一种用于等离子体处理系统中匹配单元的控制器技术方案

本发明专利技术提供了一种匹配单元的控制器，该控制器是与等离子体处理机的匹配单元相结合来工作的。控制器具有主控制器应用程序，并在匹配单元中充当本地主控制器。控制器从输入和输出传感器中收集数据并将数据提供给智能算法。使用该算法的输出来设置匹配单元电容器位置。控制器还具有从属控制器应用程序，以与等离子体处理机的主控制器通信。体处理机的主控制器通信。体处理机的主控制器通信。

【技术实现步骤摘要】
一种用于等离子体处理系统中匹配单元的控制器


[0001]本专利技术一般涉及用于射频匹配网络(单元)的控制系统，该网络用于等离子体处理机和其他射频功率传输应用。

技术介绍

[0002]等离子体工艺广泛用于制造半导体设备、太阳能电池、平板显示器以及某些医疗设备，而这些只是其中一些应用。最常见的为等离子体工艺供能的方法之一是以RF(射频)方式，将电能输送到包含工艺气体混合物的处理室。一些母体气体原子或分子被电离，从而产生足够数量的自由电子和离子，形成等离子体(也称为物质的第四状态)。等离子体状态下能够产生高活性的离子物种，这些离子物种雨点般落在等离子体室的任何工件上，并改变了工件的表面，以产生预定的结构、特征或表面特性。
[0003]在典型的射频等离子体工艺中，射频功率通过电极或天线耦合到腔室中的气体混合物，以激发等离子体状态。射频功率通常以13.56MHz传输，从10多千赫兹到100多兆赫兹的频率也很常见。射频发生器通过传输线向处理室输送功率。传输线特性阻抗与发生器输出阻抗匹配，通常为50欧姆，以优化功率耦合。理想情况下，腔室阻抗也应为50欧姆，以避免阻抗不匹配导致功率反射回发生器。不幸的是，等离子体室不可能在所有频率和所有等离子体条件下都具有50欧姆的特性阻抗。因此，使用中间电路来匹配射频发生器、传输线和等离子体室的阻抗。这种阻抗可调的中间电路通常称为射频阻抗匹配网络。
[0004]射频匹配网络将等离子室的射频阻抗转换为50欧姆，以最大限度地提高发生器的功率输出。换句话说，当在传输线连接的平面上测量时，匹配网络(电路)和等离子体室的组合是50欧姆。典型的射频匹配网络包括输入功率传感器、可变电容器、电感器和控制器电路，该控制器电路上，可以在微处理器或微控制器处对自调谐匹配算法进行编程。匹配网络(电路)拓扑和组成射频匹配网络的可变电容/电感的值/大小，是由等离子体处理室的功率传输需求、工作频率以及阻抗范围所决定的。
[0005]定向耦合器和相位/磁通检测器是在射频匹配网络应用中常用的输入传感器类型。VI(电压和电流)探头或传感器不太常见。定向耦合器测量匹配输入端的正向和反射功率。而相位/磁通检测器监测匹配网络加腔室的阻抗幅度和阻抗相位。来自输入传感器的数据被馈送到控制器，在控制器中的算法可用于调整可变电容器值，对于定向耦合器而言，这能将反射的射频功率降到最低，而对于相位/磁检测器而言，这能使阻抗幅度和阻抗相位分别达到50欧姆和零度。这适用于较为简单且连续的射频工艺。对于更复杂的半导体制造工艺，其射频功率是脉冲的，射频是动态的，这需要在匹配网络的输入侧和输出侧设置更先进的传感器，例如VI探头。先进的VI探头能监测射频电压和电流(及其谐波)的大小以及射频电压和电流之间的相移。因此，VI探头可以在脉冲期间和存在动态频率调谐的情况下准确测量匹配50欧姆(输入侧)和非50欧姆(输出侧)的复阻抗。
[0006]具有精确输出传感器的优势是可以在匹配网络中直接测量腔室阻抗。这提供了一个额外的数据点，以实现更快的阻抗匹配。该数据点可以减少对电容预设位置的依赖，其中
电容器需要在匹配点附近，以便在调谐期间不会“丢失”。控制算法是由典型匹配网络中使用的控制器来运行的。控制算法是匹配网络制造商专有的，用户无法配置。这可能会限制匹配网络对新工艺的适应性，而新工艺正是智能制造工艺的关键需求之一(下文有更详细的解释)。因此，将智能匹配网络控制器与精确的输入和输出VI探头结合使用是极其有必要的。
[0007]随着纳米技术设备尺寸的缩小和/或设备变得更加复杂，用于制造着纳米技术设备的工艺也变得更加复杂。尤其是，半导体集成电路设计已经大众化，许多技术巨头更愿意自己设计设备，以满足自己的特殊需求。然而，由于涉及到巨大的成本和工艺复杂性，半导体制造还没有实现这种大众化。这迫使半导体设备制造商将生产线变得更加智能，以应对需要制造的更多种类的半导体设备。智能传感器，如匹配网络中的输入和输出VI探头，是更智能、更具适应性的制造工艺的关键。
[0008]通常定义智能制造为具有高度适应性的计算机集成制造，其能够迅速修正制造工艺。智能制造依赖于自动收集和分析数据的智能传感器和智能控制器，并根据智能传感器的数据做出智能决策，以优化生产机器的性能。来源于传感器和机器的数据通常与云端或工厂网络连通，其通过工厂级部署的工业IoT(物联网)来传送解决方案。工业物联网技术使数据在工厂中流动，并提供远程监控和管理流程的功能，从而使生产计划能够在必要时得到快速和实时的改变。
[0009]智能工厂的一个重要考虑因素是智能传感器和机器产生的数据量。边缘分析是一个术语，用于描述在智能传感器上或附近执行的数据收集和数据分析计算，而不是等待数据发送回中央数据库。在工厂网络的边缘，在源位置通过分析算法来运行数据，使公司能够围绕哪些信息值得存储在数据库中以备后用，以及哪些数据可以丢弃来设置参数。在数据生成时对其进行分析也可以减少决策过程中的延迟。例如，如果由本地控制器分析来自匹配网络的输入和输出传感器的数据，那么内置在分析算法中解释网络边缘数据的规则可以自动将可变电容器调整到最佳位置。然后，将缩减的数据集发送到中央位置进行存储。算法规则可以通过工厂网络进行迅速修正，工厂网络的速度要求比实际数据处理速度低。
[0010]实施智能工厂的一个关键是网络连接的速度、可靠性以及适用性。定义工厂自动化控制系统为“实时系统”。要实现对机器的控制往往需要非常低的延迟。通过网络传递的消息应该具有优先级，如急停指令不应该因大数据备份流而被延迟。实时信息应获得优先级。在传统的以太网网络中，没有优先级协议，所有数据都一视同仁。以太网尽管价格便宜，速度快，但其难以适应控制系统的互连。问题主要在于不能满足实时控制所需的确定性或时间精度。
[0011]因此，需要一种用于匹配单元的控制器来解决现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0012]本专利技术涉及一种用于等离子体处理系统中匹配单元的控制器，该控制器配置为能够从匹配单元接收与系统的射频发生器有关的阻抗数据(该数据从系统的射频发生器侧测量得到)，以及与系统的腔室有关的阻抗数据，并使用算法来处理阻抗数据以确定匹配单元的目标阻抗，使腔室阻抗与发生器的阻抗匹配。还可以通过调整匹配单元的可变电容器的电容来实现目标阻抗，其中该控制器进一步配置为，在与匹配单元进行通信时，其作为匹配
单元的主控制器。而在与等离子体处理系统的主控制器进行通信时，其作为匹配单元的从属控制器。
[0013]控制器可进一步配置为，其能够基于至少一个网络协议，通过网络与匹配单元和等离子体处理系统通信。
[0014]可选地，其中针对多步骤等离子体处理的每一步执行阻抗数据的接收和处理以及电容的调整，并且控制器可配置为，其在等离子体处理的每一步骤中接收算法，并将接收到的算法用于等离子体处理的后续步骤。
[0015]可选地，该控制器可进一步配置为，其能够在执行接收和处理阻抗数据以及调整电容中的任一项时，经由网络接收算法，并存储所接收的算法以供以后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于等离子体处理系统中匹配单元的控制器，该控制器的配置为：通过匹配单元接收从等离子体处理系统的射频发生器侧所观察到的阻抗数据；通过匹配单元接收与等离子体处理系统的腔体有关的阻抗数据；使用算法处理阻抗数据，以确定匹配单元的目标阻抗，从而使腔体的阻抗与射频发生器的阻抗相匹配；调整匹配单元中可变电容器的电容，以达到目标阻抗；其中，该控制器进一步配置为：在与匹配单元进行通信时，其作为匹配单元的主控制器，而在与等离子体处理系统的主控制器进行通信时，其作为匹配单元的从属控制器。2.根据权利要求1所述的控制器，其中该控制器进一步配置为，基于至少一个网络协议，通过网络与该等离子体处理系统的匹配单元和主控制器通信。3.根据权利要求2所述的控制器，其中该控制器进一步配置为，在执行接收和处理阻抗数据以及调整电容中的任何一项时，通过网络接收算法，并存储所接收的算法以供以后使用。4.根据权利要求3所述的控制器，其中对多步骤等离子体处理的每一步执行阻抗数据的接收和处理以及电容的调整，并且控制器配置为在等离子体处理的每一步中接收算法，并将接收到的算法用于等离子体处理的后续步骤。5.根据权利要求3或4所述的控制器，其中控制器进一步配置为，在作为匹配单元的从属控制器时，从等离子体处理系统的主控制器接收算法，并同时作为匹配单元的主控制器。6.根据权利要求1至4中任一项所述的控制器，其中控制器进一步配置为，存储在阻抗匹配范围内的高分辨率的映...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：安平丹斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：