本發(fā)明涉及半導體器件制作技術領域，更具體的說，涉及一種控制方法、射頻功率分配器以及icp設備。

背景技術：

隨著微電子機械器件和微電子機械系統(tǒng)(microelectromechanicalsystem，簡稱mems)被越來越廣泛的應用于汽車和電費電子等領域，硅通孔(throughsiliconvia，簡稱tsv)刻蝕技術在未來封裝領域具有廣闊前景，深硅刻蝕工藝逐漸成為mems制造領域和tsv技術中最炙手可熱的工藝之一。

電感耦合等離子體(icp)設備是一種mems制造領域和tsv技術中的常用設備，icp設備通過磁場產(chǎn)生等離子體，所述等離子體用于轟擊硅晶圓，對硅晶圓進行刻蝕。如何調節(jié)磁場是電感耦合等離子體設備領域亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種控制方法、射頻功率分配器、控制器以及icp設備，通過調節(jié)所述內線圈相對于所述外線圈的電流比可以調節(jié)射頻功率分配器的磁場。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種控制方法，用于射頻功率分配器，射頻功率分配器包括：外線圈、內線圈、第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容；所述外線圈的一端通過所述第一電容連接第一節(jié)點，其另一端通過所述第三電容連接第二節(jié)點，所述第一節(jié)點用于連接射頻匹配電路，并通過射頻匹配電路連接到射頻電源，所述第二節(jié)點用于連接接地端；所述內線圈的一端通過所述第二電容連接所述第一節(jié)點，其另一端通過所述第四電容連接所述第二節(jié)點；

該控制方法包括：

獲取所述內線圈相對于所述外線圈的電流比的期望值；

根據(jù)預設函數(shù)計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；

根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值；

其中，所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值之和為一預設常數(shù)；所述第三電容以及所述第四電容的電容值為固定值；所述預設函數(shù)是c1＝a*i³+b*i²+c*i+d，c1為所述第一電容的電容值，a，b，c以及d為常數(shù)，i為所述電流比。

優(yōu)選的，在上述控制方法中，所述計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值包括：

在所述電流比為所述期望值時，根據(jù)預設函數(shù)計算所述第一電容的電容值；

根據(jù)所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值的預設關系，計算所述第二電容的電容值。

優(yōu)選的，在上述控制方法中，所述預設函數(shù)的計算方法包括：

將所述第一電容的電容值以所述電流比為變量進行級數(shù)展開；

通過實驗取點的方法，確定所述第一電容的電容值對應的級數(shù)展開式的各個次冪項的系數(shù)；

當所述電流比為所述期望值時，根據(jù)所述第一電容的電容值以所述電流比的級數(shù)展開的關系式，所述第一電容的電容值唯一確定，進而所述第二電容的電容值唯一確定。

本發(fā)明還提供了一種射頻功率分配器，該射頻功率分配器包括：控制器、外線圈、內線圈、第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容；

所述外線圈的一端通過所述第一電容連接第一節(jié)點，其另一端通過所述第三電容連接第二節(jié)點，所述第一節(jié)點用于連接射頻匹配電路，并通過射頻匹配電路連接到射頻電源，所述第二節(jié)點用于連接接地端；

所述內線圈的一端通過所述第二電容連接所述第一節(jié)點，其另一端通過所述第四電容連接所述第二節(jié)點；

其中，所述控制器用于獲取單元用于獲取所述內線圈相對于所述外線圈的電流比的期望值，計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值。

優(yōu)選的，在上述射頻功率分配器中，所述控制器包括：

獲取單元，所述獲取單元用于獲取所述內線圈相對于所述外線圈的電流比的期望值；

處理單元，所述處理單元用計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值。

優(yōu)選的，在上述射頻功率分配器中，所述處理單元還用于計算所述預設函數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種電感耦合等離子體設備，包括：上述射頻功率分配器。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的射頻功率分配器的控制方法，所述射頻功率分配器包括：外線圈、內線圈、第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容；所述外線圈的一端通過所述第一電容連接第一節(jié)點，其另一端通過所述第三電容連接第二節(jié)點，所述第一節(jié)點用于連接射頻匹配電路，并通過射頻匹配電路連接到射頻電源，所述第二節(jié)點用于連接接地端；所述內線圈的一端通過所述第二電容連接所述第一節(jié)點，其另一端通過所述第四電容連接所述第二節(jié)點。所述控制方法包括：獲取所述內線圈相對于所述外線圈的電流比的期望值；計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相為所述外線圈的電流比處于所述期望值。

所述功率分配器為雙線圈結構，所述第一電容以及所述第二電容的電容值改變時，所述內線圈相對于所述外線圈的電流比不同，進而所述射頻功率分配器的磁場不同。所述控制方法根據(jù)所述第一電容以及所述第二電容的電容值與所述電流比之間對應關系，可以快速確定不同電流比時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值，根據(jù)確定的電容值直接調節(jié)第一電容以及第二電容以獲取電流比的期望值，進而調節(jié)功率分配器的磁場。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面 描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為申請實施例提供的一種射頻功率分配器的結構示意圖；

圖2為本申請實施例提供的一種用于射頻功率分配器的控制方法的流程示意圖；

圖3為本申請實施例提供的一種計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值的計算方法的流程示意圖；

圖4為本申請實施例提供的一種預設函數(shù)的計算法方法的流程示意圖；

圖5a為本申請實施例提供一種預設常數(shù)與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形；

圖5b為本申請實施例提供一種第一電容與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形；

圖5c為本申請實施例提供一種第二電容與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形；

圖6為本申請實施例提供的一種控制器的結構示意。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參考圖1，圖1為申請實施例提供的一種射頻功率分配器的結構示意圖，該射頻功率分配器包括：外線圈l1、內線圈l2、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3以及第四電容c4；所述外線圈l1的一端通過所述第一電容c1連接第一節(jié)點a1，其另一端通過所述第三電容c3連接第一節(jié)點a1，所述第一節(jié)點 a1用于連接射頻匹配電路，并通過射頻匹配電路連接到射頻電源；所述內線圈l2的一端通過所述第二電容c2連接所述第二節(jié)點a2，其另一端通過所述第四電容c4連接所述第二節(jié)點a2，所述第二節(jié)點a2用于連接接地端。

需要說明的是，該射頻功率分配器用于icp設備，為icp設備的等離子體腔室提供磁場。該磁場用于激發(fā)氣體源生成等離子體源。

本申請實施例中，射頻功率分配器為雙線圈結構，包括外線圈l1以及內線圈l2。當外線圈l1以及內線圈l2傳輸交流電流時，可以生成磁場，進而可以激發(fā)氣體介質生成等離子體源。外線圈l1以及內線圈l2內電流決定的磁場產(chǎn)生和維持等離子體的功率。

改變內線圈l2相對于外線圈l1的電流將改變從內線圈l2產(chǎn)生的功率對外線圈l1的功率比。對于圖1所示射頻功率分配器，可以實現(xiàn)功率分配功能，具有較寬的電流調節(jié)范圍。內線圈l2相對于外線圈l1的電流比為ii/(ii+io)，所示射頻功率分配器的電流比的調節(jié)范圍為10％-90％，具有較寬的電流調節(jié)范圍。其中，ii為內線圈l2的輸出電流，io為外線圈l1的輸出電流。

第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3以及第四電容c4有兩個功能。第一個功能是改變內線圈l2和外線圈l1的電流比。作為電路元件的電容器具有交流電流的阻抗，改變電容將改變電路中的電流比。第二功能是平衡在內線圈l2和外線圈l1上的電壓分布，具體的，第一電容c1以及第三電容c3用于外線圈l1的電壓調整，通過調節(jié)第一電容c1以及第三電容c3可以使得外線圈l1電壓分布是從一端的最高電壓v/2逐漸變小經(jīng)過中心區(qū)域為零，最后到另一端具有-v/2的電壓,兩端之間電壓差保持v的情況下，絕對值仍能保持在v/2以下。第二電容c2以及第四電容c4是用于內線圈l2的電壓調整，通過調節(jié)第二電容c2以及第四電容c4可以使得內線圈l2具有與線圈l1相同的電壓分布。通過上述對電容c3、c4容值的調節(jié)可以調節(jié)經(jīng)過電容c3、c4反射的射頻功率，最終入射功率和反射功率疊加形成駐波，線圈l1、l2達到電壓平衡態(tài)。處于 電壓平衡態(tài)時線圈上的電壓在整個線圈長度上對稱分布，具有最小絕對值。

在制備等離子體源時，對任一線圈，如果其電壓不能達到平衡狀態(tài)，線圈上的電壓太高，產(chǎn)生干擾電場，該干擾電場將會被設置在等離子體腔室內下方的硅晶圓通過電容耦合的方式感知到，從而影響硅晶圓的刻蝕質量，這是許多等離子體處理應用所不需要的。本申請實施例所述射頻功率分配器可以通過調節(jié)電容實現(xiàn)線圈的電壓調整。

在上述射頻功率分配器中，只需要對應調整一個或是多個電容的大小即可調整電流比，控制方法簡單快捷。同時，還可以控制線圈上電壓的均勻性，保證硅晶圓的刻蝕質量。

所述射頻功率分配器還包括控制器11。所述控制器11用于自動調節(jié)第二電容以及第四電容的電容值。通過一控制器11與各個電容分別連接，所述控制器11用于獲取單元用于獲取所述內線圈相對于所述外線圈的電流比的期望值，計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值。因此，該控制器11通過設定的控制方法自動控制射頻功率分配器中的電流比。

具體的，所述控制方法如圖2所示。圖2為本申請實施例提供的一種用于射頻功率分配器的控制方法的流程示意圖，該控制方法用于如圖1所示的射頻功率分配器，該控制方法包括：

步驟s11：獲取所述內線圈l2相對于所述外線圈l1的電流比的期望值。

步驟s12：根據(jù)預設函數(shù)計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值。

步驟s13：根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值。

其中，所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值之和為一預設常數(shù)；所述第三電容以及所述第四電容的電容值為固定值；所述預設函數(shù)是c1＝a*i³+b*i²+c*i+d，c1為所述第一電容的電容值，a，b，c以及d為常數(shù)，i為所述電流比。具體的，所述第三電容以及所述第四電容的電容值為射頻功率分配器處于平衡狀態(tài)時的電容值，為已知常數(shù)。

當射頻功率分配器處于平衡狀態(tài)時，第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3以及第四電容c4均具有各自對應的平衡電容值。改變第一電容c1以及第二電容c2以后，頻功率分配器中的電流比將改變，進而磁場將改變。

參考圖3，圖3為本申請實施例提供的一種計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值的計算方法的流程示意圖，該方法包括：

步驟s21：在所述電流比為所述期望值時，根據(jù)預設函數(shù)計算所述第一電容的電容值。

步驟s22：根據(jù)所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值的預設關系，計算所述第二電容的電容值。

可選的，所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值的預設關系是：所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值之和為一預設常數(shù)。該控制方法僅通過調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2調節(jié)射頻功率分配器的電流分布，為了保證外線圈l1以及內線圈l2的電壓平衡，需要使得第一電容c1以及第二電容c2的調節(jié)幅度較小。

本實施例通過設置第一電容c1以及第二電容c2的電容值之和為一預設常數(shù)，這樣調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2時，二者的最大調節(jié)幅度不會超過該預設常數(shù)，避免第一電容c1以及第二電容c2的電容值的調節(jié)幅度過大，保證兩線圈的電壓平衡。本實施例所述控制方法適用于小范圍內調節(jié)第 一電容c1以及第二電容c2以改變電流比的控制方法，操作簡單，調節(jié)速度快。

參考圖4，圖4為本申請實施例提供的一種預設函數(shù)的計算法方法的流程示意圖，該計算方法包括：

步驟s31：將所述第一電容的電容值以所述電流比為變量進行級數(shù)展開。

步驟s32：通過實驗取點的方法，確定所述第一電容的電容值對應的級數(shù)展開式的各個次冪項的系數(shù)。

當所述電流比為所述期望值時，根據(jù)所述第一電容的電容值以所述電流比的級數(shù)展開的關系式，所述第一電容的電容值唯一確定，進而所述第二電容的電容值唯一確定。根據(jù)所確定的電容值，可以快速調節(jié)射頻功率分配器中第一電容以及第二電容，使得電流比為所述期望值。

為了保證級數(shù)展開的關系式的精確性，設置級數(shù)展開的關系式的最高次冪不小于3。可以通過線性擬合的方法確定常數(shù)a，b，c以及d。

參考圖5a-圖5c，圖5a為本申請實施例提供一種預設常數(shù)與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形，圖5b為本申請實施例提供一種第一電容與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形，圖5c為本申請實施例提供一種第二電容與電流比的線性擬合函數(shù)的圖形。各圖中，橫軸表示電流比，縱軸表示電容，單位為pf。

圖5a-圖5c中，各圖像線性擬合函數(shù)可以通過線性擬合的方法確定。

本申請實施例只需要在較小范圍內調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2既可以實現(xiàn)調節(jié)電流比的目的。

或者，在其他實施方式中，射頻功率分配器的控制方法包括：通過數(shù)據(jù)庫存儲不同第一電容以及c1第二電容c2下對應的電流比，此時第一電容以及c1第二電容c2的電容值為預設常數(shù)；當需要獲取期望值的電流比時，只需要通過在數(shù)據(jù)庫中查找該期望值對應的第一電容以及c1第二電容c2的電 容值，調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2為數(shù)據(jù)庫中對應的電容值即可使得射頻功率分配器的電流比為所需要的期望值。此時，所述射頻功率分配器的控制器存儲有所述數(shù)據(jù)庫。所述控制器還用于在獲取所述內線圈l2相對于所述外線圈l1的電流比的期望值時，在數(shù)據(jù)庫中查找該期望值對應的第一電容c1以及第二電容c2的電容值，調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2為數(shù)據(jù)庫中對應的電容值即可使得射頻功率分配器的電流比為所需要的期望值。

在本申請實施例所述控制方法中，可以通過小范圍調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2快速調節(jié)射頻功率分配器的電流比，進而實現(xiàn)調節(jié)磁場的目的。由于第一電容c1以及第二電容的調節(jié)幅度較小，每次調節(jié)均可以保證內線圈的電壓均勻，保證硅晶圓的刻蝕質量。

本申請實施例所述控制器的結構如圖6所示，圖6為本申請實施例提供的一種控制器的結構示意，該控制器包括：獲取單元41，所述獲取單元41用于獲取所述內線圈l2相對于所述外線圈l1的電流比的期望值；處理單元42，所述處理單元42用于計算所述電流比為所述期望值時對應的所述第一電容以及所述第二電容的電容值；根據(jù)計算結果調節(jié)所述第一電容以及所述第二電容的電容值，使得所述內線圈相對于所述外線圈的電流比為所述期望值。該控制器可以自動第一電容c1以及第二電容c2，獲取預設的電流比期望值。

所述控制器還包括與所述處理單元連接的存儲單元，所述存儲單元存儲有上述數(shù)據(jù)庫。需要說明的是，圖6中未示出所述存儲單元。所述處理單元還用于在獲取所述內線圈l2相對于所述外線圈l1的電流比的期望值時，在數(shù)據(jù)庫中查找該期望值對應的第一電容c1以及第二電容c2，調節(jié)第一電容c1以及第二電容c2為數(shù)據(jù)庫中對應的電容值即可使得射頻功率分配器的電流比為所需要的期望值。

所述處理單元根據(jù)上述實施例中所述計算方法計算第一電容以及第二電容的電容值。在計算所述第一電容以及所述第二電容時，所述處理單元用于 在所述電流比為所述期望值時，根據(jù)預設函數(shù)計算所述第一電容的電容值；根據(jù)所述第一電容的電容值與所述第二電容的電容值的預設關系，計算所述第二電容的電容值。所述處理單元還用于計算所述預設函數(shù)。在計算所述預設函數(shù)時，所述處理單元用于將所述第一電容的電容值以所述電流比為變量進行級數(shù)展開；通過實驗取點的方法，確定所述第一電容的電容值對應的級數(shù)展開式的各個次冪項的系數(shù)。當所述電流比為所述期望值時，根據(jù)所述第一電容的電容值以所述電流比的級數(shù)展開的關系式，所述第一電容的電容值唯一確定，進而所述第二電容的電容值唯一確定。

本申請實施例所述控制方法可以自動調節(jié)第一電容以及第二電容的電容值，根據(jù)計算結果調整第一電容以及第二電容，進而使得電流比處于設定的期望值，調節(jié)方式簡單快捷。

本申請實施例還提供了一種電感耦合等離子體設備，包括上述實施方式所述的射頻功率分配器。所述電感耦合等離子體設備具有上述射頻功率分配器，可以通過小幅度調節(jié)第一電容以及第二電容實現(xiàn)對磁場的控制，同時保證內線圈的電壓平衡。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。