CN103792842A - 一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法，属于化学气相沉积技术领域。在基台金属基底上设置若干个绝缘层，绝缘层将基台金属基底分成不同直径的环形或扇形区域；在基台金属基底内部、各绝缘层分隔的环形或扇形区域内，分别设置若干个可调电阻电容和阻抗检测单元；可调电阻电容用于对功率场空间分布进行调节，阻抗检测单元用于对该区域功率空间分布进行检测；控制模块能够对功率空间分布进行精准控制，使其逼近预期功率空间分布要求。通过绝缘层，减小相邻区域间的导电性，使得不同区域间的控制更加独立。进而通过在不同区域设置独立可控的功率调节装置，实现对功率场空间分布具有灵活和精细化的调控能力。

Description

一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法

技术领域

本发明涉及一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法，属于化学气相沉积技术领域。

背景技术

功率空间分布控制在很多领域有重要应用，现在的功率空间分布控制多是针对空间的平均电磁场进行调节，但在很多场合，需要对功率场空间分布进行精细调节。等离子增强化学气相沉积（PECVD）设备就对功率场空间分布的精细化调控提出了要求。以一种多自由度可控离子增强化学气相沉积（PECVD）设备为例对现有的化学气相沉积设备进行简单说明。

图1为现有技术一种PECVD装置结构示意图，包括工艺腔室1，腔室舱门2，喷淋头3，远程等离子源4，质量流量控制器5，射频匹配器6，高频源7，基台8，低频源9，基台调整支柱10，真空泵11，压力表12，顶针盘13，衬底14。

所述工艺腔室1和腔室舱门2的特征在于当腔室舱门关闭时，工艺腔室内部与外界隔离，实现真空密封；所述远程等离子源4的特征在于，产生刻蚀等离子体，用于清洗附着在腔室内壁的沉积物；所述质量流量控制器5的特征在于，能够对流入工艺腔室的反应气体流量进行调控，并通过所述喷淋头3对气流均匀性进行调控；所述高频源7、低频源9的特征在于，在工艺腔室内产生射频电磁场，使反应气体解离，进而产生等离子体，并通过射频匹配器6对包含等离子的射频回路阻抗特性进行调控，使得尽可能多的射频功率被注入工艺腔室，用于激发等离子而不被反射；所述基台调整支柱10，用于调整射频电容耦合放电的极间距；所述顶针盘13的特征在于，能够将衬底14顶起和落下，主要用于将衬底14放入和取出工艺腔室时；所述真空泵11、压力表12的特征在于，能够对腔室内真空度进行调节；所述衬底14的特征在于，放置在基台8上，薄膜在衬底14上沉积；所述基台8的特征在于，作为射频电容耦合放电回路的下电极，并能够对所述衬底14进行加热，可调节衬底14的温度。

随着IC制造晶圆尺寸不断增大，特征尺寸不断缩小，IC制造对薄膜沉积工艺的大面积高一致性提出了更高的要求。这实际上是要求设备对工艺因素的空间分布具有更精确的控制能力，而现有的CVD腔室设计普遍过于刚性，只能对工艺因素平均值进行调节，不能实现工艺因素空间分布的灵活调控，工艺品质是由简单的结构与粗略的工艺条件控制来保证的，这导致设备对不同工艺要求的适应能力及工艺偏差的调节矫正能力均相对较差，同时也不能实现工艺品质空间分布的精细化调控。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法，使得化学气相沉积设备的腔室内功率空间分布具有灵活的调控能力和精细化调控，能够相对自由的使得腔室内功率空间分布逼近预期要求。本发明以PECVD装置进行说明，但不局限于PECVD装置，可应用于任何需要功率场空间分布精细控制的场合。

该基台采用的技术方案为：

在基台金属基底上设置若干个绝缘层，绝缘层将基台金属基底分成不同直径的环形或扇形区域；在基台金属基底内部、各绝缘层分隔的环形或扇形区域内，分别设置若干个可调电阻电容和阻抗检测单元；可调电阻电容用于对功率场空间分布进行调节，阻抗检测单元用于对该区域功率空间分布进行检测；

控制模块包括可调阻容控制器控制器和总控制器，可调阻容控制器控制器分别与可调电阻电容和阻抗检测单元连接，同时还与总控制器连接；控制模块能够对功率空间分布进行精准控制，使其逼近预期功率空间分布要求。

所述绝缘层为真空绝缘层。

本发明提供的基于所述基台的功率场空间分布精细控制的方法，具体步骤为：

步骤1：设置预期功率场空间分布，并输入总控制器；

步骤2：通过阻抗检测单元获得相应区域回路的电流；

步骤3：通过可调阻容控制器将阻抗检测单元获得的电流转换为可识别信号；

步骤4：将步骤3得到的信号输入总控制器，总控制器将该信号换算为对应回路的有效功率，并通过拟合方法，得到近似的空间有效功率分布轮廓，比较当前有效功率分布轮廓与预设分布轮廓之间的差异；

步骤5：根据差异，输出控制信号给可调阻容控制器，通过可调电阻电容对功率场空间分布进行调节；

重复执行步骤2至步骤5和操作，采用基于PID的控制算法，直至实际功率场空间分布逼近理论功率场空间分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过基台的设计，使得设备能够对有效功率的空间分布具有灵活的调控能力，进而实现工艺品质空间分布的精细化调控，为在线实时工艺调控提供解决方案。另外，这种工艺因素空间分布的设计与调控方案使得设备具有更自由的可编程控制，对不同的工艺要求具有更好的适应能力，对工艺偏差具有更好的矫正能力，同时设备的稳定性与兼容性也会大幅增强。

附图说明

图1为现有技术中的单腔室的PECVD工艺腔室示意图；

图2为本发明实施例1中基台模块俯视剖面图；

图3为本发明实施例2中基台模块俯视剖面图；

图4为本发明实施例1，2中基台模块主视剖面图；

图5为本发明控制系统流程图；

图中标号：

1-工艺腔室；2-腔室舱门；3-喷淋头；4-远程等离子源RPS；5-质量流量控制器MFC；6-射频匹配器；7-高频源HRF；8-基台；9-低频源LRF；10-基台调整支柱；11-真空泵；12-压力表；13-顶针盘；14-衬底；81-基台金属基底；82-绝缘层；83-可调电阻电容；84-阻抗检测单元；85-控制模块；851-可调阻容控制器；852-总控制器。

具体实施方式

本发明提供了一种可用于功率场空间分布精细控制的基台及控制方法，下面结合附图和具体实施方式本发明做进一步说明。

实施例1

图2和图4为本发明基台8的第一实施方式的示意图，该实施方式实现了功率空间分布灵活的调控能力和精细化调控。

将基台金属基底81用绝缘层82分隔成彼此绝缘的若干个区域。绝缘层82为2个或多个，将基台分成不同直径的环形区域，其数量和分布情况依照控制精度要求进行设计。通过绝缘层，减小相邻区域间的导电效应，使得不同区域间的控制更加独立。

在金属基台基体81内部、各绝缘层82之间的每一个绝缘区域内布置一组可调电阻电容83和阻抗检测单元84。可调电阻电容83用于对功率场空间分布进行调节，阻抗检测单元84用于对该区域功率空间分布进行检测。

基台8上还设置控制模块85，控制模块85包括可调阻容控制器控制器851和总控制器852，可调阻容控制器控制器851分别与可调电阻电容83和阻抗检测单元84连接，同时还与总控制器852连接；控制模块85能够对功率空间分布进行精准控制，使其逼近预期功率空间分布要求。

一种所述基台的控制方法，包括以下流程：

步骤1：设置预期功率场空间分布，并输入总控制器852；

步骤2：通过阻抗检测单元84获得相应区域回路的电流；

步骤3：通过可调阻容控制器851将阻抗检测单元84获得的电流转换为可识别信号；

步骤4：将步骤3得到的信号输入总控制器852，总控制器852将该信号换算为对应回路的有效功率，并通过拟合方法，得到近似的空间有效功率分布轮廓，比较当前有效功率分布轮廓与预设分布轮廓之间的差异；

步骤5：根据差异，输出控制信号给可调阻容控制器851，通过可调电阻电容83对功率场空间分布进行调节；

重复执行步骤2至步骤5和操作，采用基于PID的控制算法，直至实际功率场空间分布逼近理论功率场空间分布。

实施例2

图3和图4为本发明基台8的第二实施方式的示意图，与实施例一相比，该方案除了设置了环状的绝缘层外，还沿直径方向设置了4个直线形的绝缘层，将隔热带分成若干个扇形区域。绝缘层按照控制精度要求进行设置，使控制更加精细。

Claims (3)

1.一种可用于功率场空间分布精细控制的基台，其特征在于，在基台金属基底（81）上设置若干个绝缘层（82），绝缘层（82）将基台金属基底（81）分成不同直径的环形或扇形区域；在基台金属基底（81）内部、各绝缘层（82）分隔的环形或扇形区域内，分别设置若干个可调电阻电容（83）和阻抗检测单元（84）；可调电阻电容（83）用于对功率场空间分布进行调节，阻抗检测单元（84）用于对该区域功率空间分布进行检测；

控制模块（85）包括可调阻容控制器控制器（851）和总控制器（852），可调阻容控制器控制器（851）分别与可调电阻电容（83）和阻抗检测单元（84）连接，同时还与总控制器（852）连接；控制模块（85）能够对功率空间分布进行精准控制，使其逼近预期功率空间分布要求。

2.根据权利要求1所述的可用于功率场空间分布精细控制的基台，其特征在于，所述绝缘层为真空绝缘层。

3.一种基于权利要求1所述基台的功率场空间分布精细控制的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤1：设置预期功率场空间分布，并输入总控制器（852）；

步骤2：通过阻抗检测单元（84）获得相应区域回路的电流；

步骤3：通过可调阻容控制器（851）将阻抗检测单元（84）获得的电流转换为可识别信号；

步骤4：将步骤3得到的信号输入总控制器（852），总控制器（852）将该信号换算为对应回路的有效功率，并通过拟合方法，得到近似的空间有效功率分布轮廓，比较当前有效功率分布轮廓与预设分布轮廓之间的差异；

步骤5：根据差异，输出控制信号给可调阻容控制器（851），通过可调电阻电容（83）对功率场空间分布进行调节；

重复执行步骤2至步骤5和操作，采用基于PID的控制算法，直至实际功率场空间分布逼近理论功率场空间分布。

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