CN114008749B 用于补偿射频功率损耗的系统和方法 （朗姆研究公司）

2021.12.20PCT/US2020/0346982020.05.27WO2020/256899EN2020.12.24US2008237031A1,2008.10.02US2016118227A1,2016.04.28描述了用于补偿射频(RF)功率损耗的系统2获得与等离子体系统的部件相关联的多个参根据所述多个参数的所述多个测量值确定与所述等离子体系统的所述部件相关联的获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参数中的一根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第一值确定与所述等离子体基于所述第一RF功率损耗量调整RF发生器的操作设定点，其中执行率损耗量调整所述RF发生器的操作设定点以控制所述RF发生器在获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参数中的所述一个参数的第根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第二值确定第二RF功率损耗基于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点，于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点以控制所述RF发生器在第其中，基于所述第一RF功率损耗量和所述第二RF功率2.根据权利要求1所述的方法，其中当第一和第二RF功率损耗量彼此处于预定范围内3.根据权利要求1所述的方法，其中在无等离子体测试期间或之后执行所述获得所述乘以所述多个参数中的所述一个参数的所述第7.根据权利要求1所述的方法，其中基于第一RF功率损耗量调整设定点包括将第一RF8.根据权利要求1所述的方法，其中基于第二RF功率损耗量调整所述设定点包括将所获得与等离子体系统的部件相关联的多个参根据所述多个参数的所述多个测量值确定与所述等离子体系统的所述部件相关联的获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第一值确定与所述等离子体3基于所述第一RF功率损耗量调整所述RF发生器的操作设定点以控制所述RF发生器在获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参数中的所述一个参数的第根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第二值确定第二RF功率损耗基于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点，于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点以控制所述RF发生器在第被配置为将所述电阻乘以所述参数中的所述一个参数的所述第一16.根据权利要求9所述的控制器，其中为了基于第二RF功率损耗量调整所述设定点，所述处理器被配置为将所述第二RF功率损耗量与所述设获得与所述等离子体系统的部件相关联的多个参根据所述多个参数的所述多个测量值确定与所述等离子体系统的所述部件相关联的获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参数中的一根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第一值确定与所述等离子体4基于所述第一RF功率损耗量调整所述RF发生器的操作设定点以控制所述RF发生器在获得与所述等离子体系统的所述部件相关联的所述多个参数中的所述一个参数的第根据所述电阻和所述多个参数中的所述一个参数的所述第二值确定第二RF功率损耗基于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点，于所述第二RF功率损耗量调整所述RF发生器的所述操作设定点以控制所述RF发生器在第其中，基于所述第一RF功率损耗量和所述第二RF功率18.根据权利要求17所述的等离子体系统，其中所述计算机确定当第一和第二RF功率5工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开量均方根(RMS)电流。偏置匹配网络和整个组件的等效串联电阻(ESR)值通过对测得的RMS电流的平方和RF发生器提供的功率执行线性回归来计算。ESR值由主机存储并用作系统常6[0015]在此描述的补偿RF功率损耗(例如寄生功率损耗)的系统和方法的一些优点包括在处理一个或多个衬底时实现室可重复性。RF发生器向等离子体室中的电极提供RF功率。[0018]图1是用于说明在处理衬底之前执行的无等离子体测试的系统的实施方案的示意[0019]图2是说明确定与阻抗匹配电路的输出相关联的电阻(例如等效串联电阻(ESR))[0020]图3是系统的实施方案的示意图，其用于说明使用电阻来确定待由射频(RF)发生[0022]图5是一个图的实施方案，其用于说明由RF发生器输送的功率改变以解决在阻抗[0023]图6是一种系统的实施方案的示意图，其用于说明用于补偿输送功率损耗的方法7的一个示例是工作频率为400kHz的RF发生器。MHzRF发生器的示例包括工作频率为1MHz的RF发生器或2MHz的RF发生器或13.56MHz的RF发生器或27MHz的RF发生器或60MHz的RF发生[0028]阻抗匹配电路104的示例包括具有以串联或并联方式彼此耦合的电路部件的网络[0030]电流传感器106的示例包括电压和电流(VI)探针或电流探针或阻抗传感器或阻抗RF传输线118耦合到卡盘112的下电极。例如，阻抗匹配电路104的输出端O2通过RF传输线器102的处理器。电流传感器106通过RF电缆耦合到阻抗匹配电路104的输出端O2并通过连种处理气体(例如含氟气体或含氧气体)不会被供应到等离子体室108来在等离子体室1088[0034]处理器120经由连接电缆125和输入端I1向RF发生器102提供具有一个或多个变量(例如频率和输送的功率)的量的指令信号。输送的功率是提供的功率和在RF电缆116中发生的功率损耗的总和。提供的功率是RF发生器102在没有接收到具有输送的功率的量的指RF发生器102在输出端O1处提供的功率。变量的量存储在存储器设备122中以供处理器120的处理器从处理器120接收具有变量的量的指令信号并产生具有这些量的信号。RF发生器动器(例如一个或多个晶体管)在接收到来自RF发生器102的处理器的信号时产生电流信的电流信号发送到RF发生器102的RF电源，RF电源振荡以产生具有变量的量的RF信号124。[0036]阻抗匹配电路104将耦合到阻抗匹配电路104的输出端O2的负载的阻抗与耦合到[0037]经修改的RF信号126经由RF传输线118传输到卡盘112的下电极。在无等离子体测量电流量Irms所针对的输送的功率量之间的对应关系。例如，当处理器120控制RF发生器在输出端O2处测得的电流量之间的多个对应关系由处理器120创建或确定并存储在数据库[0039]应当注意，处理器120校准RF发生器102以确定将由RF发生器102在输出端O1处输9理器120确定在输出端O1处由RF发生器102提供的功率量与在虚拟负载输入端测得的功率数据库中存储由RF发生器120提供的功率量(例如Psup1)和由RF发生器122输送的功率量(例如Pdel1)之间的对应关系(例如一一对应的关系或联系或关联或映射)，以计算RF电缆116中的功率损耗量。以这种方式，具有在输出端O1处的多个输送的功率量(例如Pdel1、理器120创建。数据库包括RF发生器102在输出端O1处提供的功率量和由RF发生器102在输电极114被耦合到RF传输线，RF传输线118被耦合到阻抗匹配电路118的输出端O2以用于接替代地由处理器120或RF发生器102的处理器或由两电路104的对应的一个或多个附加的输入端。一个或多个附加的RF发生器生成对应的一个或多个附加的RF信号并且经由对应的一个或多个附加的RF电缆向阻抗匹配电路104提供一信号。耦合到阻抗匹配电路104的输入端I2以及对应的一个或多个附加的输入端的源的示任何点处或耦合在卡盘112的输入端I3处，以用于测量在所述点或输入端I3被输送的电流[0047]图2是用于说明确定与阻抗匹配电路104(图1)的输出端O2相关联的电阻(例如等件耦合在阻抗匹配电路104的输入端I2和输[0048]示图200在示图202中描绘了在y轴上的RF发生器102的输出端O1处输送的功率以间或之后，处理器120根据存储在数据库中的测得的电流量计算在输出端O2处输送的电流输送的功率量Pdel1与在输出端O2处输送的电流量Irmsl的平方Irms12的关系并描绘在输出端O2处输送的功率量Pdel2与在输出端例而言，示图200中的点204A代表量Pdel1和Irms12，而示图200中的另一点204B代表量204E和204F中的每一个对应于在RF发生器102的输出端O1处输送的功率量并且对应于在阻抗匹配电路104的输出端O2处输送的电流120识别位于线202上的多个点204G和204H，将点204G朝向y轴水平投影以确定在RF发生器102的输出端O1处的输送的功率量P_delB，将点204H朝向y轴水平投影以确定在RF发生器102的输出端O1处的输送的功率量P_delA，将点204G朝向x轴竖直投影以确定在RF发生器102的输出端O1处的电流量IrmsA的平方IrmsA2，并且将点204H朝向x轴竖直投影以确定在RF发生器102的输出端O1处的电流量IrmsB的平方IrmsB2。处理器120计算量P_delB和P_delA之间的第一差值以及量IrsmB2和IrmsA2之间的第二差值，并计算第一差值和第二差值的比率以确定线202的斜率。处理器120将斜率存储为与阻抗匹配电路104的输出端O2相关[0052]图3是系统300的实施方案的示意图，其用于说明使用与阻抗匹配电路104的输出端O2相关联的电阻ESR来确定要由RF发生器102产生和输送的功率量P_sp_gen(i+1)以计算与RF电缆116和阻抗匹配电路104相关联的功率损耗。系统300在结构上与图1的系统100相时间步长在本文中可互换使用。量P_sp_rec有时在本文中被称为RF发生器102的操作的配(例如读取)量P_sp_rec。用户通过主机计算设备110的输入设备(例如鼠标或键盘或小键rec的RF信号302并经由输出端O1和RF电缆116以及输入端I2将RF信号302提供给阻抗匹配RF发生器102的处理器接收具有量P_sp_rec的指令信号并产生具有该量的信号。RF发生器电路的驱动器在接收到来自RF发生器102的处理器的信号时产生电流信号。驱动器和放大端O2的负载的阻抗与耦合到输入端I2的源的阻抗匹配以在输出端O2处输出修改后的RF信应到等离子体室108并且修改后的RF信号304被等离子体室108的下电极接收时，等离子体端O2处输送的多个电流量的均方根。电流传感器106通过连接电缆121向处理器120提供电器设备122访问(例如读取或获得)量I_RMS(i)，并且计算第一时间段期间电流量I_RMS(i)得)与输出端O2相关联的电阻ESR量和的值I_RMS(i)2，并且将电阻ESR与电流量的平方I_RMS(i)2相乘以计算或确定在阻抗匹配电路104的输出端O2处的RF功率损耗量P_loss(i)。量P_loss(i)是RF电缆116中的或由RF电缆116引起的功率损耗和在阻抗匹配电路104的介于阻抗匹配电路104的输入端I2与输出端O2之间的电路部件中的或由这些电路部件引起的功率损耗的组合量。在第一时间段内，处理器120确定或计算与输出端O2相关的功率量P_[0058]在衬底S1被处理的第二时间段内，处理器120不是继续产生具有功率量P_sp_rec和输入端I1向RF发生器102发送指令信号以调整(例如改变或修改)RF发生器102的操作的有量P_sp_gen(i+1)的指令信号以便以与上述输出具有功率量P_sp_rec的RF信号302相同出具有量P_sp_gen(i+1)的RF信号3[0060]具有输送的功率量P_sp电缆116和输入端I2提供给阻抗匹配电路104。阻抗匹配电路104将耦合到输出端O2的负载的阻抗与耦合到输入端I2的源的阻抗匹配以修改具有输送的功率量P_sp_gen(i+1)的RF信+1)并且经由连接电缆121将该量提供给处理器120。处理器将量I_RMS(i+1)存储在存储器设备122中。在第二时间段期间，处理器120从存储器设备122访问(例如获得或读取)量I_RMS(i+1)，并且通过将I_RMS(i+1)量的平方乘以与输出端O2相关联的电阻ESR来确定或计功率量P_sp_gen(i+2)的RF信号302，从而调整输出端O1提供的功率的配方设定点P_sp_信号后，驱动器和放大器电路基于量P_sp_ge发生器102以改变RF信号302的输送的功率量，以解决或补偿与阻抗匹配电路104的输出端间，处理器120基于与阻抗匹配电路104(图3)的输出端O2相关的功率损耗量继续修改在RF合到等离子体的功率量和下一校正偏移以瓦特(W)为从存储器设备122访问与输出端O2相关联的5W的输送的功率损耗量。输出端O2处的5W的输送的功率损耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测得的电流量(例如I_RMS(i))RF信号302的500W的功率量与输出端O2处的5W的功率损耗量之间的差值。在时间步长0期间，处理器120确定5W的下一时间步长校正偏移的量等于与输出端O2相关联的5W的功率损[0067]在时间步长1期间，处理器120计算在时间步长0期间确定的500W的配方设定点和5W的下一时间步长校正偏移的总和，并控制RF发生器102生成具有505W(其是总和)的量的RF信号302。505W的量是RF发生器102在RF发生器102的输出端O1处输送的功率量P_sp_gen输送的功率损耗量。8W的输送的功率损耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测S1的等离子体耦合。497W的量是RF信号302的505W的输送的功率量和与输出端O2相关联的[0068]在时间步长2期间，处理器120计算500W的配方设定点与在时间步长1期间确定的8W的下一个时间步长校正偏移的总和，并控制RF发生器102生成具有508W(其是总和)的量的9W的输送的功率损耗量。输出端O2处的9W的输送的功率损耗量由处理器120通过将由电合。499W的量是RF信号302的508W的输送的功率量和与输出端O2相关联的9W的功率损耗量[0069]在时间步长3期间，处理器120计算500W的配方设定点与在时间步长2期间确定的9W的下一个时间步长校正偏移的总和，并控制RF发生器102生成具有509W(其是总和)的量备122访问输出端O2处的10W的输送的功率损耗量。输出端O2处的10W的输送的功率损耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测得的电流量(例如I_RMS(i+3))的平方乘以电理衬底S1的等离子体耦合。499W的量是RF信号302的509W的输送的功率量和与输出端O2相[0070]在时间步长4期间，处理器120计算500W的配方设定点与在时间步长3期间确定的耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测得的电流量(例如I_RMS(i+4))的平方乘[0071]在时间步长5期间，处理器120计算500W的配方设定点与在时间步长4期间确定的送的功率损耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测得的电流量I_RMS(i+5)的平的量是RF信号302的510.5W的输送的功率量和与输出端O2相关联的10.6W的功率损耗量之[0072]在时间步长6期间，处理器120计算500W的配方设定点与在时间步长5期间确定的的功率损耗量由处理器120通过将由电流传感器106(图3)测得的电流量(例如I_RMS(i+6))流量I_RMS(i+6)由处理器120存储在存储器设备122中并且由处理器120从存储器设备122等离子体耦合。500W的量是RF信号302的510.6W的输送的功率量和与输出端O2相关联的续控制RF发生器102在RF发生器102的输出端O1处输送的功率量直到功率损耗量得到补偿。传感器106测得的在输出端O2处输送的电流量和与输出端O2相关的电阻ESR确定发生了相器120继续控制RF发生器102以在RF发生器102的输出端O1处输送510.6W的功率量并且不改两个连续时间步长期间的功率损耗量彼此相差在预定范围内以确定两个时间步长中的后阻抗匹配电路104的输出端O2处的电流，根据电流的测量值和电阻ESR确定阻抗匹配电路表400提供)在一秒内发生。在每个时间步长期间，在输出端O2处测量电流量，例如I_RMS[0077]图5是用于说明由RF发生器102(图3)在输出端O1处输送的功率P_sp_gen改变以计算在阻抗匹配电路104(图3)的输出端O2处输送的功率损耗P_loss的曲线图500的实施方制器604的另一示例包括处理器120和RF发生器102的处理器的组合。比较器602或比较器波器610的示例包括滤除电流I_RMS的高[0082]电流传感器106在衬底处理期间测量电流量I_RMS并将测得的该电流量I_RMS或在无等离子体测试期间测得的电流量Irms提供给延迟电路608，所述电流量I_RMS例如量I_延迟电路608计算(例如减少或去除)与衬底处理期间测得的电流I_RMS相关或与无等离子量值以及电阻ESR以确定阻抗匹配电路102的输出端O2处的功率损耗P_loss的过程中的时间延迟、以及在由处理器120根据功率损耗P_loss和配方设定点P_sp_rec确定输送的功率[0083]滤波器610将电流传感器106所测得的电流量I_RMS或电流量Irms的高频分量去输送的功率量P_del之间的关系来确定电阻值ESR。控制器611还根据电阻ESR和电流I_RMS[0084]比较器612将输送到阻抗匹配电路104的输入端I2的功率量与输送的功率损耗量P_loss进行比较以确定与等离子体室108内的与等离子体耦合的输送的功率量P_coupled。输送到输入端I2的功率表示为P_del。比较器612向比较器602提供与等离子体耦合的输送[0085]此外，比较器602将耦合到等离子体室108内的等离子体的功