CN114300333A - 射频电源控制系统、方法及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频电源控制系统、方法、工艺腔室及半导体工艺设备。该系统包括：控制单元、安全互锁控制板和延时控制模组；全互锁控制板、延时控制模组、射频电源匹配器之间形成安全互锁回路；安全互锁控制板用于判断工艺腔室的安全状态是否满足射频电源的启动条件，若满足，则向射频电源发送可被开启的安全互锁信号，射频电源能够执行开启的动作；控制单元用于向射频电源发送开启的控制指令，以及向延时控制模组发送置位控制信号或重置控制信号；延时控制模组用于在接收到重置控制信号后保持安全互锁回路导通，在接收到置位控制信号后开始计时，并在计时达到设定时长后执行切断安全互锁回路的动作，使射频电源关闭。实现对射频电源的延时保护。

Description

射频电源控制系统、方法及半导体工艺设备

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种射频电源控制系统、方法及半导体工艺设备。

背景技术

等离子体刻蚀设备在生产过程中，需要使用射频电源对等离子体提供能量对晶圆进行刻蚀，并在启辉完成后正常关闭射频电源。在关闭射频电源前可能会由于软件异常以及硬件故障而导致无法发出关闭指令，导致腔室内由于长时间启辉损坏射频电源或者对腔室造成损害。

发明内容

本发明的目的是提出一种射频电源控制系统、方法及半导体工艺设备，实现对射频电源的延时保护，避免射频电源无法关闭导致的设备损坏。

第一方面，本发明提出一种射频电源控制系统，应用于半导体工艺设备中，包括：控制单元、安全互锁控制板和延时控制模组；

所述安全互锁控制板通过所述延时控制模组与所述射频电源连接，所述射频电源与匹配器连接，所述匹配器与所述安全互锁控制板连接，所述全互锁控制板、所述延时控制模组、所述射频电源和所述匹配器之间形成安全互锁回路；

所述延时控制模组、所述射频电源、所述匹配器分别与所述控制单元连接；

所述安全互锁控制板用于判断所述半导体工艺设备的工艺腔室的安全状态是否满足所述射频电源的启动条件，若满足，则向所述射频电源发送可被开启的安全互锁信号，所述射频电源能够执行开启的动作，否则，向所述射频电源发送关闭的安全互锁信号，使所述射频电源保持关闭；

所述控制单元用于向所述射频电源发送开启的控制指令，以控制所述射频电源执行开启的动作，以及向所述延时控制模组发送置位控制信号或重置控制信号；

所述延时控制模组用于在接收到所述重置控制信号后清空计时并保持所述安全互锁回路导通，在接收到所述置位控制信号后开始计时，并在计时达到设定时长后执行切断所述安全互锁回路的动作，使所述射频电源关闭。

可选地，所述延时控制模组包括至少一个延时继电器，每个所述延时继电器控制一个所述射频电源的延时关闭。

可选地，所述工艺腔室的安全状态包括射频电缆的连接状态、工艺腔室的闭合状态、屏蔽结构的完整状态、屏蔽结构的过热状态以及所述及匹配器的工作状态。

第二方面，本发明提出一种射频电源控制方法，应用于第一方面所述的射频电源控制系统，所述方法通过所述控制单元执行，所述方法包括：

步骤S1：读取需要所述工艺腔室执行的工艺任务，所述工艺任务包括顺序执行的多个工步；

步骤S2：判断当前工步是否需要开启射频电源，若是，则进行步骤S3；

步骤S3：向所述延时控制模组发出置位控制信号，所述延时控制模组开始计时；

步骤S4：向所述射频电源发送开启控制指令，所述射频电源加载射频功率，开始当前工步；

步骤S5：在当前工步结束后，判断在结束当前工步之前所述延时控制模组是否计时达到设定时长并执行了切断所述安全互锁回路的动作，若否，执行步骤S6；

步骤S6：向所述射频电源发送关闭控制指令，关闭所述射频电源；

步骤S7：向所述延时控制模组发出重置控制信号，所述延时控制模组计时复位；

步骤S8：判断完成的工步是否为所述工艺任务中的最后一个，若是，则结束所述工艺任务，否则，执行步骤9；

步骤S9：开始下一工步并返回步骤S2。

可选地，在所述步骤S2之前，还包括：

步骤S10：计算所述工艺任务中各工步需要射频电源开启的时长之和，判断所述时长之和是否大于所述延时控制模组的所述设定时长，若是则终止执行当前工步并发出提示报警，否则，执行所述步骤S2。

可选地，在所述步骤S3中，所述延时控制模组开始计时的同时，还包括：

所述安全互锁控制板判断所述工艺腔室的安全状态是否满足所述射频电源的启动条件，若满足，则执行步骤S4，否则，终止执行开始当前工步并发出提示报警。

可选地，在所述步骤S5中，还包括：

若判断在结束当前工步之前所述延时控制模组已经计时达到所述设定时长并执行了切断所述安全互锁回路的动作，则结束当前工步并发出提示报警。

可选地，在所述步骤S2中，还包括：

若判断当前工步不需要开启射频电源，则，等待当前工步结束并执行所述步骤S8。

第三方面，本发明提出一种半导体工艺设备，包括第一方面所述的射频电源控制系统。

本发明的有益效果在于：

本发明的射频电源控制系统通过在安全互锁回路中增加延时控制模组，当延时控制模组接收到来自控制单元的置位信号后，会进入计时状态，此时安全互锁回路维持导通状态，直至计时时间到达延时控制模组所设定时间后，触发延时控制模组动作，切断安全互锁回路，安全互锁回路被切断后能够关闭射频电源，能够在控制系统异常而导致射频电源无法正常关闭的情况下，在超出保护时间后自动关断射频电源，保护等离子刻蚀机的器件不会受到损害，提高半导体设备的安全性能。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了现有刻蚀机中射频电源控制系统的结构图。

图2示出了根据本发明实施例1的一种射频电源控制系统的结构图。

图3示出了根据本发明实施例1的一种射频电源控制系统中延时控制模组的电路结构示意图。

图4示出了根据本发明实施例2的一种射频电源控制方法的步骤流程图。

图5示出了根据本发明实施例2的一种射频电源控制方法的中任务与工步关系的示意图。

图6示出了根据本发明实施例2的一种射频电源控制方法的中一个任务的具体示例图。

具体实施方式

现有技术中，刻蚀设备的控制单元有如下两种方法控制射频电源工作：一是工控机将控制数据通过串口发送至射频电源；二是数字量或模拟量将控制信号输出至射频电源。除控制信号以外，射频电源会配置有安全互锁信号，此信号用以对射频电源的启停提供额外的互锁控制，只有当安全互锁信号满足时射频电源才可以正常执行动作。在当前技术方案中通常该安全互锁信号由安全互锁控制板生成，并且控制板通过判断腔室状态决定是否触发该互锁信号。安全互锁控制板所监控的状态包括如下状态：射频电缆连接状态、腔室是否闭合、屏蔽结构是否完整、过热以及匹配器的状态等。

以现有刻蚀设备中一路射频电源的控制回路为例，如图1所示。腔室的状态会输入至安全互锁控制板中，安全互锁控制板在腔室各项状态均满足射频电源开启的条件下，通过安全互锁回路输出信号至射频电源，此时射频电源具备启动条件。当控制单元通过控制线发出启辉指令后，射频电源工作并输出功率。

现有技术存在以下缺点：

射频电源的安全互锁信号中不包括对于射频电源的最大开启时间进行监控，这使得射频电源工作、腔室启辉后，由于一些不可控原因或人为误操作而导致软件崩溃或下位机进入死机状态时，由于无法向射频电源发送控制指令，导致无法正常关闭射频电源。在无人为介入的情况下会导致射频电源长时间工作，会导致射频电源损坏以及损伤腔室内的部件。同时也造成能源的浪费。

本文在现有技术的基础上，提供了一种可以配置延时时间的延时电路模组，以及与之配套的软件逻辑。在硬件电路中，增加延时模组用以保护射频电源；并且修改在工作中的软件运行流程，通过软件流程对延时模组加以控制。两者协同可以使得机台开始工艺前便启动硬件电路模块中的延时继电器，在开启射频电源后即使软件被异常关闭或死机导致失去控制功能后，射频电源输出功率的时间超过预设的极限时间时即可通过切断射频电源的安全互锁以此关闭射频电源，从而保护设备，提高机台的安全性能。

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

图2示出了根据本发明实施例1的一种射频电源控制系统的结构图。

如图2所示，一种射频电源控制系统，应用于半导体工艺设备中，包括：控制单元、安全互锁控制板和延时控制模组；

安全互锁控制板通过延时控制模组与射频电源连接，射频电源与匹配器连接，匹配器与安全互锁控制板连接，全互锁控制板、延时控制模组、射频电源和匹配器之间形成安全互锁回路；

延时控制模组、射频电源、匹配器分别与控制单元连接；

安全互锁控制板用于判断半导体工艺设备的工艺腔室的安全状态是否满足射频电源的启动条件，若满足，则向射频电源发送可被开启的安全互锁信号，射频电源能够执行开启的动作，否则，向射频电源发送关闭的安全互锁信号，使射频电源保持关闭；

控制单元用于向射频电源发送开启的控制指令，以控制射频电源执行开启的动作，以及向延时控制模组发送置位控制信号或重置控制信号；

延时控制模组用于在接收到重置控制信号后清空计时并保持安全互锁回路导通，在接收到置位控制信号后开始计时，并在计时达到设定时长后执行切断安全互锁回路的动作，使射频电源关闭。

具体实施过程中，基于设备现有的安全互锁回路，将延时控制模组串入安全互锁回路中，与设备原有安全互锁逻辑为与的关系，同时从控制单元引出控制线接入延时控制模组，当控制单元向延时控制模组通过控制线发出置位信号时，能够使能延时控制模组开始计时，当控制单元通过控制线发出重置信号时，可以重置延时控制模组的时间，以此在射频电源工作时，对射频电源附加极限时间保护功能。控制单元与射频电源间的信息交互通过控制线进行。

本实施例中，延时控制模组可以包括至少一个延时继电器，每个延时继电器控制一个射频电源的延时关闭。

具体地，本实施例的延时控制模组的电路结构如图3所示，延时控制模组包含一个或多个延时继电器，相应的，射频电源也可以包括一个或多个不同型号的射频电源，每个延时继电器对应一个射频电源的安全互锁信号，延时控制模组的控制信号来自控制单元，该控制信号能够同时置位或重置所有的延时继电器。

本实施例中，工艺腔室的安全状态包括射频电缆的连接状态、工艺腔室的闭合状态、屏蔽结构的完整状态、屏蔽结构的过热状态以及及匹配器的工作状态。当上述各状态均正常时即能够满足射频电源的启动条件。

本实施例中，控制单元可以为工控机、PLC、MCU等可编程器件。

实施例2

如图4所示，本实施例提出一种射频电源控制方法，应用于实施例1的射频电源控制系统，本方法主要实现如下功能：延时控制模组在重置后进入未使能状态时，保持安全互锁回路导通，当延时控制模组接收到来自控制单元的使能信号后，会进入计时状态，此时安全互锁回路仍然维持导通状态，直至计时时间到达延时控制模组所设定时间后，触发延时控制模组线圈动作，此时会切断安全互锁回路，安全互锁回路被切断后能够关闭射频电源。

本实施例的一种射频电源控制方法由控制单元执行，具体包括以下步骤：

步骤S101：读取需要工艺腔室执行的工艺任务，工艺任务包括顺序执行的多个工步(工艺步骤)；其中工艺任务与工步的关系如图5所示。

步骤S102：判断当前工步是否需要开启射频电源，若是，则进行步骤S103；否则，等待当前工步结束并执行步骤S108；

步骤S103：向延时控制模组发出置位控制信号，延时控制模组保持安全互锁回路导通并开始计时；同时，安全互锁控制板判断工艺腔室的安全状态是否满足射频电源的启动条件，若满足，则执行步骤S104，否则终止执行开始当前工步并发出提示报警；

步骤S104：向射频电源发送开启控制指令，射频电源加载射频功率，开始当前工步；

步骤S105：在当前工步结束后，判断在结束当前工步之前延时控制模组是否计时达到设定时长并执行了切断安全互锁回路的动作，若否，执行步骤S106；若是，则结束当前工步并发出提示报警；

步骤S106：向射频电源发送关闭控制指令，关闭射频电源；

步骤S107：向延时控制模组发出重置控制信号，延时控制模组计时复位；

步骤S108：判断完成的工步是否为工艺任务中的最后一个，若是，则结束工艺任务，否则，执行步骤9；

步骤S109：开始下一工步并返回步骤S102。

具体地，首先判断当前工步中所需执行的动作是否需要打开射频电源或输出功率，如果该工步需要射频电源开启、或输出功率，则控制单元通过控制线向延时控制模组发出指令，之后控制单元再发送指令启动射频电源开启，然后判任务结束前是否触发延时继电器：如果在正常工作中延时控制模组触发，或者由于腔室真空条件不满足或过温而导致其他安全互锁条件不满足而导致射频电源关闭，则控制单元可以通过控制线获得该异常信息，并将该信息提供给使用者。完成当前工步时，在控制单元通过控制线向射频电源发送关闭指令之后，再通过控制线重置延时继电器的时间。判断当前工步是否为最后一个工步：如果该任务还有下一个工步，则返回判断当前工步是否需要开启射频电源的步骤，若此工步已经是最后一个工步，则结束该任务。

本实施例中，由于不同的工艺任务的射频电源开启的时长不同，因此需要在执行工艺之前对延时模组设置的极限时长的合理性进行判断。

优选地，在步骤S102之前，还包括：

步骤S110：计算工艺任务中各工步需要射频电源开启的时长之和，判断时长之和是否大于延时控制模组的设定时长，若是，则终止执行当前工步并发出提示报警，否则，执行步骤S102。

具体地，以半导体刻蚀设备为例，刻蚀机具体的工作流程取决于操作者所下发的任务内容，任务中各工步依次执行。依据任务目的的不同，任务中会包含一至多个工步，每个工步的参数列表中会包含该工步所需时间以及是否需要开启射频电源等信息。其中各工步的启辉时间被定义为：对于需要射频电源开启的工步，其工步时间即为该工步的启辉时间。在设备开始执行所任务前，通过读取刻蚀机所需执行的任务中每个工步的启辉时间并累加，从而得到该工艺中所需启辉时间和，以图6中示例来计算，其启辉时间总和为770s，因此需要延时模组设置的计时极限时长大于770s。

由于实际使用中，设备所执行的任务内容取决操作人员所编写的任务明细，因此有必要判断待执行任务的启辉时间和是否会超出该设备的延时模组中所设定的极限时间，若会超时，则中止工艺任务的开始流程并提示操作人员；若不会超时，则进行下一步骤。延时继电器的极限时间可以设定为该刻蚀机中所有任务中启辉时间和最长的一个任务所对应的时间，在一般情况下优选为30-70分钟。

实施例3

一种半导体工艺腔室，包括实施例1的射频电源控制系统。

实施例4

一种半导体设备，包括实施例3的半导体工艺腔室。

综上，本发明通过在设备上增加延时模组，并在软件方法中修改了开始工艺前与开始工艺后的执行步骤，可以在设备腔室工艺启辉前便开启延时保护模组，在结束启辉后重置延时保护模组，这可以对工作中的射频电源提供时间保护功能，保护射频电源不会由于失去控制信息而导致长时间工作以致损坏设备。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种射频电源控制系统，应用于半导体工艺设备中，其特征在于，包括：控制单元、安全互锁控制板和延时控制模组；

所述安全互锁控制板通过所述延时控制模组与所述射频电源连接，所述射频电源与匹配器连接，所述匹配器与所述安全互锁控制板连接，所述全互锁控制板、所述延时控制模组、所述射频电源和所述匹配器之间形成安全互锁回路；

所述延时控制模组、所述射频电源、所述匹配器分别与所述控制单元连接；

所述安全互锁控制板用于判断所述半导体工艺设备的工艺腔室的安全状态是否满足所述射频电源的启动条件，若满足，则向所述射频电源发送可被开启的安全互锁信号，所述射频电源能够执行开启的动作，否则，向所述射频电源发送关闭的安全互锁信号，使所述射频电源保持关闭；

所述控制单元用于向所述射频电源发送开启的控制指令，以控制所述射频电源执行开启的动作，以及向所述延时控制模组发送置位控制信号或重置控制信号；

所述延时控制模组用于在接收到所述重置控制信号后清空计时并保持所述安全互锁回路导通，在接收到所述置位控制信号后开始计时，并在计时达到设定时长后执行切断所述安全互锁回路的动作，使所述射频电源关闭。

2.根据权利要求1所述的射频电源控制系统，其特征在于，所述延时控制模组包括至少一个延时继电器，每个所述延时继电器控制一个所述射频电源的延时关闭。

3.根据权利要求1所述的射频电源控制系统，其特征在于，所述工艺腔室的安全状态包括射频电缆的连接状态、工艺腔室的闭合状态、屏蔽结构的完整状态、屏蔽结构的过热状态以及所述及匹配器的工作状态。

4.一种射频电源控制方法，应用于权利要求1-3任意一项所述的射频电源控制系统，其特征在于，所述方法通过所述控制单元执行，所述方法包括：

步骤S1：读取需要所述工艺腔室执行的工艺任务，所述工艺任务包括顺序执行的多个工步；

步骤S2：判断当前工步是否需要开启射频电源，若是，则进行步骤S3；

步骤S3：向所述延时控制模组发出置位控制信号，所述延时控制模组开始计时；

步骤S4：向所述射频电源发送开启控制指令，所述射频电源加载射频功率，开始当前工步；

步骤S5：在当前工步结束后，判断在结束当前工步之前所述延时控制模组是否计时达到设定时长并执行了切断所述安全互锁回路的动作，若否，执行步骤S6；

步骤S6：向所述射频电源发送关闭控制指令，关闭所述射频电源；

步骤S7：向所述延时控制模组发出重置控制信号，所述延时控制模组计时复位；

步骤S8：判断完成的工步是否为所述工艺任务中的最后一个，若是，则结束所述工艺任务，否则，执行步骤9；

步骤S9：开始下一工步并返回步骤S2。

5.根据权利要求4所述的射频电源控制方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，还包括：

步骤S10：计算所述工艺任务中各工步需要射频电源开启的时长之和，判断所述时长之和是否大于所述延时控制模组的所述设定时长，若是，则终止执行当前工步并发出提示报警，否则，执行所述步骤S2。

6.根据权利要求4所述的射频电源控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述延时控制模组开始计时的同时，还包括：

所述安全互锁控制板判断所述工艺腔室的安全状态是否满足所述射频电源的启动条件，若满足，则执行步骤S4，否则，终止执行当前工步并发出提示报警。

7.根据权利要求4所述的射频电源控制方法，其特征在于，在所述步骤S5中，还包括：

若判断在结束当前工步之前所述延时控制模组已经计时达到所述设定时长并执行了切断所述安全互锁回路的动作，则结束当前工步并发出提示报警。

8.根据权利要求4所述的射频电源控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，还包括：

若判断当前工步不需要开启射频电源，则，等待当前工步结束并执行所述步骤S8。

9.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的射频电源控制系统。

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