一种支持脉冲监测功能的射频等离子体源的制作方法

本发明涉及射频等离子体源，特别是涉及一种支持脉冲监测功能的射频等离子体源。

背景技术：

1、射频电源作为激发等离子体的一种特种电源，被广泛应用于集成电路关键工艺装备，特别是等离子体刻蚀和等离子体体增强薄膜沉积设备中。先进的射频电源集成了频率调谐、脉冲和全数字控制等功能，其中脉冲功能最早应用于设备的偏置电极，在等离子体鞘层加速离子轰击做选择性刻蚀的同时，脉冲间歇释放晶圆表面积累的电荷。

2、在集成电路加工中的先进工艺节点(14nm及以下)，脉冲等离子体源被应用于等离子体反应腔(包括电容耦合型等离子体、电感耦合型等离子体)的源极，以产生较低电子温度的等离子体，从而在提高选择比的同时减少等离子体对晶圆的损伤。不同于偏置电极，源极脉冲极大的影响了等离子体负载的稳定性，反过来，负载的不稳定同样会导致射频电源的输出特性变得更加敏感。因此，在晶圆加工过程中，源极脉冲的功率输出质量直接影响了加工工艺。

3、传统的射频电源具备脉冲输出功能，但也存在以下缺点：(1)没有对功率输出做实时的监测；(2)一般来说，射频电源输出脉冲的频率为2khz～100khz甚至更高，在几十khz以上的工作条件下，每秒的数据采级量极大，射频电源自身的缓存器中无法存储所有的数据；(3)射频电源中通讯接口的传输速率在100ms的量级，无法对微秒量级的监测结果进行传输，即无法实时将采样数据全部传递至上位机中。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种支持脉冲监测功能的射频等离子体源，既能够有效的监测等离子体加工工艺中射频脉冲输出质量，包括脉冲幅值、脉冲宽度以及稳定性等参数，又能够有效的存储和传输不符合要求的射频脉冲计数值，实现高频射频脉冲监测。

2、本发明提供的一种支持脉冲监测功能的射频等离子体源，包括射频电路、功率探测器、rf输出单元、反馈控制单元、数据处理单元、存储器和上位机pc；

3、所述射频电路的输出端连接所述功率探测器的输入端，所述rf输出单元的输入端连接所述功率探测器的第一输出端，所述功率探测器的第二输出端连接所述数据处理单元的输入端，所述反馈控制单元的输入端连接所述数据处理单元的第一输出端，所述射频电路的控制端连接所述反馈控制单元的输出端，所述存储器的输入端连接所述数据处理单元的第二输出端，所述存储器通过通讯接口将监测的数据结果传输到所述上位机。

4、进一步的，所述数据处理单元包括输出功率阈值单元、第一比较单元、第一计数单元；

5、所述输出功率阈值单元中预设输出功率上限和输出功率下限，将所述输出功率上限和所述输出功率下限输出到所述第一比较单元的第一输入端；所述第一比较单元的第二输入端连接所述功率探测器的第二输出端，所述第一计数单元的输入端连接所述第一比较单元的输出端，输出第一计数值并存放到所述存储器中。

6、进一步的，所述第一比较单元将所述输出功率采样值的幅值分别与所述输出功率上限和所述输出功率下限进行比较，每当所述输出功率采样值的幅值大小超过所述输出功率上限或低于所述输出功率下限时，产生比较结果；所述第一计数单元对所述比较结果进行累加，输出所述第一计数值。

7、进一步的，所述数据处理单元包括多个输出功率阈值单元、多个第二比较单元、第二计数单元；

8、每个所述输出功率阈值单元中预设输出功率上限和输出功率下限，将所述输出功率上限和所述输出功率下限输出到对应的一个所述第二比较单元的第一输入端；每个所述第二比较单元的第二输入端连接所述功率探测器的第二输出端，所述第二计数单元的多个输入端分别连接每个所述第二比较单元的输出端，输出第二计数值并存放到存储器中。

9、进一步的，每个所述第二比较单元将所述输出功率采样值的每级幅值分别与对应的所述输出功率上限和所述输出功率下限进行比较，每当所述输出功率采样值的每级幅值大小超过所述输出功率上限或低于所述输出功率下限时，产生比较结果；所述第二计数单元对所述比较结果进行累加，输出所述第二计数值。

10、进一步的，所述输出功率上限可以为期望输出功率幅值的110％，所述输出功率下限可以为期望输出功率幅值的90％。

11、进一步的，所述第一计数单元还具有屏蔽控制端，用于接收屏蔽时间；

12、当所述屏蔽时间有效时，所述第一计数单元不工作；当所述屏蔽时间无效时，所述第一计数单元正常工作。

13、进一步的，所述第二计数单元还具有屏蔽控制端，用于接收屏蔽时间；

14、当所述屏蔽时间有效时，所述第二计数单元不工作；当所述屏蔽时间无效时，所述第二计数单元正常工作。

15、进一步的，所述数据处理单元包括反射功率阈值单元、第三比较单元、第三计数单元；

16、所述反射功率阈值单元中预设反射功率上限，将反射功率上限输出到所述第三比较单元的第一输入端；所述功率探测器对射频脉冲的反射功率进行采样，得到反射功率采样值，通过第三输出端将其输出到所述第三比较单元的第二输入端；所述第三计数单元的输入端连接所述第三比较单元的输出端，输出所述第三计数值并存放到所述存储器中。

17、进一步的，所述第三比较单元将所述反射功率采样值的幅值分别与所述反射功率上限进行比较，当所述反射功率采样值的幅值大小超过所述反射功率上限时，产生比较结果；所述第三计数单元对比较结果进行累加，输出所述第三计数值。

18、进一步的，所述数据处理单元包括脉冲宽度阈值单元、第四比较单元、第四计数单元；

19、所述脉冲宽度阈值单元中预设脉冲宽度上限和脉冲宽度下限，将所述脉冲宽度上限和所述脉冲宽度下限输出到所述第四比较单元的第一输入端；所述第四比较单元的第二输入端连接所述功率探测器的第二输出端，所述第四计数单元的输入端连接所述第四比较单元的输出端，输出第四计数值并存放到所述存储器中。

20、进一步的，所述第四比较单元将输出功率采样值的脉冲宽度分别与所述脉冲宽度上限和所述脉冲宽度下限进行比较，每当所述输出功率采样值的脉冲宽度超过所述脉冲宽度上限或低于所述脉冲宽度下限时，产生比较结果；第四计数单元对所述比较结果进行累加，输出所述第四计数值。

21、进一步的，所述脉冲宽度上限为期望脉冲宽度的110％，所述脉冲宽度下限为期望脉冲宽度的90％。

22、进一步的，所述功率探测器包括电压电流探测器。

23、进一步的，所述存储器包括ram或非易失存储器中的至少一种。

24、进一步的，所述数据处理单元包括fpga、dsp、mcu或模拟电路中的至少一种。

25、进一步的，所述通讯接口包括rs232、rs485、devicenet、ethernet或ethercat中的至少一种。

26、进一步的，所述功率探测器的采样率小于10us。

27、进一步的，所述射频脉冲频率大于2khz。

28、本发明的有益效果是：本发明提供了一种支持脉冲监测功能的射频等离子体源，既能够有效的监测等离子体加工工艺中射频脉冲输出质量，包括脉冲幅值、脉冲宽度以及稳定性等参数，又能够有效的存储和传输不符合要求的射频脉冲计数值，实现高频射频脉冲监测。