等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统技术方案

本发明专利技术提供一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统，该方法包括：在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。通过本发明专利技术，保障了半导体制程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统。
技术介绍
目前传统半导体制造工艺中广泛采用的、激发等离子的结构为电感耦合等离子体结构(InductiveCoupledPlasmaEmissionSpectrometer，以下简称ICP)，ICP可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单、造价低。由于等离子体吸收功率的非线性的特性，ICP放电过程中往往伴随这容性耦合放电，容性耦合放电产生的等离子为低密度等离子体，而低密度等离子体则是工艺制程不需要的等离子体。为了防止因放电模式造成晶圆报废和其他损失，如何监控ICP放电状态并使其维持在感性耦合放电日趋变得更加重要。现有技术中，可以采用OES(OpticalEmissionSpectroscopy，光学发射光谱)，进行等离子体放电状态监测。其原理为采集工艺过程中等离子体放电产生的特定谱线，借助阈值控制方法或斜率控制方法进行判定。图1为一种典型半导体刻蚀设备OES监测方法示意图。此装置一般由反应腔室4’、静电卡盘6’与电感耦合线圈3’组成，静电卡盘6’位于反应腔室4’，与下匹配器8’和下射频源9’连接，静电卡盘6’上安装晶片5’。电感耦合线圈3’位于反应腔室4’上方的介质窗口12’上方并与匹配器2’和射频源1’相连接，光谱仪7’通过光纤采集反应腔室4’等离子体发光强度。典型的OES方法进行等离子体状态监测，不仅需要昂贵的光谱仪设备，而且控制系统与控制算法较复杂，光谱分辨率较低；此外当等离子体放电处于容性放时，等离子体发光强度较弱，则难以进行谱线采集，从而影响正确的判断。因此，OES监测方法无论从便捷度还是工艺监测的准确度都不合适。进一步，还可以通过监测匹配器中的两个调节电容的位置，进行等离子体放电状态监测。但是调节电容的量程过大或过小都会影响判断结果；并且当射频硬件系统出现异常，例如电感耦合线圈发生打火，会导致调节电容位置一项，因此通过检测匹配器中调节电容的预设位置，存在误判的风险。
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，提出了一种等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统，以提高半导体制程的安全性。为实现本专利技术的目的而提供一种等离子体放电状态监控方法，所述方法包括：在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。优选地，所述由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态包括：判断所述相位差是否大于第一相位且小于或等于第二相位，所述第一相位小于所述第二相位；若是，确定当前等离子体处于感性放电状态；若否，判断所述相位差是否大于第三相位且小于或等于第一相位，所述第三相位小于所述第一相位；若是，确定当前等离子体处于容性放电状态。优选地，所述确定当前等离子体处于容性放电状态之后，所述方法还包括：将连接在发生器与地之间的第一可变电容的电容值增加第一设定量，并将连接在所述发生器与所述电感耦合线圈之间第二可变电容的电容值减小第二设定量，返回获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号的步骤继续执行；所述发生器用于产生所述射频功率。优选地，所述确定当前等离子体处于感性放电状态之后，返回获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号的步骤继续执行。优选地，所述第一相位为40°，所述第二相位为90°。优选地，所述第三相位-90°。优选地，采用以下公式计算所述相位差：P＝UIcosθ；其中，U为电压信号，I为电流信号，P为射频功率，θ为所述相位差。一种等离子体放电系统，包括：发生器、电感耦合线圈以及反应腔室，所述电感耦合线圈位于所述反应腔室上方的介质窗口且与所述发生器连接，所述系统还包括：电流传感器、电压传感器以及处理器；所述电流传感器用于采集所述电感耦合线圈的电流信号；所述电压传感器用于采集所述电感耦合线圈的电压信号；所述处理器用于判断所述发生器已向所述电感耦合线圈加载射频功率之后，所述处理器获取所述电压信号与所述电流信号；计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。优选地，所述放电状态包括：容性放电状态与感性放电状态；所述系统还包括：位于所述发生器与所述电感耦合线圈之间的匹配器；所述匹配器包括：第一调整器、第二调整器、第一可变电容与第二可变电容，所述第一可变电容连接在发生器与地之间，所述第二可变电容连接在所述发生器与所述电感耦合线圈之间；所述第一调整器和所述第二调整器分别用于调整所述第一可变电容和所述第二可变电容；所述处理器用于在等离子体处于容性放电状态时，通过所述第一调整器将第一可变电容的电容值增加第一设定量，并通过所述第二调整器将第二可变电容的电容值减小第二设定量。优选地，所述处理器还用于在等离子体处于感性放电状态时，继续执行获取所述电压信号与所述电流信号；计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。优选地，所述第一可变电容的容值范围为(420pF～570pF)或(825pF～1095pF)。优选地，所述第二可变电容的容值范围为(230pF～320pF)或(410pF～455pF)。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统，在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取电感耦合线圈的电压信号与电流信号；计算电压信号与电流信号的相位差；由相位差确定当前等离子体所处的放电状态。本专利技术根据电感耦合线圈加载射频功率之后的电压信号与电流信号之间固有电位差特性，确定当前等离子体的放电状态，从而对半导体制程进行了有效地监控，保障了半导体制程的安全性。附图说明图1为现有技术中OES监测结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的等离子体放电状态监控方法的一种流程图；图3为本专利技术实施例提供的等离子体放电状态监控方法的另一种流程图；图4为本专利技术实施例提供的等离子体放电系统的一种结构示意图；图5为本专利技术实施例中匹配器与发生器连接结构示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的等离子体放电状态监控方法及等离子体放电系统进行详细描述。实施例一如图2所示为本专利技术实施例提供的等离子体放电状态监控方法的一种流程图，本实施例的等离子体放电状态监控方法包括以下步骤：步骤101：在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取电感耦合线圈的电压信号与电流信号。具体地，电压信号与电流信号均是交流形式，因为电压信号与电流信号均有一定的相位值，并且两者之间也具有相位差。步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述方法包括：/n在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；/n计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；/n由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述方法包括：
在电感耦合线圈上加载射频功率之后，获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号；
计算所述电压信号与所述电流信号的相位差；
由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态。


2.根据权利要求1所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述由所述相位差确定当前等离子体所处的放电状态包括：
判断所述相位差是否大于第一相位且小于或等于第二相位，所述第一相位小于所述第二相位；
若是，确定当前等离子体处于感性放电状态；若否，判断所述相位差是否大于第三相位且小于或等于第一相位，所述第三相位小于所述第一相位；
若是，确定当前等离子体处于容性放电状态。


3.根据权利要求2所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述确定当前等离子体处于容性放电状态之后，所述方法还包括：
将连接在发生器与地之间的第一可变电容的电容值增加第一设定量，并将连接在所述发生器与所述电感耦合线圈之间第二可变电容的电容值减小第二设定量，返回获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号的步骤继续执行；
所述发生器用于产生所述射频功率。


4.根据权利要求2所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述确定当前等离子体处于感性放电状态之后，返回获取所述电感耦合线圈的电压信号与电流信号的步骤继续执行。


5.根据权利要求2-4任一项所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述第一相位为40°，所述第二相位为90°。


6.根据权利要求5所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，所述第三相位-90°。


7.根据权利要求1所述的等离子体放电状态监控方法，其特征在于，采用以下公式计算所述相位差：
P＝UIcosθ；其中，U为电压信号，I为电流信号，P为射频功率，θ为所述相位差。


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【专利技术属性】
技术研发人员：杨京，卫晶，韦刚，
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