[發明專利]一種支持脈沖監測功能的射頻等離子體源

在審

• 申請號: 202310134744.1
• 申請日: 2023-02-17
• 公開（公告）號: CN116170932A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 王奕善;馬俊;劉睿哲;趙馗
• 申請（專利權）人: 上海勵兆科技有限公司
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;G01R29/02
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 梁劍

本發明提供了一種支持脈沖監測功能的射頻等離子體源，包括：射頻電路、功率探測器、RF輸出單元、反饋控制單元、數據處理單元、存儲器和上位機PC。射頻電路的輸出端連接功率探測器的輸入端，RF輸出單元的輸入端連接功率探測器的第一輸出端，功率探測器的第二輸出端連接數據處理單元的輸入端，反饋控制單元的輸入端連接數據處理單元的第一輸出端，射頻電路的控制端連接反饋控制單元的輸出端，存儲器的輸入端連接數據處理單元的第二輸出端，存儲器通過通訊接口將監測的數據結果傳輸到上位機。

技術領域

本發明涉及射頻等離子體源技術領域，特別是涉及一種支持脈沖監測功能的射頻等離子體源。

背景技術

射頻電源作為激發等離子體的一種特種電源，被廣泛應用于集成電路關鍵工藝裝備，特別是等離子體刻蝕和等離子體體增強薄膜沉積設備中。先進的射頻電源集成了頻率調諧、脈沖和全數字控制等功能，其中脈沖功能最早應用于設備的偏置電極，在等離子體鞘層加速離子轟擊做選擇性刻蝕的同時，脈沖間歇釋放晶圓表面積累的電荷。

在集成電路加工中的先進工藝節點(14nm及以下)，脈沖等離子體源被應用于等離子體反應腔(包括電容耦合型等離子體、電感耦合型等離子體)的源極，以產生較低電子溫度的等離子體，從而在提高選擇比的同時減少等離子體對晶圓的損傷。不同于偏置電極，源極脈沖極大的影響了等離子體負載的穩定性，反過來，負載的不穩定同樣會導致射頻電源的輸出特性變得更加敏感。因此，在晶圓加工過程中，源極脈沖的功率輸出質量直接影響了加工工藝。

傳統的射頻電源具備脈沖輸出功能，但也存在以下缺點：(1)沒有對功率輸出做實時的監測；(2)一般來說，射頻電源輸出脈沖的頻率為2KHz～100KHz甚至更高，在幾十KHz以上的工作條件下，每秒的數據采級量極大，射頻電源自身的緩存器中無法存儲所有的數據；(3)射頻電源中通訊接口的傳輸速率在100ms的量級，無法對微秒量級的監測結果進行傳輸，即無法實時將采樣數據全部傳遞至上位機中。

發明內容

鑒于上述問題，提出了本發明，以便提供一種支持脈沖監測功能的射頻等離子體源，既能夠有效的監測等離子體加工工藝中射頻脈沖輸出質量，包括脈沖幅值、脈沖寬度以及穩定性等參數，又能夠有效的存儲和傳輸不符合要求的射頻脈沖計數值，實現高頻射頻脈沖監測。

本發明提供的一種支持脈沖監測功能的射頻等離子體源，包括射頻電路、功率探測器、RF輸出單元、反饋控制單元、數據處理單元、存儲器和上位機PC；

所述射頻電路的輸出端連接所述功率探測器的輸入端，所述RF輸出單元的輸入端連接所述功率探測器的第一輸出端，所述功率探測器的第二輸出端連接所述數據處理單元的輸入端，所述反饋控制單元的輸入端連接所述數據處理單元的第一輸出端，所述射頻電路的控制端連接所述反饋控制單元的輸出端，所述存儲器的輸入端連接所述數據處理單元的第二輸出端，所述存儲器通過通訊接口將監測的數據結果傳輸到所述上位機。

進一步的，所述數據處理單元包括輸出功率閾值單元、第一比較單元、第一計數單元；

所述輸出功率閾值單元中預設輸出功率上限和輸出功率下限，將所述輸出功率上限和所述輸出功率下限輸出到所述第一比較單元的第一輸入端；所述第一比較單元的第二輸入端連接所述功率探測器的第二輸出端，所述第一計數單元的輸入端連接所述第一比較單元的輸出端，輸出第一計數值并存放到所述存儲器中。

進一步的，所述第一比較單元將所述輸出功率采樣值的幅值分別與所述輸出功率上限和所述輸出功率下限進行比較，每當所述輸出功率采樣值的幅值大小超過所述輸出功率上限或低于所述輸出功率下限時，產生比較結果；所述第一計數單元對所述比較結果進行累加，輸出所述第一計數值。

進一步的，所述數據處理單元包括多個輸出功率閾值單元、多個第二比較單元、第二計數單元；