專利名稱：一種射頻系統(tǒng)的控制方法及其射頻匹配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備，特別涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備中射頻系統(tǒng)的控制方法及其射頻匹配器。
背景技術(shù)：
等離子裝置廣泛地應(yīng)用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中。其中一個顯著的用途就是電感耦合等離子體(ICP)裝置。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和晶圓相互作用使材料表面發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使材料表面性能獲得變化。
ICP裝置在半導(dǎo)體制造方面能夠完成多種工藝，如各向異性、等向性刻蝕和CVD(化學(xué)氣相沉積Chemical Vapor Deposition)等。對于各向異性刻蝕，ICP裝置用于產(chǎn)生高密度的等離子體，等離子產(chǎn)生時通常需要通過低壓高射頻進行激發(fā)。正離子在射頻產(chǎn)生的偏壓電場作用下垂直向晶圓作加速運動。離子轟擊晶圓產(chǎn)生物理和化學(xué)刻蝕或材料沉積，如對多晶硅、二氧化硅進行刻蝕。各項異性刻蝕用于在集成電路制造中生成垂直的側(cè)壁。ICP裝置還用于等向性化學(xué)刻蝕如剝離光刻膠。
在各向異性刻蝕工藝中，一般需要若干個步驟，例如貫穿步breakthough(BT)、主刻步main etch(ME)、過刻步over etch(OE)等等。在每個步驟中所用氣體成分和壓力變化很小，而在不同步驟之間氣體成分和壓力變化很大。對于射頻電源來說，當(dāng)氣體成分、壓力變化時，相當(dāng)于負載阻抗變化，而電源的內(nèi)阻為固定的50歐姆，負載的復(fù)阻抗一般為實部幾十歐，虛部正幾百歐，且為變量。根據(jù)物理規(guī)律，當(dāng)負載阻抗與電源阻抗共軛時功率能夠不反射傳輸，否則功率會反射回電源。電源所能吸收的反射功率有一個上限(一般為輸出功率的20％左右)，超出就會導(dǎo)致?lián)p壞。
現(xiàn)有的技術(shù)方案為射頻電源工作于forward模式，既是說，輸出功率恒定不變，而負載得到的實際功率隨匹配器的匹配情況而變化。匹配器具有自動調(diào)諧功能，在監(jiān)測到?jīng)]有完全匹配電源和負載阻抗的情況下會根據(jù)一些事先確定的算法持續(xù)調(diào)節(jié)可變電容的容值，直到完全匹配，反射功率為零時為止。如果負載阻抗發(fā)生變化，則被匹配器的傳感器感知后匹配器控制系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)指令驅(qū)動馬達使可變電容容值變化，在經(jīng)過一段時間后重新達到匹配狀態(tài)。
1.自動匹配器原理復(fù)雜，成本高，從而增加了整套設(shè)備的成本；2.從檢測到負載變化到馬達驅(qū)動電容完成調(diào)諧，存在一定時延，在此段時間內(nèi)負載得到的功率不可控，是影響工藝結(jié)果的潛在因素。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題用結(jié)構(gòu)簡單、成本低的匹配器，在較短的時間內(nèi)使射頻電源匹配工藝步驟的要求，是本發(fā)明所要解決的問題。本發(fā)明的目的是提供一種在結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)中快速調(diào)整匹配電容值的射頻系統(tǒng)控制方法和該方法使用的射頻匹配器。
技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一個射頻系統(tǒng)的控制方法，采用以下方案首先測量每個工藝步驟中匹配器的匹配點對應(yīng)的電容值。因為在成熟工藝中，工藝環(huán)境和參數(shù)是相對穩(wěn)定的，所以這得到的參數(shù)值不需要經(jīng)常重新測量。
根據(jù)測量的匹配點對應(yīng)的電容值為每一工藝步驟指定匹配器的電容取值，并且設(shè)置為固定模式，在同一工藝步驟中維持不變，在不同工藝步驟之間貫穿步(BT)、主刻步(ME)、過刻步(OE、)等等切換時改變。這可以在設(shè)備的控制軟件中，通過編輯工藝流程菜單為每一步工藝指定匹配器的電容取值來實現(xiàn)。
使用射頻電源的負載功率穩(wěn)定模式維持負載功率不變。這樣可以保證在工藝步驟切換時，匹配電容值的改變不影響負載功率。同時使用射頻電源的掃頻調(diào)諧功能，改變射頻電源的輸出頻率。這樣可以減少負載的反射功率，達到保護射頻電源的目的。
其中，匹配點對應(yīng)的電容值的測量是通過自動或者手動匹配的方式測量的。
配合上述方法使用的一種射頻匹配器，包括射頻輸入端和射頻輸出端，射頻輸入端通過一個可調(diào)匹配電容與射頻輸出端連接，通過另一個匹配電容接地，兩個可調(diào)匹配電容的調(diào)節(jié)軸分別與一個控制電機的輸出軸連接，兩個控制電機的控制信號由一個A/D轉(zhuǎn)換模塊提供，A/D轉(zhuǎn)換模塊通過一個RS232通訊端口與控制器。
有益效果使用本發(fā)明的方法控制刻蝕機射頻系統(tǒng)，可以縮短匹配時間，并只需要使用可以簡單匹配的匹配器，從而降低系統(tǒng)成本。


圖1射頻匹配器原理中1、射頻輸入端；2、射頻輸出端；3、控制電機。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由各項權(quán)利要求限定。
首先通過自動或者手動匹配的方式測量每個工藝步驟中匹配器的匹配點對應(yīng)的電容值如貫穿步BT(c1，c2，c3)、主刻步ME(c1，c2，c3)、過刻步OE(c1，c2，c3)等等。因為在成熟工藝中，工藝環(huán)境和參數(shù)是相對穩(wěn)定的，所以這得到的參數(shù)值不需要經(jīng)常重新測量。在設(shè)備的控制軟件中，在每步工藝開始之前，通過編輯工藝流程菜單為每一步工藝指定匹配器的電容取值，并且設(shè)置為固定模式，即，電容取值只在不同工藝步驟(BT、ME、OE、...)切換時改變，而在同一工藝步驟中維持不變。這樣在本實施例中只使用簡單定制的匹配器。
但是，由于匹配器不可能精確匹配每個工藝步驟，導(dǎo)致饋送到負載的功率與其設(shè)定值之間出現(xiàn)偏差。為此，使用射頻電源的負載功率穩(wěn)定模式解決。新一代的射頻電源都具有負載功率穩(wěn)定功能和掃頻調(diào)諧功能。射頻電源自動監(jiān)測反射功率，在反射功率增加時自動將輸出功率增加相同的量，從而維持負載功率不變，可以基本滿足工藝對負載功率的要求。
由于射頻電源需要吸收一部分反射功率，引起內(nèi)部元件發(fā)熱并浪費了一部分電能，所以，同時使用新一代的射頻電源都具有的掃頻調(diào)節(jié)功能，改變射頻電源的輸出頻率從而減小負載的反射功率，達到保護電源的目的。
上述方法使用的射頻匹配器，包括射頻輸入端1和射頻輸出端2，射頻輸入端1通過一個可調(diào)匹配電容C1與射頻輸出端2連接，通過另一個匹配電容C2接地，兩個可調(diào)匹配電容的調(diào)節(jié)軸分別與一個控制電機3的輸出軸連接，兩個控制電機3的控制信號由一個A/D轉(zhuǎn)換模塊提供，A/D轉(zhuǎn)換模塊通過一個RS232通訊端口與控制器。
上述簡單匹配器擁有馬達驅(qū)動電容，能在計算機指令下旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置的匹配器，但是它沒有自動控制裝置，不能自主決定電容需要達到的值，必需要從外部設(shè)置，其成本很低。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體制造設(shè)備中射頻系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟A.首先測量每個工藝步驟中匹配器的匹配點對應(yīng)的電容值；B.根據(jù)測量的匹配點對應(yīng)的電容值為每一工藝步驟指定匹配器的電容取值，并且設(shè)置為固定模式，即在同一工藝步驟中維持不變，在不同工藝步驟切換時改變C.在工藝切換時，使用射頻電源的負載功率穩(wěn)定模式維持負載功率不變，并使用射頻電源的掃頻調(diào)諧功能，改變射頻電源的輸出頻率，以減少負載的反射功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征是所述電容值的測量是通過自動或者手動匹配的方式測量的。
3.一種使用在權(quán)利1或2所述方法中的射頻匹配器，包括射頻輸入端、射頻輸出端和可調(diào)匹配電容，其特征在于，射頻輸入端通過一個可調(diào)匹配電容與射頻輸出端連接，通過另一個匹配電容接地，兩個可調(diào)匹配電容的調(diào)節(jié)軸分別與一個控制電機的輸出軸連接，兩個控制電機的控制信號由一個A/D轉(zhuǎn)換模塊提供，A/D轉(zhuǎn)換模塊通過一個RS232通訊端口與控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻系統(tǒng)的控制方法及其射頻匹配器。本發(fā)明提供的射頻系統(tǒng)的控制方法，首先通過自動或者手動匹配的方式測量每個工藝步驟中匹配器的匹配點對應(yīng)的電容值；為每一工藝步驟指定匹配器的電容取值，并且設(shè)置為固定模式，在同一工藝步驟中維持不變，在不同工藝步驟切換時改變；使用射頻電源的負載功率穩(wěn)定模式維持負載功率不變，使用射頻電源的掃頻調(diào)諧功能，改變射頻電源的輸出頻率，減少負載的反射功率。本發(fā)明的簡單匹配的匹配器，由帶驅(qū)動馬達的可調(diào)匹配電容及A/D轉(zhuǎn)換模塊組成。使用本發(fā)明的方法可以縮短匹配時間，并只需要使用本發(fā)明提供的簡單定制的匹配器，從而降低系統(tǒng)成本。
文檔編號H01L21/00GK1937882SQ200510126449
公開日2007年3月28日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者申浩南 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司