資訊的接收確認發送給元件A。
在本申請中，包括以下定義，術語“模組”可以用術語“控制器”或術語“電路”代替。在本申請中，術語“控制器”可以用術語“模組”代替。術語“模組”可以指，是其一部分或包括：專用積體電路（ASIC）；數字、類比或混合類比/數字分立電路；數字、類比或混合類比/數字積體電路；組合邏輯電路；現場可程式設計閘陣列（FPGA）；執行代碼的處理器硬體（共用、專用或組）；存儲由處理器硬體執行的代碼的記憶體硬體（共用、專用或組）；提供所述功能的其他合適的硬體部件；或者，諸如在片上系統中的上述部件中的一些或全部的組合。
模組可以包括一個或多個介面電路。在一些示例中，介面電路可以實現連接到局域網（Local Area Network ，縮寫為LAN）或無線個人區域網（WPAN）的有線或無線介面。LAN的示例是電氣和電子工程師協會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，縮寫為IEEE）標準802.11-2020（也稱為WIFI無線網路標準）和IEEE標準802.3-2018（也稱為乙太網有線網路標準）。WPAN的示例是IEEE標準802.15.4（包括來自ZigBee聯盟的ZIGBEE標準）和來自藍牙特別興趣組（SIG）的藍牙無線網路標準（包括來自藍牙SIG的核心規範版本3.0、4.0、4.1、4.2、5.0和5.1）。
模組可以使用介面電路與其他模組通信。儘管在本公開中可能將模組描述為與其他模組直接進行邏輯通信，但是在各種實施方式中，模組實際上可以經由通信系統進行通信。通信系統包括諸如集線器、交換機、路由器和網關的物理和/或虛擬網路裝置。在一些實施方式中，通信系統連接到或穿越諸如互聯網的廣域網路（Wide Area Network，縮寫為WAN）。例如，通信系統可以包括使用包括多協定標籤交換（Multiprotocol Label Switching，縮寫為MPLS）和虛擬私人網路絡（Virtual Private Network，縮寫為VPN）的技術透過互聯網或點對點租用線路彼此連接的多個LAN。
在各種實施方式中，模組的功能可以被分佈在經由通信系統連接的多個模組當中。例如，多個模組可以實現由負載平衡系統分配的同一功能。在又一示例中，模組的功能可以被在伺服器（也稱為遠端或雲）模組與用戶端（或用戶）模組之間分割。例如，用戶端模組可以包括在用戶端裝置上執行並且與伺服器模組進行網路通信的本地或網路應用程式。
模組的部分或全部硬體特徵可以使用諸如IEEE標準1364-2005（通常稱為“Verilog”）和IEEE標準1076-2008（通常稱為“VHDL”）的、用於硬體描述的語言限定。硬體描述語言可以用於製造和/或程式設計硬體電路。在一些實施方式中，模組的一些或所有特徵可以由包含如下所述的代碼和硬體描述兩者的、諸如IEEE 1666-2005（通常稱為“SystemC”）的語言限定。
如上面所使用的，術語“代碼”可以包括軟體、韌體和/或微碼，也可以指程式、常式、函數、類、資料結構和/或對象。共用處理器硬體包含執行來自多個模組的一些或全部代碼的單個微處理器。組處理器硬體包含微處理器，該微處理器與附加微處理器組合，執行來自一個或多個模組的一些或全部代碼。對多個微處理器的引用包括離散管芯上的多個微處理器、單個管芯上的多個微處理器、單個微處理器的多個核、單個微處理器的多個執行緒，或者以上的組合。
記憶體硬體還可以與代碼一起或分開地存儲資料。共用記憶體硬體包含存儲來自多個模組的一些或全部代碼的單個記憶體裝置。共用記憶體硬體的一個示例可以是微處理器管芯上或附近的可以存儲來自多個模組的代碼的1級快取記憶體。共用記憶體硬體的另一示例可以是諸如固態驅動器（SSD）的可以存儲來自多個模組的代碼的持久性儲存器。群組記憶體硬體包含與其它記憶體裝置結合存儲來自一個或多個模組的一些或全部代碼的記憶體裝置。群組記憶體硬體的一個示例是可以跨多個物理裝置存儲特定模組的代碼的存儲區域網路（SAN）。群組記憶體硬體的另一示例是一組伺服器中的每個伺服器的組合地存儲特定模組的代碼的隨機存取記憶體。
術語“記憶體硬體”是術語“電腦可讀介質”的子集。如本文所使用的，術語“電腦可讀介質”不包含透過介質（例如，在載波上）傳播的瞬態電或電磁訊號；因此，術語“電腦可讀介質”被認為是有形的且非暫時性的。非暫時性電腦可讀介質的非限制性示例是非揮發性記憶體裝置（諸如快閃記憶體裝置、可擦除可程式設計唯讀記憶體裝置或掩模唯讀記憶體裝置）、揮發性記憶體裝置（諸如靜態隨機存取記憶體裝置或動態隨機存取記憶體裝置）、磁存儲介質（諸如類比或數字磁帶或硬碟驅動器）以及光存儲介質（諸如CD、DVD或藍光光碟）。
本申請中描述的裝置和方法可以由透過配置通用電腦執行體現在電腦程式中的一個或多個特定功能而創建的專用電腦來部分或全部實現。這樣的裝置和方法可以被描述為電腦化的裝置和電腦化的方法。上述功能步驟和流程圖元素用作軟體規格，可以透過熟練的技術人員或程式師的日常工作將其轉化成電腦程式。
電腦程式包括存儲在至少一個非暫時性電腦可讀介質上的處理器可執行指令。電腦程式還可以包括存儲的資料或者依賴於存儲的資料。電腦程式可以包含與專用電腦的硬體交互的基本輸入/輸出系統（BIOS）、與專用電腦的特定裝置交互的裝置驅動程式、一個或多個操作系統、用戶應用程式、後臺服務、後臺應用程式等。
電腦程式可以包括：（i）諸如HTML（超文字標記語言）、XML（可延伸標記語言）或JSON（JavaScript對象標記法）的要解析的描述性文本；（ii）彙編代碼；（iii）編譯器從原始程式碼產生的目標代碼；（iv）供解譯器執行的原始程式碼；（v）供即時編譯器編譯並執行的原始程式碼等。僅作為示例，原始程式碼可以使用來自包括C、C++、C#、Objective‑C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、JavaScript®、HTML5（超文字標記語言第5版）、Ada、ASP（動態伺服器頁面）、PHP（PHP：超文字前置處理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的語言的語法編寫。
S1~Sn  狀態 P1  脈衝 P2  脈衝 110  ICP系統 112  電漿室 114  電漿 116  線圈 118   線圈 120  電源 122  電源 124  電介質窗 126  電極 128  電源 210  CCP系統 212  電漿室 214  電漿 216  電極 218  電極 220  電源 222  電源 310  電漿系統(電漿產生系統) 312  電極 314  接地 316  電極 318  電源 320  電源 322  電漿 324  電漿室 326  表面積 328  表面積 330   鞘層 332  鞘層 334  鞘層 410  電源系統 412a  RF產生器(電源) 412b  RF產生器(電源) 414a  RF電源(放大器) 414b  RF電源(放大器) 416a  感測器 416b  感測器 418a   匹配網路 418b   匹配網路 420'   控制器 420a  控制器 420b  控制器 422a  功率訊號 422b  功率訊號 424a  X訊號 424b  X訊號 426a  Y訊號 426b  Y訊號 428a  控制訊號 428b  控制訊號 430'  訊號 430  訊號 432  負載 434  同步偏置偵測器 436  鏈路 438  鏈路 440  脈衝同步輸出埠 442  數字通信埠 444  RF輸出埠 448  RF輸入埠 450  數字通信埠 452  脈衝同步輸入埠 456  脈衝同步訊號 457  數字通信鏈路 458  RF控制訊號 510  RF訊號 512  脈衝訊號 610 長條圖曲線 612 長條圖 614 低能量峰值 616 高能量峰值 618  波谷區 620 偏置電壓 710電氣電路 712  第一節點 714  第二節點 716  電漿鞘層 718  二極體 720  電流源 722  電容器 724  電阻器 726  電感器 812  波形 814  波形 816  波形 818  波形 910  電漿產生系統 912  電漿室 914  電漿 916  RF產生器 918 傳輸線 920  匹配網路 922  天線 924  電介質窗 930  RF產生器 932  傳輸線 934  匹配網路 936  電極 940  鞘層 942  天線鞘層(部件) 944  壁鞘層 944a  壁鞘層(部件) 944b  壁鞘層(部件) 946  鞘層(部件) 948  晶片 1010  電路 1012  壁 1014  主體電漿 1030  RF產生器 1032 傳輸線 1034 匹配網路 1036 靜電卡盤 1111 RF電漿產生系統 1130a  RF發電機 1130b  RF發電機 1132a  傳輸線 1132b  傳輸線 1134  匹配網路 1136 靜電卡盤 1144  壁鞘層 1146  電極鞘層 1150  感測器 1152  電容器 1210  控制系統 1212  功率控制模組 1214  資料幀模組 1216插值模組 1220 鞘層模型 1222模型評估模組 1224  初始估計值 1226模型集成模組 1228優化模組 1230  IEDF評估模組 1232  IEDF控制器模組 1310  波形 1312   RF電壓 1314  波形 1316  波形 1318 波形 1320  波形 1322  電流波形 1324波形 1326波形 1328  波形 1330波形 1340  波形 1342波形 1344  波形 1410 長條圖 1412 低能量峰值 1414高能量峰值 1510控制模組 1512發電模組 1514 幅度控制模組 1516  頻率控制模組 1520 幅度調整模組 1522 幅度更新模組 1524 頻率調整模組 1526 頻率更新模組 1530  模組 1532  模組 1534模組 1536模組 1610控制系統 1612~1638 步驟
依照詳細描述和圖式，本公開將變得更充分地理解。
圖1示出電感耦合電漿系統的表示；
圖2示出電容耦合電漿系統的表示；
圖3示出根據本公開的各種實施例佈置的電漿系統的概括性表示；
圖4是根據本公開的各種實施例佈置的具有多個電源的電力輸送系統的示意圖；
圖5示出RF訊號和調製RF訊號的脈衝的波形；
圖6示出具有特定離子能量的離子穿過電漿鞘層的概率的直方圖；
圖7示出提供根據本公開的模型的部件的電氣表示的電路；
圖8A和圖8B示出鞘層電勢的波形以及鞘層電流的分量元素；
圖9示出用於描述本公開的電漿產生模型的電漿室和驅動RF產生器；
圖10示出提供根據本公開的電漿室的模型的部件的電氣表示的電路；
圖11示出根據本公開的提供電漿室的模型的部件的電氣表示且包括向匹配網路施加功率的一對RF產生器電路的電路；
圖12是依照本公開佈置的電漿產生模型的框圖；
圖13A、圖13B、圖13C和圖13D示出表示依照本公開的模型的各種參數的波形；
圖14示出可以使用依照本公開的非侵入式感測器和模型來輸出的示例長條圖；
圖15示出依照各種實施例佈置的示例控制模組的功能框圖；並且
圖16示出依照本公開的原理佈置的控制系統的操作的流程圖。
在圖式中，圖式標記可以被重新使用以標識相似和/或相同的元件。
1210  控制系統 1212  功率控制模組 1214  資料幀模組 1216插值模組 1220 鞘層模型 1222模型評估模組 1224  初始估計值 1226模型集成模組 1228優化模組 1230  IEDF評估模組 1232  IEDF控制器模組

Claims (39)

  1. 一種用於電漿產生系統的控制器，包括： 模型評估模組，被配置為接收依照由射頻發電機控制的電漿的狀態而變化的感測值，所述模型評估模組產生電漿參數，其中所述電漿參數依照所述感測值而變化； 模型集成模組，被配置為接收所述電漿參數，並且被配置為集成所述電漿參數並輸出集成模型參數； IEDF評估模組，被配置為接收所述集成模型參數，並且依照所述集成模型參數來產生離子能量分佈函數IEDF； IEDF控制器模組，被配置為接收所述IEDF，並且產生用於控制射頻產生器的訊號；以及 射頻產生器控制模組，被配置為接收所述訊號，並且產生射頻產生器控制訊號以控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  2. 如請求項1所述的控制器，包括： 優化模組，被配置為接收所述集成模型參數，並將所述集成模型參數與用於定義所述模型的預定參數進行比較，並且依照所述比較來修改所述預定參數。
  3. 如請求項1所述的控制器，其中，所述射頻發電機是偏置射頻產生器，並且所述IEDF依照所述偏置射頻產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。
  4. 如請求項1所述的控制器，其中，所述集成模型參數依照所述電漿的離子電勢而變化。
  5. 如請求項1所述的控制器，其中，所述集成模型參數是有效離子電勢波形，並且所述有效離子電勢波形表徵由電漿鞘層加速的離子的離子電勢。
  6. 如請求項5所述的控制器，其中，所述射頻產生器控制模組被配置為接收所述有效離子電勢波形，以控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  7. 如請求項1所述的控制器，其中，所述射頻發電機包括多個射頻發電機，並且所述射頻發電機的輸出被組合並且被施加到所述電漿。
  8. 如請求項1所述的控制器，其中，能夠在所述電漿產生系統中的多個位置處偵測所述感測值。
  9. 如請求項1所述的控制器，其中，所述射頻發電機提供輸出訊號，所述輸出訊號可以是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。
  10. 如請求項9所述的控制器，其中，所述輸出訊號由脈衝訊號調製。
  11. 如請求項10所述的控制器，其中，所述脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。
  12. 一種射頻發電系統，包括： 射頻發電機，產生被施加到負載以產生電漿的射頻輸出訊號； 模型評估模組，被配置為接收依照所述電漿的狀態而變化的感測值，所述模型評估模組確定電漿參數，其中所述電漿參數依照所述感測值而變化； 模型集成模組，被配置為接收所述電漿參數，並且被配置為集成所述電漿參數並輸出集成模型參數；以及 射頻產生器控制模組，被配置為接收所述集成模型參數，並且產生射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數來控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  13. 如請求項12所述的射頻發電系統，其中，所述射頻發電機是偏置射頻產生器，並且所述集成模型參數依照所述偏置射頻產生器的頻率和相位中的至少一個而變化。
  14. 如請求項12所述的射頻發電系統，包括： IEDF評估模組，被配置為接收所述集成模型參數，並且依照所述集成模型參數來產生離子能量分佈函數IEDF。
  15. 如請求項14所述的射頻發電系統，其中，所述射頻產生器控制模組被配置為接收所述IEDF，並且產生所述射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數或所述IEDF來控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  16. 如請求項14所述的射頻發電系統，進一步包括： IEDF控制器模組，被配置為接收所述IEDF，並且產生用於控制射頻產生器的訊號。
  17. 如請求項16所述的射頻發電系統，其中，所述射頻產生器控制模組被配置為接收所述IEDF並產生所述射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數或所述IEDF來控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  18. 如請求項14所述的射頻發電系統，其中，所述射頻發電機是偏置射頻產生器，並且所述IEDF依照所述偏置射頻產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。
  19. 如請求項12所述的射頻發電系統，包括： 優化模組，被配置為接收所述集成模型參數，並將所述集成模型參數與用於定義所述模型的預定參數進行比較，並且依照所述比較來修改所述預定參數。
  20. 如請求項12所述的射頻發電系統，其中，所述集成模型參數依照由電漿鞘層加速的離子的離子電勢而變化。
  21. 如請求項12所述的射頻發電系統，其中，所述射頻發電機包括多個射頻發電機，並且所述射頻發電機的輸出被組合並且被施加到所述電漿。
  22. 如請求項12所述的射頻發電系統，其中，能夠在所述射頻發電系統中的多個位置處偵測所述感測值。
  23. 如請求項12所述的射頻發電系統，其中，所述射頻輸出訊號是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。
  24. 如請求項23所述的射頻發電系統，其中，所述射頻輸出訊號由脈衝訊號調製。
  25. 如請求項24所述的射頻發電系統，其中，所述脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。
  26. 一種存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令包括： 產生被施加到負載以產生電漿的射頻輸出訊號； 接收依照所述電漿的狀態而變化的感測值，並確定電漿參數，其中所述電漿參數依照所述感測值而變化； 接收所述電漿參數，集成所述電漿參數，並產生集成模型參數；以及 接收所述集成模型參數，產生射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數來控制射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  27. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述射頻發電機是偏置射頻產生器，並且所述集成模型參數依照所述偏置射頻產生器的頻率和相位中的至少一個而變化。
  28. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令進一步包括： 接收所述集成模型參數，並且依照所述集成模型參數來產生離子能量分佈函數IEDF。
  29. 如請求項28所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令進一步包括： 接收所述IEDF，並且產生所述射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數或所述IEDF來控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  30. 如請求項28所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令進一步包括： 接收所述IEDF，並且產生用於控制射頻產生器的訊號。
  31. 如請求項30所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令進一步包括： 接收所述IEDF，並且產生所述射頻產生器控制訊號，以依照所述集成模型參數或所述IEDF來控制所述射頻發電機的功率、頻率和相位中的至少一個。
  32. 如請求項28所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述射頻發電機是偏置射頻產生器，並且所述IDEF依照所述偏置射頻產生器的功率、頻率和相位中的至少一個而變化。
  33. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，所述指令進一步包括： 接收所述集成模型參數，將所述集成模型參數與用於定義所述模型的預定參數進行比較，並且依照所述比較來修改所述預定參數。
  34. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述集成模型參數依照由電漿鞘層加速的離子的離子電勢而變化。
  35. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述射頻發電機包括多個射頻發電機，並且所述射頻發電機的輸出被組合並且被施加到所述電漿。
  36. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，能夠在多個位置處偵測所述感測值以獲得所述感測值。
  37. 如請求項26所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述射頻輸出訊號是正弦訊號、方波訊號、矩形波訊號、三角波訊號、高斯訊號、分段線性訊號、窄脈衝電壓峰值之後的斜降訊號和任意訊號中的一個。
  38. 如請求項37所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述射頻輸出訊號由脈衝訊號調製。
  39. 如請求項38所述的存儲指令的非暫時性電腦可讀介質，其中，所述脈衝訊號的形狀是梯形、三角形、高斯形狀和任意形狀中的一個。
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