一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法，屬于化學(xué)氣相沉積【技術(shù)領(lǐng)域】。在基臺金屬基底上設(shè)置若干個絕緣層，絕緣層將基臺金屬基底分成不同直徑的環(huán)形或扇形區(qū)域；在基臺金屬基底內(nèi)部、各絕緣層分隔的環(huán)形或扇形區(qū)域內(nèi)，分別設(shè)置若干個可調(diào)電阻電容和阻抗檢測單元；可調(diào)電阻電容用于對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻抗檢測單元用于對該區(qū)域功率空間分布進(jìn)行檢測；控制模塊能夠?qū)β士臻g分布進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使其逼近預(yù)期功率空間分布要求。通過絕緣層，減小相鄰區(qū)域間的導(dǎo)電性，使得不同區(qū)域間的控制更加獨(dú)立。進(jìn)而通過在不同區(qū)域設(shè)置獨(dú)立可控的功率調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)對功率場空間分布具有靈活和精細(xì)化的調(diào)控能力。
【專利說明】一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法，屬于化學(xué)氣相沉積【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]功率空間分布控制在很多領(lǐng)域有重要應(yīng)用，現(xiàn)在的功率空間分布控制多是針對空間的平均電磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，但在很多場合，需要對功率場空間分布進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備就對功率場空間分布的精細(xì)化調(diào)控提出了要求。以一種多自由度可控離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備為例對現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積設(shè)備進(jìn)行簡單說明。
[0003]圖1為現(xiàn)有技術(shù)一種PECVD裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括工藝腔室I，腔室艙門2，噴淋頭3，遠(yuǎn)程等離子源4，質(zhì)量流量控制器5，射頻匹配器6，高頻源7，基臺8，低頻源9，基臺調(diào)整支柱10，真空泵11，壓力表12，頂針盤13，襯底14。
[0004]所述工藝腔室I和腔室艙門2的特征在于當(dāng)腔室艙門關(guān)閉時，工藝腔室內(nèi)部與外界隔離，實(shí)現(xiàn)真空密封；所述遠(yuǎn)程等離子源4的特征在于，產(chǎn)生刻蝕等離子體，用于清洗附著在腔室內(nèi)壁的沉積物；所述質(zhì)量流量控制器5的特征在于，能夠?qū)α魅牍に嚽皇业姆磻?yīng)氣體流量進(jìn)行調(diào)控，并通過所述噴淋頭3對氣流均勻性進(jìn)行調(diào)控；所述高頻源7、低頻源9的特征在于，在工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生射頻電磁場，使反應(yīng)氣體解離，進(jìn)而產(chǎn)生等離子體，并通過射頻匹配器6對包含等離子的射頻回路阻抗特性進(jìn)行調(diào)控，使得盡可能多的射頻功率被注入工藝腔室，用于激發(fā)等離子而不被反射；所述基臺調(diào)整支柱10，用于調(diào)整射頻電容耦合放電的極間距；所述頂針盤13的特征在于，能夠?qū)⒁r底14頂起和落下，主要用于將襯底14放入和取出工藝腔室時；所述真空泵11、壓力表12的特征在于，能夠?qū)η皇覂?nèi)真空度進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述襯底14的特征在于，放置在基臺8上，薄膜在襯底14上沉積；所述基臺8的特征在于，作為射頻電容耦合放電回路的下電極，并能夠?qū)λ鲆r底14進(jìn)行加熱，可調(diào)節(jié)襯底14的溫度。
[0005]隨著IC制造晶圓尺寸不斷增大，特征尺寸不斷縮小，IC制造對薄膜沉積工藝的大面積高一致性提出了更高的要求。這實(shí)際上是要求設(shè)備對工藝因素的空間分布具有更精確的控制能力，而現(xiàn)有的CVD腔室設(shè)計普遍過于剛性，只能對工藝因素平均值進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)工藝因素空間分布的靈活調(diào)控，工藝品質(zhì)是由簡單的結(jié)構(gòu)與粗略的工藝條件控制來保證的，這導(dǎo)致設(shè)備對不同工藝要求的適應(yīng)能力及工藝偏差的調(diào)節(jié)矯正能力均相對較差，同時也不能實(shí)現(xiàn)工藝品質(zhì)空間分布的精細(xì)化調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法，使得化學(xué)氣相沉積設(shè)備的腔室內(nèi)功率空間分布具有靈活的調(diào)控能力和精細(xì)化調(diào)控，能夠相對自由的使得腔室內(nèi)功率空間分布逼近預(yù)期要求。本發(fā)明以PECVD裝置進(jìn)行說明，但不局限于PECVD裝置，可應(yīng)用于任何需要功率場空間分布精細(xì)控制的場合。
[0007]該基臺采用的技術(shù)方案為:
[0008]在基臺金屬基底上設(shè)置若干個絕緣層，絕緣層將基臺金屬基底分成不同直徑的環(huán)形或扇形區(qū)域；在基臺金屬基底內(nèi)部、各絕緣層分隔的環(huán)形或扇形區(qū)域內(nèi)，分別設(shè)置若干個可調(diào)電阻電容和阻抗檢測單元；可調(diào)電阻電容用于對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻抗檢測單元用于對該區(qū)域功率空間分布進(jìn)行檢測；
[0009]控制模塊包括可調(diào)阻容控制器控制器和總控制器，可調(diào)阻容控制器控制器分別與可調(diào)電阻電容和阻抗檢測單元連接，同時還與總控制器連接；控制模塊能夠?qū)β士臻g分布進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使其逼近預(yù)期功率空間分布要求。
[0010]所述絕緣層為真空絕緣層。
[0011]本發(fā)明提供的基于所述基臺的功率場空間分布精細(xì)控制的方法，具體步驟為:
[0012]步驟1:設(shè)置預(yù)期功率場空間分布，并輸入總控制器；
[0013]步驟2:通過阻抗檢測單元獲得相應(yīng)區(qū)域回路的電流；
[0014]步驟3:通過可調(diào)阻容控制器將阻抗檢測單元獲得的電流轉(zhuǎn)換為可識別信號；
[0015]步驟4:將步驟3得到的信號輸入總控制器，總控制器將該信號換算為對應(yīng)回路的有效功率，并通過擬合方法，得到近似的空間有效功率分布輪廓，比較當(dāng)前有效功率分布輪廓與預(yù)設(shè)分布輪廓之間的差異；
[0016]步驟5:根據(jù)差異，輸出控制信號給可調(diào)阻容控制器，通過可調(diào)電阻電容對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0017]重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟5和操作，采用基于PID的控制算法，直至實(shí)際功率場空間分布逼近理論功率場空間分布。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]本發(fā)明通過基臺的設(shè)計，使得設(shè)備能夠?qū)τ行Чβ实目臻g分布具有靈活的調(diào)控能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝品質(zhì)空間分布的精細(xì)化調(diào)控，為在線實(shí)時工藝調(diào)控提供解決方案。另外，這種工藝因素空間分布的設(shè)計與調(diào)控方案使得設(shè)備具有更自由的可編程控制，對不同的工藝要求具有更好的適應(yīng)能力，對工藝偏差具有更好的矯正能力，同時設(shè)備的穩(wěn)定性與兼容性也會大幅增強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的單腔室的PECVD工藝腔室示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中基臺模塊俯視剖面圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中基臺模塊俯視剖面圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1，2中基臺模塊主視剖面圖；
[0024]圖5為本發(fā)明控制系統(tǒng)流程圖；
[0025]圖中標(biāo)號:
[0026]1-工藝腔室；2_腔室艙門；3_噴淋頭；4_遠(yuǎn)程等離子源RPS ;5_質(zhì)量流量控制器MFC ；6-射頻匹配器；7_高頻源HRF ;8_基臺；9_低頻源LRF ;10_基臺調(diào)整支柱；11_真空泵；12_壓力表；13_頂針盤；14_襯底；81_基臺金屬基底；82_絕緣層；83_可調(diào)電阻電容；84-阻抗檢測單元；85_控制模塊；851_可調(diào)阻容控制器；852_總控制器?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供了一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺及控制方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]圖2和圖4為本發(fā)明基臺8的第一實(shí)施方式的示意圖，該實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了功率空間分布靈活的調(diào)控能力和精細(xì)化調(diào)控。
[0030]將基臺金屬基底81用絕緣層82分隔成彼此絕緣的若干個區(qū)域。絕緣層82為2個或多個，將基臺分成不同直徑的環(huán)形區(qū)域，其數(shù)量和分布情況依照控制精度要求進(jìn)行設(shè)計。通過絕緣層，減小相鄰區(qū)域間的導(dǎo)電效應(yīng)，使得不同區(qū)域間的控制更加獨(dú)立。
[0031]在金屬基臺基體81內(nèi)部、各絕緣層82之間的每一個絕緣區(qū)域內(nèi)布置一組可調(diào)電阻電容83和阻抗檢測單元84?？烧{(diào)電阻電容83用于對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻抗檢測單元84用于對該區(qū)域功率空間分布進(jìn)行檢測。
[0032]基臺8上還設(shè)置控制模塊85，控制模塊85包括可調(diào)阻容控制器控制器851和總控制器852，可調(diào)阻容控制器控制器851分別與可調(diào)電阻電容83和阻抗檢測單元84連接，同時還與總控制器852連接；控制模塊85能夠?qū)β士臻g分布進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使其逼近預(yù)期功率空間分布要求。
[0033]一種所述基臺的控制方法，包括以下流程:
[0034]步驟1:設(shè)置預(yù)期功率場空間分布，并輸入總控制器852 ；
[0035]步驟2:通過阻抗檢測單元84獲得相應(yīng)區(qū)域回路的電流；
[0036]步驟3:通過可調(diào)阻容控制器851將阻抗檢測單元84獲得的電流轉(zhuǎn)換為可識別信號;
[0037]步驟4:將步驟3得到的信號輸入總控制器852，總控制器852將該信號換算為對應(yīng)回路的有效功率，并通過擬合方法，得到近似的空間有效功率分布輪廓，比較當(dāng)前有效功率分布輪廓與預(yù)設(shè)分布輪廓之間的差異；
[0038]步驟5:根據(jù)差異，輸出控制信號給可調(diào)阻容控制器851，通過可調(diào)電阻電容83對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0039]重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟5和操作，采用基于PID的控制算法，直至實(shí)際功率場空間分布逼近理論功率場空間分布。
[0040]實(shí)施例2
[0041]圖3和圖4為本發(fā)明基臺8的第二實(shí)施方式的示意圖，與實(shí)施例一相比，該方案除了設(shè)置了環(huán)狀的絕緣層外，還沿直徑方向設(shè)置了 4個直線形的絕緣層，將隔熱帶分成若干個扇形區(qū)域。絕緣層按照控制精度要求進(jìn)行設(shè)置，使控制更加精細(xì)。
【權(quán)利要求】
1.一種可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺，其特征在于，在基臺金屬基底(81)上設(shè)置若干個絕緣層(82)，絕緣層(82)將基臺金屬基底(81)分成不同直徑的環(huán)形或扇形區(qū)域；在基臺金屬基底(81)內(nèi)部、各絕緣層(82)分隔的環(huán)形或扇形區(qū)域內(nèi)，分別設(shè)置若干個可調(diào)電阻電容(83)和阻抗檢測單元(84);可調(diào)電阻電容(83)用于對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻抗檢測單元(84)用于對該區(qū)域功率空間分布進(jìn)行檢測； 控制模塊(85)包括可調(diào)阻容控制器控制器(851)和總控制器(852)，可調(diào)阻容控制器控制器(851)分別與可調(diào)電阻電容(83)和阻抗檢測單元(84)連接，同時還與總控制器(852)連接；控制模塊(85)能夠?qū)β士臻g分布進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使其逼近預(yù)期功率空間分布要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于功率場空間分布精細(xì)控制的基臺，其特征在于，所述絕緣層為真空絕緣層。
3.一種基于權(quán)利要求1所述基臺的功率場空間分布精細(xì)控制的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟1:設(shè)置預(yù)期功率場空間分布，并輸入總控制器(852)； 步驟2:通過阻抗檢測單元(84)獲得相應(yīng)區(qū)域回路的電流； 步驟3:通過可調(diào)阻容控制器(851)將阻抗檢測單元(84)獲得的電流轉(zhuǎn)換為可識別信號; 步驟4:將步驟3得到的信號輸入總控制器(852)，總控制器(852)將該信號換算為對應(yīng)回路的有效功率，并通過擬合方法，得到近似的空間有效功率分布輪廓，比較當(dāng)前有效功率分布輪廓與預(yù)設(shè)分布輪廓之間的差異； 步驟5:根據(jù)差異，輸出控制信號給可調(diào)阻容控制器(851)，通過可調(diào)電阻電容(83)對功率場空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)； 重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟5和操作，采用基于PID的控制算法，直至實(shí)際功率場空間分布逼近理論功率場空間分布。
【文檔編號】G05B11/42GK103792842SQ201410031124
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】向東, 楊旺, 夏煥雄, 張瀚, 王偉, 牟鵬, 劉學(xué)平 申請人:清華大學(xué)