CN100569043C

CN100569043C - 一种射频系统的控制方法及其射频匹配器

Info

Publication number: CN100569043C
Application number: CNB2005101264493A
Authority: CN
Inventors: 申浩南
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: CN1937882A

Abstract

本发明涉及一种射频系统的控制方法及其射频匹配器。本发明提供的射频系统的控制方法，首先通过自动或者手动匹配的方式测量每个工艺步骤中匹配器的匹配点对应的电容值；为每一工艺步骤指定匹配器的电容取值，并且设置为固定模式，在同一工艺步骤中维持不变，在不同工艺步骤切换时改变；使用射频电源的负载功率稳定模式维持负载功率不变，使用射频电源的扫频调谐功能，改变射频电源的输出频率，减少负载的反射功率。本发明的简单匹配的匹配器，由带驱动马达的可调匹配电容及A/D转换模块组成。使用本发明的方法可以缩短匹配时间，并只需要使用本发明提供的简单定制的匹配器，从而降低系统成本。

Description

一种射频系统的控制方法及其射频匹配器

技术领域

本发明涉及半导体制造设备，特别涉及半导体制造设备中射频系统的控制方法及其射频匹配器。

背景技术

等离子装置广泛地应用于制造集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP)装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和晶圆相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能获得变化。

ICP装置在半导体制造方面能够完成多种工艺，如各向异性、等向性刻蚀和CVD(化学气相沉积Chemical Vapor Deposition)等。对于各向异性刻蚀，ICP装置用于产生高密度的等离子体，等离子产生时通常需要通过低压高射频进行激发。正离子在射频产生的偏压电场作用下垂直向晶圆作加速运动。离子轰击晶圆产生物理和化学刻蚀或材料沉积，如对多晶硅、二氧化硅进行刻蚀。各项异性刻蚀用于在集成电路制造中生成垂直的侧壁。ICP装置还用于等向性化学刻蚀如剥离光刻胶。

在各向异性刻蚀工艺中，一般需要若干个步骤，例如贯穿步breakthough(BT)、主刻步main etch(ME)、过刻步over etch(OE)等等。在每个步骤中所用气体成分和压力变化很小，而在不同步骤之间气体成分和压力变化很大。对于射频电源来说，当气体成分、压力变化时，相当于负载阻抗变化，而电源的内阻为固定的50欧姆，负载的复阻抗一般为实部几十欧，虚部正几百欧，且为变量。根据物理规律，当负载阻抗与电源阻抗共轭时功率能够不反射传输，否则功率会反射回电源。电源所能吸收的反射功率有一个上限(一般为输出功率的20％左右)，超出就会导致损坏。

现有的技术方案为：射频电源工作于forward模式，既是说，输出功率恒定不变，而负载得到的实际功率随匹配器的匹配情况而变化。匹配器具有自动调谐功能，在监测到没有完全匹配电源和负载阻抗的情况下会根据一些事先确定的算法持续调节可变电容的容值，直到完全匹配，反射功率为零时为止。如果负载阻抗发生变化，则被匹配器的传感器感知后匹配器控制系统会发出相应指令驱动马达使可变电容容值变化，在经过一段时间后重新达到匹配状态。

1.自动匹配器原理复杂，成本高，从而增加了整套设备的成本；

2.从检测到负载变化到马达驱动电容完成调谐，存在一定时延，在此段时间内负载得到的功率不可控，是影响工艺结果的潜在因素。

发明内容

要解决的技术问题

用结构简单、成本低的匹配器，在较短的时间内使射频电源匹配工艺步骤的要求，是本发明所要解决的问题。本发明的目的是提供一种在结构简单的系统中快速调整匹配电容值的射频系统控制方法和该方法使用的射频匹配器。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供一个射频系统的控制方法，采用以下方案：

首先测量每个工艺步骤中匹配器的匹配点对应的电容值。因为在成熟工艺中，工艺环境和参数是相对稳定的，所以这得到的参数值不需要经常重新测量。

根据测量的匹配点对应的电容值为每一工艺步骤指定匹配器的电容取值，并且设置为固定模式，在同一工艺步骤中维持不变，在不同工艺步骤之间贯穿步(BT)、主刻步(ME)、过刻步(OE、)等等切换时改变。这可以在设备的控制软件中，通过编辑工艺流程菜单为每一步工艺指定匹配器的电容取值来实现。

使用射频电源的负载功率稳定模式维持负载功率不变。这样可以保证在工艺步骤切换时，匹配电容值的改变不影响负载功率。同时使用射频电源的扫频调谐功能，改变射频电源的输出频率。这样可以减少负载的反射功率，达到保护射频电源的目的。

其中，匹配点对应的电容值的测量是通过自动或者手动匹配的方式测量的。

配合上述方法使用的一种射频匹配器，包括射频输入端和射频输出端，射频输入端通过一个可调匹配电容与射频输出端连接，通过另一个匹配电容接地，两个可调匹配电容的调节轴分别与一个控制电机的输出轴连接，两个控制电机的控制信号由一个A/D转换模块提供，A/D转换模块通过一个RS232通讯端口与控制器连接。

有益效果

使用本发明的方法控制刻蚀机射频系统，可以缩短匹配时间，并只需要使用可以简单匹配的匹配器，从而降低系统成本。

具体实施方式

图1射频匹配器原理图

图中：1、射频输入端；2、射频输出端；3、控制电机。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。

首先通过自动或者手动匹配的方式测量每个工艺步骤中匹配器的匹配点对应的电容值如贯穿步BT(c1，c2，c3)、主刻步ME(c1，c2，c3)、过刻步OE(c1，c2，c3)等等。因为在成熟工艺中，工艺环境和参数是相对稳定的，所以这得到的参数值不需要经常重新测量。在设备的控制软件中，在每步工艺开始之前，通过编辑工艺流程菜单为每一步工艺指定匹配器的电容取值，并且设置为固定模式，即，电容取值只在不同工艺步骤(BT、ME、OE、...)切换时改变，而在同一工艺步骤中维持不变。这样在本实施例中只使用简单定制的匹配器。

但是，由于匹配器不可能精确匹配每个工艺步骤，导致馈送到负载的功率与其设定值之间出现偏差。为此，使用射频电源的负载功率稳定模式解决。新一代的射频电源都具有负载功率稳定功能和扫频调谐功能。射频电源自动监测反射功率，在反射功率增加时自动将输出功率增加相同的量，从而维持负载功率不变，可以基本满足工艺对负载功率的要求。

由于射频电源需要吸收一部分反射功率，引起内部元件发热并浪费了一部分电能，所以，同时使用新一代的射频电源都具有的扫频调节功能，改变射频电源的输出频率从而减小负载的反射功率，达到保护电源的目的。

上述方法使用的射频匹配器，包括射频输入端1和射频输出端2，射频输入端1通过一个可调匹配电容C1与射频输出端2连接，通过另一个匹配电容C2接地，两个可调匹配电容的调节轴分别与一个控制电机3的输出轴连接，两个控制电机3的控制信号由一个A/D转换模块提供，A/D转换模块通过一个RS232通讯端口与控制器连接。

上述简单匹配器拥有马达驱动电容，能在计算机指令下旋转到相应位置的匹配器，但是它没有自动控制装置，不能自主决定电容需要达到的值，必需要从外部设置，其成本很低。

Claims

1、一种半导体制造设备中射频系统的控制方法，包括以下步骤：

A.首先测量每个工艺步骤中匹配器的匹配点对应的电容值；

B.根据测量的匹配点对应的电容值为每一工艺步骤指定匹配器的电容取值，并且设置为固定模式，即在同一工艺步骤中维持不变，在不同工艺步骤切换时改变；

C.在工艺步骤切换时，使用射频电源的负载功率稳定模式维持负载功率不变，并使用射频电源的扫频调谐功能，改变射频电源的输出频率，以减少负载的反射功率。

2、根据权利要求1所述的控制方法，其特征是所述电容值的测量是通过自动或者手动匹配的方式测量的。

3、一种使用在权利1或2所述方法中的匹配器，包括射频输入端、射频输出端和可调匹配电容，其特征在于，射频输入端通过一个可调匹配电容与射频输出端连接，通过另一个匹配电容接地，两个可调匹配电容的调节轴分别与一个控制电机的输出轴连接，两个控制电机的控制信号由一个A/D转换模块提供，A/D转换模块通过一个RS232通讯端口与控制器连接。