CN104281185B - 射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备 - Google Patents
射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备,其包括射频功率输出模块、检测模块和控制模块，其中，射频功率输出模块用于向线圈输出射频功率；检测模块用于检测线圈中的射频电流，并将其检测到的射频电流值发送至控制模块；控制模块用于根据由检测模块发送而来的射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并根据该射频功率输出值向射频功率输出模块发送控制信号；射频功率输出模块根据控制信号向线圈输出射频功率输出值。本发明提供的射频控制系统，其可以校准线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差，从而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度和工艺重复性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备。
背景技术
目前，电感耦合等离子体（InductivelyCoupledPlasma，以下简称为ICP）设备因其可以在较低的工作气压下获得高密度和高均匀性的等离子体，且结构简单、制造成本较低，而被广泛应用在刻蚀蓝宝石衬底等基片的工艺中。
图1为现有的ICP设备的结构示意图。如图1所示，ICP设备包括反应腔室4和电感耦合线圈3。其中，在反应腔室4内设置有静电卡盘5，用以采用静电吸附的方式承载被加工工件6，并且，静电卡盘5依次与第一匹配器7和第一射频电源8电连接；电感耦合线圈3设置于反应腔室4的顶壁上方，其依次与第二匹配器2和第二射频电源1电连接。在进行工艺的过程中，第二射频电源1向电感耦合线圈3内提供射频电流，当该射频电流流过电感耦合线圈3时在反应腔室4内产生交变磁场，该交变磁场又感应出涡旋电场，从而使反应腔室4内的工艺气体在电磁场中获取能量并电离，进而产生高密度的等离子体；与此同时，第一射频电源8在被加工工件6上加载负偏压，以吸引等离子体中的粒子溅射被加工工件6的表面。
由于在反应腔室4内产生的感应电磁场的大小和分布是由流经电感耦合线圈3的各个位置的射频电流产生的感应电磁场的矢量和决定的，这使得电感耦合线圈3中的射频电流的大小可以直接影响诸如等离子体的密度及分布等的等离子体参数，从而决定了处理被加工工件6的工艺结果。因此，若能够精确地控制电感耦合线圈3中的射频电流的大小，则可以提高ICP设备的工艺精确度。
目前，通常通过调节第二射频电源1输出的射频功率的大小来控制电感耦合线圈3中的射频电流，但是，这在实际应用中不可避免地存在下述问题，即：
由于受到等离子体的具有非线性特征的阻抗，以及在加工、安装电感耦合线圈3的过程中产生的加工和安装误差等的因素影响，电感耦合线圈3中的射频电流实际值往往和与预设的第二射频电源1输出的射频功率一一对应的射频电流理想值之间存在偏差，导致反应腔室4内的等离子体的实际密度及分布等的等离子体参数无法达到理想值，从而造成ICP设备的工艺精确度降低。
而且，若电感耦合线圈3中的射频电流实际值与射频电流理想值之间存在偏差，则在同一ICP设备的不同批次的加工之间，或者不同ICP设备的加工之间，即使第二射频电源1输出相同大小的射频功率，射频电流实际值也可能不同，因此，通过调节第二射频电源1输出的射频功率的大小来控制电感耦合线圈3中的射频电流，很难保证等离子体参数的一致性和工艺的重复性，从而降低了良品率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备，其可以在线校准线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差，从而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度和工艺重复性。
为实现本发明的目的而提供一种射频控制系统，其包括射频功率输出模块，用以向线圈输出射频功率，以在线圈内产生射频电流，所述射频控制系统还包括检测模块和控制模块，其中，所述检测模块用于检测所述线圈中的射频电流，并将其检测到的射频电流值发送至所述控制模块；所述控制模块用于根据由所述检测模块发送而来的射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并根据该射频功率输出值向所述射频功率输出模块发送控制信号；所述射频功率输出模块根据所述控制信号向所述线圈输出所述射频功率输出值。
优选地，所述射频控制系统还包括判断模块，所述控制模块将所述射频电流偏差发送至所述判断模块；所述判断模块用于判断所述射频电流偏差是否超出预设的安全阈值；若是，则向所述控制模块发送表示所述射频电流偏差超出预设的安全阈值的信号；所述控制单元在接收到该信号之后根据所述射频电流偏差计算射频功率输出值，且根据该射频功率输出值向所述射频功率输出模块发送控制信号。
其中，所述射频控制系统还包括模数转换模块，所述检测模块将检测到的射频电流值发送至所述模数转换模块；所述模数转换模块用于将所述射频电流值转化为数字信号，并发送至所述控制模块。
其中，所述检测模块包括电流传感器。
其中，所述射频控制系统还包括数模转换模块，所述控制模块将所述控制信号发送至所述数模转换模块；所述数模转换模块用于将所述控制信号转换为模拟信号，并发送至所述射频功率输出模块。
其中，所述射频功率输出模块包括射频电源和匹配器，其中，所述射频电源用于向线圈提供射频功率；所述匹配器用于对所述射频电源的输出阻抗与负载阻抗进行匹配。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种射频控制方法，其包括下述步骤：
步骤S10，检测线圈中的射频电流值；
步骤S20，根据所述射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并向所述线圈输出所述射频功率输出值。
优选地，所述步骤S20包括步骤S21和步骤S22，
步骤S21，根据所述射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，并判断所述射频电流偏差是否超出预设的安全阈值；若是，则进入步骤S22；
步骤S22，根据所述射频电流偏差计算射频功率输出值，且向所述线圈输出所述射频功率输出值。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括电感耦合线圈和射频控制系统，所述射频控制系统用于向所述电感耦合线圈提供射频功率，以激发所述反应腔室内的工艺气体形成等离子体，其中，所述射频控制系统采用了本发明提供的上述射频控制系统。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的射频控制系统，其在射频功率输出模块向线圈输出射频功率时，借助检测模块实时检测线圈中的射频电流，并借助控制模块根据检测到的射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并根据该射频功率输出值向射频功率输出模块发送控制信号，射频功率输出模块根据该控制信号向线圈输出所述射频功率输出值，也就是说，通过实时获得线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差来调节射频功率输出模块向线圈输出的射频功率，以将线圈中的射频电流校正至理想值，这不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，从而可以提高良品率。
本发明提供的射频控制方法，其在向线圈输出射频功率时，实时检测线圈中的射频电流值，并根据该射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并向线圈输出射频功率输出值，即，通过实时获得线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差来调节射频功率输出模块向线圈输出的射频功率，以将线圈中的射频电流校正至理想值，这不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，从而可以提高良品率。
本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的射频控制系统，不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，进而可以提高良品率。
本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，进而可以提高良品率。
附图说明
图1为现有的ICP设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的射频控制系统的示意图；以及
图3为本发明实施例提供的射频控制方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的射频控制系统及方法、反应腔室、等离子体加工设备进行详细描述。
请参看图2，图2为本发明实施例提供的射频控制系统的示意图。射频控制系统包括射频功率输出模块10、检测模块20和控制模块30。其中，射频功率输出模块10用于向线圈40输出射频功率，以在线圈40内产生射频电流，从而在反应腔室内产生交变磁场，该交变磁场又感应出涡旋电场，进而使反应腔室内的工艺气体激发形成高密度的等离子体。在本实施例中，射频功率输出模块10包括射频电源101和匹配器102，其中，射频电源101用于向线圈40提供射频功率；匹配器102用于对射频电源101的输出阻抗与负载阻抗进行匹配，以消除功率反射，从而保证反应腔室可以从射频电源获得最大功率。
检测模块20用于检测线圈40中的射频电流，并将其检测到的射频电流值发送至控制模块30，检测模块20可以为电流传感器等的电流检测装置；控制模块30用于根据由检测模块20发送而来的射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并根据该射频功率输出值向向射频功率输出模块10发送控制信号；射频功率输出模块10根据该控制信号向线圈输出所述射频功率输出值，也就是说，通过实时获得线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差来调节射频功率输出模块10向线圈输出的射频功率，以将线圈中的射频电流校正至理想值，这不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，进而可以提高良品率。
优选地，射频控制系统还包括判断模块，控制模块30将射频电流偏差发送至判断模块；判断模块用于判断射频电流偏差是否超出预设的安全阈值范围；若否，则向控制模块30发送表示射频电流偏差未超出预设的安全阈值的信号；控制模块30根据该信号确定无需对射频功率输出模块10的输出功率进行调整；若是，则判断模块向控制模块30发送表示射频电流偏差超出预设的安全阈值的信号；控制模块30在接收到该信号之后根据射频电流偏差计算射频功率输出值，且根据该射频功率输出值向射频功率输出模块10发送控制信号。所谓安全阈值，是指允许线圈40中的射频电流值与射频电流标准值之间存在的最大偏差。
在实际应用中，由检测模块20发送的射频电流值通常为模拟信号，若控制模块30仅能够接收数字信号，则在这种情况下，需要将检测模块20的射频电流值由模拟信号转换为数字信号之后，再发送至控制模块30。具体地，射频控制系统还包括模数转换模块50，检测模块20将射频电流值发送至模数转换模块50；模数转换模块50将该射频电流值转化为数字信号，并发送至控制模块30。容易理解，若控制模块30可以直接接收模拟信号，则可以省去模数转换模块50。
与之相类似的，由控制模块30发送的控制信号通常为数字信号，若射频功率输出模块10仅能够接收模拟信号，则在这种情况下，需要将控制模块30的控制信号由数字信号转换为模拟信号之后，再发送至射频功率输出模块10。具体地，射频控制系统还包括数模转换模块60，控制模块30将控制信号发送至数模转换模块60；数模转换模块60将控制信号转换为模拟信号，并发送至射频功率输出模块10。容易理解，若射频功率输出模块10，即射频电源可以直接接收数字信号，则可以省去数模转换模块60。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种射频控制方法，如图3所示，图3为本发明实施例提供的射频控制方法的流程图。本发明实施例提供的射频控制方法包括下述步骤：
S100，检测线圈中的射频电流值；
S200，根据射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差；
S300，判断该射频电流偏差是否超出预设的安全阈值；若是，则进入步骤S400；若否，则进入步骤S500；
S400，根据射频电流偏差计算射频功率输出值，且向线圈输出该射频功率输出值；
S500，结束。
需要说明的是，在实际应用中，也可以省去步骤S300，即，无需判断射频电流偏差是否超出预设的安全阈值而直接根据射频电流偏差计算射频功率输出值，且向线圈输出该射频功率输出值。
本发明实施例提供的射频控制方法，其在向线圈输出射频功率时，实时检测线圈中的射频电流值，并根据该射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并向线圈输出射频功率输出值，即，通过实时获得线圈中的射频电流值与射频电流标准值之间的偏差来调节射频功率输出模块向线圈输出的射频功率，以将线圈中的射频电流校正至理想值，这不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，从而可以提高良品率。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，其包括电感耦合线圈及射频控制系统。其中，射频控制系统用于向电感耦合线圈提供射频功率，以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，并且，射频控制系统采用本发明上述实施例提供的射频控制系统。
本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述射频控制系统，不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，进而可以提高良品率。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用本发明上述实施例提供的反应腔室。
本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的反应腔室，不仅可以使反应腔室内的等离子体密度及分布等的等离子体参数达到理想值，进而可以提高等离子体加工设备的工艺精确度，而且还可以提高等离子体参数的一致性和工艺的重复性，进而可以提高良品率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种射频控制系统，其包括射频功率输出模块，用以向线圈输出射频功率，以在线圈内产生射频电流，其特征在于，所述射频控制系统还包括检测模块、控制模块和判断模块，其中
所述检测模块用于检测所述线圈中的射频电流，并将其检测到的射频电流值发送至所述控制模块；
所述控制模块用于根据由所述检测模块发送而来的射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并根据该射频功率输出值向判断模块发送控制信号；
所述判断模块用于判断所述射频电流偏差是否超出预设的安全阈值；若是，则向所述控制模块发送表示所述射频电流偏差超出预设的安全阈值的信号；所述控制模块在接收到该信号之后根据所述射频电流偏差计算射频功率输出值，且根据该射频功率输出值向所述射频功率输出模块发送控制信号；
所述射频功率输出模块根据所述控制信号向所述线圈输出所述射频功率输出值。
2.根据权利要求1所述的射频控制系统，其特征在于，所述射频控制系统还包括模数转换模块，
所述检测模块将检测到的射频电流值发送至所述模数转换模块；
所述模数转换模块用于将所述射频电流值转化为数字信号，并发送至所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的射频控制系统，其特征在于，所述检测模块包括电流传感器。
4.根据权利要求1所述的射频控制系统，其特征在于，所述射频控制系统还包括数模转换模块，
所述控制模块将所述控制信号发送至所述数模转换模块；
所述数模转换模块用于将所述控制信号转换为模拟信号，并发送至所述射频功率输出模块。
5.根据权利要求1所述的射频控制系统，其特征在于，所述射频功率输出模块包括射频电源和匹配器，其中，
所述射频电源用于向线圈提供射频功率；
所述匹配器用于对所述射频电源的输出阻抗与负载阻抗进行匹配。
6.一种射频控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S10，检测线圈中的射频电流值；
步骤S20，根据所述射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，且根据该射频电流偏差计算射频功率输出值，并向所述线圈输出所述射频功率输出值。
7.根据权利要求6所述的射频控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括步骤S21和步骤S22，
步骤S21，根据所述射频电流值与预设的射频电流标准值而获得射频电流偏差，并判断所述射频电流偏差是否超出预设的安全阈值；若是，则进入步骤S22；
步骤S22，根据所述射频电流偏差计算射频功率输出值，且向所述线圈输出所述射频功率输出值。
8.一种反应腔室，包括电感耦合线圈和射频控制系统，所述射频控制系统用于向所述电感耦合线圈提供射频功率，以激发所述反应腔室内的工艺气体形成等离子体，其特征在于，所述射频控制系统采用如权利要求1-5任意一项所述的射频控制系统。
9.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用如权利要求8所述的反应腔室。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Patentee before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |