一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统及方法，涉及控制技术、电力电子技术在半导体制程关键设备中的应用领域，包括远程等离子源系统运行状态监测单元、等离子负荷监测分析单元、双向数据互动单元、解离率在线实时检测单元和驱动电源功率动态调节控制单元；本发明专利技术当等离子负荷变化或驱动功率出现偏差时，系统可以根据历史匹配值以及当前运行状态，较快给出驱动电源输出功率动态调节信号，从而实现气体的稳定解离、等离子体的持续稳定输出，减少远程等离子源解离率的波动范围，具有很好的可行性和实用价值。具有很好的可行性和实用价值。具有很好的可行性和实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及控制技术、电力电子技术在半导体制程关键设备中的应用领域，具体的是一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统及方法。

技术介绍

[0002]远程等离子源(RemotePlasmaSource,RPS)主要由等离子驱动电源、等离子腔体、阻抗匹配电路、高频耦合磁芯等部分组成，是半导体、芯片制造过程中薄膜沉积设备(CVD、ALD、PVD)配套的核心部件，能够提供芯片制造过程中制程腔室清洁所需的等离子体，直接决定芯片制程的速度和质量以及芯片生产的成败。RPS利用驱动电源激活Ar产生自由电子，撞击通入腔体的NF3从而解离产生F离子。驱动电源提供稳定的高频功率输出，通过磁场耦合在腔体内维持具有稳定浓度和强氧化性的F离子。输出的F离子与制程腔室内沉积物发生反应，产生可抽走的挥发性SiF4气体，从而实现对沉积物的去除。等离子的负阻抗特性以及宽负载阻抗范围，导致高频工作下等离子驱动电源输出特性不稳定。另外，当等离子负荷不断变化时，驱动电源是否能及时调整输出功率对于RPS能否实现气体稳定解离、实现等离子准静态输出也至关重要。较高的解离率意味着同等输入功率情况下，能够获得较高的等离子密度，降低等离子制程时间，提高芯片质量。

技术实现思路

[0003]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统及方法，解决等离子负荷变化、驱动电源功率偏差等因素造成的解离率不稳定的问题。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，包括：
[0005]远程等离子源系统运行状态监测单元：用于监测远程等离子源整机系统的实时运行状态和参数，生成远程等离子源系统运行状态监测信号，并且将远程等离子源系统运行状态监测信号发送至双向数据互动单元；
[0006]等离子负荷监测分析单元：用于实时监测腔体等离子负荷变化，并生成等离子负荷监测信号，并且将等离子负荷监测信号发送至双向数据互动单元；
[0007]双向数据互动单元：用于接收远程等离子源系统运行状态监测信号、等离子负荷监测信号，实现远程等离子源运行状态与仿真系统的实时运行状态双向数据交换，并生成功率偏差调节信号，发送至驱动电源功率动态调节控制单元；
[0008]驱动电源功率动态调节控制单元：用于接收所述双向数据互动单元发送的功率偏差调节信号，实时调节驱动电源的输出功率，并实时反馈驱动电源的点火电压和维持电流；
[0009]解离率在线实时检测单元：用于在线监控等离子产生的浓度和强度是否稳定，并结合等离子负荷监测信号，实时计算远程等离子源的气体解离率。
[0010]优选地，所述腔体等离子负荷变化包括注入腔体的气体流量和压力，以及等离子
体出口流量。
[0011]优选地，所述双向数据互动单元根据所记录的历史数据和当前系统运行状态，动态匹配驱动电源输出功率和等离子负荷，并根据解离率监测值，生成功率偏差调节信号，并发送至驱动电源功率动态调节控制单元，进行实时动态调节驱动电源输出功率。
[0012]优选地，所述双向数据交换过程如下：
[0013]仿真系统实时接收远程等离子源系统运行状态监测信号、等离子负荷监测信号，实时模拟系统运行状态，并根据解离率波动及时调整仿真系统内的驱动电源输出功率；解离率稳定后，进一步的，仿真系统下发功率偏差调节信号至远程等离子源。
[0014]优选地，所述解离率波动阀值为
±
0.5％。
[0015]优选地，所述气体解离率的计算过程包括：
[0016]在出口处设置目标等离子体探测装置，用于探测目标等离子体的浓度和强度，并结合注入腔体的气体流量和压力数据，从而进一步计算得到气体解离率。
[0017]优选地，一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制方法，方法包括以下步骤：
[0018]导入等离子源初始变量、实时运行状态信号和参数；按照实时等离子负荷以及设定的解离率参考值λ
ref
，确定驱动电源初始输出功率；
[0019]获取t
‑
1时刻气体解离率，并与解离率参考值λ
ref
进行实时比较；
[0020]如果t
‑
1时刻解离率不低于λ
ref
，则驱动电源初始输出功率不变且恒定输出；如果t
‑
1时刻解离率低于λ
ref
，则系统分别对驱动电源功率偏差、等离子负荷偏差进行检测，获得偏差信号；根据偏差信号重新进行计算、仿真，并进一步获得驱动电源功率偏差调节信号
[0021]系统根据预设采样间隔时间，重复以上步骤。
[0022]优选地，所述驱动电源初始输出功率根据实时等离子负荷以及设定的解离率参考值λ
ref
，由双向数据互动单元的历史数据记录确定。
[0023]一种设备，包括：
[0024]一个或多个处理器；
[0025]存储器，用于存储一个或多个程序；
[0026]当一个或多个所述程序被一个或多个所述处理器执行，使得一个或多个所述处理器实现如上所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统。
[0027]一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术当驱动功率出现偏差或等离子负荷变化时，系统可以根据历史匹配值以及当前运行状态，较快给出驱动电源输出功率动态调节信号，从而实现气体的稳定解离，等离子体的持续稳定输出，减少远程等离子源解离率的波动范围；可根据不同制程需求、不同气体，在线实时调整系统运行状态。
附图说明
[0030]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，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0031]图1是本专利技术结构原理示意图；
[0032]图2是本专利技术流程示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]如图1所示，主要由等离子驱动电源、等离子腔体、阻抗匹配电路、高频耦合磁芯等部分组成。运行原理阐述如下：利用驱动电源激活Ar产生自由电子，撞击通入腔体的NF3从而解离产生F离子。驱动电源提供稳定的高频功率输出，通过磁场耦合在腔体内维持具有稳定浓度和强氧化性的F离子。输出的F离子与制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，其特征在于，包括：远程等离子源系统运行状态监测单元：用于监测远程等离子源整机系统的实时运行状态和参数，生成远程等离子源系统运行状态监测信号，并且将远程等离子源系统运行状态监测信号发送至双向数据互动单元；等离子负荷监测分析单元：用于实时监测腔体等离子负荷变化，并生成等离子负荷监测信号，并且将等离子负荷监测信号发送至双向数据互动单元；双向数据互动单元：用于接收远程等离子源系统运行状态监测信号、等离子负荷监测信号，实现远程等离子源运行状态与仿真系统的实时运行状态双向数据交换，并生成功率偏差调节信号，发送至驱动电源功率动态调节控制单元；驱动电源功率动态调节控制单元：用于接收所述双向数据互动单元发送的功率偏差调节信号，实时调节驱动电源的输出功率，并实时反馈驱动电源的点火电压和维持电流；解离率在线实时检测单元：用于在线监控等离子产生的浓度和强度是否稳定，并结合等离子负荷监测信号，实时计算远程等离子源的气体解离率。2.根据权利要求1所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，其特征在于，所述腔体等离子负荷变化包括注入腔体的气体流量和压力，以及等离子体出口流量。3.根据权利要求1所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，其特征在于，所述双向数据互动单元根据所记录的历史数据和当前系统运行状态，动态匹配驱动电源输出功率和等离子负荷，并根据解离率监测值，生成功率偏差调节信号，并发送至驱动电源功率动态调节控制单元，进行实时动态调节驱动电源输出功率。4.根据权利要求1所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，其特征在于，所述双向数据交换过程如下：仿真系统实时接收远程等离子源系统运行状态监测信号、等离子负荷监测信号，实时模拟系统运行状态，并根据解离率波动及时调整仿真系统内的驱动电源输出功率；解离率稳定后，进一步的，仿真系统下发功率偏差调节信号至远程等离子源。5.根据权利要求4所述的一种适用于高解离率远程等离子源的实时控制系统，其特征在于，所述解离率的波动阀值为

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康礼，潘小刚，赵剑锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：