在存在千赫兹射频发生器下提高兆赫兹射频发生器的输送功率的效率的系统和方法技术方案

描述了用于调谐射频(RF)发生器的系统和方法。所述方法中的一个包括通过高频RF发生器向IMN提供高频RF信号。所述方法包括访问在高频RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以产生参数。在低频RF发生器的多个工作周期期间测量变量。测量值与由高频RF发生器供应的多个功率值相关联。所述方法包括对于周期中的一个，确定使得由高频RF发生器输送的功率效率提高的高频RF发生器的频率的值和与IMN的分流电路相关联的因子的值。

The system and method of improving the efficiency of transmitting power of MHz RF generator in the presence of kHz RF generator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在存在千赫兹射频发生器下提高兆赫兹射频发生器的输送功率的效率的系统和方法
本文的实施方案涉及在存在千赫兹射频发生器下提高兆赫兹射频发生器的输送功率的效率的系统和方法。
技术介绍
等离子体工具用于处理晶片。例如，电介质蚀刻工具用于在晶片上沉积材料或蚀刻晶片。等离子体工具包括多个射频(RF)发生器。RF发生器连接到匹配器，匹配器进一步连接到等离子体室。RF发生器产生RF信号，该RF信号经由匹配器被提供给等离子体室以用于处理晶片。然而，在晶片的处理期间，大量的功率朝向RF发生器中的一个反射。正是在这种背景下，出现了本公开中描述的实施方案。
技术实现思路
本公开的实施方案提供用于在存在千赫兹(kHz)RF发生器的情况下提高兆赫兹(MHz)射频(RF)发生器的输送功率的效率的系统和方法。应当理解，可以以多种方式来实现本实施方案，例如，以工艺、装置、系统、设备或计算机可读介质上的方法实现。下面描述几个实施方案。在一实施方案中，由MHzRF发生器供应的功率在kHzRF发生器的周期期间改变，以提高由MHzRF发生器输送的功率的效率。此功率控制是有源的，其中在zMHzRF发生器内使用高速功率控制器来快速增加或减少MHzRF发生器供应的功率。功率控制器根据功率反射系数是低还是高来增加或减少所供应的功率。在一实施方案中，功率控制是无源的。MHzRF发生器的自然出现的特性中的一个是其供应的功率是等离子体室内等离子体阻抗的函数。在一实施方案中，除了对MHzRF发生器的功率的无源或有源控制之外，还控制zMHzRF发生器的功率控制器的频率，控制阻抗匹配网络的电容器，和/或修改耦合到MHzRF发生器的RF电缆，以便当MHzRF发生器的输出端处的功率反射系数低时，MHzRF发生器的供给功率高，并且当功率反射系数高时，MHzRF发生器的供给功率低。多个介电等离子体蚀刻系统使用zMHz(例如60MHz或27MHz)和xkHz(例如400kHz)作为射频。低频(例如xkHz)的存在会导致在高频(例如zMHz)中进行调制。调制在由zMHzRF发生器以互调频率(例如zMHz±n*xkHz)供应功率时是明显的，其中n为正实数。某些RF系统测量以诸如zMHz之类的基本频率朝向zMHzRF发生器的功率，但是多达50％的zMHzRF功率以互调频率反射回zMHzRF发生器，并作为热浪费。浪费这样大量的功率会浪费金钱，既是浪费zMHzRF发生器供应的功率，又是浪费传输定量的功率所需要的更大的RF发生器。一些方法包括减少zMHz反射功率的量并提高zMHz输送功率的效率，该效率是等离子体室接收的功率与等离子体室接收的功率与朝向zMHzRF发生器反射的功率之和的比值。例如，从zMHzRF发生器输出的一部分功率被等离子体室接收并被等离子体室用于处理，从zMHzRF发生器输出的另一部分功率从等离子体室反射回zMHzRF发生器。zMHz输送功率的效率是等离子体室接收到的功率与等离子体室接收到的功率和朝向zMHzRF发生器反射的功率之和的比值。功率从等离子体室经由RF传输线、阻抗匹配网络和RF电缆朝向zMHz射频发生器反射。阻抗匹配网络经由RF传输线耦合到等离子体室，并且经由RF电缆耦合到zMHzRF发生器。由等离子体室接收的功率是经由RF传输线在等离子体室的电极(例如下电极)处接收的功率。方法中的一种包括在xkHz的周期期间调制zMHzRF频率，其有时在本文中称为频率调制(FM)，方法中的另一种包括在xkHz的周期期间调制zMHzRF供应的功率，其有时在本文中称为幅值调制(AM)。在一实施方案中，描述了一种利用由zMHzRF发生器供应的zMHz功率的自然发生的无源调制来实施AM过程的方法。在具有zMHz和xkHzRF发生器的蚀刻工具上，由xkHz调制zMHz电压反射系数Γ。zMHz电压反射系数Γ是具有幅值和相位的复数。例如，在xkHz的周期期间，zMHz电压反射系数的平均值为≈0，但在xkHz的周期期间，zMHz功率反射系数的平均值|Γ|2为≈0.50或50％。因此，浪费了zMHzRF发生器供应的功率的50％。可以使用更大的zMHzRF发生器来增加所供应的功率，但成本高昂。如上所述，一种改善zMHzRF输送功率效率的方法是在xkHz周期期间调制来自zMHz发生器的zMHz供应功率。例如，当功率反射系数|Γ|2较低时，在xkHz周期的一部分中zMHz供应功率增加，而在功率反射系数较高时，在xkHz周期的一部分中zMHz输出功率减少。这将给出总体上较低的功率加权反射系数。通过在亚微秒时间范围内有源控制zMHz供应功率，可以实现zMHz供应功率的增加和减少。应该注意的是，xkHz的一个时段为2.5微秒或在2微秒和3微秒之间的范围。此外，在一实施方案中，通过自然发生zMHz输出功率的无源变化而不需要使用有源控制来实现zMHz供应功率的增加和减少。在一实施方案中，描述了一种改变和与xkHzRF发生器和zMHzRF发生器耦合的阻抗匹配网络相关联的调谐旋钮的方法。调谐旋钮的示例包括一个可变电容器和一个可变RF频率、或两个可变电容器。调谐旋钮可以改变zMHz电压反射系数的迹线(例如曲线)的中心，使其更紧密地与史密斯圆图(Smithchart)的中心重合。在史密斯圆图的中心，zMHz功率反射系数|Γ|2＝0。在一实施方案中，描述了一种改变zMHzRF发生器和阻抗匹配网络之间的RF电缆的长度的方法。长度的这种改变有助于zMHz电压反射系数迹线的极限值区域(例如边缘区域)的旋转，以与zMHzRF发生器供应的功率量较低的区域对齐。另外，长度的变化使zMHz电压反射系数迹线的具有由zMHzRF发生器供应的高功率量的中心区域靠近史密斯圆图的其中|Γ|^2较小的中心区域。在一实施方案中，描述了一种用于通过减小|Γ|2的功率加权平均值来提高zMHz输送功率效率的方法。较高的zMHz输送功率效率降低了zMHzRF发生器供应的电源的运行成本，并且还降低了zMHzRF发生器的资本成本，因为使用较小的zMHzRF发生器可以获得相同量的zMHz输送功率。在一实施方案中，描述了用于无源控制RF发生器的第一方法。第一方法包括通过低频RF发生器向与等离子体室耦合的阻抗匹配网络供应低频RF信号。第一方法还包括由高频RF发生器将高频RF信号供应给阻抗匹配网络。阻抗匹配网络包括串联电路和分流电路。第一方法包括访问在高频RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以产生参数。在低频RF发生器的多个工作周期期间测量变量。测量值与由高频RF发生器供应的多个功率值相关联。第一方法包括对于周期中的一个，确定使得由高频RF发生器输送的功率效率提高的高频RF发生器的频率的值和与分流电路相关联的因子的值。在一实施方案中，在没有对衬底进行处理的训练例程中执行第一方法中的操作，即供应低频RF信号，供应高频RF信号，访问多个测量值以及确定高频RF发生器的频率的值和该因子的值。在一实施方案中，第一方法中的确定高频RF发生器的频率的值和该因子的值的操作为基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无源控制射频(RF)发生器的控制器系统，其包括：/n处理器，其被配置为访问在高RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以生成参数，其中，在低RF发生器的多个工作周期期间测量所述变量，其中所述多个测量值与所述高RF发生器供应的功率的多个值相关联，/n其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的一个来确定使得所述高RF发生器输送的功率的效率提高的所述高RF发生器的频率的值和与阻抗匹配网络的分流电路相关联的因子的值；和/n存储器设备，其耦合到所述处理器，其中，所述存储器设备被配置为存储所述频率的值和所述因子的所述值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170720 US 15/655,8081.一种用于无源控制射频(RF)发生器的控制器系统，其包括：
处理器，其被配置为访问在高RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以生成参数，其中，在低RF发生器的多个工作周期期间测量所述变量，其中所述多个测量值与所述高RF发生器供应的功率的多个值相关联，
其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的一个来确定使得所述高RF发生器输送的功率的效率提高的所述高RF发生器的频率的值和与阻抗匹配网络的分流电路相关联的因子的值；和
存储器设备，其耦合到所述处理器，其中，所述存储器设备被配置为存储所述频率的值和所述因子的所述值。


2.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为在不对衬底进行处理的训练例程期间，访问所述多个测量值并确定所述高RF发生器的所述频率的所述值和所述因子的所述值。


3.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为基于从所述变量的所述多个测量值的子集和由所述高RF发生器供应的所述功率的多个值的子集计算出的平均值来确定所述频率的所述值和所述因子的所述值。


4.根据权利要求3所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的所述一个来计算所述变量的所述多个测量值中的第一个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第一个的乘积与所述变量的所述多个测量值中的第二个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第二个的乘积的平均值。


5.根据权利要求4所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为针对所述周期中的另一个来计算所述变量的所述多个测量值中的第三个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第三个的乘积与所述变量的所述多个测量值中的第四个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第四个的乘积的另一平均值。


6.根据权利要求5所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为确定针对所述周期中的所述一个的所述平均值小于针对所述周期中的所述另一个的所述另一平均值。


7.根据权利要求6所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为基于针对所述周期中的所述一个来确定所述频率的所述值和所述因子的所述值，使得针对所述周期中的所述一个的所述平均值小于针对所述周期中的所述另一个的所述另一平均值。


8.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为确定与所述串联电路相关联的使得所述效率的所述提高实现的因子的值。


9.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述高RF发生器经由RF电缆连接到所述阻抗匹配网络，其中，所述处理器被配置为：在训练例程期间
访问在所述高RF发生器的所述输出端处测得的所述变量的另一多个测量值，其中，在所述低RF发生器的另一多个工作周期期间测量所述变量的所述另一多个测量值，其中，所述变量的所述另一多个测量值在改变所述RF电缆之后测量，其中，所述变量的所述另一多个测量值与由所述高RF发生器供应的所述功率的另一多个值相关联；以及
针于所述另一多个周期中的一个，确定使得所述高RF发生器输送的所述功率的所述效率提高的所述高RF发生器的所述频率的另一值和与所述分流电路相关的所述因子的另一值。


10.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为在等离子体室内的衬底的处理期间应用所述高RF发生器的所述频率的所述值和与所述分流电路相关联的所述因子的所述值。


11.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述变量是电压反射系数，所述参数是功率反射系数，并且所述因子是电容。


12.一种用于有源控制射频(RF)发生器的控制器系统，其包括：
处理器，其被配置为访问在高RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以生成参数，其中，在低RF发生器的多个工作周期期间测量所述变量，其中所述测量值与所述高RF发生器供应的功率的多个值相关联，
其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的一个来确定使得所述高频RF发生器输送的功率的效率提高的所述高RF发生器的频率的值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的量和与阻抗匹配网络的分流电路相关联的因子的值；和
存储器设备，其耦合到所述处理器，其中，所述存储器设备被配置为存储所述高RF发生器的所述频率的值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的所述量和与所述分流电路相关联的所述因子的所述值。


13.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为在对衬底进行处理期间，访问所述多个测量值并确定所述高RF发生器的所述频率的所述值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的所述量和所述因子的所述值。


14.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为基于从所述变量的所述多个测量值的子集和由所述高RF发生器供应的所述功率的多个值的子集计算出的平均值来确定所述频率的所述值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的所述量和所述因子的所述值。


15.根据权利要求14所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的所述一个来计算所述变量的所述多个测量值中的第一个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第一个的乘积与所述变量的所述多个测量值中的第二个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第二个的乘积的平均值。


16.根据权利要求15所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为针对所述多个周期中的另一个来计算所述变量的所述多个测量值中的第三个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第三个的乘积与所述变量的所述多个测量值中的第四个的幅值的平方和由所述高RF发生器供应的所述功率的所述多个值中的第四个的乘积的另一平均值。


17.根据权利要求16所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为确定针对所述多个周期中的所述一个的所述平均值小于针对所述多个周期中的所述另一个的所述另一平均值。


18.根据权利要求17所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为基于针对所述多个周期中的所述一个来确定所述频率的所述值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的所述量和所述因子的所述值，使得针对所述周期中的所述一个的所述平均值小于针对所述多个周期中的所述另一个的所述另一平均值。


19.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为确定与所述串联电路相关联的使得所述效率的所述提高实现的因子的值。


20.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述高RF发生器经由RF电缆连接到所述阻抗匹配网络，其中，所述处理器被配置为：
在对衬底进行处理期间，
访问在所述高RF发生器的所述输出端处测得的所述变量的另一多个测量值，其中，在所述低RF发生器的另一多个工作周期期间测量所述变量的所述另一多个测量值，其中，所述变量的所述另一多个测量值在改变所述RF电缆之后测量，其中，所述变量的所述另一多个测量值与由所述高RF发生器供应的所述功率的另一多个值相关联；以及
针于所述另一多个周期中的一个，确定使得所述高RF发生器输送的所述功率的所述效率提高的所述高RF发生器的所述频率的另一值、待由所述高RF发生器供应的所述功率的另一量和与所述分流电路相关的所述因子的另一值。


21.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述处理器被配置为在等离子体室内的衬底的处理期间应用所述高RF发生器的所述频率的所述值、所述功率的所述量和与所述分流电路相关联的所述因子的所述值。


22.根据权利要求12所述的控制器系统，其中，所述变量是电压反射系数，所述参数是功率反射系数，并且所述因子是电容。


23.一种用于无源控制射频(RF)发生器的控制器系统，其包括：
处理器，其被配置为：
访问在高RF发生器的输出端处测得的变量的多个测量值以生成参数，其中，在低RF发生器的多个工作周期期间测量所述变量，其中所述多个测量值与所述高RF发生器供应的功率的多个值相关联；并且
基...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿瑟·M·霍瓦德，约翰·C·小瓦尔库，布拉德福德·J·林达克，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US