CN101453823B - 一种控制射频放电系统直流偏压的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制射频放电系统直流偏压的装置和方法，包括直流偏压检测模块、模式选择模块、直流偏压控制模块和射频功率提供模块。模式选择模块接收参量和参量类型，如果参量类型为表示电压的类型，则直流偏压控制模块根据电压相关表征参量、检测出的直流偏压值计算出功率值，射频功率提供模块根据计算出的功率值提供功率。如果参量类型为表示功率的类型，则射频功率提供模块根据功率相关表征参量提供功率。应用本发明方案，由于模式选择模块可以利用判断参量类型的结果来确定是进行功率控制法还是电压控制法，从而可以灵活地在两种不同的直流偏压控制方法中进行选择，达到兼容的目的，更加有利于工艺操作人员的操作。

Description

一种控制射频放电系统直流偏压的装置和方法

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，特别是涉及一种控制射频放电系统直流偏压的装置和方法。

背景技术

等离子体刻蚀技术是集成电路制造中的关键工艺之一，其目的是将掩膜图形复制到晶片表面上。等离子体刻蚀技术的原理大致是：在低压下，反应气体在射频功率的激发下产生电离并形成等离子体。等离子体可以与放置在下电极上的晶片表面之间形成直流偏压，而这个直流偏压又将吸引等离子体中带正电荷的离子和活性反应基团加速轰击晶片表面，从而加快晶片表面的化学反应，提高刻蚀速率。这里所述的直流偏压也通常称为直流自偏压。

上述直流偏压的大小可以影响正离子和活性反应基团轰击晶片表面的能量，进而可以影响某些工艺参数，比如：刻蚀速率、沉积速率等。实际应用中，为了更好地达到工艺效果，就需要对等离子体刻蚀工艺中的直流偏压进行控制。对直流偏压进行控制可以采用两种方法，一种是功率控制法，另一种是电压控制法。

图1显示了利用功率控制法对直流偏压进行控制的装置示意图。如图1所示，该装置可以包括：射频电源101和匹配网络102。其中，射频电源101用于提供功率；匹配网络102用于负载的阻抗匹配以消除功率反射，并将射频电源101提供的功率输出给放电系统的电极。这里所述的放电系统的电极可以为放电系统的上电极，也可以为放电系统的下电极。

也就是说，由于射频电源101可以通过匹配网络102向放电系统的电极提供功率，那么只要控制射频电源101的功率输出，也就可以间接控制直流 偏压，从而按照预定的工艺参数实施工艺流程。

图2显示了利用电压控制法对直流偏压进行控制的装置示意图。如图2所示，该装置包括射频功率提供模块201、直流偏压检测模块202以及直流偏压控制模块203。

其中，射频功率提供模块201用于根据直流偏压控制模块203传来的功率值向放电系统的下电极提供功率，可以包括射频电源2011以及匹配网络2012，其作用与图1中的射频电源101和匹配网络102的作用相似，此处不再赘述。

直流偏压检测模块202，用于检测放电系统下电极的直流偏压，并将检测出的直流偏压值输出给直流偏压控制模块203。直流偏压检测模块202可以包括电压传感器2021和模/数转换模块2022，其中，电压传感器2021用于检测放电系统下电极的直流偏压，将检测出的直流偏压值以模拟信号的形式传送给模/数转换模块2022；模/数转换模块2022用于将模拟信号形式的直流偏压值转换为数字信号形式的直流偏压值，并输出给直流偏压控制模块203。

直流偏压控制模块203，利用检测出的直流偏压值和输入的预先设定的直流偏压值，并根据直流偏压控制算法计算出功率值，将携带有计算出的功率值的信号输出给射频功率提供模块201，以控制射频功率提供模块201按照该功率值提供功率。

也就是说，图2中的射频功率提供模块201、放电系统下电极、直流偏压检测模块202以及直流偏压控制模块203可以构成一个反馈环，利用直流偏压控制算法将放电系统下电极的直流偏压维持到预先设置的值，从而达到控制直流偏压的目的。当然，实际应用中，如果射频电源2011为接收模拟信号的射频电源，则还需要在直流偏压控制模块203和射频电源2011之间增加一个数/模转换模块；如果直流偏压控制算法无法直接根据直流偏压检测模块202传来的直流偏压值进行计算，则还需要在直流偏压检测模块202和直流偏压控制模块203之间增加一个变换求值模块，用于将检测出的直流偏压变换到可用于直流偏压控制算法进行计算的值。这里所述的数/模转换模块以及变换求值模块都属于现有技术，其具体情况不再赘述。

虽然现有技术中的功率控制法和电压控制法都可以对放电系统的直流偏压进行控制，但通常都是单独应用的，无法根据实际情况进行灵活选择。比如：在采用电压控制法实施某个工艺流程时，如果发现其工艺结果与预先设定的结果有较大差异，需要利用功率控制法进行验证。此时，由于整个工艺流程都是基于图2所示的控制直流偏压的装置，很难重新转换到图1所示的控制直流偏压的装置上进行。由此可见，现有技术还无法满足在功率控制法和电压控制法之间灵活转换、灵活选择的实际要求。

发明内容

有鉴于此，本发明第一个发明目的在于提供一种控制射频放电系统直流偏压的装置，可以兼容功率控制法和电压控制法，从而在功率控制法和电压控制法之间灵活选择。

本发明第二个发明目的在于提供一种控制射频放电系统直流偏压的方法，可以兼容功率控制法和电压控制法，从而在功率控制法和电压控制法之间灵活选择。

为了达到上述第一个发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种控制射频放电系统直流偏压的装置，该装置包括模式选择模块、直流偏压检测模块、直流偏压控制模块、射频功率提供模块和校准模块；

所述模式选择模块，用于接收包括参量和参量类型的输入信息；判断参量的类型，如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量输出给射频功率提供模块；如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块；

所述直流偏压检测模块，用于检测放电系统电极的直流偏压，将检测到的直流偏压值输出给直流偏压控制模块；

所述直流偏压控制模块，用于接收来自模式选择模块的电压相关表征参量，接收来自直流偏压检测模块的直流偏压值；利用所述直流偏压值和电压相关表征参量并根据直流偏压控制算法计算出功率值，将计算出的功率值输出给射频功率提供模块；

所述射频功率提供模块，用于在接收到来自模式选择模块的功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量向放电系统的电极提供功率；在接收到直流偏压控制模块计算出来的功率值时，根据计算出的功率值向放电系统的电极提供功率；

校准模块，位于所述模式选择模块和射频功率提供模块之间，用于保存预先获得的功率校准值；在接收到来自所述模式选择模块的功率相关表征参量时，根据所述功率校准值对功率相关表征参量进行更新，并将更新后的功率相关表征参量输出给所述射频功率提供模块。

上述方案中，该装置进一步包括：

故障检测模块，位于所述直流偏压控制模块和射频功率提供模块之间，用于保存事先获得的正常功率值范围；在接收到直流偏压控制模块计算出来的功率值时，判断计算出来的功率值是否超出正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号；否则，将计算出来的功率值输出给所述射频功率提供模块。

上述方案中，所述射频功率提供模块包括：

射频电源，用于在接收到功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量提供功率；在接收到直流偏压控制模块计算出来的功率值时，根据计算出的功率值提供功率；

匹配网络，用于负载阻抗的匹配，并将射频电源提供的功率输出给放电系统的电极。

上述方案中，所述射频电源为接收模拟信号的射频电源，输出给射频电源的功率相关表征参量携带于数字信号中，输出给射频电源计算出的功率值携带数字信号中，该装置进一步包括：

数/模转换模块，用于在接收到携带有功率相关表征参量的数字信号时，进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给射频电源；在接收到携带有计算出的功率值的数字信号时，进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并将携带有计算出的功率值的模拟信号输出给射频电源。

上述方案中，所述直流偏压检测模块包括：

电压传感器，用于检测所述放电系统电极的直流偏压，将检测出的直流偏压值以模拟信号的形式输出给模/数转换模块；

模/数转换模块，用于将模拟信号形式的直流偏压值转换为数字信号形式的直流偏压值，并输出给所述直流偏压控制模块。

上述方案中，该装置进一步包括：

变换求值模块，用于接收来自模/数转换模块的数字信号形式的直流偏压值，将接收到的直流偏压值转换为可参与直流偏压控制算法计算的值，并将转换后的直流偏压值输出给直流偏压控制模块。

为达到上述第二个发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种控制射频放电系统直流偏压的方法，该方法包括：

A、接收包括参量和参量类型的输入信息，判断参量的类型，如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量，并执行步骤B；如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量，根据预先保存的功率校准值来更新所述功率相关表征参量，并执行步骤C；

B、根据所述电压相关表征参量、从放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值，并根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率；C、根据所述功率相关表征参量为放电系统的电极提供功率。

上述方案中，在步骤B所述计算出功率值和根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率之间，该方法进一步包括：

判断计算出来的功率值是否超出保存的正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号，并退出本流程；否则，继续执行根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率的步骤。

上述方案中，步骤B所述根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率的方法为：射频电源根据所述计算出的功率值提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给放电系统的电极；

步骤C所述根据功率相关表征参量为放电系统的电极提供功率的方法为：射频电源根据所述功率相关表征参量提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给放电系统的电极。

上述方案中，所述射频电源为接收模拟信号的射频电源，所述计算出的功率值携带于数字信号中，所述功率相关表征参量携带于数字信号中，在步骤B判断出计算出来的功率值没有超出保存的功率值范围和根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率之间，该方法进一步包括：

对携带有计算出的功率值的数字信号进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并将携带有计算出的功率值的模拟信号输出给射频电源；

在步骤C所述根据功率相关表征参量为放电系统的电极提供功率之前，步骤C进一步包括：

对携带有功率相关表征参量的数字信号进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给射频电源。上述方案中，所述从放电系统电极检测出直流偏压值的方法为：

电压感应器检测所述放电系统电极的直流偏压，将检测出的模拟信号形式的直流偏压值进行模数转换，获得数字信号形式的直流偏压值。

上述方案中，在步骤B根据电压相关表征参量、从放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值之前，步骤B进一步包括：

将数字信号形式的直流偏压值转换为可参与直流偏压控制算法计算的值。

综上所述，本发明提出的一种控制射频放电系统直流偏压的装置和方法。由于模式选择模块可以接收外界输入的参量和参量类型，并利用判断参量类型的结果确定是利用功率控制法来控制直流偏压，还是利用电压控制法来控制直流偏压，从而可以灵活地在两种不同的直流偏压控制方法中进行选择，达到兼容的目的，更加有利于工艺操作人员的操作。

附图说明

图1是现有技术利用功率控制法对直流偏压进行控制的装置示意图；

图2是现有技术中利用电压控制法对直流偏压进行控制的装置示意图；

图3是本发明对直流偏压进行控制的装置示意图；

图4是本发明一个对直流偏压进行控制的装置实施例的结构示意图；

图5是本发明对直流偏压进行控制方法的流程图；

图6是本发明一个对直流偏压进行控制的方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图3是本发明控制射频放电系统直流偏压的装置示意图。如图3所示，该装置可以包括：模式选择模块301、直流偏压检测模块302、直流偏压控制模块303以及射频功率提供模块304。其中，

模式选择模块301，用于接收包括参量和参量类型的输入信息；判断参量的类型，如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量输出给射频功率提供模块304；如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块303。

直流偏压检测模块302，用于检测放电系统电极的直流偏压，将检测出的直流偏压值输出给直流偏压控制模块303。

直流偏压控制模块303，用于接收来自模式选择模块301的电压相关表 征参量，接收来自直流偏压检测模块302的直流偏压值；利用所述直流偏压值和电压相关表征参量并根据直流偏压控制算法计算出功率值，将计算出的功率值输出给射频功率提供模块304。

射频功率提供模块304，用于在接收到功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量向放电系统的电极提供功率；在接收到直流偏压控制模块303计算出来的功率值时，根据计算出的功率值向放电系统的电极提供功率。

也就是说，图3所示的装置可以将图1中采用功率控制法的装置和图2所示的采用电压控制法的装置兼容起来。具体地说，当模式选择模块301接收到包括参量和参量类型的输入信息时，可以判断参量的类型，如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量输出给射频功率提供模块304；如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块303。这里所述的功率相关表征参量可以为预先设定的一个功率值，所述的电压相关表征参量可以为预先设定的一个电压值或其它值，只要使直流偏压控制模块303可以计算出相应的功率值即可。

一方面，如果模式选择模块301将判断出的功率相关表征参量输出给射频功率提供模块304，那么，射频功率提供模块304就可以根据功率相关表征参量向放电系统的电极提供功率。此时，本发明图3所示的控制直流偏压的装置相当于图1所示的装置，可以利用功率控制法向放电系统的电极提供功率。

另一方面，如果模式选择模块301将判断出的电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块303，那么，直流偏压控制模块303就可以根据所述电压相关表征参量和直流偏压检测模块302检测出的直流偏压值，并根据直流偏压控制算法计算出功率值，再将计算出的功率值输出给射频功率提供模块304。射频功率提供模块304则根据计算出的功率值向放电系统的电极提供功率。此时，图3的射频功率提供模块304、放电系统的电极、直流偏压检测模块302和直流偏压控制模块303将构成一个反馈环，相当于图2所示的 装置，可以利用电压控制法向放电系统电极提供功率。这里所述的放电系统的电极可以为放电系统的下电极，也可以为放电系统的上电极。

需要注意的是，不管图3是利用功率控制法向放电系统的电极提供功率，还是利用电压控制法向放电系统的电极提供功率，直流偏压检测模块302都处于工作状态。这样，如果是利用功率控制法向放电系统的电极提供功率，由于直流偏压检测模块302的存在，可能引起放电系统电极的电容发生改变，导致工艺结果发生小范围的偏移。

在这种情况下，如果要求精确的工艺结果，就可以先对模式选择模块301输出给射频功率提供模块304的功率相关表征参量进行校准，再将校准后的功率相关表征参量输出给射频功率提供模块304，使图3所示的装置在利用功率控制法提供功率时达到的工艺结果与图1所示装置达到的工艺结果相同。至于具体如何对功率相关表征参量进行校准，将在下述的具体实施例中进行详细介绍，此处不再赘述。

另外，在采用电压控制法为放电系统的电极提供功率的情况下，如果实际工艺环境发生异常情况，将很可能导致直流偏压的异常变化。比如：反应腔中压力发生大范围波动，引起直流偏压的异常变化。此时，如果不及时发现直流偏压的异常变化，工艺操作人员就不能及时采取相应的措施，导致整个工艺流程失败。

为了及时发现直流偏压的异常变化，还可以在直流偏压控制模块303计算出功率值后，判断计算出的功率值是否超出正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号；否则，将计算出来的功率值输出给所述功率提供模块304。这里所述的正常功率值范围可以通过事先的实验获得，具体如何获得正常功率值范围也可以参见下述的具体实施例，此处不再赘述。

为了更好地描述本发明方案，下面用装置实施例一进行详细描述。

图4是装置实施例一的结构示意图。如图4所示，本实施例的装置不但包括模式选择模块301、直流偏压检测模块302、直流偏压控制模块303、射频功率提供模块304，还包括校准模块305、故障检测模块306、数/模转 换模块307、变换求值模块308。

模式选择模块301、直流偏压检测模块302、直流偏压控制模块303以及射频功率提供模块304与图3中的相应模块的功能相同。其中，直流偏压检测模块302可以包括：

电压传感器3021，用于检测所述放电系统电极的直流偏压，将检测出的直流偏压值以模拟信号的形式传送给模/数转换模块3022。

模/数转换模块3022，用于将模拟信号形式的直流偏压值转换为数字信号形式的直流偏压值，并输出给变换求值模块308。

射频功率提供模块304可以包括：

射频电源3041，用于在接收到功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量提供功率；在接收到直流偏压控制模块303计算出来的功率值时，根据计算出的功率值提供功率。

匹配网络3042，用于负载阻抗的匹配，并将射频电源3041提供的功率输出给放电系统的电极。

另外，本实施例中，校准模块305用于保存预先获得的功率校准值；在接收到来自模式选择模块301的功率相关表征参量时，根据功率校准值对功率相关表征参量进行更新，并将更新后的功率相关表征参量输出给数/模转换模块307。

本实施例在采用功率控制法时，由于直流偏压检测模块302仍然处于工作状态，可能导致工艺结果与单独利用图1所示装置的工艺结果之间存在偏差。为了校准这种偏差，可以先检验功率相关表征参量和可达到相同工艺结果时的实际功率值之间的差值，将这种差值作为功率校准值。

实际应用中，功率校准值可以通过实验确定。下面以工艺参数为刻蚀速率为例说明确定功率校准值的方法：先利用图1所示的装置实施某个工艺流程，并记录下刻蚀速率；再利用图3所示装置的功率控制法实施同样的工艺流程，记录下对应的刻蚀速率，这里实验时的功率校准值可初始化为0；如果两个刻蚀速率存在偏差，那么逐渐调整实际的功率值，直到刻蚀速率达到 采用图1装置时对应的刻蚀速率为止。此后，将实际功率值与功率相关表征参量之间的差值作为功率校准值保存到校准模块305中。这样，校准模块305对接收到的功率相关表征参量进行校准之后，就可以得到实验中的实际功率值，进而获得预期的刻蚀速率。比如：功率相关表征参量为500瓦特，经过实验确定需要的实际功率值应该为510瓦特，那么，就可以将10瓦特预先保存到校准模块305中。这样，在校准模块305接收到500瓦特的功率相关表征参量时，就可以加上10瓦特，将功率相关表征参量更新为510瓦特，再输出出去。当然，实际应用中，不同的工艺流程可能存在不同的功率校准值，可以将所有工艺流程按照上述方法获得各自的功率校准值，并保存在校准模块305中。此后，校准模块305根据实施的不同工艺流程获取对应的功率校准值，并按照获取的功率校准值对该工艺流程的功率相关表征参量进行更新。

故障检测模块306，用于保存事先获得的正常功率值范围，在接收到直流偏压控制模块303计算出来的功率值时，判断计算出来的功率值是否超出正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号；否则，将计算出来的功率值传送给数/模转换模块307。

这里所述的正常功率值范围也可以采用实验手段获得，比如：在采用图3中电压控制法实施工艺流程时，记录下正常工艺流程中提供给放电系统电极的功率值。按照上述方式多次实验后，将记录的最大功率值和最小功率值作为正常功率值范围，并保存在故障检测模块306中。

数/模转换模块307，用于对接收到的携带有功率相关表征参量的数字信号进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给射频功率提供模块304；对接收到的携带有计算出的功率值的数字信号进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并将携带有计算出的功率值的模拟信号输出给射频功率提供模块304。

变换求值模块308，用于将来自模/数转换模块3022的数字信号形式的 直流偏压值转换为可参与直流偏压控制算法计算的值，并将转换后的直流偏压值传送给直流偏压控制模块303。

这里所述的变换求值模块308可以将从模/数转换模块3022输入的值变换为参与直流偏压控制算法计算的值。比如：电压传感器3021检测到下电极上的直流偏压为600伏特，将表示600伏特的一个模拟信号输出给模/数转换模块，经过模/数转换后得到表示600伏特的一个数字信号，并输出给变换求值模块308。如果直流偏压控制模块303中直流偏压控制算法要求输入的参数为0～65535之间的整数，就需要变换求值模块308先将表示600伏特的数字信号量化为0～60035之间的整数，再输入给直流偏压控制模块303参与计算。当然，这种情况下，模式选择模块301向直流偏压控制模块303输入的电压相关表征参量也应该为0～60035之间的整数。

也就是说，模式选择模块301接收到包括参量和参量类型的输入信息时，判断参量的类型，如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量输出给校准模块305；如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块303。本实施例中，所述功率相关表征参量可以为预先设定的功率值，所述电压相关表征参量可以为预先设定的电压值或为其它可以计算出相应功率的值。本实施例中，放电系统的电极可以为放电系统的下电极，也可以为放电系统的上电极。

下面分别按照参量为功率相关表征参量和电压相关表征参量详细说明本实施例装置的处理过程。

一方面，如果模式选择模块301将判断出的功率相关表征参量输出给校准模块305，那么，校准模块305利用事先保存的功率校准值对功率相关表征参量进行更新，将更新后的功率相关表征参量输出给数/模转换模块307；数/模转换模块307将数字信号形式的功率相关表征参量转换为模拟信号形式的功率相关表征参量，并输出给射频功率提供模块304；射频功率提供模块304中的射频电源3041根据功率相关表征参量提供功率，匹配网络3042 将射频电源3041提供的功率输出给放电系统的电极，从而实现利用功率控制法对直流偏压的控制。

另一方面，如果模式选择模块301将判断出的电压相关表征参量输出给直流偏压控制模块303，那么，直流偏压控制模块303可以根据电压相关表征参量和直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值。这里所述直流偏压值是由电压传感器3021从放电系统电极检测到的直流偏压值，将直流偏压值以模拟信号的形式输入给模/数转换模块3022进行模/数转换，获得数字信号形式的直流偏压值，然后由变换求值模块308将数字信号形式的直流偏压值转换为可用于直流偏压控制算法计算的值，再输出给直流偏压控制模块303进行计算。此后，故障检测模块306判断计算出来的功率值是否超出正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号；否则，将计算出来的功率值输出给数/模转换模块307；数/模转换模块307接收到数字信号形式的计算出的功率值时，将数字信号形式的功率值转换为模拟信号形式的功率值，并输出给射频功率提供模块304；射频功率提供模块304中的射频电源3041根据计算出的功率值提供功率，匹配网络3042将射频电源3041提供的功率输出给放电系统的电极，从而实现电压控制法对直流偏压的控制。

本实施例中，射频电源3041是一个接收模拟信号的射频电源，所以，在故障检测模块306将直流偏压控制模块303计算出来的功率值输出给射频电源3041时，还需要利用数/模转换模块307进行数字信号到模拟信号之间的转换。实际应用中，如果射频电源304 1是一个可以接收数字信号的射频电源，就不必要进行数字信号到模拟信号之间的转换，即可以省略数/模转换模块307。

本实施例中，当直流偏压检测模块302将直流偏压值输出给直流偏压控制模块303进行计算时，还需要将检测到的直流偏压值变换为可用于直流偏压控制算法的值。而实际应用中，如果直流偏压控制算法可以直接利用直流偏压检测模块302检测到的直流偏压值进行计算，也可以省略变换求值模块308。这里所述的直流偏压控制算法比较多，比如：神经网络算法、模糊控 制算法、比例-积分-微分(PID)算法等。

本实施例中的模式选择模块301、直流偏压检测模块302、直流偏压控制模块303、射频功率提供模块304是必要的，而校准模块305、故障检测模块306、数/模转换模块307、变换求值模块308等都可以根据具体的实际情况选择。比如：射频功率提供模块304可以接收数字信号，工艺流程不需要对直流偏压进行精确控制，那么，就可以不选择数/模转换模块307和校准模块305。再比如：射频功率提供模块304需要接收模拟信号，工艺流程需要对直流偏压进行精确控制，但系统运行比较稳定，无需进行故障检测，那么，就可以不选择故障检测模块306。总之，本实施方案中的可选择的模块可以根据实际情况进行选择，此处不再一一列举。

另外，实际应用中，本实施例中的装置还可能需要与外界进行通信，比如模式选择模块301接收包括参量和参量类型的输入信息，故障检测模块306判断出功率值超出正常功率值范围输出故障报警信号。本实施例中，模式选择模块301、直流偏压控制模块303、校准模块305、故障检测模块306、变换求值模块308都可以利用软件程序来实现，在实际应用中也可以总称为节点微控制器。在这种情况下，节点微控制器可以利用某个通信接口与外界进行交互，即：模式选择模块301通过通信接口接收输入信息，故障检测模块306通过通信接口输出故障报警信号。这里所述的外界可以是一个与节点微控制器相连的上位机，比如一台个人电脑，用于向节点微控制器交互信息。

当然，模式选择模块301、直流偏压控制模块303、校准模块305、故障检测模块306、变换求值模块308也可以利用硬件来实现，比如模拟电路或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等。

针对上述控制射频放电系统直流偏压的装置，本发明还提供一种控制射频放电系统直流偏压的方法。图5显示了本发明控制射频放电系统直流偏压的方法流程图。如图5所示，该方法可以包括：

步骤501：接收包括参量和参量类型的输入信息。

步骤502：判断参量的类型，如果参量类型为表示与电压相关的类型， 将参量作为电压相关表征参量，并执行步骤503；如果参量类型为表示与功率相关的类型，将参量作为功率相关表征参量，并执行步骤504。

实际应用中，如果需要对功率相关表征参量进行校准，那么，在判断出参量类型为表示与功率相关的类型和步骤504之间，该方法还可以进一步包括：根据预先保存的功率校准值来更新功率相关表征参量。这里的功率校准值可以采用实验手段的方式得到，其方法可以参见上述对校准模块305功能和原理的描述，此处不再赘述。

步骤503：根据所述电压相关表征参量、从放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值，并根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率。

实际应用，如果需要及时发现直流偏压出现异常情况，还可以在步骤503所述计算出功率值和根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率之间进一步包括：判断计算出来的功率值是否超出保存的正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号，并退出本流程；否则，继续执行根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率的步骤。

这里所述的正常功率值范围可以事先根据实验手段获得，其方法可以参见上述故障检测模块306功能和原理的描述，此处不再赘述。

另外，本步骤所述根据计算出的功率值为放电系统的电极提供功率的方法可以具体为：射频电源根据计算出的功率值提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给放电系统的电极。

步骤504：根据所述功率相关表征参量为放电系统的电极提供功率。

本步骤所述根据功率相关表征参量为放电系统的电极提供功率的方法可以具体为：射频电源根据所述功率相关表征参量提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给放电系统的电极。

为了更好地说明本发明控制射频放电系统直流偏压的方法，下面用一个方法实施例进行详细说明。

图4是本方法实施例对应的装置示意图，包括模式选择模块301、直流 偏压检测模块302、直流偏压控制模块303、射频功率提供模块304，校准模块305、故障检测模块306、数/模转换模块307、变换求值模块308。其中，直流偏压检测模块302包括电压传感器3021和模/数转换模块3022，射频功率提供模块304包括射频电源3041和匹配网络3042。

图6是本实施例方法的流程图。如图6所示，本实施例可以包括：

步骤601：模式选择模块301接收包括参量和参量类型的输入信息。

步骤602：模式选择模块301判断参量的类型，如果参量类型为表示与电压相关的类型，将参量作为电压相关表征参量，并执行步骤603；如果参量类型为表示与功率相关的类型，将参量作为功率相关表征参量，并执行步骤609。

步骤603：直流偏压控制模块303根据电压相关表征参量、从放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值，并将计算出的功率值输出给故障检测模块306。

实际应用中，从放电系统电极检测出的直流偏压值的方法可以为：电压感应器3021检测放电系统电极的直流偏压，将检测到的模拟信号形式的直流偏压值输出给模/数转换模块3022；模/数转换模块3022进行模数转换，获得数字信号形式的直流偏压值，并输出给变换求值模块308；变换求值模块308将数字信号形式的直流偏压值转换为可用于直流偏压控制算法计算的值，并输出给直流偏压控制模块303。当然，如果直流偏压控制算法允许数字信号形式的直流偏压值直接参与计算，则无需利用变换求值模块308将数字信号形式的直流偏压值转换为可用于直流偏压控制算法计算的值。

步骤604：故障检测模块306判断计算出来的功率值是否超出保存的正常功率值范围，如果超出，则执行步骤605；否则，执行步骤606。

实际应用中，如果系统工作比较稳定，不需要对直流偏压是否异常进行检测，则可以省略步骤604～步骤606。

步骤605：输出故障报警信号，并退出本流程。

步骤606：故障检测模块306将携带有计算出的功率值的数字信号输出 给数/模转换模块307。

步骤607：数/模转换模块307将携带有计算出的功率值的数字信号进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并输出给射频电源3041。

实际应用中，如果射频电源3041可以直接接收数字信号，则无需利用数/模转换模块307进行数模转换，即可以省略步骤607。

步骤608：射频电源3041接收携带有计算出的功率值的模拟信号，根据计算出的功率值提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络3042将射频电源3041提供的功率输出给放电系统的电极；返回步骤603。

本实施例中，步骤603～步骤608为利用电压控制法来直流偏压进行控制的分支，其中的直流偏压检测模块302、变换求值模块308、直流偏压控制模块303、故障检测模块306、数/模转换模块307、射频功率提供模块304以及放电系统的电极可以构成一个反馈环，不断地根据检测到的直流偏压值和电压相关表征参量进行控制计算，将放电系统电极维持到电压相关表征参量表示的直流偏压，以达到利用电压控制法控制直流偏压的目的。

步骤609：校准模块305根据预先保存的功率校准值来更新功率相关表征参量，并将携带有功率相关表征参量的数字信号输出给数/模转换模块307。

实际应用中，如果采用功率控制，由于电压传感器3021的引入使工艺结果产生小范围的偏移，如果对工艺结果要求不是非常精确，也可以不用校准模块305对功率相关表征参量进行校准，即可以省略步骤609。

步骤610：数/模转换模块307将携带有功率相关表征参量的数字信号进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给射频电源3041。

实际应用中，如果射频电源3041可以直接接收数字信号，则无需利用数/模转换模块307进行数模转换，即可以省略步骤610。

步骤611：射频电源3041接收携带有功率相关表征参量的数字信号，根据该功率相关表征参量提供功率，匹配网络3042将射频电源3041提供的 功率输出给放电系统的电极。

应用本发明方案，由于模式选择模块301可以接收外界输入的参量和参量类型，并利用判断参量类型的结果确定是利用功率控制法来控制直流偏压，还是利用电压控制法来控制直流偏压，从而可以灵活地在两种不同的直流偏压控制方法中进行选择，达到兼容的目的，更加有利于工艺操作人员的操作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种控制等离子体刻蚀设备中射频放电系统直流偏压的装置，其特征在于，该装置包括模式选择模块、直流偏压检测模块、直流偏压控制模块、射频功率提供模块和校准模块；

所述模式选择模块，用于接收包括参量和参量类型的输入信息；判断参量的类型，如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量输出给所述射频功率提供模块；如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量输出给所述直流偏压控制模块；

所述直流偏压检测模块，用于检测所述射频放电系统电极的直流偏压，将检测到的直流偏压值输出给所述直流偏压控制模块；

所述直流偏压控制模块，用于接收来自所述模式选择模块的电压相关表征参量，接收来自所述直流偏压检测模块的直流偏压值；利用所述直流偏压值和电压相关表征参量并根据直流偏压控制算法计算出功率值，将计算出的功率值输出给所述射频功率提供模块；

所述射频功率提供模块，用于在接收到来自所述模式选择模块的功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量向所述射频放电系统的电极提供功率；在接收到所述直流偏压控制模块计算出来的功率值时，根据计算出的功率值向所述射频放电系统的电极提供功率；

校准模块，位于所述模式选择模块和所述射频功率提供模块之间，用于保存预先获得的功率校准值；在接收到来自所述模式选择模块的功率相关表征参量时，根据所述功率校准值对功率相关表征参量进行更新，并将更新后的功率相关表征参量输出给所述射频功率提供模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

故障检测模块，位于所述直流偏压控制模块和所述射频功率提供模块之间，用于保存事先获得的正常功率值范围；在接收到所述直流偏压控制模块计算出来的功率值时，判断计算出来的功率值是否超出正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号；否则，将计算出来的功率值输出给所述射频功率提供模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述射频功率提供模块包括：

射频电源，用于在接收到功率相关表征参量时，根据功率相关表征参量提供功率；在接收到所述直流偏压控制模块计算出来的功率值时，根据计算出的功率值提供功率；

匹配网络，用于负载阻抗的匹配，并将射频电源提供的功率输出给所述射频放电系统的电极。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述射频电源为接收模拟信号的射频电源，输出给射频电源的功率相关表征参量携带于数字信号中，输出给射频电源计算出的功率值携带数字信号中，该装置进一步包括：

数/模转换模块，用于在接收到携带有功率相关表征参量的数字信号时，进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给所述射频电源；在接收到携带有计算出的功率值的数字信号时，进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并将携带有计算出的功率值的模拟信号输出给所述射频电源。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述直流偏压检测模块包括：电压传感器和模/数转换模块，其中，

所述电压传感器，用于检测所述射频放电系统的电极的直流偏压，将检测出的直流偏压值以模拟信号的形式输出给所述模/数转换模块；

所述模/数转换模块，用于将模拟信号形式的直流偏压值转换为数字信号形式的直流偏压值，并输出给所述直流偏压控制模块。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

变换求值模块，用于接收来自所述模/数转换模块的数字信号形式的直流偏压值，将接收到的直流偏压值转换为参与直流偏压控制算法计算的值，并将转换后的直流偏压值输出给所述直流偏压控制模块。

7.一种控制等离子体刻蚀设备中射频放电系统直流偏压的方法，该方法用 于权利要求1所述的装置，其特征在于，该方法包括：

A、接收包括参量和参量类型的输入信息，判断参量的类型，如果参量类型为表示与电压相关的类型，则将参量作为电压相关表征参量，并执行步骤B；如果参量类型为表示与功率相关的类型，则将参量作为功率相关表征参量，根据预先保存的功率校准值来更新所述功率相关表征参量，并执行步骤C；

B、根据所述电压相关表征参量、从所述射频放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值，并根据计算出的功率值为所述射频放电系统的电极提供功率；

C、根据所述功率相关表征参量为所述射频放电系统的电极提供功率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤B所述计算出功率值和根据计算出的功率值为所述射频放电系统的电极提供功率之间，该方法进一步包括：

判断计算出来的功率值是否超出保存的正常功率值范围，如果超出，则输出故障报警信号，并退出本流程；否则，继续执行根据计算出的功率值为所述射频放电系统的电极提供功率的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B所述根据计算出的功率值为所述射频放电系统的电极提供功率的方法为：射频电源根据所述计算出的功率值提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给所述射频放电系统的电极；

步骤C所述根据功率相关表征参量为所述射频放电系统的电极提供功率的方法为：射频电源根据所述功率相关表征参量提供功率，用于负载阻抗匹配的匹配网络将射频电源提供的功率输出给所述射频放电系统的电极。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述射频电源为接收模拟信号的射频电源，所述计算出的功率值携带于数字信号中，所述功率相关表征参量携带于数字信号中，在步骤B判断出计算出来的功率值没有超出保存的功率值范围和根据计算出的功率值为所述射频放电系统的电极提供功率之间，该方法进一步包括： 

对携带有计算出的功率值的数字信号进行数模转换，获得携带有计算出的功率值的模拟信号，并将携带有计算出的功率值的模拟信号输出给所述射频电源；

在步骤C所述根据功率相关表征参量为所述射频放电系统的电极提供功率之前，步骤C进一步包括：

对携带有功率相关表征参量的数字信号进行数模转换，获得携带有功率相关表征参量的模拟信号，并将携带有功率相关表征参量的模拟信号输出给所述射频电源。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述从所述射频放电系统电极检测出直流偏压值的方法为：

电压感应器检测所述射频放电系统电极的直流偏压，将检测出的模拟信号形式的直流偏压值进行模数转换，获得数字信号形式的直流偏压值。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤B根据电压相关表征参量、从所述射频放电系统电极检测出的直流偏压值，以及直流偏压控制算法计算出功率值之前，步骤B进一步包括：

将数字信号形式的直流偏压值转换为参与直流偏压控制算法计算的值。 

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