一种任意波形驱动放电控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种任意波形驱动放电控制系统，包括：反应器、计算机、信号发生器、功率放大器和匹配网络。反应器用于维持等离子体放电；计算机，与反应器连接，用于产生第一波形数据，还用于采集反应器的电压，并判断反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压是否满足约束条件，如果反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压满足约束条件，则停止对反应器的电压判断；如果不满足约束条件，则调整并输出调整后的第一波形数据；信号发生器、功率放大器和匹配网络分别对第一波形数据进行处理并施加在反应器上。本发明专利技术提高了控制精度和效率，扩大了系统的适用范围和工作频率。的适用范围和工作频率。的适用范围和工作频率。

【技术实现步骤摘要】
一种任意波形驱动放电控制系统


[0001]本专利技术涉及半导体刻蚀和薄膜沉积
，特别是涉及一种任意波形驱动放电控制系统。

技术介绍

[0002]近年来，任意波形驱动放电成为一种独立控制离子通量和离子能量的新方法。与双频电源驱动放电相比，任意波形驱动放电具有更宽的独立控制离子通量和离子能量的参数窗口，具有更广阔的应用前景。通常，任意波形由基频和基频的若干个高次谐波叠加而成。近年来，人们主要通过数值模拟方法对任意波形驱动放电进行了研究，而相关的实验研究比较鲜见。在实验中，为实现任意波形驱动放电，需要对各个谐波电压的幅值和相位进行独立控制。一方面，需要对放电中各谐波电压分量进行在线测量。另一方面，需要对测量结果进行实时分析，并对其进行快速反馈调节。
[0003]文献中大多采用数值模拟方法(数值模型不需要真实的实验系统，而是通过计算机对实验过程进行仿真)对任意波形驱动放电进行研究，而关于该技术的实验方案也非常鲜见。
[0004]在相关实验研究中，放电大多采用基频频率及其二次谐波频率叠加而成的谐波。这种情形下，通常采用手动调节信号发生器或功率放大器的方式来产生目标波形。手动方法具有工作效率低，控制精度低、耗时长的缺点。
[0005]文献Patterson M M,Chu H Y and Wendt A E 2007Plasma Sources Sci.Technol.16257报道了一种产生任意波形的方法。首先，该方法被应用于感性耦合等离子体(ICP)源中，在容性耦合等离子体(CCP)源中尚未发现相关报道；其次，该文献中使用的驱动频率范围相对较窄，为300kHz
–
35MHz。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种任意波形驱动放电控制系统，以提高控制精度和效率，扩大系统的适用范围和工作频率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种任意波形驱动放电控制系统，所述任意波形驱动放电控制系统包括：
[0008]反应器，用于维持等离子体放电；
[0009]计算机，与所述反应器连接，用于产生第一波形数据，还用于采集所述反应器的电压，并判断所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压是否满足约束条件，如果所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压满足约束条件，则停止对所述反应器的电压判断；如果所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压不满足约束条件，则调整并输出调整后的第一波形数据；
[0010]信号发生器，与所述计算机连接，用于接收第一波形数据和调整后的第一波形数据并根据所述第一波形数据或调整后的第一波形数据产生任意波电压；
[0011]功率放大器，与所述信号发生器连接，用于接收所述任意波电压并进行放大；
[0012]匹配网络，分别与所述功率放大器和所述反应器连接，用于将放大后的所述任意波电压根据所述反应器进行匹配，并施加在所述反应器上。
[0013]可选地，所述任意波形驱动放电控制系统还包括：
[0014]电压探头，与所述反应器连接，用于测量所述反应器的电压；
[0015]示波器，分别与所述电压探头和所述计算机连接，用于显示所述反应器的电压。
[0016]可选地，所述任意波形驱动放电控制系统还包括：
[0017]隔直电容，分别与所述反应器和所述匹配网络连接，用于阻隔匹配后的所述任意波电压中的直流电。
[0018]可选地，所述反应器为CCP反应器或ICP反应器。
[0019]可选地，所述CCP反应器包括：
[0020]驱动电极，分别与所述隔直电容和所述电压探头连接，用于根据阻隔直流电后的所述任意波电压维持等离子体放电；
[0021]接地电极，与大地连接，且与所述驱动电极对应设置，用于与所述驱动电极相互作用产生等离子体。
[0022]可选地，所述第一波形信号的计算公式为：
[0023][0024]其中，V
fun
(t)表示所述第一波形信号，f表示基频频率，t表示单个基频射频周期内的不同时刻，N表示谐波个数，V
fun,k
表示所述第一波形信号的第k个谐波的电压幅值，θ
fun,k
表示所述第一波形信号的第k个谐波的电压相位。
[0025]可选地，所述反应器的电压计算公式为：
[0026][0027]其中，V
ele
(t)表示所述反应器的电压，f表示基频频率，t表示单个基频射频周期内的不同时刻，N表示谐波个数，V
ele,k
表示所述反应器的电压的第k个谐波的电压幅值，θ
ele,k
表示所述反应器的电压的第k个谐波的电压相位。
[0028]可选地，所述目标任意波电压的计算公式为：
[0029][0030]其中，V
tar
(t)表示所述目标任意波电压，f表示基频频率，t表示单个基频射频周期内的不同时刻，N表示谐波个数，V
tar,k
表示所述目标任意波电压的第k个谐波的电压幅值，θ
tar,k
表示所述目标任意波电压的第k个谐波的电压相位。
[0031]可选地，所述约束条件为：
[0032]0.99＜V
ele,k
/V
tar,k
＜1.01，|θ
ele,k-θ
tar,k
|＜2
°
[0033]其中，V
ele,k
表示所述反应器的电压的第k个谐波的电压幅值，V
tar,k
表示所述目标
任意波电压的第k个谐波的电压幅值，θ
ele,k
表示所述反应器的电压的第k个谐波的电压相位，θ
tar,k
表示所述目标任意波电压的第k个谐波的电压相位。
[0034]可选地，所述第一波形信号的最大频率为240MHz，所述功率放大器的工作频率范围为10KHz-225MHz。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术提供一种任意波形驱动放电控制系统，包括：反应器、计算机、信号发生器、功率放大器和匹配网络。反应器用于维持等离子体放电；计算机，与反应器连接，用于产生第一波形数据，还用于采集反应器的电压，并判断反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压是否满足约束条件，如果反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压满足约束条件，则停止对反应器的电压判断；如果不满足约束条件，则调整并输出调整后的第一波形数据；信号发生器、功率放大器和匹配网络分别对第一波形数据进行处理并施加在反应器上。本专利技术提高了控制精度和效率，扩大了系统的适用范围和工作频率。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述任意波形驱动放电控制系统包括：反应器，用于维持等离子体放电；计算机，与所述反应器连接，用于产生第一波形数据，还用于采集所述反应器的电压，并判断所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压是否满足约束条件，如果所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压满足约束条件，则停止对所述反应器的电压判断；如果所述反应器的电压中的各谐波电压与目标任意波电压中的各谐波电压不满足约束条件，则调整并输出调整后的第一波形数据；信号发生器，与所述计算机连接，用于接收第一波形数据和调整后的第一波形数据并根据所述第一波形数据或调整后的第一波形数据产生任意波电压；功率放大器，与所述信号发生器连接，用于接收所述任意波电压并进行放大；匹配网络，分别与所述功率放大器和所述反应器连接，用于将放大后的所述任意波电压根据所述反应器进行匹配，并施加在所述反应器上。2.根据权利要求1所述的任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述任意波形驱动放电控制系统还包括：电压探头，与所述反应器连接，用于测量所述反应器的电压；示波器，分别与所述电压探头和所述计算机连接，用于显示所述反应器的电压。3.根据权利要求2所述的任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述任意波形驱动放电控制系统还包括：隔直电容，分别与所述反应器和所述匹配网络连接，用于阻隔匹配后的所述任意波电压中的直流电。4.根据权利要求3所述的任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述反应器为CCP反应器或ICP反应器。5.根据权利要求4所述的任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述CCP反应器包括：驱动电极，分别与所述隔直电容和所述电压探头连接，用于根据阻隔直流电后的所述任意波电压维持等离子体放电；接地电极，与大地连接，且与所述驱动电极对应设置，用于与所述驱动电极相互作用产生等离子体。6.根据权利要求1所述的任意波形驱动放电控制系统，其特征在于，所述第一波形信号的计算公式为：其中，V
fun
(t)表示所述第一波形信号，f表示基频频率，t表示单个基频射频周期内的不同时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯，刘永新，张权治，孙长森，王友年，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：