射频电源的脉冲调制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种脉冲调制射频电源系统，包括：调制输出模块和频率调节模块；所述调制输出模块，用于输出脉冲调制射频信号，所述脉冲调制射频信号的每个脉冲周期包括脉冲开启阶段和脉冲关闭阶段，在所述脉冲开启阶段的初始时间段设置有过冲子阶段；所述频率调节模块，与所述调制输出模块相连，用于调节所述过冲子阶段的脉冲调制射频信号的射频频率，以使过冲子阶段的反射功率或反射系数满足要求。本发明专利技术还提供反应腔室。不仅容易实现点火成功，而且降低了射频系统的设计要求和降低了成本。

Pulse modulation system and method of RF power supply

The invention relates to a pulse modulated radio frequency power supply system, which comprises a modulation output module and a frequency regulation module; the modulation output module is used for outputting a pulse modulated radio frequency signal, each pulse period of the pulse modulated radio frequency signal includes a pulse opening stage and a pulse closing stage, and the initial time period of the pulse opening stage is provided with an overshoot stage; and The frequency adjusting module, which is connected with the modulation output module, is used to adjust the RF frequency of the pulse modulated RF signal in the overshoot stage, so as to make the reflection power or reflection coefficient of the overshoot stage meet the requirements. The invention also provides a reaction chamber. It is not only easy to achieve ignition success, but also reduces the design requirements and cost of RF system.

【技术实现步骤摘要】
射频电源的脉冲调制系统及方法
本专利技术属于半导体设备制造
，具体涉及一种射频电源的脉冲调制系统及方法。
技术介绍
等离子体设备广泛地被应用于制造集成电路IC或MEMS器件的制备工艺中，主要借助射频电源输出射频功率来激发工艺气体形成等离子体。目前，等离子体设备包括电容耦合等离子体(CCP)设备、电感耦合等离子体(ICP)设备、表面波或电子回旋共振等离子体(ECR)设备。其中，CCP设备是利用电容耦合方式产生等离子体，其结构简单、造价低且容易产生大面积均匀分布的等离子体，适用于介质等类型膜的刻蚀工艺；ECR设备可以在较低的气压下获得密度较高的等离子体，但是其造价相对较高；ICP设备不仅可以在较低的气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单，造价低，并且其可以对用于产生且决定的等离子体密度的射频源，以及用于决定入射到晶片上的粒子能量的射频源进行独立控制，适用于金属和半导体等材料的刻蚀工艺。图1为典型的电感耦合等离子体设备的结构示意图，请参阅图1，该ICP设备包括反应腔室10，在反应腔室10的顶壁上内嵌有介质窗11，在介质窗11的上方设置有感应线圈12，感应线圈12通过第一阻抗匹配器13与第一射频电源14电连接，用以激发反应腔室10内的工艺气体形成等离子体，即，第一射频电源14为用于产生且决定的等离子体密度的射频源；在反应腔室10内设置有用于承载晶片S的静电卡盘15，静电卡盘15通过第二阻抗匹配器16与第二射频电源17电连接，用以吸引等离子体朝向晶片S运动，以实现等离子体对晶片S完成沉积、刻蚀等工艺，即，第二射频电源17为用于决定入射到晶片上的粒子能量的射频源。图1所示的ICP设备中的第一射频电源14和第二射频电源17为连续波射频电源，连续波射频电源输出如图2所示的连续波射频信号，采用图1所示的ICP设备对晶片进行刻蚀工艺，当刻蚀工艺的特征尺寸到20nm及以下时，会对晶片器件造成损伤，影响器件的电学性能，一般称之为造成等离子体诱导损伤(PID)。目前，为解决上述PID的问题，则第一射频电源14和/或第二射频电源17采用脉冲调制射频电源，脉冲调制射频电源输出如图3所示的脉冲调制射频信号，在脉冲开启(on)阶段的时间T1内调制有射频信号，在脉冲关闭(off)阶段的时间T2内未调制有射频信号，脉冲周期T＝T1+T2。图3为理想的脉冲调制射频信号的波形，但是，在实际情况下，在脉冲开启的瞬间需要一定程度的功率过冲(overshot)，在脉冲on的初始时间段T3设置有过冲子阶段，即，加载功率过冲信号(功率可称为过冲功率)，该过冲功率大于在T1的其他时刻调制的射频信号的功率，过冲功率大于脉冲功率且处于一定范围内，能够保证脉冲射频等离子体的顺利点火。然而，在实际应用中发现：由于脉冲等离子体点火击穿瞬间的阻抗特性，需要加载加高的过冲功率以及较长的过冲时间T3才能获得点火成功，但是，仍然会在过冲功率足够大和过冲时间足够长的情况下很难点火成功。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种射频电源的脉冲调制系统及方法，不仅容易实现点火成功，而且降低了射频系统的设计要求和降低了成本。为解决上述问题，本专利技术提供了一种射频电源的脉冲调制系统，包括：调制输出模块和频率调节模块；所述调制输出模块，用于输出脉冲调制射频信号，所述脉冲调制射频信号的每个脉冲周期包括脉冲开启阶段和脉冲关闭阶段，在所述脉冲开启阶段的初始时间段设置有过冲子阶段；所述频率调节模块，与所述调制输出模块相连，用于调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，以使所述过冲子阶段的反射功率或反射系数满足要求。优选地，还包括：输入模块；所述输入模块与所述频率调节模块相连，用于接收输入的所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，并发送至所述频率设置模块作为预设频率；所述频率调节模块，用于调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率为预设频率。优选地，所述频率调节模块，用于利用扫频匹配算法自动调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率。优选地，所述反射系数小于0.5。优选地，所述反射系数小于0.2优选地，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.5～1倍。优选地，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.8～1倍。优选地，所述过冲子阶段的时长≤所述脉冲开启阶段的时长的10％，所述脉冲调制射频信号的脉冲调制频率为10Hz～100KHz，占空比是10％～90％。本专利技术还提供一种射频电源的脉冲调制方法，包括以下步骤：输出脉冲调制射频信号，所述脉冲调制射频信号的每个脉冲周期包括脉冲开启阶段和脉冲关闭阶段，在所述脉冲开启阶段的初始时间段设置有过冲子阶段；在输出脉冲调制射频信号时，调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，以使所述过冲子阶段的反射功率或反射系数满足要求。优选地，还包括以下步骤:接收输入的所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，并作为预设频率；所述调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率包括：调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率为预设频率。优选地，所述调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率包括：利用扫频匹配算法自动调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率。优选地，所述反射系数小于0.5。优选地，所述反射系数小于0.2。优选地，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.5～1倍。优选地，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.8～1倍。优选地，所述过冲子阶段的时长≤所述脉冲开启阶段的时长的10％，所述脉冲调制射频信号的脉冲调制频率为10Hz～100KHz，占空比是10％～90％。在本专利技术中，通过调节过冲子阶段的脉冲调制射频信号的射频频率使反射功率或反射系数满足要求，即能够将过冲功率绝大部分加载至等离子体产生装置的射频电极上，从而容易实现脉冲射频的点火成功；而且，此情况下对过冲功率和过冲子阶段的预设时长的要求降低，这样在较低的过冲功率和较短预设时长的情况下也能实现点火成功，因此，不仅对射频系统的损伤大大降低，而且降低了射频系统的设计要求和降低了成本。附图说明图1为典型的电感耦合等离子体设备的结构示意图；图2为连续波射频信号的波形；图3为理想的脉冲调制射频信号的波形；图4为本专利技术实施例1提供的射频电源的脉冲调制系统的原理框图；图5为一种具体实施例下入射功率、反射功率和系统输出的射频频率的波形图；图6为本专利技术实施例2提供的射频电源的脉冲调制射频系统的原理框图；图7为一种具体实施例下入射功率、反射功率和系统输出的射频频率的波形图；图8为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频电源的脉冲调制系统，其特征在于，包括：调制输出模块和频率调节模块；/n所述调制输出模块，用于输出脉冲调制射频信号，所述脉冲调制射频信号的每个脉冲周期包括脉冲开启阶段和脉冲关闭阶段，在所述脉冲开启阶段的初始时间段设置有过冲子阶段；/n所述频率调节模块，与所述调制输出模块相连，用于调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，以使所述过冲子阶段的反射功率或反射系数满足要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种射频电源的脉冲调制系统，其特征在于，包括：调制输出模块和频率调节模块；
所述调制输出模块，用于输出脉冲调制射频信号，所述脉冲调制射频信号的每个脉冲周期包括脉冲开启阶段和脉冲关闭阶段，在所述脉冲开启阶段的初始时间段设置有过冲子阶段；
所述频率调节模块，与所述调制输出模块相连，用于调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，以使所述过冲子阶段的反射功率或反射系数满足要求。


2.根据权利要求1所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，还包括：输入模块；
所述输入模块与所述频率调节模块相连，用于接收输入的所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率，并发送至所述频率设置模块作为预设频率；
所述频率调节模块，用于调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率为预设频率。


3.根据权利要求1所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述频率调节模块，用于利用扫频匹配算法自动调节所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的射频频率。


4.根据权利要求1所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述反射系数小于0.5。


5.根据权利要求4所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述反射系数小于0.2。


6.根据权利要求1所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.5～1倍。


7.根据权利要求6所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述过冲子阶段的所述脉冲调制射频信号的功率范围为所述射频电源的最大输出功率的0.8～1倍。


8.根据权利要求1所述的脉冲调制射频电源系统，其特征在于，所述过冲子阶段的时长≤所述脉冲开启阶段的时长的10％，所述脉冲调制射频信号的脉冲调制频率为10Hz～100KHz，占空比是10％～90％。

【专利技术属性】
技术研发人员：韦刚，卫晶，杨京，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11