相位比较器及相位差监测装置的制造方法

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相位比较器及相位差监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域,特别涉及一种应用于等离子体处理装置的相位比较 器及相位差监测装置。
【背景技术】
[0002] 随着半导体制造工艺的发展,对元件的集成度和性能要求越来越高,等离子体技 术得到了极为广泛的应用,其通过在等离子体处理装置的反应腔体内通入反应气体,将反 应气体激发产生电离而形成等离子体,产生的等离子体中内含有大量的电子、离子、自由基 等活性离子,这些活性反应基团与待处理物体表面发生反应,使待处理物体表面材料性能 发生变化,可被用于各种半导体制造工艺,例如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如 干法刻蚀)等。
[0003] 电感稱合等离子体(Inductively Coupled Plasma, ICP)处理装置是一种应用广 泛的等离子体处理装置。图1所示为现有技术中较为常见的电感耦合等离子体处理装置。 电感耦合等离子体处理装置包括反应腔体1,反应腔体1内的底部设置静电卡盘4,待处理 基片W被放置在静电卡盘4上。反应腔体1顶板的外侧上方配置有电感耦合线圈2,射频源 (图中未示)与该线圈2连接,向电感耦合线圈2输入高频电流而产生变化的磁场,根据法 拉第电磁感应定律,该变化的磁场会感应出电场,从而将反应腔体1内的由气体源3注入的 工艺气体电离成等离子体,以对基片进行刻蚀沉积等处理。高频电流转变成磁场过程中,因 能量损失会发生电流大小和相位的变化,因此输入电感耦合线圈和从电感耦合线圈输出的 是两个大小不同、相位不同的电流。
[0004] 现有技术中,为检测电感耦合线圈输入电流和输出电流的相位差,通常是将示波 器接在线圈的输入和输出两端,通过示波器显示的两个电流的波形图来观察两个电流的相 位差。由于这种方法需要借助外接的示波器,且无法直观了解输入电流和输出电流的相位 差,往往会造成用户的使用不便。
[0005] 因此,需要提供一种能够更方便地观察电感耦合等离子体处理装置的电感耦合线 圈中输入输出电流相位差的装置以改善上述缺陷。

【发明内容】

[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种能够直观掌握ICP等离子 体处理装置的感应线圈中输入输出电流相位差的相位比较器。
[0007] 为达成上述目的,本发明提供一种相位比较器,用于检测电感耦合等离子体处理 装置的感应线圈的输入输出电流的相位差,其包括第一转换单元、第二转换单元、相位比较 单元和整流单元。所述第一转换单元用于将所述感应线圈的输入电流信号转换为方波波形 的第一电压信号;所述第二转换单元用于将所述感应线圈的输出电流信号转换为方波波形 的第二电压信号,所述第一电压信号和第二电压信号的幅值和形状一致且相位差与所述感 应线圈的输入电流信号和输出电流信号的相位差相同;所述相位比较单元接收所述第一电 压信号和第二电压信号并输出占空比与所述第一电压信号和第二电压信号的相位差对应 的方波脉冲信号;所述整流单元用于将所述相位比较单元输出的方波脉冲信号进行整流滤 波处理以输出直流电压信号。
[0008] 优选地,所述第一转换单元包括相连的第一过电压保护单元和第一过零比较单 元,所述第一过电压保护单元将所述输入电流转换为限定范围内的电压信号、所述第一过 零比较单元将该第一过电压保护单元输出的限定范围内的电压信号与零电位比较形成第 一方波信号;所述第二转换单元包括相连的第二过电压保护单元和第二过零比较单元,所 述第二过电压保护单元将所述输出电流转换为限定范围内的电压信号、所述第二过零比较 单元将该第二过电压保护单元输出的限定范围内的电压信号与零电位比较形成与所述第 一方波信号幅值和形状一致的第二方波信号,所述第一方波信号和第二方波信号的相位差 与所述感应线圈的输入电流信号和输出电流信号的相位差相同。
[0009] 优选地,所述第一转换单元还包括第一分频单元,所述第二转换单元还包括第二 分频单元,分别用于对该第一方波信号和第二方波信号以相同比例分频以形成所述第一电 压信号和第二电压信号。
[0010] 优选地,所述第一分频单元和第二分频单元将其接收的信号的频率降低为原来的 1/100 ~1/50。
[0011] 优选地,所述相位比较单元对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行异或运 算以得到所述方波脉冲信号。
[0012] 优选地,所述输入电流信号和所述输出电流信号均为正弦波信号。
[0013] 优选地,所述第一过压保护单元和第二过压保护单元均包括用于进行电流-电压 转换的电压转换模块以及用于对经转换的电压限定范围的电压限定模块,所述第一过压保 护单元和第二过压保护单元的电压限定模块设定相同的参考电压,当该输入电流或该输出 电流经所述电压转换模块转换得到的电压超出该参考电压时,该电压限定模块将所述第一 过压保护单元或第二过压保护单元输出的电压信号限定为等于该参考电压。
[0014] 优选地,所述整流单元输出的直流电压信号随所述感应线圈的输入输出电流的相 位差的增加而减小。
[0015] 本发明还提供了一种相位差监测装置,其包括上述的相位比较器以及控制器,该 控制器与所述相位比较器相连,用于根据当前所述相位比较器输出的直流电压信号获得相 应的感应线圈的输入输出电流的相位差并将其显示在所述等离子体处理装置的控制机台。
[0016] 优选地,所述控制器包括存储单元、分析单元和显示单元,所述存储单元用于存储 所述直流电压信号与感应线圈输入输出电流相位差的对应关系;所述分析单元与所述存储 单元及所述相位比较器相连,其根据该存储单元所存储的对应关系及该相位比较器所输出 的直流电压信号获得该直流电压信号相应的当前所述感应线圈输入输出电流的相位差;所 述显示单元用于将该分析单元得到的相位差显示于所述等离子体处理装置的控制机台。
[0017] 本发明的有益效果在于省去了示波器,能够方便直观地了解感应线圈输入输出电 流的相位差并且能够对各种波形的感应线圈输入输出电流的相位差进行比较,应用范围更 为广泛。
【附图说明】
[0018] 图1为现有技术中电感耦合型等离子体处理装置的结构示意图;
[0019] 图2为本发明一实施例的相位比较器的方块图;
[0020] 图3为本发明一实施例的相位比较器的转换单元的方块图;
[0021] 图4为本发明一实施例的感应线圈的输入输出电流及其经过相位比较器各单元 后的信号波形图;
[0022] 图5为本发明一实施例的相位差监测装置的方块图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本发明的内容作进一 步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也 涵盖在本发明的保护范围内。
[0024] 请参照图2,示出了示例性实施例的相位比较器。该相位比较器用于检测电感耦合 等离子体处理装置的感应线圈的输入输出电流的相位差Ψ,其包括第一转换单元10、第二转 换单元11、相位比较单元20和整流单元30。第一转换单元10接收感应线圈的输入电流信 号L,并将其转换成方波波形的第一电压信号V" i。第二转换单元11接收感应线圈的输 出电流信号12,并将其转换成同样是方波波形的第二电压信号V" 2,并且,这两个方波波形 的电压信号的幅值和形状完全一致且相位差与输入电流信号和输出电流信号的相位 差φ相同。相位比较单元20与第一和第二转换单元相连,接收第一电压信号V" i和第二 电压信号V" 2,并输出占空比与这两个电压信号的相位差对应的方波脉冲信号^。相位比 较单元20可以用X0R门器件实现,通过对第一电压信号V" 1和第二电压信号V" 2进行异 或运算来得到方波脉冲信号V3。具体来说,方波脉冲信号V3的高电平部分也就是第一电压 信号V" 1和第二电压信号V" 2不相重叠的部分,对应了电压信号V" 1和¥" 2的相位差; 低电平部分则是电压信号V" 1和¥" 2重叠的部分。若方波脉冲信号V3的占空比越大,说 明两个电压信号的相位差越大,两者成正比例关系。整流单元30与相位比较单元20相连, 将其输出的方波脉冲信号V 3进行整流滤波处理以输出直流电压信号V4,直流电压信号V4与 方波脉冲信号V 3的占空比成正相关。
[0025] 由以上可知,由于第一电压信号V" i和第二电压信号V" 2的相位差与输入输出 电流^和^的相位差Φ相同,方波脉冲信号^的占空比又与电压信号V" jPV" 2的相 位差对应,方波脉冲信号V3整流滤波得到的直流电压信号V4也必然与输入输出电流的相位 差Φ存在一一对应关系,当输入输出电流的相位差越大,则最后得到的直流电压信号V 4越 小。因此根据直流电压信号V4的大小就可以得到感应线圈输入输出电流的相位差Φ,改善 了现有技术中必须使用示波器观察相位差不够方便直观的缺陷。另一方面,对于任何波形 的感应线圈的输入输出电流,本发明的相位比较器都可以对其进行相位差的检测,应用范 围更加广泛。
[0026] 接下来请参考图2,其所示为本发明一实施例的两个转换单元的方块图。具体的, 每个转换单元都包括过电压保护单元和过零比较单元,较佳的还包括分频单元。
[0027] 转换单元10、11中各部分的功能和作用描述如下。其中,第一过电压保护单元101 接收输入电流,将该输入电流L转换为限定范围内的电压信号Vi ;第二过电压保护单元 111接收输出电流12,将该输出电流12转换为限定范围内的电压信号v 2。每个过电压保护 单元均包括用于进行电流-电压转换的电压转换模块以及用于对经转换电压限定范围的 电压限定模块,以分别起到I-V转换以及限压的作用。电压转换模块可通过多种方式将输 入电流Ii和输出电流12转换为电压信号,如利用V = I*R将电流通入电阻采样出相应的电 压信号,或者通过积分电路或运算放大器或三极管也可实现电流-电压的转换。不论以何 种方式进行的电流-电压转换,转换得到的两个电压信号的相位差与输入输出电流的相位 差保持一致。而通过电压限定模块,一旦经转换的电压信号超出了参考电压,会将其值限定 在参考电压,因此可以将过电压保护单元的输出电压信号Vi和v 2保持在限定范围内,从而 防止后续的过零比较单元因输入的信号过高烧坏。本实施例中,对第一过电压保护单元和
再多了解一些
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