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CN107134400B - 一种控制方法、射频功率分配器以及icp设备 - Google Patents

一种控制方法、射频功率分配器以及icp设备 Download PDF

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CN107134400B
CN107134400B CN201610109005.7A CN201610109005A CN107134400B CN 107134400 B CN107134400 B CN 107134400B CN 201610109005 A CN201610109005 A CN 201610109005A CN 107134400 B CN107134400 B CN 107134400B
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capacitance
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Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
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Abstract

本申请公开了一种控制方法、射频功率分配器、控制器以及ICP设备，该控制方法包括：获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。控制方法根据所述第一电容以及所述第二电容的电容值与所述电流比之间对应关系，可以快速确定不同电流比时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值，根据确定的电容值直接调节第一电容以及第二电容以获取电流比的期望值，进而调节功率分配器的电流，达到调整输出功率相对分配的目的。

Description

一种控制方法、射频功率分配器以及ICP设备
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，更具体的说，涉及一种控制方法、射频功率分配器以及ICP设备。
背景技术
随着微电子机械器件和微电子机械系统(MicroElectromechanical System，简称MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和电费电子等领域，硅通孔(Through Silicon Via，简称TSV)刻蚀技术在未来封装领域具有广阔前景，深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS制造领域和TSV技术中最炙手可热的工艺之一。
电感耦合等离子体(ICP)设备是一种MEMS制造领域和TSV技术中的常用设备，ICP设备通过磁场产生等离子体，所述等离子体用于轰击硅晶圆，对硅晶圆进行刻蚀。如何调节磁场是电感耦合等离子体设备领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种控制方法、射频功率分配器、控制器以及ICP设备，通过调节所述内线圈相对于所述外线圈的电流比可以调节射频功率分配器的磁场。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种控制方法，用于射频功率分配器，射频功率分配器包括：外线圈、内线圈、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；所述外线圈的一端通过所述第一电容连接第一节点，其另一端通过所述第三电容连接第二节点，所述第一节点用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源，所述第二节点用于连接接地端；所述内线圈的一端通过所述第二电容连接所述第一节点，其另一端通过所述第四电容连接所述第二节点；
该控制方法包括：
获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；
根据预设函数计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；
根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值；
其中，所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值之和为一预设常数；所述第三电容以及所述第四电容的电容值为固定值；所述预设函数是C1＝a*I3+b*I 2+c*I+d，C1为所述第一电容的电容值，a，b，c以及d为常数，I为所述电流比。
优选的，在上述控制方法中，所述计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值包括：
在所述电流比为所述期望值时，根据预设函数计算所述第一电容的电容值；
根据所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值的预设关系，计算所述第二电容的电容值。
优选的，在上述控制方法中，所述预设函数的计算方法包括：
将所述第一电容的电容值以所述电流比为变量进行级数展开；
通过实验取点的方法，确定所述第一电容的电容值对应的级数展开式的各个次幂项的系数；
当所述电流比为所述期望值时，根据所述第一电容的电容值以所述电流比的级数展开的关系式，所述第一电容的电容值唯一确定，进而所述第二电容的电容值唯一确定。
本发明还提供了一种射频功率分配器，该射频功率分配器包括：控制器、外线圈、内线圈、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；
所述外线圈的一端通过所述第一电容连接第一节点，其另一端通过所述第三电容连接第二节点，所述第一节点用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源，所述第二节点用于连接接地端；
所述内线圈的一端通过所述第二电容连接所述第一节点，其另一端通过所述第四电容连接所述第二节点；
其中，所述控制器用于获取单元用于获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值，计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。
优选的，在上述射频功率分配器中，所述控制器包括：
获取单元，所述获取单元用于获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；
处理单元，所述处理单元用计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。
优选的，在上述射频功率分配器中，所述处理单元还用于计算所述预设函数。
本发明还提供了一种电感耦合等离子体设备，包括：上述射频功率分配器。
通过上述描述可知，本发明提供的射频功率分配器的控制方法，所述射频功率分配器包括：外线圈、内线圈、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；所述外线圈的一端通过所述第一电容连接第一节点，其另一端通过所述第三电容连接第二节点，所述第一节点用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源，所述第二节点用于连接接地端；所述内线圈的一端通过所述第二电容连接所述第一节点，其另一端通过所述第四电容连接所述第二节点。所述控制方法包括：获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相为所述外线圈的电流比处于所述期望值。
所述功率分配器为双线圈结构，所述第一电容以及所述第二电容的电容值改变时，所述内线圈相对于所述外线圈的电流比不同，进而所述射频功率分配器的磁场不同。所述控制方法根据所述第一电容以及所述第二电容的电容值与所述电流比之间对应关系，可以快速确定不同电流比时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值，根据确定的电容值直接调节第一电容以及第二电容以获取电流比的期望值，进而调节功率分配器的磁场。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为申请实施例提供的一种射频功率分配器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种用于射频功率分配器的控制方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值的计算方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种预设函数的计算法方法的流程示意图；
图5a为本申请实施例提供一种预设常数与电流比的线性拟合函数的图形；
图5b为本申请实施例提供一种第一电容与电流比的线性拟合函数的图形；
图5c为本申请实施例提供一种第二电容与电流比的线性拟合函数的图形；
图6为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，图1为申请实施例提供的一种射频功率分配器的结构示意图，该射频功率分配器包括：外线圈L1、内线圈L2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4；所述外线圈L1的一端通过所述第一电容C1连接第一节点A1，其另一端通过所述第三电容C3连接第二节点A2，所述第一节点A1用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源；所述内线圈L2的一端通过所述第二电容C2连接所述第一节点A1，其另一端通过所述第四电容C4连接所述第二节点A2，所述第二节点A2用于连接接地端。
需要说明的是，该射频功率分配器用于ICP设备，为ICP设备的等离子体腔室提供磁场。该磁场用于激发气体源生成等离子体源。
本申请实施例中，射频功率分配器为双线圈结构，包括外线圈L1以及内线圈L2。当外线圈L1以及内线圈L2传输交流电流时，可以生成磁场，进而可以激发气体介质生成等离子体源。外线圈L1以及内线圈L2内电流决定的磁场产生和维持等离子体的功率。
改变内线圈L2相对于外线圈L1的电流将改变从内线圈L2产生的功率对外线圈L1的功率比。对于图1所示射频功率分配器，可以实现功率分配功能，具有较宽的电流调节范围。内线圈L2相对于外线圈L1的电流比为Ii/(Ii+Io)，所示射频功率分配器的电流比的调节范围为10％-90％，具有较宽的电流调节范围。其中，Ii为内线圈L2的输出电流，Io为外线圈L1的输出电流。
第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4有两个功能。第一个功能是改变内线圈L2和外线圈L1的电流比。作为电路元件的电容器具有交流电流的阻抗，改变电容将改变电路中的电流比。第二功能是平衡在内线圈L2和外线圈L1上的电压分布，具体的，第一电容C1以及第三电容C3用于外线圈L1的电压调整，通过调节第一电容C1以及第三电容C3可以使得外线圈L1电压分布是从一端的最高电压V/2逐渐变小经过中心区域为零，最后到另一端具有-V/2的电压,两端之间电压差保持V的情况下，绝对值仍能保持在V/2以下。第二电容C2以及第四电容C4是用于内线圈L2的电压调整，通过调节第二电容C2以及第四电容C4可以使得内线圈L2具有与线圈L1相同的电压分布。通过上述对电容C3、C4容值的调节可以调节经过电容C3、C4反射的射频功率，最终入射功率和反射功率叠加形成驻波，线圈L1、L2达到电压平衡态。处于电压平衡态时线圈上的电压在整个线圈长度上对称分布，具有最小绝对值。
在制备等离子体源时，对任一线圈，如果其电压不能达到平衡状态，线圈上的电压太高，产生干扰电场，该干扰电场将会被设置在等离子体腔室内下方的硅晶圆通过电容耦合的方式感知到，从而影响硅晶圆的刻蚀质量，这是许多等离子体处理应用所不需要的。本申请实施例所述射频功率分配器可以通过调节电容实现线圈的电压调整。
在上述射频功率分配器中，只需要对应调整一个或是多个电容的大小即可调整电流比，控制方法简单快捷。同时，还可以控制线圈上电压的均匀性，保证硅晶圆的刻蚀质量。
所述射频功率分配器还包括控制器11。所述控制器11用于自动调节第二电容以及第四电容的电容值。通过一控制器11与各个电容分别连接，所述控制器11用于获取单元用于获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值，计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。因此，该控制器11通过设定的控制方法自动控制射频功率分配器中的电流比。
具体的，所述控制方法如图2所示。图2为本申请实施例提供的一种用于射频功率分配器的控制方法的流程示意图，该控制方法用于如图1所示的射频功率分配器，该控制方法包括：
步骤S11：获取所述内线圈L2相对于所述外线圈L1的电流比的期望值。
步骤S12：根据预设函数计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值。
步骤S13：根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。
其中，所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值之和为一预设常数；所述第三电容以及所述第四电容的电容值为固定值；所述预设函数是C1＝a*I3+b*I 2+c*I+d，C1为所述第一电容的电容值，a，b，c以及d为常数，I为所述电流比。具体的，所述第三电容以及所述第四电容的电容值为射频功率分配器处于平衡状态时的电容值，为已知常数。
当射频功率分配器处于平衡状态时，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4均具有各自对应的平衡电容值。改变第一电容C1以及第二电容C2以后，频功率分配器中的电流比将改变，进而磁场将改变。
参考图3，图3为本申请实施例提供的一种计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值的计算方法的流程示意图，该方法包括：
步骤S21：在所述电流比为所述期望值时，根据预设函数计算所述第一电容的电容值。
步骤S22：根据所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值的预设关系，计算所述第二电容的电容值。
可选的，所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值的预设关系是：所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值之和为一预设常数。该控制方法仅通过调节第一电容C1以及第二电容C2调节射频功率分配器的电流分布，为了保证外线圈L1以及内线圈L2的电压平衡，需要使得第一电容C1以及第二电容C2的调节幅度较小。
本实施例通过设置第一电容C1以及第二电容C2的电容值之和为一预设常数，这样调节第一电容C1以及第二电容C2时，二者的最大调节幅度不会超过该预设常数，避免第一电容C1以及第二电容C2的电容值的调节幅度过大，保证两线圈的电压平衡。本实施例所述控制方法适用于小范围内调节第一电容C1以及第二电容C2以改变电流比的控制方法，操作简单，调节速度快。
参考图4，图4为本申请实施例提供的一种预设函数的计算法方法的流程示意图，该计算方法包括：
步骤S31：将所述第一电容的电容值以所述电流比为变量进行级数展开。
步骤S32：通过实验取点的方法，确定所述第一电容的电容值对应的级数展开式的各个次幂项的系数。
当所述电流比为所述期望值时，根据所述第一电容的电容值以所述电流比的级数展开的关系式，所述第一电容的电容值唯一确定，进而所述第二电容的电容值唯一确定。根据所确定的电容值，可以快速调节射频功率分配器中第一电容以及第二电容，使得电流比为所述期望值。
为了保证级数展开的关系式的精确性，设置级数展开的关系式的最高次幂不小于3。可以通过线性拟合的方法确定常数a，b，c以及d。
参考图5a-图5c，图5a为本申请实施例提供一种预设常数与电流比的线性拟合函数的图形，图5b为本申请实施例提供一种第一电容与电流比的线性拟合函数的图形，图5c为本申请实施例提供一种第二电容与电流比的线性拟合函数的图形。各图中，横轴表示电流比，纵轴表示电容，单位为pF。
图5a-图5c中，各图像线性拟合函数可以通过线性拟合的方法确定。
本申请实施例只需要在较小范围内调节第一电容C1以及第二电容C2既可以实现调节电流比的目的。
或者，在其他实施方式中，射频功率分配器的控制方法包括：通过数据库存储不同第一电容以及C1第二电容C2下对应的电流比，此时第一电容以及C1第二电容C2的电容值为预设常数；当需要获取期望值的电流比时，只需要通过在数据库中查找该期望值对应的第一电容以及C1第二电容C2的电容值，调节第一电容C1以及第二电容C2为数据库中对应的电容值即可使得射频功率分配器的电流比为所需要的期望值。此时，所述射频功率分配器的控制器存储有所述数据库。所述控制器还用于在获取所述内线圈L2相对于所述外线圈L1的电流比的期望值时，在数据库中查找该期望值对应的第一电容C1以及第二电容C2的电容值，调节第一电容C1以及第二电容C2为数据库中对应的电容值即可使得射频功率分配器的电流比为所需要的期望值。
在本申请实施例所述控制方法中，可以通过小范围调节第一电容C1以及第二电容C2快速调节射频功率分配器的电流比，进而实现调节磁场的目的。由于第一电容C1以及第二电容的调节幅度较小，每次调节均可以保证内线圈的电压均匀，保证硅晶圆的刻蚀质量。
本申请实施例所述控制器的结构如图6所示，图6为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意，该控制器包括：获取单元41，所述获取单元41用于获取所述内线圈L2相对于所述外线圈L1的电流比的期望值；处理单元42，所述处理单元42用于计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。该控制器可以自动第一电容C1以及第二电容C2，获取预设的电流比期望值。
所述控制器还包括与所述处理单元连接的存储单元，所述存储单元存储有上述数据库。需要说明的是，图6中未示出所述存储单元。所述处理单元还用于在获取所述内线圈L2相对于所述外线圈L1的电流比的期望值时，在数据库中查找该期望值对应的第一电容C1以及第二电容C2，调节第一电容C1以及第二电容C2为数据库中对应的电容值即可使得射频功率分配器的电流比为所需要的期望值。
所述处理单元根据上述实施例中所述计算方法计算第一电容以及第二电容的电容值。在计算所述第一电容以及所述第二电容时，所述处理单元用于在所述电流比为所述期望值时，根据预设函数计算所述第一电容的电容值；根据所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值的预设关系，计算所述第二电容的电容值。所述处理单元还用于计算所述预设函数。在计算所述预设函数时，所述处理单元用于将所述第一电容的电容值以所述电流比为变量进行级数展开；通过实验取点的方法，确定所述第一电容的电容值对应的级数展开式的各个次幂项的系数。当所述电流比为所述期望值时，根据所述第一电容的电容值以所述电流比的级数展开的关系式，所述第一电容的电容值唯一确定，进而所述第二电容的电容值唯一确定。
本申请实施例所述控制方法可以自动调节第一电容以及第二电容的电容值，根据计算结果调整第一电容以及第二电容，进而使得电流比处于设定的期望值，调节方式简单快捷。
本申请实施例还提供了一种电感耦合等离子体设备，包括上述实施方式所述的射频功率分配器。所述电感耦合等离子体设备具有上述射频功率分配器，可以通过小幅度调节第一电容以及第二电容实现对磁场的控制，同时保证内线圈的电压平衡。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种控制方法，用于射频功率分配器，其特征在于，该射频功率分配器包括：外线圈、内线圈、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；所述外线圈的一端通过所述第一电容连接第一节点，其另一端通过所述第三电容连接第二节点，所述第一节点用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源，所述第二节点用于连接接地端；所述内线圈的一端通过所述第二电容连接所述第一节点，其另一端通过所述第四电容连接所述第二节点；
该控制方法包括：
获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；
根据预设函数计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；
根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值；
其中，所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值之和为一预设常数；所述第三电容以及所述第四电容的电容值为固定值；所述预设函数是C1＝a*I3+b*I2+c*I+d，C1为所述第一电容的电容值，a，b，c以及d为常数，I为所述电流比。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值包括：
在所述电流比为所述期望值时，根据预设函数计算所述第一电容的电容值；
根据所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值的预设关系，计算所述第二电容的电容值。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设函数的计算方法包括：
将所述第一电容的电容值以所述电流比为变量进行级数展开；
通过实验取点的方法，确定所述第一电容的电容值对应的级数展开式的各个次幂项的系数；
当所述电流比为所述期望值时，根据所述第一电容的电容值以所述电流比的级数展开的关系式，所述第一电容的电容值唯一确定，进而所述第二电容的电容值唯一确定。
4.一种射频功率分配器，其特征在于，该射频功率分配器包括：控制器、外线圈、内线圈、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；
所述外线圈的一端通过所述第一电容连接第一节点，其另一端通过所述第三电容连接第二节点，所述第一节点用于连接射频匹配电路，并通过射频匹配电路连接到射频电源，所述第二节点用于连接接地端；
所述内线圈的一端通过所述第二电容连接所述第一节点，其另一端通过所述第四电容连接所述第二节点；
其中，所述控制器用于获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值，根据预设函数计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值，其中，所述第一电容的电容值与所述第二电容的电容值之和为一预设常数；所述第三电容以及所述第四电容的电容值为固定值；所述预设函数是C1＝a*I3+b*I2+c*I+d，C1为所述第一电容的电容值，a，b，c以及d为常数，I为所述电流比。
5.根据权利要求4所述的射频功率分配器，其特征在于，所述控制器包括：
获取单元，所述获取单元用于获取所述内线圈相对于所述外线圈的电流比的期望值；
处理单元，所述处理单元用计算所述电流比为所述期望值时对应的所述第一电容以及所述第二电容的电容值；根据计算结果调节所述第一电容以及所述第二电容的电容值，使得所述内线圈相对于所述外线圈的电流比为所述期望值。
6.根据权利要求5所述的射频功率分配器，其特征在于，所述处理单元还用于计算所述预设函数。
7.一种电感耦合等离子体设备，其特征在于，包括：如权利要求5或6所述的射频功率分配器。
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