CN110888380A - 一种半导体设备中滤波电路的控制方法和半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体设备中滤波电路的控制方法，包括：获取射频电源的目标频率；根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，使所述滤波电路的通带与所述目标频率相匹配。在本发明提供的控制方法中滤波电路中的滤波元件可调，在更换射频电源后或调整射频电源输出频率后，仅通过调整高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，即可使滤波电路的通带与新的射频电源的频率相匹配，从而在更换或调整射频电源时不必同时更换不同通带的滤波电路，降低了设备成本。并且，利用同一滤波电路连接多种频率的射频电源，提高了设备功能的多样性和生产效率。本发明还提供一种半导体设备。

Description

一种半导体设备中滤波电路的控制方法和半导体设备

技术领域

本发明涉及微电子加工领域，具体地，涉及一种半导体设备中滤波电路的控制方法和一种半导体设备。

背景技术

目前，刻蚀工艺通常是通过射频电源向刻蚀机的上电极和下电极导入射频信号，利用上电极和下电极之间产生的耦合电场电离高真空状态下的特殊气体，产生含有大量电子、离子、激发态原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，使等离子体与晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，以完成刻蚀工艺。

在现有的刻蚀设备中，每一频率的射频电源通常需要经过唯一对应的滤波电路进行滤波，以保证射频信号频率的准确性。在更换射频电源时也需要同时更换滤波电路，导致设备的制造成本过高。

发明内容

本发明提供一种半导体设备中滤波电路的控制方法和半导体设备，该半导体设备能够匹配多种频率的射频电源，降低设备的制造成本。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体设备中滤波电路的控制方法，包括：

获取射频电源的目标频率；

根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，使所述滤波电路的通带与所述目标频率相匹配。

可选地，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，包括：

判断所述目标频率是否高于预设频率；

当所述目标频率高于预设频率时，调整所述高通滤波单元中的所述可调滤波元件；

当所述目标频率低于预设频率时，调整所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件。

可选地，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，还包括：

当所述目标频率高于所述预设频率时，判断所述低通滤波单元对所述目标频率的衰减系数是否大于预设衰减系数，若否，则同时调整所述高通滤波单元和所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件；

当所述目标频率低于所述预设频率时，判断所述高通滤波单元对所述目标频率的衰减系数是否大于所述预设衰减系数，若否，则同时调整所述高通滤波单元和所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件。

可选地，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，包括：

获取所述可调滤波元件当前的属性参数数值，并根据所述目标频率确定所述可调滤波元件的目标属性参数数值；

根据所述当前的属性参数数值和所述目标属性参数数值确定参数调节量，基于所述参数调节量调整所述可调滤波元件。

可选地，所述可调滤波元件包括可调电感，所述属性参数数值包括电感值。

可选地，所述可调滤波元件包括可调电容，所述属性参数数值包括电容值。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体设备，包括：下电极、滤波控制装置和滤波电路，其中，

所述滤波电路与所述下电极电连接，包括高通滤波单元和低通滤波单元，所述高通滤波单元和低通滤波单元中均包括可调滤波元件；

所述滤波控制装置用于采用前面所述的滤波电路的控制方法控制所述滤波电路。

可选地，所述可调滤波元件包括可调电感和/或可调电容。

可选地，所述高通滤波单元包括第一可调电容、第一可调电感，所述第一可调电容的一端与所述下电极电连接，另一端与所述第一可调电感的一端连接，所述第一可调电感的另一端接地；

所述低通滤波单元包括第二可调电容、第二可调电感，所述第二可调电感的一端与所述下电极电连接，另一端与所述第二可调电容的一端连接，所述第二可调电容的另一端接地。

可选地，所述半导体设备还包括：低频射频电源、高频射频电源、低频阻抗匹配电路、高频阻抗匹配电路，其中，

所述低频射频电源通过所述低频阻抗匹配电路、所述低通滤波单元与所述下电极电连接；

所述高频射频电源通过所述高频阻抗匹配电路、所述高通滤波单元与所述下电极电连接。

本发明提供的滤波电路的控制方法和半导体设备中，滤波电路中的滤波元件可调，在更换射频电源或调整射频电源的输出频率后，仅通过调整高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，即可使滤波电路的通带与新的射频电源的频率相匹配，从而在更换射频电源时不必同时更换不同通带的滤波电路，降低了设备成本。并且，利用同一滤波电路连接多种频率的射频电源，提高了设备功能的多样性和生产效率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的半导体设备中滤波电路的控制方法的一种实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的半导体设备中滤波电路的控制方法的另一种实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的半导体设备中滤波电路的控制方法的另一种实施例的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的半导体设备的部分结构示意图；

图5为本发明提供的滤波电路的电路结构以及连接关系的一种实施例的示意图；

图6为本发明提供的滤波电路的电路结构以及连接关系的另一种实施例的示意图；

图7为本发明提供的滤波电路的电路结构以及连接关系的另一种实施例的示意图；

图8为本发明提供的滤波电路的电路结构以及连接关系的另一种实施例的示意图；

图9为本发明提供的滤波电路的电路结构以及连接关系的另一种实施例的示意图；

图10为本发明实施例提供的半导体设备的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种半导体设备中滤波电路的控制方法，如图1所示，包括：

S1、获取射频电源的目标频率；

S2、根据目标频率调整滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，使滤波电路的通带与目标频率相匹配。

本发明实施例所提供的半导体设备中滤波电路的控制方法用于在每次更换射频电源后或调整射频电源输出频率后进行。本发明实施例对滤波电路中可调滤波元件的种类不作具体限定，例如，可调滤波元件可以包括可调电感，也可以包括可调电容。

在本发明实施例中，滤波电路中的滤波元件可调(例如，可调电容的电容值、可调电感的电感值可调)，在更换射频电源后或调整了射频电源输出频率后，仅通过调整高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，即可使滤波电路的通带与新的射频电源的频率相匹配，从而在更换射频电源或调整射频电源输出频率时不必同时更换不同通带的滤波电路，降低了设备成本。本发明实施例提供的滤波电路控制方法可以利用同一滤波电路连接多种频率的射频电源，提高了设备功能的多样性，并且提高了更换或调整射频电源后提供对应滤波电路的效率，进而提高了生产效率。本发明实施例提供的滤波电路控制方法适用于设置有滤波电路的各种半导体设备，如刻蚀设备等。

本发明实施例对如何根据目标频率调整可调滤波元件不作具体限定。在一个优选的实施例中，上述根据目标频率调整滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件的步骤可以包括：

获取可调滤波元件当前的属性参数数值，并根据目标频率确定可调滤波元件的目标属性参数数值；

根据当前的属性参数数值和目标属性参数数值确定参数调节量，基于参数调节量调整可调滤波元件。

在可调滤波元件包括可调电感时，可调电感的属性参数数值和目标属性参数数值包括电感值；在可调滤波元件包括可调电容时，可调电容的属性参数数值和目标属性参数数值包括电容值。

如图4所示为与本发明所提供的控制方法对应的半导体设备的一种实施方式，在该实施方式中，半导体设备包括刻蚀电极，该刻蚀电极为下电极，设置在刻蚀腔40中的基座50中，射频电源(高频射频电源11和低频射频电源12)通过滤波电路20向下电极提供射频功率。上电极60包括电感耦合线圈，射频源13通过匹配器70向上电极60提供射频功率，从而在上电极60与下电极之间产生刻蚀所需的电场，使反应气体刻蚀晶片2。

本发明实施例对滤波电路20中的高通滤波单元和低通滤波单元所对应的高频率、低频率的标准不作具体限定。但是，一般来说，高频率可以指高于3MHz的频率，低频率可以指低于3MHz的频率。滤波电路20中的高通滤波单元用于将高频率的射频电源与下电极导通。如图5所示，高通滤波单元可以包括电容C，电容C为高通元件，能够允许高频率的射频信号通过，从而将高频率的射频信号通过输出端SIG OUT导出至下电极。为实现滤波元件允许通过射频的频率可调，本发明设置电容C为可调电容，从而在将当前的高频射频电源替换为其他频率的高频射频电源时，只需要调整电容C的电容值，即可使高通滤波单元适应新的电源频率。

高频率的射频电源还可以包括电感L，用于将高频射频电源输出的低频信号(即干扰信号)接地。为了便于高通滤波单元的衰减系数等参数的调整，优选地，如图6所示，电感L为可调电感。

滤波电路20中的低通滤波单元用于将低频率的射频电源与下电极导通。如图7所示，低通滤波单元可以包括电感L，电感L为低通元件，能够允许低频率的射频信号通过，从而将低频率的射频信号通过输出端SIG OUT导出至下电极。为实现滤波元件允许通过射频的频率可调，本发明设置电感L为可调电感，从而在将当前的低频射频电源替换为其他频率的低频射频电源时，只需要调整电感L的电感值，即可使低通滤波单元适应新的电源频率。

低频率的射频电源还可以包括电容C，用于将低频射频电源输出的高频信号(即干扰信号)接地。为了便于低通滤波单元的衰减系数等参数的调整，优选地，如图8所示，电容C可以为可调电容。

为提高射频频率的稳定性，优选地，如图7所示，射频电源(高频射频电源11和低频射频电源12)通过阻抗匹配电路(高频阻抗匹配电路31和低频阻抗匹配电路32)与滤波电路20电连接。

为实现下电极射频信号的多频输入，进一步优选地，在本发明中，滤波电路可以包括多个滤波单元，每一个滤波单元均可以对应一种频率的射频电源。本发明提供一种多频输入的实现方式，如图9所示：

滤波电路20可以同时包括高通滤波单元21和低通滤波单元22。高频射频电源11通过高频阻抗匹配电路31与高通滤波单元21电连接；低频射频电源12通过低频阻抗匹配电路32与低通滤波单元22电连接。高通滤波单元21和低通滤波单元22分别将高、低两种不同频率的射频信号通过输出端SIG OUT导出至下电极，从而在提高半导体设备适应性的同时，实现了高电频信号和低电频信号的多频输入。

为提高调整可调滤波元件的效率，优选地，如图2所示，上述根据目标频率调整滤波电路中的高通通滤波单元和/或低通通滤波单元中的可调滤波元件的步骤，包括：

S20、判断目标频率是否高于预设频率；

S21、当目标频率高于预设频率(即为高频率)时，调整高通滤波单元中的可调滤波元件；

S22、当目标频率低于预设频率(即为低频率)时，调整低通滤波单元中的可调滤波元件。

在本发明实施例中，高通滤波单元用于将高频率的射频电源与下电极导通，低通滤波单元用于将低频率的射频电源与下电极导通，因此，在新更换的电源对应的目标频率或调整后的目标频率为高频率时，直接将待调节的可调滤波元件确定为高通滤波单元中的可调滤波元件；在新更换的电源对应的目标频率或调整后的目标频率为低频率时，直接将待调节的可调滤波元件确定为低通滤波单元中的可调滤波元件，从而提高了确定调节对象的效率，简化了调节程序。

在滤波电路20同时包括高通滤波单元21和低通滤波单元22时，为了避免高通滤波单元21与低通滤波单元22之间产生信号干扰，优选地，如图3所示，上述根据目标频率调整滤波电路中的高通通滤波单元和/或低通通滤波单元中的可调滤波元件的步骤，还包括：

S23、当目标频率高于所述预设频率时，判断低通滤波单元对目标频率的衰减系数是否大于预设衰减系数，若否，则同时调整高通滤波单元和低通滤波单元中的可调滤波元件；

S24、当目标频率低于所述预设频率时，判断高通滤波单元对目标频率的衰减系数是否大于预设衰减系数，若否，则同时调整高通滤波单元和低通滤波单元中的可调滤波元件。

本发明对预设衰减系数也不作具体限定，只要一个滤波单元中的滤波元件对电源发出的射频信号的衰减系数高于该预设衰减系数时不会对另外一个滤波单元中的滤波元件造成干扰即可，例如，作为一种实施方式，预设衰减系数可以为30db。

在本发明实施例所提供的控制方法中，对各滤波单元对目标频率的衰减系数进行判断，从而在滤波电路20同时包括高通滤波单元21和低通滤波单元22时，能够避免高通滤波单元21与低通滤波单元22之间产生信号干扰，提高了设备的稳定性。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体设备，如图4所示，包括：下电极、滤波控制装置和滤波电路20，其中，

滤波电路20与下电极电连接，包括高通滤波单元21和低通滤波单元22，高通滤波单元21和低通滤波单元22中均包括可调滤波元件；

滤波控制装置用于采用上述实施例提供的滤波电路的控制方法控制滤波电路20。

为了向高通滤波单元21和低通滤波单元22中分别提供高频率电压信号和低频率电压信号，如图4、图9所示，半导体设备还可以包括高频射频电源11和低频射频电源12。

本发明实施例对半导体设备的其他功能结构不作具体限定，例如，半导体设备还可以包括射频源13、刻蚀腔40、基座50、上电极60和匹配器70，其中：

下电极设置在刻蚀腔40中的基座50中，射频电源(高频射频电源11和低频射频电源12)通过滤波电路20向下电极提供射频信号。上电极60包括电感耦合线圈，射频源13通过匹配器70向上电极60提供射频功率，从而在上电极60与下电极之间产生刻蚀所需的电场，使反应气体刻蚀晶片2。

本发明实施例对可调滤波元件的种类不作具体限定，例如，可调滤波元件可以包括可调电感和/或可调电容。

本发明实施例对滤波控制装置的结构不作具体限定，例如，如图10所示为本发明提供的滤波控制装置的一种实施方式的示意图，滤波控制装置可以包括：上位机装置100、下位机装置200和调整执行装置300，上位机装置100与下位机装置200连接，下位机装置200与调整执行装置300连接。

其中，上位机装置100用于根据射频电源的目标频率确定需要调整的滤波元件，即，根据目标频率是否高于预设频率、以及滤波单元对目标频率的衰减系数等条件确定需要调整的电容C或电感L。

下位机装置200用于在上位机装置100确定需要调整的滤波元件后，根据目标频率确定滤波元件待调整的目标属性(即电容值或电感值)以及参数调节量(即电容调节量或电感调节量)，并控制调整执行装置300改变滤波电路20中相应的电容C的电容值或电感L的电感值，以调节滤波电路20允许通过的射频频率。

本发明对调整执行装置300的结构不作具体限定，例如，当滤波电路20包括低频滤波单元22，且该低频滤波单元22中的电感L通过饱和电感法进行调节时，如图10所示，调整执行装置300可以包括模拟信号输出(AO)模块310，模拟信号输出模块310用于根据下位机装置200确定的电感调节量向电感L的直流控制绕组输出相应的电流模拟信号，使得直流控制绕组产生相应的磁场，进而使电感L的电感值与低频射频电源12的频率匹配。

当滤波电路20包括高频滤波单元21，且该高频滤波单元21中的电容C通过改变两电极之前的距离来调节电容值时，如图10所示，调整执行装置300可以包括伺服驱动器321和伺服电机322，伺服驱动器321通过串口与下位机装置200连接，用于根据下位机装置200确定的电容值控制伺服电机322带动电容C的动片移动相应的距离，从而使电容C的电容值与当前高频射频电源11的频率匹配。

本发明实施例对高通滤波单元21和低通滤波单元22的结构不作具体限定，例如，如图9所示，高通滤波单元21包括第一可调电容C1、第一可调电感L1，第一可调电容C1的一端(SIG OUT)与下电极电连接，另一端与第一可调电感L1的一端连接，第一可调电感L1的另一端接地；

如图9所示，低通滤波单元22包括第二可调电容C2、第二可调电感L2，第二可调电感L2的一端(SIG OUT)与下电极电连接，另一端与第二可调电容C2的一端连接，第二可调电容C2的另一端接地。

为提高射频频率的稳定性，优选地，半导体设备还可以包括：高频阻抗匹配电路31和低频阻抗匹配电路32，其中，

低频射频电源12通过低频阻抗匹配电路32、低通滤波单元22与下电极电连接；

高频射频电源11通过高频阻抗匹配电路31、高通滤波单元21与下电极电连接。

在本发明提供的半导体设备中，滤波电路20中的滤波元件可调，在更换射频电源或调整射频电源输出频率后，滤波控制装置能够根据目标频率自动调整高通滤波单元21和/或低通滤波单元22中的可调滤波元件，以使得滤波电路20的通带与新的射频电源频率相匹配，从而在更换或调整射频电源时不必同时更换不同通带的滤波电路，降低了设备成本，并节省了更换滤波电路花费的时间，提高了生产效率。

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 (10)

1.一种半导体设备中滤波电路的控制方法，其特征在于，包括：

获取射频电源的目标频率；

根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，使所述滤波电路的通带与所述目标频率相匹配。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，包括：

判断所述目标频率是否高于预设频率；

当所述目标频率高于预设频率时，调整所述高通滤波单元中的所述可调滤波元件；

当所述目标频率低于预设频率时，调整所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，还包括：

当所述目标频率高于所述预设频率时，判断所述低通滤波单元对所述目标频率的衰减系数是否大于预设衰减系数，若否，则同时调整所述高通滤波单元和所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件；

当所述目标频率低于所述预设频率时，判断所述高通滤波单元对所述目标频率的衰减系数是否大于所述预设衰减系数，若否，则同时调整所述高通滤波单元和所述低通滤波单元中的所述可调滤波元件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标频率调整所述滤波电路中的高通滤波单元和/或低通滤波单元中的可调滤波元件，包括：

获取所述可调滤波元件当前的属性参数数值，并根据所述目标频率确定所述可调滤波元件的目标属性参数数值；

根据所述当前的属性参数数值和所述目标属性参数数值确定参数调节量，基于所述参数调节量调整所述可调滤波元件。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述可调滤波元件包括可调电感，所述属性参数数值包括电感值。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述可调滤波元件包括可调电容，所述属性参数数值包括电容值。

7.一种半导体设备，其特征在于，包括：下电极、滤波控制装置和滤波电路，其中，

所述滤波电路与所述下电极电连接，包括高通滤波单元和低通滤波单元，所述高通滤波单元和低通滤波单元中均包括可调滤波元件；

所述滤波控制装置用于采用权利要求1至6中任意一项所述的滤波电路的控制方法控制所述滤波电路。

8.根据权利要求7所述的半导体设备，其特征在于，所述可调滤波元件包括可调电感和/或可调电容。

9.根据权利要求8所述的半导体设备，其特征在于，

所述高通滤波单元包括第一可调电容、第一可调电感，所述第一可调电容的一端与所述下电极电连接，另一端与所述第一可调电感的一端连接，所述第一可调电感的另一端接地；

所述低通滤波单元包括第二可调电容、第二可调电感，所述第二可调电感的一端与所述下电极电连接，另一端与所述第二可调电容的一端连接，所述第二可调电容的另一端接地。

10.根据权利要求7至9任一项所述的半导体设备，其特征在于，还包括：低频射频电源、高频射频电源、低频阻抗匹配电路、高频阻抗匹配电路，其中，

所述低频射频电源通过所述低频阻抗匹配电路、所述低通滤波单元与所述下电极电连接；

所述高频射频电源通过所述高频阻抗匹配电路、所述高通滤波单元与所述下电极电连接。

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