專利名稱：一種自動實現(xiàn)射頻功率匹配的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將射頻功率施加到反應(yīng)腔，并維持反應(yīng)腔中的等離子點燃的射頻功率系統(tǒng)，特別涉及一種通過調(diào)節(jié)射頻匹配電路實現(xiàn)最小化反射功率的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件、平板顯示器、太陽能板等制造領(lǐng)域內(nèi)，利用等離子來進行加工的各種反應(yīng)腔普遍存在。這樣的反應(yīng)腔包括刻蝕、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強型化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。在這些反應(yīng)腔中，具有設(shè)定頻率的射頻功率源向反應(yīng)腔提供射頻功率。射頻功率通過一個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)被施加到電極或天線。射頻匹配網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計來調(diào)節(jié)從傳輸線到反應(yīng)腔的阻抗，以更加有效地分配射頻功率到反應(yīng)腔。現(xiàn)有技術(shù)存在的一個問題是反應(yīng)腔阻抗漂移或改變。比如，由于部件老化和反應(yīng)腔狀態(tài)改變，如清潔情況就會導(dǎo)致阻抗漂移。同樣，后續(xù)的維護也會導(dǎo)致反應(yīng)腔阻抗改變。 除此之外，不同的基片也會造成反應(yīng)腔阻抗改變。因此存在監(jiān)控反應(yīng)腔阻抗并調(diào)節(jié)射頻匹配網(wǎng)絡(luò)以最小化反射功率并確保射頻功率有效分配的需要。另一方面，在半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家的各種反應(yīng)腔和系統(tǒng)基本都是由中央主機通過運行生產(chǎn)管理軟件來控制的。在這樣的環(huán)境下，一旦一個工藝菜單被驗證，就會被存儲到中央主機。然后主機根據(jù)存入的工藝菜單來運行系統(tǒng)。這個存入的工藝菜單不允許修改除非進行再次驗證。這也就意味著，如果由于反應(yīng)腔狀態(tài)改變而需要修改工藝菜單，修改后的工藝菜單在取代老的工藝菜單前必須被重新驗證。這是很花時間和資源的事情，所以工廠的管理者們會盡量避免這一情況。但是，當反應(yīng)腔阻抗發(fā)生漂移或改變，工藝菜單又需要作改變以適應(yīng)阻抗改變。所以業(yè)界需要一種方法和系統(tǒng)在不改變已存儲的工藝菜單的情況下能夠主動測量阻抗漂移和改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容只提供一個對本發(fā)明部分方面和特點的基本理解，其不是對本發(fā)明的廣泛的概述，也不是用來特別指出本發(fā)明關(guān)鍵的要素或者勾畫發(fā)明的范圍。其唯一的目的是簡化地呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，為后續(xù)詳細的描述本發(fā)明作一些鋪墊。本發(fā)明所提供的實施例能夠根據(jù)反應(yīng)腔阻抗的改變而主動修正，因而不需要改變工藝菜單。該主動修正可以是自動完成的，而且可以在處理過程中多次重復(fù)執(zhí)行。本發(fā)明實施例提供一種控制射頻功率施加至等離子處理腔中的方法，從而最小化反射功率并有效地施加射頻功率到等離子體中。各種實施例能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)射頻功率而不需要修改驗證過的工藝菜單。自動調(diào)節(jié)(auto tuning)可以被應(yīng)用到頻率匹配和射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)上。根據(jù)本發(fā)明所揭露的多個方面，一種運行處理系統(tǒng)的方法，包括提供一個等離子處理腔，一個本地控制器，和一個遠端生產(chǎn)控制器，該運行處理系統(tǒng)的方法包括在生產(chǎn)控制器中存儲處理工藝菜單，包括用于等離子腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值，用所述工藝菜單給等離子反應(yīng)腔供應(yīng)電能；監(jiān)測等離子處理腔的反射功率；改變所述等離子處理腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值以獲得最小化的反射功率，在獲得最小化的反射功率時，存儲新的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值到本地控制器，并且繼續(xù)根據(jù)所述處理工藝菜單運行該等離子處理腔，其中射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值采用存儲在本地控制器中的參數(shù)。改變所述等離子處理腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值包括比較當前反射功率和一個閥值，如果當前反射功率超出閥值從第一方向上增加射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值并判斷反射功率是增加或是減少；如果反射功率增加，則向與第一方向相反的第二方向增加射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值；如果反射功率減少，則在第一方向上再次增加射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值。進一步揭露本發(fā)明還可以包括在減少反射功率的方向上繼續(xù)增加設(shè)定值，直到設(shè)定值增加開始造成反射功率開始增加；將當前射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值存儲并替換到本地控制器中。射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值可以包括對射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中可變單元的設(shè)定，如可變電容，可變電感，可變電阻或者它們的組合。本發(fā)明的另一方面，提供一個等離子處理系統(tǒng)包括多個等離子處理平臺，每個等離子處理平臺具有一個各自的射頻功率發(fā)射裝置；多個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)，每個都包括一個可變單元并且分別耦合到一個所述的射頻功率發(fā)射裝置；多個射頻發(fā)生器，每個分別耦合到所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)；一個本地控制器耦合到生產(chǎn)控制器，本地控制器根據(jù)存儲在生產(chǎn)控制器中的工藝菜單運行所述多個等離子處理平臺，并進一步根據(jù)存儲在生產(chǎn)控制器中的工藝菜單或者存儲在所述本地控制器的參數(shù)來選擇性的調(diào)整每個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變單元。 其中本地控制器監(jiān)測每個等離子處理平臺的反射功率并調(diào)整各自射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變單元以最小化反射功率。當控制器調(diào)整可變單元以最小化反射功率后，存儲調(diào)整后的設(shè)定值到本地控制器但不改變存儲在生產(chǎn)控制器中的工藝菜單?？勺儐卧勺冸娙荨⒖勺冸姼?，可變電阻或者是這幾者的組合。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯如下附圖構(gòu)成了本說明書的一部分，和說明書一起列舉了不同的實施例，以解釋和闡明本發(fā)明的宗旨。以下附圖并沒有描繪出具體實施例的所有技術(shù)特征，也沒有描繪出部件的實際大小和真實比例。圖1顯示了本發(fā)明一個實施例具有一個控制器的反應(yīng)腔圖示。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能的匹配網(wǎng)絡(luò)的舉例。圖3顯示了本發(fā)明另一個實施例中處理模塊具有兩個等離子處理平臺。圖4顯示了本發(fā)明一個實施例的加工流程圖，該流程可以由控制器執(zhí)行并實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供一種對施加到等離子處理腔的射頻功率進行控制的系統(tǒng)和方法，以實現(xiàn)最小化反射功率并有效地將射頻功率施加到等離子中。各種實施例都在不需要修改驗證過的工藝菜單的情況下實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)射頻功率。這一自動調(diào)節(jié)可以用調(diào)節(jié)頻率匹
5配的和射頻匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方式來實現(xiàn)。圖1顯示了一個在遠端生產(chǎn)控制器176控制下運行的處理腔100的例子，等離子處理腔100基本包括腔體110，頂板120，基座130。在這個實施例中射頻功率是電容式的耦合到等離子體空間的，所以頂板120以業(yè)內(nèi)熟知的方式作為一氣體個噴淋頭向反應(yīng)腔注入反應(yīng)氣體。該氣體噴淋頭包括電極126，在這個實施例中作為示例是接地的?；瘟艘粋€基片夾盤，如靜電夾盤132.，基片115位于夾盤上。射頻功率通過導(dǎo)體180耦合到基座 130以點燃并維持等離子112。射頻功率產(chǎn)生自射頻發(fā)生器175并被傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)170。 控制器174控制射頻發(fā)生器和匹配網(wǎng)絡(luò)的運行以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，即使在腔體阻抗變化的情況下仍然能最小化反射功率并且有效分配功率到等離子。圖2顯示了一個可以用于實現(xiàn)本發(fā)明自動調(diào)節(jié)功能的匹配網(wǎng)絡(luò)的例子。匹配網(wǎng)絡(luò)可以包括一系列容性和感性單元230。為了改變匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，一個可控的調(diào)節(jié)單元，如可變電容，電感或電阻以及它們的組合需要被采用到。在本實施例中匹配網(wǎng)絡(luò)包括一個固定的旁路電容210和一個可變的旁路電容215，作為可變的調(diào)節(jié)單元。在本實施例中，調(diào)節(jié)電容215可以是由控制器274控制的電機驅(qū)動的真空電容，當然其它可控的具有可變參數(shù)的器件也可以采用。同時這些可控調(diào)節(jié)單元不一定作為旁路單元工作。整體上，可變調(diào)節(jié)單元是根據(jù)存儲在遠端生產(chǎn)控制器276中的工藝菜單運行的。 比如當系統(tǒng)在正常工作模式下遠端生產(chǎn)控制器276發(fā)送控制信號到本地控制器274，以使反應(yīng)腔根據(jù)存儲在控制器276中的工藝菜單來運行。遠端存儲的工藝菜單包括對可變調(diào)節(jié)單元的設(shè)置，整體上本地控制器274用來自該工藝菜單的設(shè)置來調(diào)整可變調(diào)節(jié)單元。但是， 一旦這些設(shè)置被驗證通過后，就不允許再作改動，除非經(jīng)過漫長的再次驗證。因此，根據(jù)本實施例，控制器包括本地存儲器以改變對可變調(diào)節(jié)單元的設(shè)置。如果本地控制器發(fā)現(xiàn)到來自反應(yīng)腔的反射功率超過允許值，本地控制器就要調(diào)整可變調(diào)節(jié)單元的設(shè)置并存儲新的的本地數(shù)值。然后在下一步運行中，本地控制器274采用本地存儲的數(shù)值而不是來自于遠端控制器276的數(shù)值。圖3顯示了另一個實施例處理模塊300包括兩個等離子處理平臺等離子處理平臺I(STl)和等離子處理平臺2 (ST2)。比如，兩個半導(dǎo)體晶圓可以同時處理，每個晶圓放在 ST1和ST2其中一個等離子處理平臺內(nèi)。在這個實施例中，每個處理腔由兩個射頻電源供電，低頻可以是如2MHz，或者13. 56MHz等頻率，高頻可以是如24MHz，60MHz，1 OOMHz等頻率。 在這個實施例中每個等離子處理平臺都有各自的射頻供電渠道，該渠道包括一個低頻射頻發(fā)生器(LFG)，低頻匹配網(wǎng)絡(luò)(LFM)，高頻射頻發(fā)生器(HFG)，高頻匹配網(wǎng)絡(luò)(HFM)。在一個實施例中每個系統(tǒng)包括三個處理模塊，每個處理模塊包括兩個等離子處理平臺，這樣獲得12 個射頻渠道。如圖3所示，所有這些渠道由控制器374控制。在這個實施例中，控制器374 通過RS232線連接到每個射頻功率發(fā)生器和射頻匹配網(wǎng)絡(luò)。當為如圖3中所示的處理模塊驗證工藝菜單時，匹配值被存儲作為工藝菜單的一部分。比如，如果匹配網(wǎng)絡(luò)利用一個可變電容，就如圖2所示的那樣，可控可調(diào)節(jié)電容的值作為工藝菜單的一部分存儲起來。比如圖3中的處理模塊下列數(shù)值可以存儲作為工藝菜單的一部分
權(quán)利要求
1.一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，所述處理系統(tǒng)包括等離子處理腔、本地控制器、遠端生產(chǎn)控制器，所述方法包括在所述遠端生產(chǎn)控制器內(nèi)存儲一個處理工藝菜單，所述處理工藝菜單包括對所述等離子處理腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值；用所述工藝菜單的設(shè)定值激發(fā)所述等離子處理腔； 監(jiān)測所述等離子處理腔的反射功率；改變所述等離子處理腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值，以獲得最小化的反射功率，以及，在獲得最小化的反射功率時，存儲新的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值到所述本地控制器，并且，繼續(xù)根據(jù)所述處理工藝菜單運行該等離子處理腔，其中射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值采用存儲在所述本地控制器中的所述新的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于其中改變所述等離子處理腔的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值的步驟包括比較當前反射功率和一個閥值，如果當前反射功率超出所述閥值，則執(zhí)行 在第一方向上增加所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值，并判斷反射功率是增加或是減少； 如果反射功率增加，則向與第一方向相反的第二方向增加所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值；如果反射功率減少，則在第一方向上再次增加所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于其中每次增加都是以預(yù)設(shè)幅度進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于還包括繼續(xù)沿所述反射功率減少的方向增加所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定值，直到某一次設(shè)定值的增加顯示所述反射功率開始增加，在這一點下，存儲一個替換的設(shè)定值到所述本地控制器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于其中對所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定包括對所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中一可變單元的設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于其中所述可變單元包括一個可變電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種運行一個處理系統(tǒng)的方法，其特征在于其中所述可變單元包括一個可變電感。
8.一種等離子處理系統(tǒng)，包括多個等離子處理平臺，每個等離子處理平臺具有一個各自的射頻功率發(fā)射裝置； 多個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)，每個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)分別耦合到一個所述的射頻功率發(fā)射裝置并且所述每個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)都包括一個可控的可變單元；多個射頻發(fā)生器，每個分別耦合到所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)；一個耦合到一生產(chǎn)控制器的本地控制器，所述本地控制器根據(jù)存儲在所述生產(chǎn)控制器中的工藝菜單運行所述多個等離子處理平臺，并進一步根據(jù)從所述工藝菜單中接收的參數(shù)或者存儲在所述本地控制器的參數(shù)來選擇性地調(diào)整所述每個射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中的所述可控的可變單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于其中所述本地控制器監(jiān)測每個等離子處理平臺的反射功率并調(diào)整各自射頻匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變單元以最小化反射功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于其中當所述控制器調(diào)整所述可控的可變單元以最小化反射功率后，所述控制器存儲調(diào)整后的設(shè)定值到本地控制器但不改變存儲在所述生產(chǎn)控制器中的工藝菜單。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于其中所述可控的可變單元包括可變電容、可變電感和可變電阻之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于其中所述可控的可變單元包括一個可變旁路電容或者一可變旁路電容與其它部件的組合體。
全文摘要
一種能夠主動修正以適應(yīng)等離子處理腔阻抗改變的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要改變處理工藝菜單。該主動修正功能可以自動實現(xiàn)并且在加工過程中可以重復(fù)執(zhí)行。本發(fā)明包括一個遠端的生產(chǎn)控制器存儲驗證后的工藝菜單，本地的等離子處理器包括一個本地控制器，本地等離子處理器初始根據(jù)工藝菜單運行，直到控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新的能使等離子處理腔的射頻功率最小化反的參數(shù)，新的參數(shù)存儲并替換到本地控制器中，后續(xù)加工根據(jù)新的參數(shù)運行。對射頻功率的自動調(diào)節(jié)可以避免對已有經(jīng)過驗證的工藝菜單的修改。自動調(diào)節(jié)可以采用頻率匹配或者射頻匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。
文檔編號H01J37/32GK102420579SQ20111036254
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉鵬, 席朝暉, 楊偉 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司