CN1942045A - 等离子体制程稳定系统 - Google Patents

Abstract

一种等离子体制程稳定系统，此系统包括等离子体反应室、阻抗匹配网络、开关元件、控制电路以及高频电源。高频电源用以供应高频电力。等离子体反应室用以进行等离子体制程。控制电路用以输出控制信号。第一开关元件包括第一端、第二端以及第一开关控制端，其第一端以及第一开关控制端耦接控制电路，用以根据控制信号决定是否导通第一开关元件的第一端以及第二端。阻抗匹配网络包括第一端、第二端以及匹配控制端，其第一端耦接该等离子体反应室，其第二端耦接高频电源，匹配控制端耦接第一开关元件的第二端，根据控制信号决定是否对高频电力做自动校准阻抗匹配。

Description

等离子体制程稳定系统

技术领域

本发明是有关于一种半导体制程装置，且特别是有关于一种等离子体制程稳定系统。

背景技术

早在二十世纪初期等离子体即被人们应用到许多领域。随着产业(尤其是半导体、光电等高科技产业)发达，等离子体反应器普及而广泛的应用到各种元件(例如芯片、存储器、晶体管等)的制造。而在半导体的制程中，等离子体可以应用于蚀刻、溅镀以及化学气相沉积。

图1为已知的利用等离子体做薄膜沉积的半导体机台方块图，此机台包括射频(Radio Frequency，RF)电源100、阻抗匹配网络(MatchingNetwork)102、低频电源104、开关元件106、控制电路108以及等离子体反应室(Chamber)110。等离子体反应室110内部包括底座112、上层电极板114、晶圆116以及靶材118。为了说明的方便性，在图上标示了控制线CLA、端点A以及端点B。

当机台为清洗模式(Clean mode)时，控制电路108通过控制线CLA送出电位约24V的控制信号，以控制开关元件106将射频电源100导通至端点A，使得等离子体反应室110中产生等离子体而对晶圆116做清洗的动作。此时因控制线CLA的控制信号大于0V，因此阻抗匹配网络102并不进行自动校准(Auto-Tune)阻抗匹配。

当机台要做等离子体制程，例如物理气相沉积(PVD)时，控制电路108通过控制线CLA送出电位约0V的控制信号，以控制开关元件106将射频电源100连接至端点B，使得射频电源100导通至阻抗匹配网络102。此时控制电路108亦通过控制线CLA送出电位约0V的控制信号而控制阻抗匹配网络102进行自动校准，用以对射频电源100做阻抗匹配的动作。射频电源100通过阻抗匹配网络102将电源供应给等离子体反应室110，等离子体反应室110内部钝气原子便游离产生等离子体。之后，低频电源104对上层电极板114施加偏压吸引正离子对靶材118做离子轰击(ion Bombardment)，使得靶材118原子沉积至晶圆116表面。

然而，控制电路108的噪声会通过控制线CLA耦合进入阻抗匹配网络102，使得控制线CLA中原本0V的信号被提升，使得阻抗匹配网络102的自动校准机能失效，造成射频电源100阻抗不匹配。由于阻抗不匹配，使得射频电源100产生的能量无法全功率传送至等离子体反应室110。另外，从等离子体反应室110反射回来的能量也可能会降低薄膜沉积的制程品质，甚至伤害射频电源100与其它电路。另外，由于自动校准机能不正常，使得机台常常产生报警(warning)。此报警会使得控制机台的工程师误判定机台需停机作维修，故将造成产能上的严重损失。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种等离子体制程稳定系统，用以防止噪声影响阻抗匹配网络。

本发明提出一种等离子体制程稳定系统，此系统包括等离子体反应室、阻抗匹配网络、开关元件、控制电路以及高频电源。高频电源用以供应高频电力。等离子体反应室用以进行等离子体制程。控制电路用以输出控制信号。第一开关元件包括第一端、第二端以及第一开关控制端，第一开关的第一端以及第一开关控制端耦接控制电路，用以根据控制信号决定是否导通第一开关元件的第一端以及第一开关元件的第二端。阻抗匹配网络包括第一端、第二端以及匹配控制端，阻抗匹配网络的第一端耦接等离子体反应室，阻抗匹配网络的第二端耦接高频电源，匹配控制端耦接第一开关元件的第二端，根据控制信号决定是否对高频电力做自动校准阻抗匹配。

本发明因采用开关元件作为隔离，因此可防止噪声影响阻抗匹配网络的自动校准功能。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为已知的利用等离子体做薄膜沉积的半导体机台图。

图2绘示为本发明实施例的等离子体制程稳定系统图。

图3为本发明实施例的等离子体制程稳定系统内开关元件204的一种实施例。

[主要元件标号说明]

100、208：射频电源

102、202：阻抗匹配网络

104、203：低频电源

106：开关元件

108、206：控制电路

110、200：等离子体反应室

112、210：底座

114、220：上层电极

116、230：晶圆

118、240：靶材

202A：阻抗匹配网络的第一端

202B：阻抗匹配网络的第二端

202C：匹配控制端

204：第一开关元件

204A：第一开关元件的第一端

204B：第一开关元件的第二端

204C：第一开关控制端

205：第二开关元件

205A：第二开关元件的第一端

205B：第二开关元件的第二端

205C：第二开关元件的第三端

205D：第二开关元件的控制端

300：继电器线圈

302：继电器开关

310：继电器

A、B：端点

CLA：控制线

R202：下拉电阻

具体实施方式

图2为本发明实施例的等离子体制程稳定系统。此系统包括等离子体反应室200、阻抗匹配网络202、低频电源203、第一开关元件204、第二开关元件205、控制电路206以及高频电源(例如射频电源208)。其中，等离子体反应室200内部包括底座210、上层电极220以及晶圆230。

此等离子体制程稳定系统实施例中，阻抗匹配网络202的第一端202A耦接等离子体反应室200中的底座210。第一开关元件204的第二端204B耦接阻抗匹配网络202的匹配控制端202C。第一开关元件204的第一开关控制端204C以及第一端204A耦接控制电路206。射频电源208耦接第二开关元件205的第三端205C，第二开关元件205的第二端205B耦接至阻抗匹配网络202的第二端202B。第二开关元件205的第一端205A耦接至等离子体反应室200的上层电极220。第二开关元件205的控制端205D耦接至控制电路206。低频电源203耦接等离子体反应室200的上层电极220。

其中，射频电源208用以供应等离子体反应室200所需的高频电力以产生等离子体。低频电源203以及射频电源208所产生的能量供应等离子体反应室200对晶圆做离子轰击，藉此，在等离子体反应室200中，便可以利用等离子体对晶圆230做沉积制程、蚀刻制程以及清洗。控制电路206用以输出控制信号决定第一开关元件204导通与否。

当机台为清洗模式时，控制电路206送出例如电位约24V的控制信号给开关元件205，藉此将射频电源208导通至上层电极板220而进行等离子体清洗的动作(本实施例中使用24V，但本发明不以此为限)。另外，依照控制电路206送出的控制信号而使得开关元件204导通，因此控制电路206送出的控制信号将传送至阻抗匹配网络202。阻抗匹配网络202则依据控制电路206送出电位约24V的控制信号而不会启动自动校准功能。

当机台要做沉积与蚀刻时，控制电路206送出电位约0V的控制信号给第二开关元件205，并将其导通(本实施例中使用0V，但本发明不以此为限)。藉此，射频电源208与阻抗匹配网络202经由第二开关元件205连接在一起。此时第一开关元件204亦依据控制电路206送出的0V控制信号而截止。由于第一开关元件204截止，使得噪声不会从控制电路206耦合至阻抗匹配网络202。而阻抗匹配网络202的匹配控制端202C可以加入下拉电阻R202(pulldown resistor)，使阻抗匹配网络202的匹配控制端的电位降至0V以启动自动校准功能，因此阻抗匹配网络202可以稳定地对射频电源208所输出的高频电力做阻抗匹配的动作。射频电源208通过阻抗匹配网络202供应电源给等离子体反应室200产生等离子体。

图3为本发明实施例的等离子体制程稳定系统内开关元件204的一种实施例。请参考图3，本实施例中是以继电器(Relay)310做为图2中开关元件204的一种实施例。继电器310具有线圈300与开关302。当控制电路206输出24V的控制信号时，表示射频电源208不会耦接至阻抗匹配网络202的匹配控制端202C，此时阻抗匹配网络202不需要做自动校准。此时24V的控制信号通过继电器310的线圈300，使得继电器310的开关302导通，因此使控制电路206输出24V的控制信号传送至阻抗匹配网络202的匹配控制端202C。阻抗匹配网络202接收到24V的控制信号，便不会做自动校准阻抗匹配。

当控制电路206输出0V的控制信号时，表示射频电源208开始耦接至阻抗匹配网络202。此时流过继电器310的线圈300的电流非常微小(甚至于没有电流)，使得继电器310的开关302截止。由于开关302截止，开关元件204的第一端204A与第二端204B不导通，使得控制电路206的噪声不会耦合至阻抗匹配网络202。阻抗匹配网络202的匹配控制端202C可以加入下拉电阻R202使匹配控制端202C的电位降至0V以启动自动校准功能，以对射频电源208做阻抗匹配的动作。

综上所述，在本发明因采用开关元件作为隔离，因此可防止噪声影响阻抗匹配网络的自动校准功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种等离子体制程稳定系统，包括：

高频电源，用以供应高频电力；

等离子体反应室，用以进行等离子体制程；

控制电路，用以输出控制信号；

第一开关元件，包括第一端、第二端以及第一开关控制端，该第一开关的第一端以及该第一开关控制端耦接该控制电路，用以根据该控制信号决定是否导通该第一开关元件的第一端以及该第一开关元件的第二端；以及

阻抗匹配网络，包括第一端、第二端以及匹配控制端，该阻抗匹配网络的第一端耦接该等离子体反应室，该阻抗匹配网络的第二端耦接该高频电源，该匹配控制端耦接该第一开关元件的第二端，根据该控制信号决定是否对该高频电力做自动校准阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的等离子体制程稳定系统，其中该第一开关元件为继电器。

3.根据权利要求1所述的等离子体制程稳定系统，其中该高频电源为射频电源。

4.根据权利要求1所述的等离子体制程稳定系统，其中该等离子体反应室包括用以进行清洗制程。

5.根据权利要求4所述的等离子体制程稳定系统，其中该等离子体反应室包括用以进行沉积制程。

6.根据权利要求5所述的等离子体制程稳定系统，其中该等离子体反应室包括用以进行蚀刻制程。

7.根据权利要求6所述的等离子体制程稳定系统，还包括第二开关元件，该第二开关元件的第一端耦接至该等离子体反应室的上层电极，该第二开关元件的第二端耦接该阻抗匹配网络的第二端，该第二开关元件的第三端耦接该高频电源，该第二开关元件的控制端耦接该控制电路，用以依据该控制信号而决定于进行清洗制程期间将该第二开关元件的第三端耦接至其第一端，或于进行沉积制程期间将该第二开关元件的第三端耦接至其第二端。

8.根据权利要求6所述的等离子体制程稳定系统，还包括低频电源，耦接该等离子体反应室，用以供应低频电力。

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